Papel de los microorganismos en procesos de captación y emisión de gases de efecto invernadero en ambientes subterráneos

Resumen

Los ambientes kársticos subterráneos ocupan aproximadamente el 20 % de la superficie terrestre. A pesar de que podrían jugar un papel importante en la regulación de la composición de la atmósfera externa, aún no han sido incluidos en las estimaciones globales de los balances de los principales Gases de Efecto Invernadero (GEI). El objetivo principal de esta tesis es caracterizar la estructura y función de los microrganismos presentes en las cuevas kársticas someras y determinar su influencia en la regulación de los GEI: CO2, CH4 y N2O. Las cavidades seleccionadas tienen diferentes orígenes y característicasgeológicas, climáticas y ambientales: una cavidad hipogénica, Sima del Vapor (Murcia) y dos cuevasepigénicas con diferentes tasas de intercambio con el exterior, Cueva del Pindal (Asturias) y Cueva de Castañar (Cáceres). El estudio se planteó con un enfoque multidisciplinar, combinando monitorización ambiental, medida in situ de flujos de CO2 y CH4 y caracterización de las comunidades microbianas(bacterias, arqueas y hongos) de diferentes sustratos (roca, espeleotema, sedimento) mediante técnicasde microscopía y metabarcoding. En Sima del Vapor, se observó un claro condicionamiento ambiental en la composición de la comunidad microbiana en función de la temperatura y los niveles de oxígeno, destacando una gran diversidad de arqueas con gran abundancia del filo Micrarchaeota en las zonas hipóxicas. Las emisiones de N2O y NO2 a la atmósfera exterior son el resultado de la actividad de arqueas oxidantes de amoniaco y hongos desnitrificantes de la especie Fusarium oxyporum. El consumo de CH4 en la sima se explica por la acción de bacterias metanotrofas desnitrificantes del filo Methylomirabilota. En la Cueva del Pindal, las actinobacterias más frecuentes son del género Crossiella, presentes en la mayor parte de las colonias visibles y dentro de las proteobacterias destacó la presencia de wb1-P19, linaje detectado exclusivamente en esta cueva. En cuanto los procesos de captación y emisión de GEI, lamonitorización in situ de los flujos de difusión de CO2 y el análisis bioinformático, han permitido concluir que la actividad metabólica de Crossiella y la fijación quimioautótrofa de wb1-P19, son las principales responsables de los flujos de consumo de CO2 y de la precipitación de CaCO3 que da lugar a la formación de depósitos minerales bioinducidos tipo moonmilk. Asimismo, las mediciones in situ han demostrado un consumo continuo de CH4 por bacterias metanotrofas de la familia Methylomonadaceae, presentes en los sedimentos y en el moonmilk. El moonmilk presentó los mayores consumos de CH4,siendo el sumidero de CH4 y CO2 más efectivo. Castañar, es la cueva con el mayor grado de aislamiento y los valores más bajos de diversidad microbiana. Esta cueva, por sus condiciones de aislamiento, actúa como un reservorio de CO2 y un modesto sumidero de CH4. Los resultados del estudio permitieron identificar en los sedimentos a las metanotrofas más abundantes dentro del filo Methylomirabilota. En conclusión, los microrganismos presentes en las cavidades naturales regulan la composición de la atmósfera subterránea. En Sima del Vapor son responsables de la emisión de N2O y NO2, pero también actúan como filtro reductor de las emisiones CH4 a la atmósfera exterior. Los ambientes epigénicos ventilados, como la Cueva del Pindal actúan como importantes sumideros de CH4, ya que en su interior las bacterias metanotrofas consumen continuamente grandes cantidades de CH4 procedente del exterior. Las bacterias captadoras de CO2 presentes en sedimentos y colonias visibles y moonmilk juegan un papel activo en la regulación y fijación del carbono subterráneo. Estos microrganismos son habitantes comunes de las cuevas y, por lo tanto, la metodología y la información aportada en esta tesis es aplicable en estudios de conservación y para mejorar las estimaciones de los balances globales de GEI.