ESTUDIO DEL EFECTO DEL CAMBIO CLIMÁTICO SOBRE LA PRODUCCIÓN DE METANO EN ECOSISTEMAS DE PUERTO WILLIAMS Y ANTÁRTICA

Abstract

El efecto invernadero provocado por ciertos gases de la atmósfera es responsable de que el clima en la Tierra sea apto para la vida, pero puede resultar en un aumento de la temperatura global y en un cambio de climas cuando estas concentraciones aumentan. Los gases de efecto invernadero más importantes son el dióxido de carbono y el metano. Con respecto al metano, su concentración en la atmósfera ha aumentado en un factor de 2,5 desde tiempos preindustriales. Las fuentes de este gas pueden ser antropogénicas o naturales, siendo los humedales y los ecosistemas de agua dulce (lagos y ríos) los más importantes dentro de las fuentes naturales. Se han estudiado diversos lagos de zonas tropicales y cercanas al Ártico, pero en una menor medida ecosistemas de zonas antárticas y sub- antárticas, donde se prevé que habrá un aumento de las temperaturas. En dichos ecosistemas, los microorganismos a cargo de la producción de metano son las arqueas metanogénicas las cuales tienen la particularidad de compartir una misma enzima codificada por el gen mcrA considerado como marcador molecular de la Metanogénesis. Estudios previos en el hemisferio Norte han descrito que la producción de metano depende de factores como la temperatura, el tipo de sustrato y su disponibilidad. Dada esta problemática y con el objetivo de determinar el efecto del aumento de las temperaturas sobre la producción de metano en ecosistemas de lagos provenientes de zonas sub-antárticas (Puerto Williams) y zonas Antárticas (Isla Rey Jorge), se estudiaron 12 muestras, 6 provenientes de cada zona, correspondientes a sedimentos de lagos y pozos poco profundos, musgos y turberas de Sphagnum spp. Esta investigación estuvo enmarcada dentro del proyecto INACH RT 14-15 que busca la caracterización del ciclo del metano en lagos antárticos y sub-antárticos, liderado por la Dra. María Soledad Astorga España (Universidad de Magallanes). Los experimentos fueron realizados en el Laboratorio de Biotecnología Ambiental de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Se evaluó la tasa de producción de metano mediante ensayos de actividad metanogénica, los cuales consisten en incubaciones en microcosmos (muestra con medio líquido y sustrato) a distintas temperaturas, con seguimiento periódico del biogás acumulado. Se realizaron tres tipos de ensayos de actividad metanogénica: endogéna (sin la adición de sustrato), hidrogenotrófica (con H 2/CO2 como sustrato) y acetoclástica (con acetato como sustrato), a tres temperaturas: in situ y aumentando en 5 y 10°C la temperatura in situ. Con el fin de caracterizar la comunidad microbiana, se midió la abundancia de bacterias, de arqueas y de arqueas mutanogénicas. Para dichos procedimientos, se analizó las seis muestras que presentaron la mayor y la menor actividad metanogénica, buscando que hubiese la misma cantidad de muestras de cada zona. A partir de las muestras seleccionadas, se realizó la extracción de ADN genómico de: 1) la muestra inicial y 2) las incubaciones de los tres ensayos a las diferentes temperaturas. Luego, la cuantificación se realizó mediante la técnica de PCR cuantitativa (qPCR), la cual permite seguir en tiempo real, la amplificación de una determinada región de ADN (porción de un gen de interés) y de determinar el número de copias del gen estudiado. Se realizó un análisis estadístico mediante el software R-Studio versión 3.6.0, utilizando los análisis de varianza (Kruskal-Walls y prueba posthoc de Dunn) para evaluar el efecto de la temperatura sobre la actividad metanogénica. Mediante este software también se realizaron las correlaciones entre los resultados de actividad metanogénica y abundancia del gen 16S ARNr de bacterias y arqueas, y del gen mcrA. Como resultados principales se obtuvo que un aumento de la temperatura de hasta 10°C más que la temperatura in situ, produjo un aumento en la producción de metano en muestras de sedimentos, Sphagnum spp. y musgos de zonas antárticas (Isla Rey Jorge) y sub-antárticas (Puerto Williams). Sin embargo, no existe una vía metabólica preferencial (hidrogenotrófica o acetoclástica) para cada región. De manera general, se obtuvo una correlación significativa entre las actividades de producción de metano (con o sin agregar sustrato) con las abundancias del gen 16S ARNr de arqueas y del gen mcrA. Particularmente la actividad metanogénica endógena se encontró significativamente correlacionada con el gen mcrA, lo que demuestra que la abundancia del gen mcrA es un buen indicador de los potenciales de producción de metano en ecosistemas acuáticos sub-antárticos y antárticos. Los sedimentos de lagos y de pozos de agua pocos profundos tuvieron el potencial de producir metano a partir de H2/CO2 o acetato. Además, los sedimentos estudiados produjeron metano a muy baja temperatura (5°C), lo que tendría la aplicabilidad de poder generar un inóculo para plantas de tratamiento biológicas en zonas de bajas temperaturas. Los humedales (turberas) de Sphagnum spp., característicos de la Patagonia, produjeron metano de manera preferencial a partir de H2/CO2 y el acetato parece inhibir la producción de metano en dichos ecosistemas. Recientemente, se ha evidenciado que las turberas de Patagonia tienen un papel primordial en la regulación de las emisiones de gases de efecto invernadero, ya que podrían tener alta capacidad de oxidación del metano. Cabe destacar que este estudio se realizó a un pH óptimo para la Metanogénesis (pH=7,0), lo que permitió evaluar un potencial de producción de metano por las turberas de Sphagnum spp. Usando la vía hidrogenotrófica. Sin embargo, los resultados de un proyecto asociado (ERANET-LAC Methanobase) mostraron que las turberas no tienen la capacidad de producir metano a pH in situ (pH=4,0). Finalmente, los musgos antárticos que son junto con los líquenes, los productores primarios terrestres más importantes en Antártica podrían representar solamente una fuente menor de metano atmosférico y no se pudo destacar un sustrato preferencial para la producción de metano.