NeoFronteras

Bacterias que cierran el ciclo del arsénico

Área: Biología — Martes, 19 de Agosto de 2008

Unos científicos descubren unas bacterias que se basan en el arsénico para realizar un equivalente a la fotosíntesis. Los análisis indican que este proceso probablemente se remonta a hace miles de millones de años atrás.

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El Mono lake es un lago alcalino donde proliferan extrañas formas de vida. El drenaje de sus afluentes ha hecho aparecer formaciones rocosas de tufa que se formaron hace tiempo bajo el agua y que ahora afloran sobre la superficie. Foto: NeoFronteras.

Este descubrimiento añade una nueva dimensión al ciclo del arsénico y pone de manifiesto unos procesos inesperados que podrían haber sido esenciales para el establecimiento del ciclo del arsénico en la Tierra primitiva. Podría además reescribir la historia evolutiva, como mínimo en lo que al metabolismo del arsénico se refiere.
Los investigadores recolectaron muestras en dos charcas alimentadas por aguas hidrotermales al sureste de la isla Paoha, que está en el lago Mono (California). En cada una de ellas crecían películas microbianas que les dotaban de un color verde y rojo respectivamente. Las muestras revelaron que en esos lugares se oxida el tóxico arsenito [As(III)] al menos tóxico arsenato [As(V)] mediante una reacción similar a la fotosintética que se da en ausencia de oxígeno.
Los científicos fueron capaces además de aislar la bacterias que realiza la tarea y de demostrar que su vida se basa en esta reacción del arsénico en condiciones anóxicas.
Algunas bacterias pueden vivir del arsenato como fuente de energía. Se creía que estas bacterias no evolucionaron hasta que la fotosíntesis tradicional no liberó a la atmósfera grandes cantidades de oxígeno (hace 2700 millones de años), ya que sólo entonces el arsenito se podía transformar en arsenato de manera espontánea. Pero la gran diversidad de este tipo de bacterias entraba en contradicción con ese hecho, ya que no habrían tenido suficiente tiempo como para diversificarse tanto. Así que alternativamente se podría pensar que quizás pudo haber evolucionado mucho antes un metabolismo del arsénico, habiendo dado tiempo a este tipo de bacterias a diversificarse. La clave estaría en la otra parte del ciclo, en la que otras bacterias transformaran el arsenito en arsenato. Las bacterias ahora descubiertas demostraría la existencia de esa otra parte del ciclo.

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Las charcas donde se tomaron las muestras cuyo fondo está recubierto por películas microbianas (izquierda) y fotos tomadas por microscopía de las bacterias encontradas (derecha). Foto: Science.

El equipo de investigadores alimentó a estas bacterias con arsenito como única fuente de nutrientes y en ausencia de oxígeno, observando que proliferaban. Esto no deja de ser sorprendente porque este compuesto es tóxico para la mayoría de formas de vida de la Tierra. El arsénico es muy parecido químicamente al fósforo. El ADN o el ATP, que tanto son usados en la bioquímica celular, se basan en el fósforo. Cuando el arsénico entra en juego interfiere con el fósforo produciendo efectos tóxicos.
El arsénico es un elemento químico que forma parte de la corteza terrestre, y que aparece de forma natural en el suelo, rocas, agua, aire, plantas y animales. En un ambiente natural el arsénico se une químicamente a otros átomos para formar moléculas que se fijan al suelo y no se difunde por el medio. La concentración promedio de arsénico en los diversos suelos puede variar considerablemente.
Pero el arsénico puede ser liberado al medio ambiente a través de procesos naturales como la actividad volcánica, la erosión de las rocas o los incendios en los bosques. La actividad humana como la agricultura, minería o el consumo de combustibles fósiles contribuyen también a liberar arsénico al medio ambiente.
El resultado sugiere que la fotosíntesis del arsénico evolucionó al mismo tiempo, o incluso antes, que la fotosíntesis tradicional. Según los investigadores este tipo de mecanismo podría alimentar la vida en otros lugares del sistema solar como en la luna de Júpiter Europa o en Marte.
Se ha especulado con la posibilidad de que a comienzos de la vida en este planeta las moléculas tipo ADN o ATP se basaban en el arsénico en lugar de en el fósforo debido a la mayor abundancia entonces de ese elemento. Luego, según el fósforo era liberado al medio, se utilizó este último para la tarea. Se especula que en otros planetas la vida puede estar basada en el arsénico en lugar de en el fósforo.
El programa exobiológico de la NASA junto a USGS ayudaron a financiar esta investigación en la que participaron científicos de Duquesne University, University of Georgia, Southern Illinois University, USGS en Menlo Park y USGS Water Science Center (Maine).
Como aplicación práctica a este descubrimiento se podría citar la descontaminación de agua potable contaminada con este tipo de compuestos de arsénico.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa en USGS.
Artículo original.
Mono Lake.

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