CEAB Blanes i els esquelets de les esponges

Les esponges marines extreuen de l’oceà uns 48 milions de tones de silici cada any.

  • Els nivells de silici dissolt modulen la capacitat de l’oceà de segrestar CO2 atmosfèric i pal·liar l’escalfament global. 
  • Un estudi revela que les esponges marines, el grup d’animals més antic del planeta, contribueix de manera important en un dels cicles biogeoquímics fonamentals de l’oceà: el cicle del silici. 

Imatge INSTITUT OCEANOGRÀFIC DE BEDFORD

Text CEAB
Data 27/08/2019

El silici és un dels elements químics més abundants de l’univers i, després de l’oxigen, el segon del nostre planeta. A l’oceà, forma part de sediments i roques, i, més important, es troba dissolt a l’aigua de mar. Aquest silici dissolt juga un paper clau en el funcionament ecològic de l’oceà. Entre d’altres funcions, és necessari per al creixement de les diatomees, un tipus de microalgues caracteritzades per una cobertura silícica. Les diatomees són l’aliment essencial de molts altres organismes marins.

L’abundància de silici dissolt promou típicament l’abundància de diatomees, que al seu torn incrementa la producció primària de l’oceà a través de la fotosíntesis d’aquestes microalgues, afavorint el desenvolupament de la cadena alimentària marina i l’abundància de vida animal. La fotosíntesis que realitzen les diatomees també comporta el consum de grans quantitats de CO2.

En conseqüència, es pot dir que els nivells de silici dissolt modulen la capacitat de l’oceà per a segrestar CO2 atmosfèric i pal·liar l’escalfament global, tot plegat a través de la mediació de les diatomees. Degut a la importància d’aquests processos, els científics porten dècades investigant quina és la disponibilitat de silici dissolt als oceans, qui l’està utilitzant i de quina manera l’utilitza. Segons el que es coneix del cicle biogeoquímic d’altres elements (carboni, nitrogen, fòsfor, etc.), es pensa que el silici circula per l’oceà global en estat d’equilibri.

Això significa que la quantitat de silici dissolt que entra cada any a l’oceà és equivalent a la que surt, de manera que la quantitat de silici disponible per al creixement dels organismes és sempre la mateixa. La sortida de silici de l’oceà es produeix principalment quan els esquelets de les diatomees mortes es van enterrant progressivament als sediments marins.

Si l’equilibri previst entre les entrades i sortides de silici a l’oceà global es trenqués, es desencadenaria una alteració general dels processos de producció primària i d’intercanvi de CO2 amb l’atmosfera. Descobriments recents han revelat noves entrades de silici a l’oceà, tant a través d’aigües subterrànies com a través de la fusió de glaciars i casquets polars.

Això ha causat que el còmput de les entrades superés al de les sortides, suggerint que l’equilibri intern ja podria estar trencat. Degut a que els glaciars i els casquets polars continuen desfent-se, era necessari determinar amb seguretat si existeixen o no altres embornals de silici biològic a l’oceà, a més del ja conegut enterrament de diatomees. Dit coneixement era crític per poder valorar tant l’estat actual d’equilibri/desequilibri del cicle marí del silici, com per a preveure la seva evolució en futurs escenaris de canvi global.

Durant els últims cinc anys, científics espanyols del grup d’Ecobiologia i Biotecnologia d’Esponges dirigit pel Dr. Manuel Maldonado al Centre d’Estudis Avançats de Blanes (CEAB-CSIC) han investigat sediments marins recollits en ambients molt diferents dels oceans, incloent badies someres, esculls de corall, talussos continentals, muntanyes submarines i planes abissals, entre d’altres. Molts dels sediments van ser recol·lectats, preservats i seleccionats per a l’estudi per la doctora Gemma Ercilla, de l’Institut de Ciències Marines (ICM-CISC), altres es van obtenir de repositori internacionals, i fins i tot un va ser obtingut utilitzant un robot submarí operat per control remot (Figura A).

L’estudi global ha estat finançat per dos projectes consecutius del Govern Espanyol i un projecte europeu H2020 (SponGES), concedits als grup del Dr. Maldonado al llarg dels anys. Durant l’estudi, els investigadors han examinat més de 160.000 peces esquelètiques silíciques de diversos organismes que estaven enterrades als sediments.

Amb això han descobert que, a part de les diatomees, altres organismes estan desenvolupant un paper important en l’enterrament de silici a l’oceà. Específicament, s’ha calculat que les esponges marines extreuen de l’oceà uns 48 milions de tones de silici cada any, un procés que succeeix quan, després de la mort de les esponges, les seves peces esquelètiques, que són microscòpiques (Figura B), comencen a ser enterrades als sediments.

Aquest descobriment incrementa en un 28% el valor prèviament conegut per a l’embornal de silici biològic de l’oceà, que fins a data d’avui s’havia calculat considerant només els esquelets de les diatomees. És també important el descobriment de que els esquelets de les esponges són, per raons no esclarides, molt més resistents a la dissolució que els de les diatomees. Aquesta propietat afavoreix que el contingut de silici present als esquelets d’esponges no s’hagi pogut detectar correctament mitjançant la digestió alcalina dels sediments marins, el mètode tradicional i més àmpliament utilitzat per a quantificar el silici biològic.

Per tant, els investigadors revelen que el problema metodològic ara descobert ha produït, al llarg dels últims 40 anys, un coneixement incorrecte de l’abundància de silici biològic als sediments marins, particularment a aquelles àrees on les esponges abunden (Figura C), com són els marges continentals i les muntanyes submarines. La resistència a la dissolució dels esquelets d’esponges facilita que, de mitjana, el 46% del silici en aquests esquelets sigui enterrat cada any, mentre que només al voltant del 8% del silici dels esquelets de diatomees acaba enterrat.

La doctora Aude Leynaert, l’equip de la qual compta amb una llarga tradició en l’estudi dels fluxos de silici a través de les diatomees, a la Universitat de Brest (França), ha ajudat a establir comparacions rellevants entre els esquelets de diatomees i esponges.

Els recents descobriments d’impressionants agregacions d’esponges en aigües profundes de nombroses zones de l’oceà (Figura C) suggereix que les comunitats dominades per esponges seran crucials en estudis futurs destinats a millorar el nostre coneixement de l’ús i l’enterrament del silici biològic. El silici processat a través de les esponges, a diferència del processat per diatomees, no està connectat a la fotosíntesi.

En aquest sentit, l’estudi publicat pel Dr. Maldonado i coautors estableix també un nou marc conceptual: el “silici obscur”. Es defineix així als esquelets silícics produïts en desconnexió de la fotosíntesi, sense implicar consum de CO2 i, per tant, en ambients oceànics mancats de llum solar, on les diatomees no poden existir.

Conseqüentment, la quantificació del silici obscur, realitzada per primera vegada a través d’aquest estudi, no només ha ajudat a aclarir que les entrades i sortides del cicle marí del silici estan en equilibri actualment, sinó que també introdueix la idea per a futures investigacions de que les connexions funcionals entre els cicles del carboni i del silici de l’oceà són més complexes del que es pensava.


Manuel Maldonado, María López-Acosta, Cèlia Sitjà, Marta García-Puig, Cristina Galobart, Gemma Ercilla and Aude Leynaert. “Sponge skeletons as an important sink of silicon in the global oceans”. Nature Geosciences. DOI: 10.1038/s41561-019-0430-7

You may also like...

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *