Los microbios que viven en las aguas termales de colores brillantes del Parque Nacional de Yellowstone usan principalmente hidrógeno como combustible, un descubrimiento que los investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder dicen que es un buen augurio para la vida en entornos extremos en otros planetas y podría contribuir a la comprensión de las bacterias dentro del cuerpo humano.
Un equipo de biólogos de CU-Boulder dirigido por el profesor Norman Pace, uno de los principales expertos mundiales en evolución molecular y microbiología, publicó su informe "Hidrógeno y bioenergética en el sistema geotérmico de Yellowstone" esta semana en la edición en línea de las Actas del National Academia de Ciencias.
Los hallazgos del equipo, basados en varios años de investigación en el parque, refutan la idea popular de que el azufre es la principal fuente de energía para los pequeños organismos que viven en características térmicas.
"Fue una sorpresa encontrar que el hidrógeno era la principal fuente de energía para los microbios en las aguas termales", dijo Pace. “Este proyecto también es interesante en el contexto de la microbiología porque es una de las pocas veces que hemos podido estudiar microbios para obtener información sobre un ecosistema completo. Eso nunca antes había sido posible ".
El estudio fue diseñado específicamente para determinar la fuente principal de energía metabólica que impulsa a las comunidades microbianas en las características del parque con temperaturas superiores a 158 grados Fahrenheit. No se sabe que la fotosíntesis ocurra por encima de esa temperatura.
Una combinación de tres pistas diferentes llevó a los investigadores a concluir que el hidrógeno era la principal fuente de energía. El análisis genético de las variedades de microbios que viven en las comunidades de aguas termales reveló que todos prefieren el hidrógeno como fuente de energía. También observaron H2 ubicuo en todas las aguas termales a concentraciones suficientes para la bioenergética microbiana. Los modelos termodinámicos basados en datos de campo confirmaron que el metabolismo del hidrógeno era la fuente de combustible más probable en estos entornos.
"Este trabajo presenta algunas preguntas asociadas interesantes", dijo John Spear, autor principal del informe. “El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo. Si hay vida en otra parte, podría ser que el hidrógeno sea su combustible ”, dijo Spear. "Hemos visto evidencia de agua en Marte, y sabemos que en la Tierra, el hidrógeno puede ser producido biogenéticamente por fotosíntesis y fermentación o no biogenéticamente por el agua que reacciona con roca que contiene hierro. Es posible que los procesos no biogénicos produzcan hidrógeno en Marte y que alguna forma de vida microbiana pueda estar usando eso ", dijo.
Según Spear, hay muchos ejemplos de bacterias que viven en ambientes extremos, incluido el cuerpo humano, que usan hidrógeno como combustible. "Estudios recientes han demostrado que la bacteria Helicobacter pylori, que causa úlceras, vive en el hidrógeno dentro del estómago", dijo Spear. “Salmonella metaboliza el hidrógeno en el intestino. Me hace preguntarme cuántos tipos diferentes de microbios están metabolizando el hidrógeno en ambientes extremos ”.
En lugar de confiar en las técnicas tradicionales de microbiología que utilizan cultivos cultivados en el laboratorio, el equipo de CU-Boulder utilizó la metodología desarrollada por Pace para analizar genéticamente la composición de la comunidad microbiana tal como apareció en el campo. "No vimos lo que crece en un plato de cultivo, observamos el ARN de las muestras directamente del campo", dijo Spear.
"Nunca antes habíamos sabido qué microbios vivían en las aguas termales de Yellowstone, y ahora lo sabemos", dijo Pace.
Se utilizó un nuevo conjunto de instrumentos para recopilar datos, algunos de los cuales nunca antes se habían recopilado. "Nadie había medido la concentración de hidrógeno en las aguas termales antes porque la tecnología no existía hasta hace unos siete años. Ahora podemos detectar concentraciones muy bajas de hidrógeno en el agua ”, explicó Spear.
"Encontramos mucho hidrógeno en las aguas termales, un suministro interminable de bacterias", dijo. Se registraron mediciones de la cantidad de H2 en el agua en las aguas termales de Yellowstone, arroyos y respiraderos geotérmicos en diferentes partes del parque y durante diferentes estaciones. Todos los ambientes tenían concentraciones apropiadas para el metabolismo energético.
El equipo utilizó modelos termodinámicos generados por computadora para averiguar si el hidrógeno era realmente la principal fuente de energía. "Se puede oler el sulfuro en el aire en Yellowstone, y la idea aceptada era que el azufre era la fuente de energía para la vida en las aguas termales", dijo Spear. No es así, según los modelos informáticos del equipo basados en mediciones de campo de hidrógeno, sulfuro, concentración de oxígeno disuelto y otros factores.
Spear dijo que era difícil explorar un ecosistema microbiano. "Nos cuesta bastante explicar lo que sucede en un bosque, por ejemplo, con todos los sistemas de entrelazado. Ni siquiera podemos ver un sistema microbiano ".
La extracción de muestras fue una operación peligrosa y delicada. Para analizar con precisión toda la comunidad microbiana de una fuente termal, Spear solo necesitaba recolectar casi la misma cantidad de material que un borrador de lápiz. Las muestras de sedimento se recogieron en viales de muestra especiales y se congelaron inmediatamente en botes de nitrógeno líquido para preservar la comunidad microbiana.
En manantiales donde no había sedimento, Spear recolectó muestras de organismos planctónicos colgando un portaobjetos de vidrio en el agua y permitiendo que los microbios se acumularan. “Las bacterias son como nosotros. Les gusta estar juntos, les gusta estar unidos a una superficie y les gusta que les traigan su comida, hidrógeno disuelto, en este caso ".
Spear explicó que los colores de las aguas termales son el resultado de las interacciones entre los minerales y los microbios que viven en las piscinas. El agua más caliente generalmente muestra los colores de los minerales, y el agua más fría alberga los pigmentos fotosintéticos.
"Según lo que he visto en este análisis, creo que el hidrógeno probablemente impulsa mucha vida en muchos entornos", dijo Spear. "Es parte de la especulación, pero dada la cantidad y el tipo de bacterias que metabolizan el hidrógeno, es probable que sea una forma muy antigua de metabolismo".
Eso es importante porque nos cuenta sobre la historia de la vida en la Tierra ", dijo. "Y si funciona de esta manera en la Tierra, es probable que suceda en otro lugar. Cuando miras a las estrellas, hay mucho hidrógeno en el universo ".
Fuente original: Comunicado de prensa de UCB
