- Las esponjas marinas sacan del océano unos 48 millones de toneladas de silicio cada año
- Los niveles de silicio disuelto modulan la capacidad del océano para secuestrar CO2 atmosférico y paliar el calentamiento global
Un estudio revela que las esponjas marinas, el grupo de animales más antiguo del planeta, contribuye de manera importante a uno de los ciclos biogeoquímicos fundamentales del océano: el ciclo del silicio.
El silicio es uno de los elementos químicos más abundantes del universo y, después del oxígeno, el segundo en nuestro planeta. En el océano, forma parte de sedimentos, minerales y rocas, y, más importante, se encuentra disuelto en el agua de mar. Este silicio disuelto juega un papel clave en el funcionamiento ecológico del océano. Entre otras funciones, es necesario para el crecimiento de las diatomeas, un tipo de microalgas caracterizadas por una envuelta silícea. Las diatomeas son la comida esencial de muchos otros organismos marinos.
La abundancia de silicio disuelto típicamente promueve la abundancia de diatomeas, que a su vez incrementa la producción primaria del océano a través de la fotosíntesis de estas microalgas, favoreciendo el desarrollo de la cadena alimentaria marina y la abundancia de vida animal. La fotosíntesis que realizan las diatomeas también conlleva el consumo de grandes cantidades de CO2.
En consecuencia, puede decirse que los niveles de silicio disuelto modulan la capacidad del océano para secuestrar CO2 atmosférico y paliar el calentamiento global de nuestro planeta, todo ello a través de la mediación de las diatomeas. Debido a la importancia de estos procesos, los científicos llevan décadas investigando cuál es la disponibilidad de silicio disuelto en los océanos, quién lo está usando y de qué manera se usa. Según lo que se conoce del ciclo biogeoquímico de otros elementos (carbono, nitrógeno, fósforo, etc.), se piensa que el silicio circula por el océano global en estado de equilibrio.
Esto significa que la cantidad de silicio disuelto que entra cada año en el océano es equivalente a la que sale, de modo que la cantidad de silicio disponible para el crecimiento de los organismos es siempre la misma. La salida de silicio del océano se produce principalmente cuando los esqueletos de las diatomeas muertas se van enterrando progresivamente en los sedimentos marinos.
Si el equilibrio previsto entre las entradas y salidas de silicio en el océano global se rompiera, se desencadenaría una alteración general de los procesos de producción primaria y de intercambio de CO2 con la atmosfera. Descubrimientos recientes han revelado nuevas entradas de silicio en el océano, tanto a través de aguas subterráneas que habían pasado desapercibidas como a través de la fusión de glaciares y casquetes polares.
Esto ha causado que el computo de las entradas conocidas superara al de las salidas, sugiriendo que el equilibrio interno ya podría estar roto. Debido a que los glaciares y los casquetes polares continúan derritiéndose, era necesario determinar con seguridad si existen o no otros sumideros de silicio biológico en el océano, además del ya conocido enterramiento de diatomeas. Dicho conocimiento era crítico para poder valorar tanto el actual estado de equilibrio/desequilibrio del ciclo marino del silicio, como para prever su evolución en futuros escenarios de cambio global.
Durante los últimos cinco años, científicos españoles del grupo de Ecobiología y Biotecnología de Esponjas dirigido por el Dr. Manuel Maldonado en el Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CEAB-CSIC) han investigado sedimentos marinos recogidos en ambientes muy diferentes de los océanos, incluyendo bahías someras, arrecifes de coral, pendientes continentales, montañas submarinas y llanuras abisales, entre otros. Muchos de los sedimentos fueron recolectados, preservados y seleccionados para el estudio por la Dra. Gemma Ercilla, del Instituto de Ciencias Marinas (ICM-CSIC), otros se obtuvieron de repositorios internacionales, e incluso uno fue obtenido usando un robot submarino operado por control remoto (Figura A).
El estudio global ha sido financiado por dos proyectos consecutivos del Gobierno Español y un proyecto europeo H2020 (SponGES), concedidos al grupo del Dr. Maldonado a lo largo de los años. Durante el estudio, los investigadores han examinado más de 160.000 piezas esqueléticas silíceas de diversos organismos, que estaban enterradas en los sedimentos.
Con ello han descubierto que, aparte de las diatomeas, otros organismos están desempeñando un papel importante en el enterramiento de silicio en el océano. Específicamente, se ha calculado que las esponjas marinas sacan del océano unos 48 millones de toneladas de silicio cada año, un proceso que sucede cuando, tras la muerte de las esponjas, sus piezas esqueléticas, que son microscópicas (Figura B), comienzan a ser enterradas en los sedimentos.
Este descubrimiento incrementa en un 28% el valor previamente conocido para el sumidero de silicio biológico del océano, que hasta la fecha se había calculado considerando sólo los esqueletos de diatomeas. Es también importante el descubrimiento de que los esqueletos de las esponjas son, por razones no aclaradas, mucho más resistentes a la disolución que los de las diatomeas. Esta propiedad favorece que el contenido de silicio presente en los esqueletos de esponjas no se haya podido detectar correctamente mediante la digestión alcalina de los sedimentos marinos, el método tradicional y más ampliamente empleado para cuantificar el silicio biológico.
Por tanto, los investigadores revelan que el problema metodológico ahora descubierto ha producido, durante los últimos 40 años, un conocimiento incorrecto de la abundancia de silicio biológico en los sedimentos marinos, particularmente en aquellas áreas donde las esponjas abundan (Figura C), como son los márgenes continentales y las montañas submarinas. La resistencia a la disolución de los esqueletos de esponjas facilita que, en promedio, el 46% del silicio en dichos esqueletos sea enterrado cada año, mientras que solo alrededor del 8% del silicio de los esqueletos de diatomeas acaba enterrado.
La Dra. Aude Leynaert, cuyo equipo de la Universidad de Brest (Francia) cuenta con una larga tradición en el estudio de los flujos de silicio a través de las diatomeas, ha ayudado a establecer comparaciones relevantes entre los esqueletos de diatomeas y esponjas.
Los recientes descubrimientos de impresionantes agregaciones de esponjas en aguas profundas de numerosas zonas del océano (Figura C) sugiere que las comunidades dominadas por esponjas serán cruciales en estudios futuros destinados a mejorar nuestro conocimiento del uso y el enterramiento del silicio biológico. El silicio procesado a través de las esponjas, a diferencia del procesado por diatomeas, no está conectado a la fotosíntesis.
En este sentido, el estudio publicado por el Dr. Maldonado y coautores establece también un nuevo marco conceptual: la “sílice oscura”. Se define así a los esqueletos silíceos producidos en desconexión de la fotosíntesis, sin implicar consumo de CO2 y, todo ello, en ambientes oceánicos carentes de la luz solar, donde las diatomeas no pueden existir.
Por consiguiente, la cuantificación de la sílice oscura, realizada por primera vez a través de este estudio, no solo ha ayudado a clarificar que las entradas y salidas del ciclo marino del silicio están actualmente en equilibrio, sino que también introduce la idea para futuras investigaciones de que las conexiones funcionales entre los ciclos del carbono y del silicio del océano son más complejas de lo que se pensaba.
