Digieren alrededor de la mitad de la materia orgánica que se hunde al fondo del mar
En el fondo del océano, donde el oxígeno es escaso, viven microbios que "respiran" azufre en lugar de oxígeno. Lejos de los bosques del mundo, estos microbios desempeñan un papel vital en el ciclo del carbono del planeta, con la digestión de alrededor de la mitad de la materia orgánica que se hunde al fondo del mar.
La nueva investigación, publicada recientemente como un artículo de fondo en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), combina los principios bioquímicos y la teoría de isótopos estables creando un nuevo enfoque para comprender lo que nos dice la actividad metabólica de estos comunes microorganismos acerca de su entorno. Este enfoque puede llegar a ser una valiosa herramienta para ayudar a descifrar los procesos cruciales en la ecología del planeta en el pasado, así como en el presente y en el futuro.
El Dr. Itay Halevy, en el Departamento de Ciencias Terrestres y Planetarias del Instituto Weizmann, y el Dr. Ala Boswell, de la Universidad McGill, trataron de explicar fenómenos que habían observado en experimentos durante casi 60 años: los llamados microbios reductores de azufre discriminan entre los cuatro isótopos estables de azufre en formas que dependen de las condiciones de crecimiento de los microbios.
A través de la respiración de los microbios, tomaron de su entorno un compuesto de azufre - sulfato - y lo usaron para alimentar sus reacciones metabólicas. Pero los microbios prefieren usar sulfato con isótopos más ligeros de azufre, por lo que "fraccionaron" estos isótopos generando productos metabólicos que enriquecieron del 32S al 34S. Los experimentos revelaron que el fraccionamiento disminuye cuando se aceleran las tasas de respiración, y aumenta a medida que aumentan las concentraciones de sulfato. Estos patrones se han utilizado para interpretar el registro geológico de isótopos de azufre y, por tanto, las condiciones ambientales del pasado, pero también un modelo integral que puede explicar y predecir los patrones que han faltado.
Para crear su modelo los investigadores tuvieron que incorporar información sobre las reacciones bioquímicas, los diversos factores ambientales que regulan los procesos metabólicos en microorganismos reductoras de sulfato, y la química de los isótopos de azufre, que toman una forma química y se convierten en otra (inhalación de O2 y exhalación en forma de CO2). Entre otras cosas, dicen el Dr. Halevy y el Dr. Ala, hicieron uso de principios desarrollados en parte por el grupo del Prof. Ron de Milo en el Departamento de Ciencias Vegetales y Ambientales - que combinan las tasas de reacciones biológicas a las reacciones energéticas y la dinámica de las enzimas implicadas en esas reacciones.
La capacidad de modelar los procesos que controlan el fraccionamiento isotópico microbiano tiene muchas posibles implicaciones. Si el ensayo que se está realizando actualmente apoya el modelo, será una herramienta muy valiosa para la comprensión de la actividad microbiana en el medio ambiente actual, así como en el antiguo.
Los investigadores sugieren que permitiría a los geocientíficos decodificar la historia antigua de la comprensión de cómo dejaron su marca desde hace mucho tiempo los microbios reductores de azufre en las formaciones rocosas que contienen azufre.
Por otra parte, señala el Dr. Halevy, el enfoque puede abrir puertas a otras áreas de la investigación: "El método se puede aplicar al metabolismo microbiano de muchos elementos adicionales", dice. "Por ejemplo, podría ser utilizado para modelar el fraccionamiento isotópico de nitrógeno de las bacterias desnitrificantes que impulsan una parte importante del ciclo del nitrógeno del planeta, o la de los microorganismos que producen el metano, un gas de efecto invernadero".
Artículo científico: Intracellular metabolite levels shape sulfur isotope fractionation during microbial sulfate respiration
