Los investigadores que estudian un grupo de microbios generalizados pero a menudo pasados por alto han identificado un ciclo de retroalimentación climática que podría acelerar el cambio climático. Pero no todo son malas noticias: esta viene con una señal de alerta temprana.
Usando una simulación por computadora, un equipo de científicos de la Universidad de Duke y la Universidad de California, Santa Bárbara, demostró que la mayor parte del plancton oceánico del mundo y muchas otras criaturas unicelulares en lagos, turberas y otros ecosistemas podrían cruzar un umbral donde en lugar de absorbiendo dióxido de carbono, empiezan a hacer lo contrario. Eso se debe a cómo el calentamiento afecta su metabolismo.
Debido a que el dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero, eso a su vez podría aumentar aún más las temperaturas, un circuito de retroalimentación positiva que podría conducir a un cambio desbocado, donde pequeñas cantidades de calentamiento tienen un impacto descomunal.
Pero al monitorear cuidadosamente la abundancia de estos organismos, podríamos anticipar el punto de inflexión antes de que llegue aquí, informan los investigadores en un estudio publicado el 1 de junio en la revista. Ecología Funcional.
En el nuevo estudio, los investigadores se centraron en un grupo de organismos diminutos llamados mixótrofos, llamados así porque mezclan dos modos de metabolismo: pueden hacer la fotosíntesis como una planta o cazar comida como un animal, según las condiciones.
«Son como las trampas para moscas de Venus del mundo microbiano», dijo el primer autor Daniel Wieczynski, asociado postdoctoral en Duke.
Durante la fotosíntesis, absorben dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero que atrapa el calor. Y cuando comen, liberan dióxido de carbono. Estos organismos versátiles no se consideran en la mayoría de los modelos del calentamiento global, pero juegan un papel importante en la regulación del clima, dijo el autor principal Jean P. Gibert de Duke.
La mayor parte del plancton en el océano, cosas como diatomeas, dinoflagelados, son mixótrofos. También son comunes en lagos, turberas, suelos húmedos y debajo de las hojas caídas.
«Si tuviera que ir al estanque o lago más cercano y sacar una taza de agua y ponerla bajo un microscopio, probablemente encontraría miles o incluso millones de microbios mixotróficos nadando», dijo Wieczynski.
«Debido a que los mixótrofos pueden capturar y emitir dióxido de carbono, son como ‘interruptores’ que podrían ayudar a reducir el cambio climático o empeorarlo», dijo la coautora Holly Moeller, profesora asistente en la Universidad de California, Santa Bárbara.
Para comprender cómo podrían aumentar estos impactos, los investigadores desarrollaron un modelo matemático para predecir cómo los mixótrofos podrían cambiar entre diferentes modos de metabolismo a medida que el clima continúa calentándose.
Los investigadores ejecutaron sus modelos utilizando un intervalo de temperaturas de 4 grados, de 19 a 23 grados Celsius (66 a 73 grados Fahrenheit). Es probable que las temperaturas globales aumenten 1,5 grados centígrados por encima de los niveles preindustriales en los próximos cinco años, y están en camino de superar los 2 a 4 grados antes de finales de este siglo.
El análisis mostró que cuanto más cálido se vuelve, más mixótrofos confían en comer alimentos en lugar de hacer los suyos a través de la fotosíntesis. Al hacerlo, modifican el equilibrio entre la entrada y salida de carbono.
Los modelos sugieren que, eventualmente, podríamos ver a estos microbios alcanzar un punto de inflexión, un umbral más allá del cual, de repente, pasan de sumidero de carbono a fuente de carbono, teniendo un efecto de calentamiento neto en lugar de uno de enfriamiento.
Este punto de inflexión es difícil de deshacer. Una vez que cruzan ese umbral, se necesitaría un enfriamiento significativo, más de un grado Celsius, para restaurar sus efectos de enfriamiento, sugieren los hallazgos.
Pero no todo son malas noticias, dijeron los investigadores. Sus resultados también sugieren que es posible detectar estos cambios con anticipación, si observamos los cambios en la abundancia de mixótrofos a lo largo del tiempo.
«Justo antes de un punto de inflexión, sus abundancias repentinamente comienzan a fluctuar enormemente», dijo Wieczynski. «Si salieras a la naturaleza y vieras un cambio repentino de abundancias relativamente constantes a fluctuaciones rápidas, sabrías que se avecina».
Sin embargo, si la señal de alerta temprana es detectable puede depender de otro factor clave revelado por el estudio: la contaminación por nutrientes.
Las descargas de las instalaciones de tratamiento de aguas residuales y la escorrentía de las granjas y los céspedes mezclados con fertilizantes químicos y desechos animales pueden enviar nutrientes como nitrato y fosfato a los lagos, arroyos y aguas costeras.
Cuando Wieczynski y sus colegas incluyeron cantidades más altas de tales nutrientes en sus modelos, encontraron que el rango de temperaturas en el que ocurren las fluctuaciones reveladoras comienza a reducirse hasta que finalmente la señal desaparece y el punto de inflexión llega sin advertencia aparente.
Las predicciones del modelo aún deben verificarse con observaciones del mundo real, pero «resaltan el valor de invertir en la detección temprana», dijo Moeller.
«Los puntos de inflexión pueden ser de corta duración y, por lo tanto, difíciles de atrapar», dijo Gibert. «Este documento nos proporciona una imagen de búsqueda, algo que buscar, y hace que esos puntos de inflexión, por fugaces que sean, sean más probables de encontrar».
Esta investigación fue apoyada por subvenciones de la Fundación Simons (689265), la Fundación Nacional de Ciencias (1851194) y el Departamento de Energía de EE. UU. (DE-SC0020362).
