Caracterización de la Materia Orgánica Particulada de la Fosa de Atacama Mediante Lípidos Polares Intactos e Isótopos Estables.

Abstract

Los sedimentos superficiales de la zona hadal ( 6000 m) presentan 20% más de concentraciones de materia orgánica (MO) en comparación con el fondo marino abisal (3500- 6000 m) circundante. Sin embargo, el origen de este material biológico sigue siendo incierto. En este trabajo, evaluamos las fuentes de MO lábil en el fondo marino hadal a través de la composición y distribución de los lípidos polares intactos (IPL) de las membranas celulares microbianas extraídas de los sedimentos superficiales de los puntos más profundos de la Fosa de Atacama y del margen batial adyacente. Además, investigamos las fuentes de MO en los sedimentos superficiales hadales utilizando un modelo de mezcla basado en las señales isotópicas del carbono orgánico y el nitrógeno total, tomando como fuentes de origen potenciales a las distintas zonas de la columna de agua y de los sedimentos batiales. Complementamos nuestros análisis con información satelital de carbono orgánico particulado (POC) superficial (0 m) y subsuperficial (1000 m), y flujos teóricos de POC desde la superficie hasta la zona hadal. En este estudio, se analizaron nueve sedimentos superficiales hadales (0-1 cm) y subsuperficiales (1-2 y 2-3 cm) en tres sitios entre 7,734 y 8,063 m de profundidad colectados durante el crucero HADES-SO261 (marzo a abril de 2018) a bordo del R.V. Sonne (Wenzhöfer, 2019) y siete sedimentos superficiales batiales (siete sitios; entre 529-1,200 m de profundidad) colectados durante el crucero ChiMeBo-SO211 (2-29 de noviembre de 2010) a bordo del R.V. Sonne (Matys et al., 2017). Además, comparamos nuestros resultados de IPLs en sedimentos con los resultados de IPL de la columna de agua suprayacente (0-700 m) reportados en Cantarero et al. (2020). Esto incluye MO en suspensión fraccionada por tamaño (0,3-2,7 y 2. 7-53 µm) en dos estaciones y desde seis profundidades de agua que son representativas de la zonación biogeoquímica dominante asociada con la zona deficiente de oxígeno (ODZ) de esta región: el máximo de clorofila (∼ 10 m), la quimioclina superior (∼ 25 m), la quimioclina inferior (∼ 45 m), ODZ superior (∼ 60 m), el núcleo de ODZ (∼ 250 m), y la zona mesopelágica (∼ 750 m). Además, las muestras de sedimentos colectadas en ambos cruceros (i.e. HADES-SO261 y ChiMeBo-SO211) también fueron utilizadas para análisis de isótopos estables y comparadas con data disponible de trampas de sedimento profundas de la región de Atacama a 2,300 y 3700 m de profundidad, reportadas previamente en Hebbeln et al. (2000) y González et al. (2004), respectivamente. En el Capítulo 1 investigamos la diversidad química y la abundancia de IPL microbianas como marcadores de una de las fracciones moleculares más lábiles de la MO en los sedimentos más profundos de la Fosa de Atacama. Más concretamente, evaluamos la posible procedencia de IPLs de origen de producción in situ vs. transporte alóctono y la presencia de señales únicas de IPL de la comunidad microbiana, así como la evidencia de adaptaciones moleculares (i.e., cambios en la estructura química de los IPLs) a las condiciones extremas de la región hadal. Los resultados sugieren que los IPLs bacterianos y eucariotas en los sedimentos hadales superficiales de los puntos más profundos de la Fosa de Atacama comparten características con los presentes en sedimentos batiales y difieren de los encontrados en las partículas suspendidas de los 750 m superiores de la columna de agua, incluyendo la ODZ. Esto indica que (a) la mayoría de los IPLs abundantes en la columna de agua superior se degradan casi por completo durante su descenso al fondo marino hadal y (b) los IPLs encontrados en los sedimentos hadales se derivan predominantemente de comunidades microbianas in situ. Además, las elevadas proporciones de ácidos grasos insaturados saturados en los sedimentos hadales son probablemente indicativos de la adaptación homeoviscosa de estos organismos a la alta presión y las bajas temperaturas presentes en este ambiente, lo que les permiten mantener la fluidez de sus membranas celulares. En el Capítulo 2 realizamos un análisis exhaustivo de los isótopos estables de la MO para rastrear las fuentes de carbono y nitrógeno en la columna de agua y en los sedimentos superficiales batiales y hadales. Además, evaluamos las contribuciones relativas de la POM y la exportación de partículas que conectan la productividad del océano superficial iluminado por el sol con la zona crepuscular y el fondo marino hadal. Utilizando un modelo de mezcla basado en la señal isotópica del carbono orgánico y el nitrógeno total en la POM pelágica y la MO sedimentaria, calculamos que ~75% de la POM presente en los sedimentos superficiales de la Fosa de Atacama podría derivar de los sedimentos batiales. Cuando se excluye el sedimento batial del modelo, calculamos que ~68% de la MO en los sedimentos hadales podría derivar de la región epipelágica ( 200 m). En particular, los flujos verticales de POC que mejor se ajustan a los datos existentes de trampas de sedimentos profundos (~2300 y 3700 m) sugieren que ~3,3% del flujo total de POC que llega a los sedimentos superficiales hadales deriva de las aguas superficiales. Por lo tanto, concluimos que el transporte de sedimento a lo largo del talud continental y las laderas abisales hacia la zona hadal bentónica contribuye con un mayor aporte de carbono orgánico comprado con lo que llega por hundimiento desde la columna de agua. Sin embargo, dado que se espera que los flujos de estas distintas fuentes varíen tanto espacial como temporalmente, y por el hecho de que la geoquímica del sedimento incluye escalas temporales mayores que la columna de agua, no podemos descartar una mayor contribución de las zonas epipelágicas superficiales durante ciertas épocas del año.