Arriba: Montículo hidrotermal a ~ 2.000 metros de profundidad en la Cuenca de Guaymas
Microbios amantes del calor reciclan carbono orgánico en el fondo marino
Hace frío en las profundidades de los océanos del mundo; la mayor parte del lecho marino está a 4°C. No así el lecho marino de la Cuenca de Guaymas en el Golfo de California. Aquí, se separan las placas tectónicas y el calor del interior de la Tierra puede elevarse, tan arriba que hornea grandes áreas de los sedimentos del lecho marino, convirtiendo en metano la materia orgánica enterrada y otros compuestos ricos en energía.
¿Qué tipo de organismos prosperan en este punto caliente oceánico? En dos nuevos estudios, el científico asistente del Marine Biological Laboratory (MBL), Emil Ruff, y sus colaboradores muestran que distintas regiones dentro de la cuenca albergan microorganismos especialmente adaptados; descubren nuevos habitantes microbianos de esta comunidad de aguas profundas; y sugieren cómo puede la comunidad estar influyendo drásticamente en el ciclo del carbono en los sedimentos calientes del lecho marino.
Justo en el lecho marino, donde el calor geotérmico se encuentra con el frío océano profundo, los sedimentos a menudo tienen una temperatura agradable de 30 a 60°C, ideal para los microbios amantes del calor (termófilos). Estos exóticos amantes del calor pueden usar el metano como fuente de energía y prosperar en paisajes marinos que son tan diferentes de la mayoría de los otros ecosistemas de la Tierra que bien podrían existir en otro planeta por completo.
Imagen: El brazo robótico de Alvin tomando la temperatura del fondo marino en la Cuenca de Guaymas usando una sonda de calor. Crédito: Teske et al., 2021
Los comedores de metano y otros organismos que utilizan la energía química de los fluidos hidrotermales son la base de la red trófica, sin la cual el ecosistema no sería posible. En el primer estudio, Teske et al. muestran que estos comedores de metano y otros microbios están especialmente adaptados a distintos regímenes térmicos y geoquímicos dentro de la Cuenca.
Las comunidades microbianas en estos sedimentos hidrotermales son muy diversas, pero solo unos pocos organismos pueden utilizar el metano como fuente de energía. Entonces, ¿Qué están haciendo todos los demás?
Una gran parte, o la mayor parte, de la diversidad microbiana parece consistir en organismos que, como los humanos, solo pueden usar compuestos orgánicos reducidos para obtener energía (como azúcares, proteínas y ácidos grasos). Estos organismos, llamados heterótrofos, deben vivir de alguna manera de la biomasa que llueve desde la superficie del océano o es producida por los comedores de metano y otros productores primarios.
Imagen: Mapa batimétrico de la cuenca de Guaymas anotado con los sitios de muestreo de la expedición AT37-06 de Atlantis en 2016. Crédito Teske et al, Front. Microbiol., 2021. Based on a template courtesy of C. Mortera, UNAM.
Es una pregunta de larga data: qué compuestos usan estos heterótrofos para ganarse la vida y por qué tantas especies diferentes pueden vivir una al lado de la otra sin competir entre sí. En el segundo estudio, Sherlynette Pérez Castro, científica postdoctoral en el laboratorio de Ruff en el MBL, y sus colaboradores muestran que ciertos amantes del calor se especializan en degradar los "escombros" que se liberan al ambiente cuando otras células mueren: polímeros orgánicos y macromoléculas.
Cada célula, ya sea microbiana o humana, se compone principalmente de cuatro tipos de macromoléculas: proteínas, ácidos nucleicos (ADN, ARN), lípidos (ácidos grasos) y polisacáridos (azúcares). Los investigadores utilizaron sucesivamente cada uno de estos cuatro compuestos como la única fuente de energía y carbono para crecer e identificar los organismos de las profundidades marinas que pueden ganarse la vida con el compuesto respectivo.
Descubrieron que todos los organismos que podían cultivar en sus experimentos de laboratorio pertenecían a especies microbianas no cultivadas anteriormente. Los experimentos también mostraron que cada polímero era el alimento de toda una red alimentaria de organismos, lo que explica cómo una sola molécula puede sostener un zoológico de organismos, lo que sugiere una razón para la alta diversidad de heterótrofos coexistentes.
Para su sorpresa, ninguno de los 48 cultivos diferentes produjo metano, un producto final común de los organismos heterótrofos. Esto podría significar que el metano que se emite en el lecho marino sea eliminado por completo del ecosistema por las comunidades microbianas, lo que tiene implicaciones para el ciclo del carbono de las profundidades marinas que quedan por explorar.
Referencias:
• Microbial Communities Under Distinct Thermal and Geochemical Regimes in Axial and Off-Axis Sediments of Guaymas Basin
• Degradation of Biological Macromolecules Supports Uncultured Microbial Populations in Guaymas Basin Hydrothermal Sediments
Imagen de cabecera: Montículo hidrotermal a ~ 2.000 metros de profundidad en la Cuenca de Guaymas. Esta torre "viviente" de varios metros de altura de minerales y sedimentos empapados de hidrocarburos está impregnada de fluidos hidrotermales. La superficie de la estructura está cubierta con esteras de bacterias blancas y anaranjadas que utilizan azufre como fuente de energía. Visto desde el sumergible Alvin. Crédito: Teske et al, Front. Microbiol., 2021
