Investiga, que no es poco

Verde que te quiero verde…, ¡pero no tanto!: la paradoja del metano

La degradación de los ecosistemas acuáticos puede favorecer la emisión de gases con un poderoso efecto invernadero como el metano. Hasta ahora, sabíamos que este gas se produce por la degradación de la materia orgánica en el fondo de los ambientes acuáticos cuando no hay presencia de oxígeno, pero, ¿y si también se genera en presencia de oxígeno como subproducto de la fotosíntesis de organismos acuáticos? 

Hoy, os traemos un post invitado a cargo de Elizabeth León-Palmero (Departamento de Ecología de la Universidad de Granada), quien nos resume su último trabajo, publicado recientemente en las revista Biogeosciences, en el cual estudian el proceso de generación de metano en embalses mediterráneos. Os dejamos con Eli…

Elizabeth León-Palmero es investigadora predoctoral en el Departamento de Ecología de la Universidad de Granada. En la foto, realizando trabajo de campo en el embalse de El Portillo (Granada). Foto: Elizabeth León-Palmero.

El verde es el color de la naturaleza en ecosistemas terrestres al igual que el azul lo es en ecosistemas acuáticos. Este color verde se debe a la clorofila, el pigmento que permite a las plantas realizar la fotosíntesis, a través de la cual, y usando la luz solar como fuente de energía, son capaces de transformar sustancias inorgánicas en orgánicas. Este proceso no es exclusivo de las plantas, también organismos microscópicos como el fitoplancton de los ecosistemas acuáticos contiene clorofila y hacen la fotosíntesis mientras flotan en la columna de agua. Entre estos organismos microscópicos, destacan cianobacterias (procariotas, sin núcleo celular) y algas (eucariotas, con núcleo celular). Cuando es demasiado abundante por el exceso de nutrientes, el fitoplancton convierte los tonos azulados de los lagos y embalses en tonos verdosos, a través de un proceso conocido como eutrofización. Esta eutrofización tiene efectos negativos sobre la salud de los ecosistemas y su funcionamiento y, aquí viene la novedad, está relacionado con una mayor emisión de metano en los sistemas acuáticos.

Los lagos y embalses son importantes fuentes de gases de efecto invernadero a la atmósfera, entre ellos, el famoso y a la vez desconocido metano (CH4). Famoso porque seguro que has escuchado hablar de él en alguna ocasión, y más que escucharás en el futuro dado su potencial de efecto invernadero: unas 34 veces superior al del CO2; pero desconocido porque aún a día de hoy existen grandes incógnitas sobre sus emisiones globales. Recientemente, en un primer estudio hemos demostrado que los embalses de la región mediterránea son importantes emisores de CH4, y estas emisiones están relacionadas, indirectamente, con el fitoplancton y su concentración de clorofila. A raíz de ese resultado, decidimos embarcarnos en un nuevo estudio que nos adentrara más a fondo en la columna de agua para entender el origen de este metano.

La producción clásica de metano, tal y como aparece en los libros de texto, tiene su origen en la descomposición de materia orgánica en ausencia de oxígeno (anoxia) por parte de unos microorganismos llamados arqueas metanógenas. Esto ocurre en el “estómago” de las vacas, en los vertederos, en el suelo del Ártico conforme se derrite el permafrost, en los fondos de cuerpos de agua estancada o en los sedimentos. En nuestro estudio, detectamos que algunos embalses acumulan grandes cantidades de metano en sus aguas profundas y sin oxígeno, y que este metano está relacionado con la abundancia del fitoplancton de toda la columna de agua. En otras palabras, las algas y cianobacterias de la columna de agua van muriendo y cayendo al fondo, y con sus restos “alimentan” a las arqueas metanógenas de los sedimentos, que descomponen toda esta biomasa produciendo metano.

Aguas con tono verdoso debido a un proceso de eutrofización en el embalse de Cubillas (Granada). Foto: Elizabet León-Palmero.

