Identificación, cuantificación y dinámica de la materia orgánica disuelta en zonas frontales del atlántico sudoccidental

Abstract

El rol de la materia orgánica disuelta (DOM) en el ambiente marino como fuente o sumidero global de carbono es comprendido sólo parcialmente. Si bien la DOM representa una cantidad de carbono aproximadamente diez veces mayor que la materia orgánica particulada (POM), su estudio ha sido frecuentemente relegado por dificultades metodológicas. Sin embargo el avance en las técnicas y metodologías ha permitido el estudio de su distribución y fuentes en diferentes ambientes, y recientemente, se ha comenzado a conocer cuál es la distribución y rol de la DOM en la plataforma Argentina. El objetivo general de esta tesis es profundizar en el conocimiento del origen y la composición de la DOM en el ambiente pelágico del Mar Argentino, en particular en sectores de alta producción biológica nueva o regenerada o influenciados por aportes continentales, con gradientes espaciales que cubren diferentes estados tróficos de aguas estuarinas y oceánicas como lo son las zonas de El Rincón y estuarios fríos de la Patagonia Atlántica. Durante el desarrollo de la tesis doctoral, fue un punto de particular importancia la caracterización química y de patrones de fluorescencia de la DOM con la determinación de aminoácidos, carbohidratos y propiedades ópticas en ambas regiones de muestreo, utilizando métodos de separación y cuantificación como HPLC y espectrometría. Se utilizaron técnicas de biología molecular para estudiar la estructura de la comunidad bacteriana como hibridación in situ con sondas fluorescentes y adicionalmente, determinación de isótopos estables de nitrógeno con el propósito de determinar las fuentes de la DOM y posible dinámica de la zona. Tras efectuar estas investigaciones, en la zona de El Rincón y transición, se llevó a cabo el estudio de la correlación de la estructura de la comunidad bacteriana y la abundancia del fitoplancton con cambios en la composición química de la materia orgánica disuelta. Se ha encontrado que el principal componente de la fracción químicamente caracterizada está constituido por los aminoácidos, en primavera y carbohidratos en otoño; en ambas estaciones del año la fracción no caracterizada de la DOM contiene una alta proporción de carbono indicando una posible acumulación del mismo con características refractarias en una zona regenerativa como El Rincón. Esto es apoyado por las propiedades de la DOM fluorescente (FDOM) e índices derivados que nos indica un predominio de DOM con propiedades húmicas, especialmente en la zona de El Rincón. Mediante la aplicación de métodos estadísticos multivariados y correlaciones entre variables se estableció la relación entre la composición química y fluorescente de DOM, con la comunidad planctónica y aportes alóctonos, ya que se observó una afinidad de las betaproteobacterias por la DOM alóctona con características refractarias y la asociación de DOM autóctona de propiedades proteínicas con las alproteobacterias y citófagas/flavobaterias. Estos patrones sugieren un primer camino de origen, transformación y remineralización de la metería orgánica disuelta en el área de El Rincón. Finalmente, en el extremo sur de la plataforma argentina, las señales biogeoquímicas investigadas en la conexión del Pacífico-Atlántico presentan las siguientes tendencias. Entre los componentes disueltos, el carbono orgánico con características terrestres y la concentración de amonio mostraron una distribución espacial muy influenciada por la entrada de agua dulce del SE del Pacífico a través de la conexión con el Atlántico por la corriente del Cabo de Hornos, canal Beagle y probablemente también de fuentes continentales de Tierra del Fuego. A su vez, la distribución de nitrato, fosfato y silicato en la región mostró una fuerte influencia de la contribución de las aguas ricas en nutrientes de la Corriente Circumpolar Antártica. Además se pudo establecer que los valores positivos de δ15N en el sector estudiado parecen excluir la entrada significativa de amonio al Atlántico por medio de la deposición húmeda en el SE del Pacífico, favoreciendo más bien la contribución de este nutriente por escorrentía continental.

Only partially is understood the roll of Dissolved Organic Matter (DOM) in the marine environment as a global source or sink for carbon, even having in mind that it contributes in approximately ten times more of carbon´s content than the particulate form (POM), its study was frequently relegated for methodological reasons. Improvements in techniques and methodologies have conducted to a better knowledge on its distribution and sources in different environments, and recently in the Argentine Continental Shelf. The general aim of this thesis work was to access the origin and composition of the Dissolved Organic Matter in the pelagic environment in the Argentinian Sea, particularly in regions of high biological production – both new and regenerated - or land-derived sources, having spatial concentration gradients and including diverse trophic states of estuarine and oceanic waters as El Rincon zone and cold estuarine regions of the Atlantic Patagonia. An important focal point in the development of this work was the chemical characterization and the identification of fluorescence patterns of DOM, with the determination of amino acids, carbohydrates and optical properties in both sampling areas, by using separation and quantification methods as HPLC and spectrometry. Molecular biology techniques were applied to the sltudy of the bacterial community structure, such as in situ hybridation with fluorescent probes and additionally nitrogen stable isotopes determination with de aim of access on the sources and possible dynamics of DOM in the area. After this studies, in the El Rincón and Transition zones, the bacterial community structure and phytoplankton abundance were correlated with changes in the chemical composition of dissolved organic matter. In this sense, it was defined that the principal component of the chemically characterized fraction was amino acids contents in spring and carbohydrates in autumn. During both seasons the non-characterized fraction of DOM contains a high proportion of carbon, indicating, a possible accumulation of refractory forms in a regenerative region as El Rincon. This is in agreement with fluorescent (FDOM) properties of DOM and derived index showing a dominance of organic matter having humic properties in such a region. By application of multivariate statistical methods and correlation among variables, it was established a relationship between chemical and fluorescence composition of DOM and planktonic community, and allochthonous sources, through an affinity of betaproteobacteriae and allochthonous DOM with refractary characteristics and also by the association of authocthonous DOM with proteinic properties and alproteobacteriae and citofagues/flavobacteriae. These kind of patterns suggest a first way about origin, transformation and remineralization of dissolved organic matter in the El Rincón area. Finally, in the southermost part of the Argentinian shelf, studied biogeochemical signals in the Pacific-Atlantic connection show the following trends: Among dissolved components, organic carbon with terrestrial characteristics and ammonia concentrations show a spatial distribution with a dominance of freshwater arriving from de Ocean through the Cape Horn current, the Beagle Channel and may be by runoff of continental sources in Tierra del Fuego island. By the other side, nitrate, phosphate and silicate distribution in the region presents a strong influence of the nutrient rich waters of the Circumpolar Antartic Current. Furthermore, it was established that positive values in δ15N in the studied sector seems to exclude a significant arrival of ammonia to the Atlantic through wet deposition in the South-East Pacific, favouring instead the contribution of this nutrient by continental surface runoff.