Estudio de Isótopos de Nitrógeno en las Bahías del Norte de Chile

En la naturaleza, gran parte de la materia orgánica no se encuentra en seres vivos, sino en pequeños fragmentos de materiales Orgánicos en descomposición en el océano, conocidos como materia orgánica particulada (POM). Esta POM es súper importante porque proporciona Nitrógeno, carbono y otros elementos esenciales tanto para los Ecosistemas del mar abierto como del fondo oceánico. Los procesos que crean, cambian y descomponen la POM son partes clave de los ciclos de carbono y nitrógeno en varios ambientes como aguas costeras, profundidades oceánicas, sedimentos marinos y suelos.

En el océano abierto, las partículas suspendidas en el agua o que se hunden al fondo están compuestas principalmente de pequeñas plantas y material nitrogenado en descomposición. Los aminoácidos, que son los bloques de construcción de las proteínas, son una parte importante de este nitrógeno orgánico. Al estudiar cómo se distribuyen los Isótopos de carbono y nitrógeno en estos aminoácidos, los investigadores pueden obtener información sobre procesos metabólicos importantes, de dónde provienen los nutrientes y cómo se mueven a través de la cadena alimentaria.

Medir los isótopos de nitrógeno y carbono en aminoácidos puede ayudar a determinar cómo se forma la materia orgánica y cómo se descompone a través de varios procesos biológicos. También puede ofrecer información detallada sobre cambios en las redes alimentarias. Diferentes aminoácidos se producen a través de rutas específicas tanto en plantas como en animales, lo que puede indicar de dónde proviene el nitrógeno y cómo ha cambiado la materia orgánica.

#El Área de Estudio

La Península de Mejillones, en el norte de Chile, es una característica geográfica prominente creada por actividad tectónica. Se extiende 50 kilómetros de largo y 20 kilómetros de ancho, formando dos cadenas montañosas y una llanura costera. Esta península altera la costa, creando la Bahía de Mejillones, que mira al norte, y la Bahía de Antofagasta, que mira al sur. Estas áreas están dentro del Sistema de Corrientes de Humboldt, uno de los ecosistemas marinos más productivos del mundo.

Las condiciones oceánicas en la Bahía de Mejillones se ven afectadas por varios procesos que ocurren en diferentes escalas de tiempo. La surgencia costera impulsada por el viento trae agua rica en nutrientes desde las profundidades hacia la superficie, creando a menudo condiciones de bajo oxígeno o incluso sin oxígeno. La orientación de la bahía influye en sus patrones de surgencia, lo que lleva a la formación de frentes térmicos que ayudan a mantener el agua en la bahía y contribuyen a la alta productividad.

La Bahía de Antofagasta, por otro lado, también está influenciada por la Corriente de Humboldt, pero tiene una estructura hidrodinámica diferente. Aquí, la surgencia crea frentes térmicos que actúan como barreras, atrapando agua cerca de la costa. Este proceso ayuda a retener partículas orgánicas e inorgánicas, así como plancton.

A pesar de que se ha estudiado mucho la Bahía de Mejillones, la Bahía de Antofagasta ha recibido menos atención, con investigaciones centradas principalmente en aspectos oceanográficos como cambios de temperatura, dinámicas estacionales del zooplancton y ecología del fitoplancton.

#Objetivos de la Investigación

Este estudio tuvo como objetivo analizar las firmas isotópicas de nitrógeno en aminoácidos de materia orgánica particulada suspendida y que se hunde en las dos bahías de surgencia del norte de Chile. Los investigadores buscaron entender los patrones de distribución y el comportamiento de estos isótopos de nitrógeno para determinar sus fuentes y cómo se transfieren a través de la red alimentaria y se descomponen.

#Metodología

Se eligieron nueve estaciones de muestreo en las Bahías de Mejillones y Antofagasta en marzo de 2023. Se recolectaron muestras de agua de diferentes profundidades usando botellas especiales. Estas muestras fueron filtradas y almacenadas para análisis posteriores de varios componentes, incluyendo carbono orgánico, clorofila y nutrientes.

Se prestó especial atención en medir propiedades físicas y químicas en el agua, como temperatura, salinidad, oxígeno disuelto y pH. También se tomaron muestras de agua para análisis específicos de isótopos de nitrógeno.

Se instalaron trampas de sedimentos para recoger materia orgánica que se hunde desde la columna de agua, permitiendo a los investigadores medir cuánta materia orgánica se estaba moviendo hacia el fondo oceánico.

#Condiciones Oceanográficas

Las estructuras físicas y químicas de las columnas de agua en la Bahía de Mejillones y la Bahía de Antofagasta eran similares, aunque existían variaciones. Se encontró una capa de agua cálida, menos salina y bien oxigenada en la superficie, con temperaturas que oscilaban entre 14 °C y 22 °C y niveles de oxígeno entre 4 y 10 mg/L. Por debajo de esta capa superficial, la temperatura disminuyó y los niveles de oxígeno cayeron significativamente, indicando condiciones hipóxicas en las partes más profundas de ambas bahías.

