Un article publicat a la revista Communications Biology, del grup editorial Nature, revela les concentracions inusualment elevades de metà a les aigües superficials del llac sòdic volcànic Sonachi (Kènia), a la vall del Rift africà. La plasticitat metabòlica i l’alta productivitat de la comunitat de procariotes del llac —agregats de cianobacteris (fotoautòtrofs), bacteris (heteròtrofs) i arqueus (metanògens)— podria explicar l’alta concentració de metà, un gas amb un potent efecte d’hivernacle que aquí presenta valors molt superiors als que es coneixen dels llacs arreu del món.
El treball està liderat per membres de la Facultat de Biologia de la Universitat de Barcelona, el Consell Nacional de Recerca d’Itàlia i la Universitat de Florència, i hi participen grups de recerca de deu institucions de l’àmbit internacional.
Els llacs sòdics de la vall del Rift africà
A la Gran Vall del Rift, la gran fissura tectònica del continent africà, hi ha diversos llacs tectònics o volcànics endorreics on l’aigua només pot sortir del sistema lacustre per evaporació. En aquests hàbitats de condicions extremes i particulars, la intensa evaporació genera una concentració elevada de sals: en la majoria dels casos, és carbonat sòdic, un compost altament soluble que genera una alta alcalinitat.
El llac Sonachi és un petit llac salí-sòdic meromíctic en què la columna d’aigua es barreja parcialment. Situat a l’oest del llac Naivasha, es troba a l’interior d’un cràter volcànic i té una química alcalina característica que ha despertat l’interès de la comunitat científica internacional des de fa temps.
«Els llacs sòdics del Rift són uns ecosistemes molt productius gràcies a la proliferació de cianobacteris, com ara l’espirulina. En paral·lel, l’elevada alcalinitat els converteix en ambients extrems i per això hi ha un enorme interès científic per conèixer el metabolisme de les seves comunitats microbianes», detalla el professor Andrea Butturini, coautor del treball i membre del Departament de Biologia Evolutiva, Ecologia i Ciències Ambientals.
«Aquests ambients tan extrems són hàbitats naturals d’interès per a l’estudi de l’origen de la vida, l’astrobiologia, la producció de biocombustibles, la biotecnologia, etc.», continua. «Paradoxalment, quasi no hi ha treballs integradors que estudiïn sobre el terreny i en condicions naturals la composició i el funcionament del conjunt d’aquestes comunitats lacustres. En conseqüència, encara hi ha molts aspectes del cicle del carboni dels llacs sòdics que no es coneixen».
Llacs salins-sòdics, activitat bacteriana i gas metà
L’article publicat a Communications Biology és un dels primers treballs que relaciona la presència de gasos (hidrogen, metà i diòxid de carboni) amb la disponibilitat de la matèria orgànica dissolta i l’alta biodiversitat microbiana a la columna d’aigua d’un llac sòdic, des de la superfície fins al fons ple de sediments. El treball revela que les concentracions de metà al llac Sonachi són de dos o tres ordres de magnitud superiors a les que s’han mesurat en llacs boreals, els sistemes lacustres més estudiats. En la literatura científica, mai no s’havien descrit unes concentracions tan altes de metà tan a prop de la superfície d’un llac.
«Sens dubte, el resultat més sorprenent ha estat detectar concentracions molt altes de metà en aigües oxigenades a prop de la superfície del llac, que es deriven de l’elevada productivitat de les comunitats planctòniques fotosintètiques, principalment cianobacteris», subratlla Butturini. «En aquesta part de la columna d’aigua, s’esperaria que hi hagués consum de metà i menys concentració d’aquest gas». A la majoria dels llacs sòdics africans, la comunitat microbiana planctònica s’articula al voltant dels cianobacteris, uns procariotes que abunden en aquests hàbitats lacustres. La particular biodiversitat de la comunitat microbiana al llac Sonachi podria ser un factor de l’equació que expliqui l’alta metanogènesi descrita a l’estudi.
«Al llac Sonachi, els cianobacteris aglutinen una comunitat microbiana amb una alta diversitat genètica i funcional: bacteris autòtrofs (oxigènics i anoxigènics), fermentadors, heteròtrofs, metanòtrofs (consumidors de metà), reductors del sofre i metanògens (hidrogenotròfics, acetotròfics i metilotròfics). A més, tots aquests bacteris amb un metabolisme tan versàtil estan aglutinats en forma d’agregats que mesuren uns pocs micròmetres», apunta Butturini. «Encara no sabem si aquest model es reprodueix en altres llacs sòdics de la regió del Rift. Per això, esperem poder abordar aquesta incògnita en futures recerques».
A escala de microhàbitats, en aquests agregats microbians es podrien establir condicions anòxiques (sense oxigen) que faciliten la proliferació dels arqueus metanògens (a priori, anaerobis estrictes), gràcies també als lixiviats orgànics que alliberen els cianobacteris. «Els llacs sòdics del Rift són molt productius per l’alta concentració de cianobacteris. Per això plantegem que l’alta productivitat bacteriana catalitza d’alguna manera la producció de metà a prop de la superfície del llac, una hipòtesi que caldrà explorar més a fons en el futur», explica Butturini.
Ampliar horitzons amb els llacs tropicals i equatorials
El gas metà, amb una concentració atmosfèrica cada cop més elevada, genera un efecte d’hivernacle molt superior al del diòxid de carboni i altres compostos. En aquest context, els sistemes aquàtics continentals naturals —aiguamolls, llacs, zones inundables someres, torberes, etc.— són importants fonts d’emissió de metà i diòxid de carboni cap a l’atmosfera.
«Comprendre la importància dels sistemes aquàtics continentals en les emissions de metà, diòxid de carboni i diòxid de nitrogen a escala global és un àmbit de la recerca molt actiu i innovador en limnologia i biogeoquímica. Ara bé, és innegable que els nostres coneixements es fonamenten sobretot en sistemes naturals de les regions temperades i boreals i escassegen els treballs en sistemes tropicals i equatorials», subratlla l’expert.
«En aquest marc, el nostre estudi revela que ens hem d’obrir cap a altres horitzons i altres sistemes més remots i poc estudiats. I les sorpreses poden ser majúscules. Això ens ha motivat a establir una col·laboració amb la Universitat de Nairobi amb l’objectiu d’organitzar el 2022 un curs de limnologia d’ambients extrems per a estudiants d’aquesta institució», conclou Andrea Butturini.
Article de referència:
Fazi, F.; Amalfitano, S.; Venturi, S.; Pacini, N.; , Vázquez, E.; Olaka, L. A.; Tassi, F.; Crognale, S.; Herzsprung, P.; Lechtenfeld, O. J.; Cabassi, J.; Capecchiacci, F.; Rossetti, S.; Yakimov, M. M.; Vaselli, O.; Harper, D. M.; Butturini, A. «High concentrations of dissolved biogenic methane associated with cyanobacterial blooms in East African lake surface water». Communications Biology, juliol de 2021. Doi: 10.1038/s42003-021-02365-x
