Descubren cómo los microambientes invisibles en la arena aceleran la pérdida de nitrógeno en las costas

Un nuevo estudio internacional ha revelado que la arena de las costas alberga microambientes invisibles a simple vista que son claves para eliminar grandes cantidades de nitrógeno. Estos microhábitats, situados en la superficie de cada grano de arena, permiten que comunidades de microorganismos realicen un proceso llamado desnitrificación incluso en presencia de oxígeno, desafiando lo que antes se creía sobre los límites de esta reacción biogeoquímica.

Los científicos han utilizado avanzadas técnicas de microfluidos y sensores de oxígeno para observar, por primera vez, cómo la actividad de colonias microbianas genera zonas microscópicas sin oxígeno en los sedimentos arenosos, aunque el agua circundante esté bien oxigenada. Estas “islas” anóxicas permiten que la desnitrificación, un proceso que transforma el nitrato en nitrógeno gaseoso, ocurra de forma eficiente y continua en la superficie de los granos de arena.

El hallazgo explica por qué los sedimentos de silicato de las plataformas continentales, que cubren más de la mitad del lecho marino costero, pueden eliminar hasta un tercio del nitrógeno antropogénico que llega al océano a través de ríos y aguas subterráneas. La desnitrificación es fundamental para evitar la eutrofización y la proliferación de algas tóxicas, amenazas graves para los ecosistemas y la calidad del agua.

Mediante modelos mecanicistas y experimentos en laboratorio, el equipo demostró que los microorganismos adheridos a los granos de arena crean un mosaico de zonas productoras y consumidoras de oxígeno separadas por micrómetros, generando gradientes químicos muy marcados. Cuando la demanda de oxígeno supera la capacidad de difusión desde el agua intersticial, se forman microambientes anóxicos ideales para la desnitrificación.

La investigación también muestra que estos procesos ocurren en monocapas de microorganismos sin necesidad de formar biopelículas gruesas, como se creía hasta ahora. Incluso los parches más pequeños de colonias bacterianas son capaces de agotar el oxígeno localmente y desencadenar la reacción que libera nitrógeno gaseoso, cerrando así el ciclo del nitrógeno marino.

A través de la integración de datos experimentales y modelado, se estima que la desnitrificación en estos microambientes puede representar hasta el 74% de la eliminación total de nitrógeno en las arenas oxigenadas, cambiando por completo la visión sobre la dinámica de los sedimentos costeros y su papel en la salud de los océanos.

El estudio destaca la importancia de conservar los hábitats arenosos y de comprender mejor la interacción entre la actividad microbiana y los flujos de nutrientes, especialmente en un contexto de crecientes aportes de nitrógeno debido a actividades humanas como la agricultura intensiva y la urbanización costera.

En definitiva, la investigación aporta un nuevo paradigma sobre cómo funcionan los filtros naturales de los océanos y abre la puerta a estrategias más efectivas para gestionar la contaminación por nutrientes y proteger los ecosistemas marinos.

Fuente: Nature Scientific Reports