Las mediciones de nutrientes y clorofila mostraron que las concentraciones más altas de clorofila estaban en las capas superiores del agua. Aquí es donde ocurre la mayor parte de la producción primaria, impulsada por la luz solar y nutrientes.

En la Bahía de Mejillones, los compuestos de nitrógeno fueron más variables que en la Bahía de Antofagasta. En ambas bahías, los niveles de nitrógeno mostraron patrones claros de cambio con la profundidad, reflejando el grado de descomposición de la materia orgánica y el ciclo de nutrientes.

#Nitrógeno y Materia Orgánica

La investigación destacó cómo los isótopos de nitrógeno en compuestos disueltos y materia orgánica particulada pueden informarnos sobre las fuentes de nitrógeno en estas bahías. En ambas bahías, se encontraron niveles más altos de isótopos de nitrógeno-15, lo que indica procesos como la desnitrificación, donde los compuestos de nitrógeno se alteran o se pierden a través de la actividad microbiana.

El estudio encontró que la materia orgánica en ambas bahías proviene principalmente de fuentes locales, o autóctonas. Esto significa que la mayoría del material orgánico encontrado en las bahías se produjo in situ, en lugar de ser transportado desde fuentes externas.

Las firmas isotópicas de los aminoácidos también indicaron que la materia orgánica experimentó cambios significativos a medida que se movía a través de la columna de agua, especialmente en áreas donde los niveles de oxígeno eran bajos.

#Entendiendo la Dinámica Trófica

Los patrones observados en los isótopos de nitrógeno mostraron que la transferencia trófica y el reciclaje de materia orgánica estaban ocurriendo activamente en el agua. A profundidades menores, el estudio encontró evidencia de que el fitoplancton estaba siendo consumido por el zooplancton, con carbono siendo transferido hacia arriba en la red alimentaria.

A medida que el agua se volvía más profunda, los valores isotópicos indicaban un enriquecimiento de nitrógeno, sugiriendo que la materia orgánica estaba siendo procesada a través de la red alimentaria y que la actividad microbiana estaba aumentando. Este procesamiento llevó a que más nitrógeno se retuviera en las partículas a medida que se hundían.

Los resultados también mostraron que las tasas de transferencia trófica y el reprocesamiento microbiano de la materia orgánica variaban entre las dos bahías. La Bahía de Mejillones tenía valores más altos para estos procesos en comparación con la Bahía de Antofagasta, lo que indica una actividad microbiana más intensa y un mayor procesamiento de materia orgánica en la Bahía de Mejillones.

#Factores Ambientales que Influyen en los Ecosistemas

Las diferencias observadas en las dos bahías se pueden atribuir a factores como su orientación geográfica y topografía del fondo. En la Bahía de Mejillones, se registraron temperaturas de agua más cálidas y niveles de oxígeno más bajos, mientras que la Bahía de Antofagasta experimentó temperaturas superficiales más altas y variaciones en los niveles de oxígeno.

Estas diferencias en las condiciones físicas probablemente afectan cómo se procesa y se transfiere la materia orgánica a través del ecosistema. El estudio sugiere que los patrones de circulación a escala local, los tiempos de residencia y los frentes térmicos pueden jugar un papel en esta variabilidad.

#Implicaciones para la Gestión

Los hallazgos de esta investigación subrayan la importancia de considerar cada bahía como una unidad ecológica única. Las condiciones y procesos locales en cada bahía influyen significativamente en el ciclo de materia orgánica y la dinámica de nutrientes.

Entender estas dinámicas es crucial para una gestión y conservación efectivas de los ambientes marinos, especialmente en áreas afectadas por actividades humanas como la minería, la pesca y la contaminación.

Las firmas isotópicas proporcionan herramientas valiosas para evaluar la salud y productividad de estos ecosistemas costeros. Al enfocarse en las características específicas de cada bahía, se pueden desarrollar mejores estrategias de gestión para proteger y sostener estos recursos marinos vitales.

#Conclusión

Este estudio ilumina las complejas interacciones entre la materia orgánica, las fuentes de nitrógeno y los procesos microbianos en los ecosistemas marinos costeros. La investigación ilustra cómo las condiciones locales influyen en el ciclo de nutrientes y la dinámica de la materia orgánica, enfatizando la necesidad de estrategias de gestión adaptadas que tengan en cuenta las características únicas de cada bahía.

A medida que las actividades humanas continúan impactando estos entornos, comprender el delicado equilibrio de estos ecosistemas se vuelve cada vez más urgente, destacando la importancia de continuar con la investigación y los esfuerzos de monitoreo.