El estado trófico regula fuertemente el óxido nitroso pero no la producción de metano en los sedimentos de lagos de agua dulce a escala global

Por qué importa el lodo de los lagos para el clima

Ocultas bajo la calma de la superficie de los lagos, capas delgadas de lodo ayudan silenciosamente a decidir cuánto gas de efecto invernadero se escapa a la atmósfera. Este estudio examina cómo los cambios en los niveles de nutrientes de los lagos —si son claros y pobres en nutrientes o turbios y llenos de algas— alteran la producción de dos gases potentes: el óxido nitroso, un gas de efecto invernadero de larga vida, y el metano, el componente principal del gas natural. Entender estos procesos invisibles nos ayuda a ver cómo la agricultura, el uso de fertilizantes y las políticas de calidad del agua repercuten hasta el clima global.

Del agua potable a los gases de efecto invernadero

Los lagos de agua dulce suministran agua potable y sostienen la pesca y la recreación, pero también son fuentes importantes de gases de efecto invernadero. Cuando fertilizantes y otros contaminantes ricos en nitrógeno llegan desde tierras agrícolas y ciudades a los lagos, alimentan proliferaciones de algas y un proceso llamado eutrofización —en el que las aguas se vuelven más verdes, el oxígeno en capas profundas se agota y la biodiversidad disminuye. Al mismo tiempo, esos nutrientes alimentan a los microbios que controlan si el nitrógeno sale del lago de forma segura como nitrógeno gaseoso inocuo o se filtra como óxido nitroso, y si la materia orgánica enterrada se convierte en metano. No obstante, hasta ahora los científicos no habían comprendido con claridad cómo el estado trófico de un lago determina qué gases se producen y por qué vías microbianas.

Siguiendo a los microbios alrededor del mundo

Los autores combinaron experimentos de laboratorio detallados con un muestreo global de ADN de sedimentos lacustres para abordar esta pregunta. Tomaron muestras de sedimentos y de las aguas suprayacentes de lagos que cubren una amplia gama de condiciones de nutrientes, desde sistemas muy claros y pobres en nutrientes (oligotróficos) hasta otros muy enriquecidos y ahogados por algas (eutróficos). Con metagenómica leyeron los planos genéticos de los microbios presentes y siguieron genes clave vinculados al ciclo del nitrógeno y del metano. Luego incubaron los sedimentos en el laboratorio bajo condiciones controladas, añadiendo formas específicas de nitrógeno y usando inhibidores para activar o desactivar procesos microbianos concretos. Esto les permitió medir la velocidad de producción de óxido nitroso y metano, y vincular esas tasas a la maquinaria microbiana subyacente.

Dos mundos distintos del óxido nitroso

Surgió un patrón llamativo para el óxido nitroso. En sedimentos eutróficos, ricos en materia orgánica, los microbios disponen de la energía necesaria para llevar a cabo la desnitrificación completa —terminando el proceso al convertir el nitrógeno reactivo en nitrógeno gaseoso inocuo. En estos lagos, el óxido nitroso surge principalmente como subproducto de la nitrificación, una vía en la que microbios oxidan amonio; cuando los investigadores bloquearon este paso con un inhibidor específico, las emisiones de óxido nitroso casi desaparecieron. En contraste, en sedimentos oligotróficos y pobres en carbono orgánico, la desnitrificación a menudo se queda a medias. Los microbios convierten nitrato en óxido nitroso pero carecen de recursos para completar el paso final, de modo que el óxido nitroso se acumula y escapa a la atmósfera. Los marcadores genéticos reflejaron esta división: los sedimentos eutróficos dominaban tipos de genes asociados a un fuerte consumo de óxido nitroso, mientras que los oligotróficos presentaban más genes vinculados a una desnitrificación incompleta y a una mayor liberación de óxido nitroso.

El metano sigue otro conjunto de reglas

El metano contó una historia más compleja. En el conjunto de datos global, la abundancia de genes responsables de la producción de metano en sedimentos siguió de cerca a los genes de fijación de nitrógeno en microbios especializados, lo que sugiere que los arqueas metanógenos a menudo fabrican su propio fertilizante de nitrógeno a partir del gas nitrógeno. Las incubaciones de laboratorio confirmaron que suministrar gas nitrógeno aumentaba tanto la producción de metano como los niveles de amonio en los sedimentos. Sin embargo, a diferencia del óxido nitroso, los genes y las tasas de producción relacionadas con el metano no mostraron un cambio claro y consistente entre lagos pobres y ricos en nutrientes. En lugar de ello, la producción de metano parece depender de una mezcla más amplia de influencias, incluidas la temperatura, la química de los sedimentos, la profundidad del lago y la velocidad de acumulación de material en el fondo, lo que dificulta predecirla solo a partir del estado trófico.

Subir y bajar el regulador de nutrientes

Para ir más allá de instantáneas de lagos existentes, los investigadores llevaron a cabo un ingenioso experimento de “inoculación cruzada”. Mezclaron microbios vivos de un lago pobre en nutrientes con sedimentos esterilizados de un lago rico, y viceversa, creando en el laboratorio un gradiente desde condiciones oligotróficas hasta eutróficas. A medida que enriquecían gradualmente los sedimentos pobres, la producción de óxido nitroso cambió de estar controlada por una desnitrificación incompleta a estar dominada por la nitrificación, coincidiendo con el patrón observado en lagos eutróficos reales. Cuando hicieron que sedimentos ricos se parecieran más a sedimentos de baja nutrición, el sistema se invirtió nuevamente. Este cambio reversible muestra que, a medida que los lagos se desplazan a lo largo del espectro eutrofización–oligotrofización por acciones humanas o por esfuerzos de restauración, la fuente microbiana principal de óxido nitroso cambia de forma predecible con ellos.

Qué significa esto para el clima y la gestión de lagos

Para un lector no especialista, la conclusión clave es que los niveles de nutrientes de los lagos dirigen con fuerza cómo se produce el óxido nitroso, pero no ejercen un control simple y directo sobre el metano. En lagos eutróficos, reducir las entradas de amonio o limitar las condiciones que favorecen la nitrificación podría reducir drásticamente las emisiones de óxido nitroso. En lagos oligotróficos o en recuperación, las estrategias que mantengan la desnitrificación hasta su finalización —como aumentar el carbono relativo al nitrato o eliminar el nitrato almacenado en los sedimentos— pueden ayudar a evitar fugas de óxido nitroso. Dado que se espera que el uso global de fertilizantes y el desarrollo del suelo aumenten la eutrofización en muchas regiones, estos hallazgos ofrecen una hoja de ruta práctica: gestionando el estado trófico de los lagos podemos desplazar deliberadamente el equilibrio de las vías microbianas en los lodos del fondo y, a su vez, reducir una fuente importante de un potente gas de efecto invernadero.

Cita: Yang, Y., Zhang, H., Herbold, C.W. et al. Trophic status strongly regulates nitrous oxide but not methane production in global freshwater lake sediments. Nat Commun 17, 3791 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72269-z

Palabras clave: eutrofización de lagos, emisiones de óxido nitroso, metano procedente de sedimentos, ciclo microbiano del nitrógeno, gases de efecto invernadero de agua dulce