            Sorprendentemente, también hemos detectado altas concentraciones de metano en la columna de agua en presencia de oxígeno. Pero… ¿no habíamos quedado en que el metano se produce en ausencia de oxígeno? Este exceso de metano en aguas con oxígeno es conocido como la paradoja del metano y no es exclusivo de estos embalses, sino que se ha detectado de forma recurrente en muchos otros ecosistemas acuáticos alrededor del mundo, tanto de agua dulce, como marinos. Se han dado diferentes explicaciones a esta paradoja, y las exploraremos a continuación. Una posible explicación es que el metano ha sido producido en los sedimentos del fondo o de la orilla del sistema en ausencia de oxígeno y luego es transportado hacia aguas oxigéncias (producción ex situ). Sin embargo, hemos podido constatar que este transporte desde el fondo, aunque es importante en los embalses poco profundos, resulta despreciable en los sistemas de mayor volumen. Por este motivo, decidimos dirigir nuestra mirada hacia fuentes de producción de metano in situ.

            Así, en un segundo estudio nos preguntamos si la producción clásica de metano podría estar ocurriendo en aguas oxigénicas, pero no detectamos la presencia de las arqueas metanógenas en la columna de agua (que potencialmente podrían encontrarse en el interior de partículas en suspensión o en el tracto digestivo del zooplancton). ¿Y si la solución estuviera en otras rutas metabólicas alternativas, diferentes de la metanogénesis clásica? Tanto nuestro estudio como otros anteriores muestran que existe conexión entre la cantidad de metano disuelto en agua y la abundancia de fitoplancton. Una posible explicación apunta a las sustancias metiladas, llamadas así porque contienen grupos metilo (-CH3), y producen metano al degradarse. Estas sustancias pueden ser producidas o degradadas por el fitoplancton. También exploramos esta ruta, pero no parece ser importante en nuestros embalses. Lo que sí hemos encontrado es que la abundancia de algas fotosintéticas de pequeño tamaño (agrupadas bajo el término “picoeucariotas”) y la cantidad de metano disuelto en agua están directamente relacionadas, y esto se da tanto en verano, como en invierno. Además, también observamos que el metano disuelto está relacionado con la abundancia de cianobacterias durante el verano. ¿Y qué metabolismo tienen en común algas picoeucariotas y cianobacterias? La fotosíntesis. De hecho, las últimas evidencias obtenidas a través de experimentos indican que la producción de metano estaría relacionada con la propia fotosíntesis.

Otro de los embalses estudiados: la Bolera (Jaén). Foto: Elizabeth León-Palmero.

Así pues, la paradoja del metano parece tener diversas soluciones, todas ciertas en mayor o menor medida, y dependiendo del ecosistema. En nuestros embalses, la abundancia de picoeucariotas fotosintéticos es la variable que mejor explica la cantidad de metano disuelto durante el verano, seguida por la profundidad media (relacionado con el transporte de metano desde el fondo), la temperatura y la abundancia de cianobacterias. Durante el invierno, la variable más explicativa fue la profundidad media, seguida muy de cerca por la abundancia de picoeucariotas. En otras palabras, los picoeucariotas fotosintéticos y las cianobacterias determinan la cantidad de metano en aguas oxigénicas tanto directa (subproducto de la fotosíntesis) como indirectamente (transportado desde aguas anóxicas procedente de la descomposición anaerobia de la biomasa del fitoplancton). En ambas situaciones, la eutrofización de las aguas determina una mayor producción primaria y, por tanto, una mayor liberación posterior de metano a la atmósfera, lo que nos pone ante una nueva retroalimentación positiva que amenaza con amplificar el cambio climático. No parece ninguna tontería, por tanto, plantearnos que tenemos que poner remedio a la degradación de nuestros sistemas acuáticos, ya sea para proteger la biodiversidad, mejorar la calidad de las aguas o, como acabamos de ver, para luchar contra el cambio climático.

Artículos originales:

León-Palmero, E., Morales-Baquero, R. and Reche, I. (2020a). Greenhouse gas fluxes from reservoirs determined by watershed lithology, morphometry, and anthropogenic pressure, Environmental Research Letters, 15 (4), p. 044012. doi: 10.1088/1748-9326/ab7467.

León-Palmero, E., Contreras-Ruiz, A., Sierra, A., Morales-Baquero, R. and Reche, I. (2020b). Dissolved CH4 coupled to photosynthetic picoeukaryotes in oxic waters and to cumulative chlorophyll a in anoxic waters of reservoirs, Biogeosciences, 17(12), pp. 3223–3245. doi: 10.5194/bg-17-3223-2020.