El llac africà Sonachi: rere les incògnites de la gran producció de gas metà en hàbitats extrems

El llac sòdic volcànic Sonachi (Kènia) es troba a la vall del Rift africà.
El llac sòdic volcànic Sonachi (Kènia) es troba a la vall del Rift africà.
Recerca
(16/07/2021)

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 lʼalta productivitat de la comunitat de procariotes del llac —agregats de cianobacteris (fotoautòtrofs), bacteris (heteròtrofs) i arqueus (metanògens)— podria explicar lʼalta concentració de metà, un gas amb un potent efecte dʼhivernacle que aquí presenta valors molt superiors als que es coneixen dels llacs arreu del món.

El llac sòdic volcànic Sonachi (Kènia) es troba a la vall del Rift africà.
El llac sòdic volcànic Sonachi (Kènia) es troba a la vall del Rift africà.
Recerca
16/07/2021

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 lʼalta productivitat de la comunitat de procariotes del llac —agregats de cianobacteris (fotoautòtrofs), bacteris (heteròtrofs) i arqueus (metanògens)— podria explicar lʼalta concentració de metà, un gas amb un potent efecte dʼhivernacle 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 dʼItàlia i la Universitat de Florència, i hi participen grups de recerca de deu institucions de lʼàmbit 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 lʼaigua 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 dʼaigua es barreja parcialment. Situat a lʼoest del llac Naivasha, es troba a lʼinterior dʼun cràter volcànic i té una química alcalina característica que ha despertat lʼinterès 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 lʼespirulina. En paral·lel, lʼelevada 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 dʼinterès per a lʼestudi de lʼorigen de la vida, lʼastrobiologia, 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 dʼaquestes 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

Lʼarticle 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 lʼalta biodiversitat microbiana a la columna dʼaigua dʼun 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 sʼhan mesurat en llacs boreals, els sistemes lacustres més estudiats. En la literatura científica, mai no sʼhavien descrit unes concentracions tan altes de metà tan a prop de la superfície dʼun 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 lʼelevada productivitat de les comunitats planctòniques fotosintètiques, principalment cianobacteris», subratlla Butturini. «En aquesta part de la columna dʼaigua, sʼesperaria que hi hagués consum de metà i menys concentració dʼaquest gas». A la majoria dels llacs sòdics africans, la comunitat microbiana planctònica sʼarticula 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 lʼequació que expliqui lʼalta metanogènesi descrita a lʼestudi.

«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 dʼagregats 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 lʼalta concentració de cianobacteris. Per això plantegem que lʼalta productivitat bacteriana catalitza dʼalguna 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 dʼhivernacle 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 dʼemissió de metà i diòxid de carboni cap a lʼatmosfera.

«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 lʼexpert.

«En aquest marc, el nostre estudi revela que ens hem dʼobrir 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 lʼobjectiu dʼorganitzar el 2022 un curs de limnologia dʼambients extrems per a estudiants dʼaquesta 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