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Arqueas extremófilas fijadoras de nitrógeno

Área: Biología — viernes, 22 de diciembre de 2006

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Chimenea hidrotermal de unos 60 cm donde encontraron la arquea. Foto: NOAA.

Han descubiertos microorganismos capaces de sobrevivir y de realizar la fijación de nitrógeno a 92 grados centígrados y que representan el linaje más antiguo conocido capaz de realizar esa labor.
Los extremófilos son microorganismos que viven en condiciones extremas. Hay algunos que viven en medios muy ácidos, otros en medios muy salinos o incluso hay alguno que puede vivir al lado de un reactor nuclear porque es resistente a la radiación. Algunos de ellos, como el que relatamos aquí, son capaces de resistir temperaturas muy altas. La marca mundial la ostenta Pyrolobus fumarii que puede vivir a 113º C.
Por otro lado la fijación del nitrógeno es esencial en el ciclo de la vida. Muy pocos microorganismos son capaces de fijar este gas en una forma química que pueda ser asimilada por el resto de los organismos vivientes. El nitrógeno asimilado puede entonces formar parte de los aminoácidos de nuestras proteínas o de las bases nitrogenadas de nuestro ADN. Incluso las plantas no pueden realizar esa función fijadora por ellas solas, y delegan esta función en microorganismos. ¿Cómo fue la evolución de la fijación del nitrógeno? Según una teoría la fijación del nitrógeno evolucionó una sola vez hace miles de millones de años. Otra teoría sugiere que los organismos primitivos pudieron vivir en un principio sin la fijación del nitrógeno (N) porque había amoniaco presente en el medio ambiente de esa época. Según esto la capacidad de fijación de N evolucionó más tarde y fue transferida lateralmente a otras especies.
Entre todos los microorganismos las arqueas representan probablemente los seres vivos más antiguos conocidos. Se han encontrado pruebas en rocas que demuestran que ya estaban aquí hace 2700 millones de años. Si tenemos que imaginar cómo fueron los primeros seres que poblaron la Tierra podemos suponer que serían muy parecidos a las arqueas. Las arqueas no son bacterias ni plantas ni protozoos, representan pues su propio dominio. No tienen núcleo diferenciado y son muy primitivas.
Ahora los investigadores Mausmi Mehta y John Baross de University of Washington en Seattle han confirmado que una arquea que vive a alta temperatura en las costas de Oregón y Washington es capaz de fijar el nitrógeno gaseoso a 95º C, y por tanto representa el linaje más antiguo conocido capaz de realizar esa labor.
Realizaron análisis genéticos, que han publicado en Science hace unos días, que demuestran la presencia del gen que produce la nitrogenasa (una enzima capaz de convertir el nitrógeno gaseoso en forma de amoniacal usable por los organismos) y que apareció antes que las tres ramas de la vida (bacterias, arqueas y eucariotas) divergiendo hace 3500 millones de años. Estos resultados contradicen la teoría hasta ahora aceptada de que la nitrogenasa surgió primero en las arqueras y posteriormente fue transferida a las bacterias “en paralelo”.
Ya en 1981 se especuló sobre la posible fijación de nitrógeno en las chimeneas hidrotermales porque los animales allí presentes contenían proporciones de isótopos de este elemento distintas a las de otros animales. Además había muchas evidencias que apuntaban a que las arqueas de alta temperatura como las primeras formas de vida sobre la Tierra, pero si así era ¿por qué no se encontraban arqueas que fijaran el nitrógeno? Sin fijación de nitrógeno y sin otros organismos que realicen la tarea, el ciclo del nitrógeno no puede ser completado al no existir el reciclado completo de este gas. Con este hallazgo parece resolverse la paradoja que había antes.
A esta arquea se le denomina FS406-22 y fue descubierta por investigadores de universidad de Washington en chimeneas hidrotermales en el fondo del Pacífico, concretamente en un volcán situado en la cordillera sumergida Juan de Fuca, que recorre las costas de Washington y Oregón. El hogar de este microorganismos probablemente se encuentra a 100 metros por debajo del suelo oceánico donde no hay oxígeno, y cerca de las regiones magmáticas que producen estos fenómenos volcánicos.
La fijación de N a un máximo de 92º C sobrepasa en 28º C la anterior marca de Methanothermococcus thermolithotrophicus, otra arquea que encontrada en Italia fija N a 64º C. Según las pruebas de laboratorio la fijación del nitrógeno es realizada por esta nueva arquea entre 58º C y 92º C y su mejor proliferación se produce a 90º C.
La fijación del nitrógeno es esencial para la vida y se produce de varias maneras, o se fija el N en forma de amoniaco o en forma de nitratos que puede ser absorbido por las plantas. Los animales (y nosotros mismos) conseguimos el nitrógeno al ingerir plantas o al comer animales que previamente han comido plantas.
El nitrógeno atmosférico está presente en el mar, tanto disuelto en forma gaseosa como en forma de nitrato. El agua marina se puede infiltrar en el subsuelo oceánico y al calentarse transformar el nitrógeno fijado en N gaseoso. Las aguas por encima de 30º C casi no contienen nitratos y los organismos que viven a altas temperaturas, como estas arqueas, no podrían asimilar el elemento en cuestión si no fueran capaces de fijarlo.
El descubrimiento de esta arquea amplía los territorios en donde la vida puede existir en la biosfera oceánica de este planeta incluso en otros planetas.
El análisis genético de FS406-22 muestra que tiene uno de los genes más antiguos conocidos y las características más primordiales en términos de secuencias de genes. Retiene por tanto las características más remotas de la historia de la vida.
Por otro lado, en la parte materialista, quizás se puedan copiar los caminos químicos para realizar una fijación industrial del N de manera más económica (los abonos y fertilizantes químicos estás compuestos principalmente de nitratos). Al final va a resultar que estas investigaciones básicas tienen aplicaciones prácticas, por lo que nos debemos de replantear la importancia que le damos a este tipo de investigaciones.

Referencia: MehtaM. and Baross J. Science, 314 . 1783 – 1786 (2006).

Fuentes:
University of Washington.
Stanford University.
Arqueas en Wikipedia.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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2 Comentarios

  1. lili:

    Muy buen artículo.

  2. QUINTEROS Jorge Humberto:

    Soy estudiante de Ingeniería ambiental y estoy preparando un trabajo sobre la fijación de nitrógeno. Me gustaría me envíen material para poder incluirlo en mi trabajo, además de las tecnología que puedan utilizarse.
    Muchas gracias
    QUINTEROS Jore Humberto

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