Proyecto cOMeta
Resumen
Los metales traza desempeñan un papel importante en los océanos actuando como nutrientes, trazadores de procesos presentes y pasados, y contaminantes, pero sus niveles en el medio marino son tan bajos que su estudio detallado no fue posible hasta el desarrollo de técnicas de muestreo limpio de metales traza y de instrumentación analítica altamente sensible (hace aproximadamente tres décadas). A pesar de los grandes avances realizados, aún existen lagunas en el conocimiento sobre la distribución y el ciclo biogeoquímico de los metales traza, y esta línea de investigación es actualmente una de las más intensamente desarrolladas en oceanografía.
El hierro (Fe) es un micronutriente esencial y su escasez en los océanos limita a menudo varios procesos como la fotosíntesis o la fijación de carbono. La biodisponibilidad de metales traza esenciales (como Fe, Co y Zn) influye directamente en el estado biológico y la actividad bioquímica de los organismos marinos y sus niveles ambientales contribuyen a controlar la estructura y la productividad de los ecosistemas marinos. Otros elementos (como Pb y Hg) no tienen una función biológica conocida, pero son tóxicos para los organismos marinos y también pueden afectar la salud y el crecimiento del fitoplancton y otras especies. El cobre (Cu) es un caso especial porque, a pesar de ser un micronutriente esencial, también es tóxico a concentraciones tan solo ligeramente superiores a las que proporcionan un crecimiento óptimo. Comprender el ciclo biogeoquímico de estos elementos requiere conocimiento sobre sus fuentes (atmósfera, ríos, etc.) y sumideros (sedimentos oceánicos), así como su transporte y su forma química, que está altamente controlada por la materia orgánica presente en el medio marino.
Los océanos contienen más de seis toneladas de carbono en forma de materia orgánica disuelta (DOM), la cual es extremadamente heterogénea en naturaleza y origen. Está formada por proteínas, polisacáridos, lípidos, productos de degradación de estos componentes primarios y sustancias que son resistentes a la degradación microbiana, como las sustancias húmicas o fúlvicas. Una fracción importante de estas sustancias es capaz de unirse a los metales, formando complejos estables. Por lo tanto, en las aguas oceánicas y costeras, las formas complejadas de los metales son las más abundantes y su forma iónica libre está solo en concentraciones en el rango subnanomolar (Cu2+, Pb2+), e incluso tan bajas como femtomolar para algunos elementos (Fe3+, Co2+). La variable principal que afecta la especiación y biodisponibilidad de los metales en el agua de mar, con una composición inorgánica relativamente constante, es la DOM, aunque los efectos de estas moléculas heterogéneas sobre la biodisponibilidad de los metales aún no se han desentrañado completamente.
El presente proyecto se centrará en el estudio de varios metales traza que están significativamente afectados por la complejación orgánica en el medio marino, y para los cuales existen importantes lagunas en el conocimiento de su biogeoquímica y/o biodisponibilidad para el fitoplancton. Estos son los metales esenciales Fe y Co, el metal esencial y tóxico Cu, y el metal tóxico Pb.
El trabajo propuesto combina un muestreo intensivo de campo (a lo largo del gradiente de salinidad en la Ría de Vigo bajo diferentes períodos hidrológicos y oceanográficos) y trabajo analítico con experimentos de laboratorio basados en hipótesis con fitoplancton (para mejorar el conocimiento sobre la biodisponibilidad de los metales en presencia de materia orgánica disuelta, utilizando soluciones sintéticas bien definidas y muestras naturales).
cOMeta contribuirá a la generación de conocimiento de alta calidad en dos campos importantes de investigación, que son la biogeoquímica de los metales y la biodisponibilidad de los metales. Este proyecto contribuirá a ampliar el conocimiento sobre el comportamiento de los metales en las áreas costeras y a determinar cómo la presencia de DOM afecta su transporte y biodisponibilidad, identificando así las concentraciones de metales que pueden tolerarse sin representar un riesgo excesivo para el medio ambiente.
