Resumen de la tesis que presenta Bernardo Moreno Peña como requisito parcial para la obtención
del grado de Maestro en Ciencias en Ciencias de la Vida
Estructura y función de la comunidad microbiana involucrada en el ciclo del metano en la región de aguas profundas del Golfo de México
Resumen aprobado por:
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Dra. María Asunción Lago Lestón
Codirectora de tesis
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Dr. Mario Hérnandez Guzmán
Codirector de tesis
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Resumen en español
El metano es el segundo gas de efecto invernadero más abundante, con un potencial calorífico 27 veces mayor que el dióxido de carbono a 100 años, lo que le confiere un papel crítico en el calentamiento global. El ciclo del metano es uno de los más antiguos en la biosfera y es realizado por dos grupos de microorganismos: los metanógenos (productores) y los metanótrofos (consumidores). Este ciclo ocurre en diversos ecosistemas, entre ellos, el océano, cuyos sedimentos albergan la mayor reserva de metano del planeta. El golfo de México (GM) es un sitio muy interesante para estudiar este ciclo, ya que alcanza profundidades de hasta 4000 m y ahí se han caracterizado reservorios de metano y otros hidrocarburos. El objetivo de este estudio fue identificar la composición taxonómica y potencial función de la metanobiota en las aguas y sedimentos profundos del GM analizando 31 metagenomas (13 de sedimentos y 18 de agua, a diferentes profundidades). El análisis de los metagenomas de los sedimentos permitió identificar una clara estratificación, con una mayor diversidad de metanógenos en las muestras más profundas de la columna sedimentaria. Además, la caracterización funcional nos permitió observar patrones diferenciales en dos muestras posiblemente influenciadas por la cercanía a lugares de emanación de hidrocarburos. Por otro lado, en las aguas profundas del GM, el perfil funcional y taxonómico fue más homogéneo, identificando oxidadores de metano y sus genes en todas las muestras. Esta homogeneidad entre estaciones y profundidades solo se vio alterada en una estación que presentaba una mayor abundancia relativa de familias y genes relacionados al ciclo del metano. Este trabajo contribuye a una mejor comprensión de este ciclo y su papel en las aguas profundas del océano.
El metano es el segundo gas de efecto invernadero más abundante, con un potencial calorífico 27 veces mayor que el dióxido de carbono a 100 años, lo que le confiere un papel crítico en el calentamiento global. El ciclo del metano es uno de los más antiguos en la biosfera y es realizado por dos grupos de microorganismos: los metanógenos (productores) y los metanótrofos (consumidores). Este ciclo ocurre en diversos ecosistemas, entre ellos, el océano, cuyos sedimentos albergan la mayor reserva de metano del planeta. El golfo de México (GM) es un sitio muy interesante para estudiar este ciclo, ya que alcanza profundidades de hasta 4000 m y ahí se han caracterizado reservorios de metano y otros hidrocarburos. El objetivo de este estudio fue identificar la composición taxonómica y potencial función de la metanobiota en las aguas y sedimentos profundos del GM analizando 31 metagenomas (13 de sedimentos y 18 de agua, a diferentes profundidades). El análisis de los metagenomas de los sedimentos permitió identificar una clara estratificación, con una mayor diversidad de metanógenos en las muestras más profundas de la columna sedimentaria. Además, la caracterización funcional nos permitió observar patrones diferenciales en dos muestras posiblemente influenciadas por la cercanía a lugares de emanación de hidrocarburos. Por otro lado, en las aguas profundas del GM, el perfil funcional y taxonómico fue más homogéneo, identificando oxidadores de metano y sus genes en todas las muestras. Esta homogeneidad entre estaciones y profundidades solo se vio alterada en una estación que presentaba una mayor abundancia relativa de familias y genes relacionados al ciclo del metano. Este trabajo contribuye a una mejor comprensión de este ciclo y su papel en las aguas profundas del océano.
Palabras clave: metanogénesis, metanotrofía , biogeoquímica, océano, metagenómica
Resumen en inglés
Methane is the second most abundant greenhouse gas with a global warming potential 27 times greater than carbon dioxide over a 100-year period, thereby playing a critical role in global warming. The methane cycle is one of the oldest in the biosphere and is mediated by two main groups of microorganisms: methanogens (producers) and methanotrophs (consumers). The largest methane reservoir on the planet is found in marine ecosystems, particularly in ocean sediments. The Gulf of Mexico (GM), with depths reaching up to 4000 m and well-characterized methane and hydrocarbons reservoirs, represents a key region for investigating the methane cycling. Therefore, this study aimed to identify the taxonomic composition and potential functionality of the prokaryotic community associated with the methane cycle in both deep waters and sediments of the GM. Accordingly, a total of 31 metagenomes were analyzed, out of which 13 were derived from sediments and 18 from the water column. Metagenomic analyses revealed a strong taxonomic stratification with the sediment depth, with a higher diversity of methanogenic groups in the subsurface layers. Functional profiles of two sediment samples showed a differential abundance pattern that might be explained by putative hydrocarbon seepages. In contrast, taxonomic and functional profiles throughout the water column exhibited relative homogeneity. Methanotrophic phylotypes and their associated genes were detected in all water samples across the GM. This homogeneity across stations and depths was only disrupted at one station which showed a higher abundance of methane-cycling families and their associated genes suggesting localized enrichment of methane-related processes. This work contributes to a better understanding of this cycle and its role in deep ocean.
Palabras clave: methanogenesis, methanotrophy, biogeochemistry, ocean, metagenomics