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Científicos del Carnegie Institution’s Department of Plant Biology han encontrado que ciertas bacterias fotosintéticas que viven en las aguas hirvientes de ciertas lagunas del parque de Yellowstone tienen dos metabolismos radicalmente distintos.
El estudio publicado en 30 de enero pasado en Proceedings of the National Academy of Sciences documenta el primer organismo con dos tipos de metabolismos, por el día realiza la fotosíntesis y por la noche fija nitrógeno atmosférico. Esto es muy sorprendente porque estas actividades se suponen incompatibles.
Además, este resultado llevado a cabo por Arthur Grossman, Devaki Bhaya y Anne-Soisig Steunou aclara por fin la incógnita de cómo estas lagunas hidrotermales consiguen los compuestos de nitrógeno.
Estas lagunas, como la laguna Octopus Spring en el Parque Nacional de Yellowstone que aparece en la foto, son unos ecosistemas que están coloreados vivamente por la presencia de microorganismos fotosintéticos. Ese es el hogar de la cianobacteria cyanobacterium Synechococcus.
Las cianobacterias son los organismos más antiguos de la Tierra (surgieron hace 3000 millones de años) en utilizar la luz del sol para crear moléculas orgánicas a partir del agua y el dióxido de carbono. De hecho, las cianobacterias produjeron la cantidad de oxígeno necesaria para que los animales aparecieran sobre la Tierra.
Las cianobacterias, como el subgrupo de las Synechococcus, se encuentran en las lagunas hidrotermales donde el agua está cerca del punto de ebullición formando los mantos coloreados ya mencionados. Estos sitios son comunidades altamente organizadas donde los diversos organismos que lo componen se reparten las tareas, y en donde las cianobacterias son las productoras primarias, realizando la misma función que plantas realizan en otros ecosistemas.
Hasta ahora no se sabía cómo estas comunidades fijaban el nitrógeno atmosférico. Al parecer son las propias cianobacterias las que se encargan de realizar este trabajo, y no sólo se encargan de la fotosíntesis como antes se creía.
Todas las células necesitan nitrógeno para fabricar las proteínas y ácidos nucleicos, pero el nitrógeno gaseoso de la atmósfera no puede ser utilizado directamente. Primero debe de ser reducido o fijado en compuestos de carbono o sales para poder ser empleado. El nitrógeno es un problema para las células fotosintéticas, pues el oxigeno producido por la fotosíntesis inhibe el complejo bioquímico que fija el nitrógeno. Por tanto las plantas se ayudan de otros seres, como ciertas bacterias, para obtener este nitrógeno. Algunas de estas bacterias viven incluso en simbiosis en las raíces de las plantas y lejos de las hojas donde se realiza la fotosíntesis y lejos del oxígeno.
Hay unos tipos de cianobacterias que también están especializadas en la fijación de nitrógeno (N) y que forman largas cadenas de células, algunas de las cuales se pueden especializar. Pero esta clase de cianobacteria no sobrevive en las altas temperaturas de estas lagunas hidrotermales, y no se les puede considerar candidatas a fijadoras de nitrógeno en este caso.
Sin embargo la cianobacteria Synechococcus, que es fotosintética, sí puede hacerlo. Como es unicelular y fotosintética debe de realizar la labor de fijación por la noche. Así, en lugar de separar físicamente ambas actividades porque no puede, las separa temporalmente.
Los genes de fijación de N se activan justo cuando los genes de la fotosíntesis se desactivan al caer la noche. El complejo enzimático de la nitrogenasa puede entonces realizar la labor estándar de fijación de N.
La fijación de N requiere energía, y sin poder usar un proceso respiratorio estándar que produzca energía a partir del azúcar almacenado y oxigeno (el oxigeno interferiría con la fijación de N), Synechococcus tiene que utilizar un proceso de fermentación, que aunque es menos eficiente, no necesita oxígeno. Por eso Synechococcus también activa los genes de la fermentación durante la noche. Esta fermentación basada en la poliglucosa es la que proporciona la energía al sistema de fijación de N.
Este descubrimiento pone de manifiesto lo complejos que son los ecosistemas microbianos en los lagos hidrotermales y cómo de exquisitamente se adapta la vida a unas condiciones tan duras.
Grossman sugiere que estos mantos microbianos presentes en estas lagunas sean considerados como unidades funcionales independientes en lugar de un grupo de organismos individuales separados.
Fuente: The Carnegie Institution of Washington [1]
Recursos: Fotos [2], fotos comentadas. [3]
Referencia: Resumen en PNAS. [4]