La Ría de Vigo
Las rías son sistemas estuarinos costeros formados por la inundación de valles fluviales. La Ría de Vigo se encuentra al sur de las Rías Gallegas, con un clima oceánico típico, caracterizado por un importante período de lluvias pero que tiende a ser seco durante el verano. Debido a la presencia de eventos continuos de afloramiento a lo largo del año, la producción primaria de la Ría de Vigo es alta, lo que significa que las Rías Baixas producen aproximadamente el 50% de la producción de mejillones de Europa. Además, la Ría de Vigo es una de las más antropizadas de todos los estuarios gallegos debido a su alta población (420,000 habitantes) y la importante industria, especialmente en el sur, asociada con la actividad naval.
El cambio global ha aumentado las presiones antropogénicas sobre los sistemas costeros y ha alterado los patrones de precipitación y las corrientes oceánicas, incluyendo efectos sobre la frecuencia e intensidad del afloramiento en la Ría de Vigo, lo que influye directamente en el ciclo biogeoquímico de los metales. La Ría de Vigo es, por lo tanto, un sistema adecuado para el tipo de estudio propuesto en este proyecto ya que combina alta antropización (Cu y Pb) con alta productividad (Co y Fe) y un alto intercambio de sus aguas con la zona costera adyacente. Los resultados obtenidos serán extrapolados a otros sistemas estuarinos del mundo con las mismas características y singularidades que la Ría de Vigo.
Hipótesis
La hipótesis inicial es que la mayoría de los metales (como Fe, Cu, Pb y Co) con origen en los ríos y áreas costeras son transportados al mar tanto en forma particulada como disuelta gracias a la presencia de materia orgánica en el agua, y que su biodisponibilidad para el fitoplancton también está influenciada por la presencia de DOM en el agua mediante mecanismos que aún no han sido descifrados.
En particular, cOMeta pretende encontrar respuestas a varias preguntas, tales como: ¿qué tipo de ligandos orgánicos se unen al Fe en la Ría de Vigo y en qué medida contribuyen a la solubilidad y exportación del Fe?
¿Cuál es la forma química principal del Co en la Ría de Vigo? ¿Cuál es el mecanismo que utiliza el fitoplancton para internalizar el Cu y en qué medida se ve afectado por el Fe y por la DOM? ¿La especiación del Cu, medida utilizando un enfoque de ventana analítica múltiple, predice adecuadamente la biodisponibilidad del Cu? ¿Se transporta el Pb a lo largo de la Ría de Vigo desde los sedimentos interiores y en qué forma? ¿La DOM disminuye o aumenta la biodisponibilidad del Pb para el fitoplancton en condiciones medioambientalmente relevantes?
Objetivo principal
Evaluar el papel de la materia orgánica en los procesos clave que implican el transporte, la especiación química y la biodisponibilidad de metales esenciales (Fe, Co, Cu) y no esenciales (Pb) en un sistema costero.
Objetivos específicos
Objetivo 1 (O1)
Evaluar el papel de la materia orgánica en el transporte de metales particulados y disueltos a lo largo de la Ría de Vigo, desde la parte interior hasta la plataforma adyacente.
IP: Juan Santos Echeandía.
Objetivo 2 (O2)
Evaluar la capacidad de complejación de la DOM fluvial y marina, incluyendo sus interacciones con Cu, Fe y Pb, y su relación con la calidad de la DOM y las concentraciones de ligandos. IP: Juan Santos Echandía.
Objetivo 3 (O3)
Comprender los mecanismos de absorción de Cu por las células de fitoplancton y evaluar la influencia de la DOM y el Fe en la biodisponibilidad del Cu. IP: Paula Sánchez Marín.
Objetivo 4 (O4)
Evaluar la influencia de la DOM marina en la biodisponibilidad del Pb para el fitoplancton a concentraciones ambientalmente realistas de Pb. IP: Paula Sánchez Marín.
