Los microbios oxidaban el hierro aún en ausencia de oxígeno en la atmósfera
En los primeros tiempos de la formación de la Tierra, la atmósfera no contenía oxígeno, pero el hierro disuelto en los océanos se oxidó en cantidades gigantescas y se depositó en forma de roca. Hoy en día, por ejemplo, se puede ver en Sudáfrica como mineral de hierro bandeado (en la imagen de cabecera).
Un nuevo estudio investiga cómo diversas bacterias excretan hierro insoluble como parte de sus procesos metabólicos. Algunas, las oxidadoras de hierro fototróficas, obtienen energía oxidando el hierro con la ayuda de la luz solar, y otras haciendo reaccionar el hierro con nitrato como agente oxidante.
Un equipo internacional de investigación, en el que participaron el Dr. Casey Bryce de la Universidad de Bristol y la Dra. Verena Nikeleit y el Profesor Andreas Kappler, geomicrobiólogos de la Universidad de Tübingen, examinó estos procesos y se preguntó: ¿Qué microbios tenían ventaja en la competencia por el hierro? Las bacterias rivales también utilizaban monóxido de nitrógeno, un gas tóxico.
Hace dos o tres mil millones de años, la composición de la atmósfera de la Tierra era completamente diferente.
"En aquella época, los océanos contenían grandes cantidades de hierro en su forma reducida. En las condiciones actuales, el oxígeno de la atmósfera lo habría oxidado rápidamente y habría formado minerales de hierro oxidados", explica Kappler. Aunque en la Tierra no había oxígeno durante esta fase temprana, los enormes depósitos de hierro en las rocas muestran que los microbios lo oxidaban de manera efectiva incluso entonces.
Experimentos en el laboratorio
"Antes de que hubiera oxígeno en la Tierra, los oxidantes de hierro fototróficos formaban los enormes depósitos de óxido de hierro conocidos hoy como minerales de hierro bandeados", explica el Dr. Casey Bryce, director del proyecto. Bryce, ex profesor de la Universidad de Tubinga, ahora es profesor titular en la Facultad de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Bristol.
"Queríamos saber si estas bacterias competían con otros oxidantes de hierro que utilizaban nitrato", añade. Esto llevó a preguntarse si estos microbios en competencia podrían realmente coexistir y, de ser así, cuáles de ellos eran los principales responsables de la oxidación del hierro.
Imagen: Imágenes microscópicas de un cultivo de oxidantes de hierro fototróficos (Rhodobacter ferrooxidans SW2). Las bacterias vivas (teñidas de verde) se pueden ver sobre, alrededor y dentro de los minerales de hierro formados. Crédito: Verena Nikeleit
"Para comprender mejor la situación en la Tierra primitiva, hemos realizado experimentos de laboratorio", explica Verena Nikeleit, quien desde entonces trabaja en el centro de investigación noruego NORCE.
El equipo de investigación utilizó una cepa bacteriana de cada uno de los diferentes oxidantes de hierro y los dejó crecer en las condiciones que prevalecían hace dos o tres mil millones de años, en la luz y con las mismas concentraciones de hierro, nitrato y dióxido de carbono.
"Para nuestra sorpresa, el nitrato se agotó rápidamente y el hierro se oxidó. Sin embargo, no pudimos detectar ninguna oxidación del hierro por parte de los oxidantes de hierro fototróficos", afirma Nikeleit.
Los análisis mostraron que los oxidantes de hierro que consumen nitratos formaron monóxido de nitrógeno como subproducto tóxico. "Esto paralizó por completo la actividad de los oxidantes de hierro fototróficos. En otras palabras, estos microbios mataron a los oxidantes de hierro fototróficos al producir un gas venenoso".
Imagen derecha: Los minerales de hierro oxidado se forman cuando las bacterias fototróficas oxidan el hierro disuelto con la ayuda de la luz.
Una compleja red de interacciones
"Una hipótesis es que los oxidadores de hierro fototróficos probablemente contribuyeron muy poco a la formación de minerales de hierro bandeado en fases posteriores de la historia de la Tierra", dice Kappler. Esto se debe a que la actividad de otros microbios provocó que la atmósfera de la Tierra contuviera cada vez más oxígeno, una especie de evento temprano de importante contaminación ambiental.
"Es posible que también haya llegado a algunas zonas de los océanos donde como resultado se podría haber formado nitrato. Nuestros resultados proporcionan la primera evidencia experimental de la hipótesis de que los oxidadores de hierro fototróficos en áreas de alta productividad pueden haber estado expuestos al monóxido de nitrógeno tóxico durante este tiempo. Deben haberse alejado de las áreas ricas en nutrientes y, por lo tanto, no pudieron depositar tanto hierro".
Según Casey Bryce, según los cálculos del equipo de investigación, la oxidación del hierro por parte de las bacterias reductoras de nitrato puede haber compensado inicialmente la contribución reducida de los oxidadores de hierro fototróficos.
"Por lo tanto, la competencia inicial entre las diferentes bacterias no detendría inmediatamente la formación de las formaciones de hierro en bandas", explica. Se necesitan más mediciones e investigaciones para obtener una imagen más precisa de los procesos.
"Nuestro estudio proporciona una idea de cómo el enriquecimiento de oxígeno de la atmósfera de la Tierra podría haber afectado a otros ciclos de nutrientes en los océanos. "Esto ilustra la compleja red de interacciones biogeoquímicas que controlaron la vida en los primeros océanos de la Tierra", dice Bryce.
El estudio ha sido publicado en la revista Nature Geoscience: Inhibition of phototrophic iron oxidation by nitric oxide in ferruginous environments
