Cómo prosperan algunas especies en entornos oscuros y sin oxígeno

foraminíferos
Vista a través del ocular de un microscopio de disección que muestra un grupo de 25 foraminíferos de N. stella. Los foraminíferos son extremadamente abundantes en la Tierra. La mayoría tienen un diámetro de apenas 300 micrones. Crédito: Ocean Exploration Trust, NOAA Ocean Exploration y NASA

Foraminífero utiliza la quimioautotrofia para absorber carbono

La mayor parte de la vida en la Tierra depende de la energía del sol para sobrevivir, pero ¿Qué pasa con los organismos de las profundidades marinas que viven fuera del alcance de sus rayos?

Un nuevo estudio dirigido por el Instituto Oceanográfico Woods Hole (WHOI) arroja luz sobre cómo una especie de foraminíferos, organismos unicelulares que se encuentran en casi todos los hábitats marinos, prospera en un entorno oscuro y sin oxígeno.

Para esta especie de foraminífero, la respuesta es la quimioautotrofia, un proceso metabólico que utiliza fuentes de energía inorgánica, quizás sulfuro, para absorber carbono, lo que le permite sobrevivir en ambientes sin oxígeno. Se ha observado quimioautotrofia en bacterias y arqueas, que son organismos microbianos sin un verdadero núcleo. Sin embargo, los foraminíferos son eucariotas, lo que significa que tienen un núcleo bien definido, que alberga el material genético de un organismo.

"Los animales, las plantas, las algas y los foraminíferos son eucariotas. Nos interesaba estudiar estos foraminíferos porque prosperan en un entorno muy similar al de la Tierra durante el Precámbrico, una época anterior a la evolución de los animales", explicó Fatma Gomaa, investigadora asociada del Departamento de Geología y Geofísica del WHOI.

"Durante ese tiempo, había muy poco o ningún oxígeno disponible en los océanos y había mayores concentraciones de compuestos inorgánicos tóxicos; condiciones similares a algunos ambientes modernos que se encuentran en el fondo marino, especialmente dentro de los sedimentos. Comprender las fuentes de energía y carbono que utilizan los foraminíferos nos ayuda a responder preguntas sobre cómo se adaptan estas especies a los cambios ambientales, al tiempo que avanzamos en nuestro conocimiento de la evolución de la vida eucariota en la Tierra".

Utilizando el vehículo operado a distancia Hercules desde el buque de exploración E/V Nautilus, operado por el Ocean Exploration Trust, el equipo recogió sedimentos que contenían foraminíferos a unos 570 metros (1.870 pies) debajo de la superficie del océano, frente a la costa de California.

muestras de sedimentos

Imagen: En profundidad, el equipo utilizó núcleos de empuje modificados, o núcleos inyectores, para recolectar muestras de sedimentos cubiertos con una capa bacteriana blanca. (Crédito de la foto: Ocean Exploration Trust, NOAA Ocean Exploration y NASA)

En profundidad, el equipo utilizó dos métodos principales para conocer las estrategias de vida de los foraminíferos. El primero incluía la infusión de muestras con un conservante (visible con un tinte rojo), preservando así los foraminíferos in situ.

Además, los investigadores utilizaron incubaciones in situ con un trazador isotópico de carbono, una técnica que permite rastrear metabolitos marcados a través de reacciones químicas. Estas incubaciones se mantuvieron en el fondo marino durante aproximadamente 24 horas antes de ser recuperadas y submuestreadas con luz roja.

"Cuando analizamos las incubaciones de los trazadores en el fondo marino, pudimos ver que el trazador se movía desde el agua y se asociaba con la biomasa de foraminíferos. Esto nos dio una idea de dónde obtenían su carbono estos organismos", dijo Daniel Rogers, profesor asociado de química y director del departamento en Stonehill College.

“Para nosotros era importante realizar estas observaciones en profundidad, donde estos organismos están en su estado natural. Al sacarlos a la superficie, los exponemos a la luz, aumentamos la temperatura de su entorno y modificamos la cantidad de presión a la que están sometidos. Este enfoque in situ nos brinda una descripción más precisa de cómo sobreviven estos organismos en entornos tan hostiles".

Joan Bernhard, científica senior del Departamento de Geología y Geofísica del WHOI y experta en foraminíferos, ha estado estudiando esta población de foraminíferos bentónicos durante décadas para aprender cómo sobreviven estas fascinantes criaturas en este desafiante entorno y lo han hecho a lo largo de gran parte de la historia de la Tierra.

"Los foraminíferos son extremadamente abundantes en la Tierra. La mayoría tienen un diámetro de apenas 300 micrones, por lo que son bastante pequeños. En un volumen tan pequeño como el de una goma de borrar, podría haber alrededor de 500 ejemplares de esta especie en este hábitat oscuro, sin oxígeno y sulfídico", explicó Bernhard.

metabolismo de foraminíferos

Imagen: Principales vías metabólicas en N. stella y su cleptoplasto. Representación esquemática de las vías metabólicas en el foraminífero N. stella basada en datos de expresión génica de las lecturas del metatranscriptoma obtenidas de muestras preservadas in situ. The ISME Journal

Este estudio fue financiado por la NASA, que está interesada en la posibilidad de vida en otros planetas y en cómo podría sobrevivir. Si bien las profundidades marinas no podrían estar más lejos de los planetas extraterrestres, ambos entornos comparten similitudes, como frías temperaturas, oscuridad y, en muchos lugares, falta de oxígeno.

"Esta especie absorbe los cloroplastos de organismos no relacionados, es decir, los orgánulos que realizan la fotosíntesis si se exponen a la luz solar. Este proceso se denomina cleptoplastia y consiste en que un organismo roba cloroplastos de otro tipo de organismo, aunque estos foraminíferos nunca estén expuestos a la luz solar. Sabemos que aquí se realizan cleptoplastias, pero necesitábamos más investigaciones para entender por qué este foraminífero tiene tanto éxito en la oscuridad, sin oxígeno".

Además de su capacidad para prosperar en lo que algunos consideran un hábitat extremo, las conchas de los foraminíferos también se utilizan en estudios sobre el cambio climático y para la búsqueda de reservas de hidrocarburos. "Tenemos registros fósiles de foraminíferos que datan de más de 500 millones de años, lo que significa que tenemos un registro más largo de este grupo que la mayoría de las otras formas de vida en la Tierra", continuó Bernhard.

"Al estudiar estos fósiles, podemos ver cómo sus conchas han respondido a cambios en el medio ambiente, como la temperatura, la salinidad, el pH o el oxígeno. Al estudiar la geoquímica preservada en sus conchas, los foraminíferos son excelentes herramientas para mostrar la edad y el medio ambiente de un depósito geológico".

"Toda esta información es esencial para construir registros climáticos precisos. El hecho de que una especie de foraminífero sea quimioautotrófica plantea interrogantes sobre sus registros geoquímicos y si los estamos interpretando correctamente. Otras especies de foraminíferos también podrían comportarse de esta manera".

Los investigadores también preservaron especímenes de otras dos especies de foraminíferos y los resultados iniciales sugieren que estos tipos difieren biológicamente. Los científicos están realizando actualmente análisis comparables sobre estas otras especies para identificar sus fuentes de energía y carbono.

El estudio se ha publicado en The ISME Journal: Array of metabolic pathways in a kleptoplastidic foraminiferan protist supports chemoautotrophy in dark, euxinic seafloor sediments

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