Penachos hidrotermales albergan bacterias que usan energía de sulfuro
En lo profundo del océano, en los límites de las placas tectónicas, los fluidos calientes se elevan desde los respiraderos hidrotermales. Los fluidos carecen de oxígeno y contienen grandes cantidades de metales como hierro, manganeso o cobre. Algunos también pueden transportar sulfuros, metano e hidrógeno.
Cuando el agua caliente se mezcla con el agua de mar circundante fría y oxigenada, se desarrollan penachos hidrotermales que contienen partículas de sulfuro metálico similares al humo.
Estos penachos se elevan a cientos de metros del lecho marino y se dispersan a miles de kilómetros de su fuente. Los penachos hidrotermales pueden parecer un lugar precario para sentirse como en casa. Sin embargo, eso no impide que ciertas bacterias florezcan allí.
"Echamos un vistazo detallado a las bacterias del género Sulfurimonas. Se asumió que fueron arrojadas allí desde ambientes asociados con respiraderos en el fondo marino. Pero nos preguntamos si los penachos podrían ser en realidad un ambiente adecuado para algunos miembros del grupo Sulfurimonas", dice el primer autor Massimiliano Molari del Instituto Max Planck de Microbiología Marina en Bremen, Alemania.
Hasta ahora, estas bacterias solo se sabe que crecen en ambientes con poco oxígeno, pero ocasionalmente también se han detectado secuencias de genes en penachos hidrotermales. Como sugiere su nombre, se sabe que usan energía de sulfuro.
Imagen: Los respiraderos hidrotermales de Aurora en Gakkel Ridge (Ártico central). Una instantánea de un respiradero hidrotermal (esquina superior izquierda, indicada por la flecha roja) y chimeneas (estructuras amarillo-naranja a la derecha) captadas por el sistema de cámara subacuática OFOS, que permitió identificar la ubicación del campo de fumarolas hidrotermales durante la expedición PS86. Crédito: informe de crucero
Difíciles condiciones de muestreo
Junto con colegas del Instituto Alfred Wegener, el Centro Helmholtz para la Investigación Polar y Marina en Bremerhaven (AWI) y el Centro MARUM para Ciencias Ambientales Marinas de la Universidad de Bremen, Molari emprendió un desafiante viaje de muestreo a penachos hidrotermales en el Ártico central y el Océano Atlántico Sur.
"Tomamos muestras de penachos en áreas extremadamente remotas de crestas de expansión ultralenta que nunca antes se habían estudiado. La recogida de muestras de penachos hidrotermales es muy complicada, ya que no son fáciles de localizar. El muestreo se vuelve aún más difícil cuando el penacho se encuentra a profundidades de más de 2.500 metros y debajo del hielo marino del Ártico, o dentro de las zonas tormentosas del Océano Antártico", explica Antje Boetius, líder de grupo en el Instituto Max Planck de Microbiología Marina y director de AWI, quien fue el científico jefe en las misiones del Ártico.
A bordo del buque de investigación Polarstern, los científicos lograron recolectar muestras y dentro de esta agua estudiaron la composición y el metabolismo de las bacterias.
Imagen: Buque de investigación Polarstern en la expedición PS86 en el hielo de Groenlandia, aproximadamente a 4.000 m sobre la zona volcánica occidental de Gakkel Ridge. Crédito: Instituto Alfred Wegener / Stefanie Arndt
Genoma bien equipado y extendido
Molari y sus colegas identificaron una nueva especie de Sulfurimonas llamada USulfurimonas pluma (el superíndice "U" significa "sin cultivar") que habita en los penachos hidrotermales fríos y saturados de oxígeno. Sorprendentemente, este microorganismo usó hidrógeno del penacho como fuente de energía, en lugar de sulfuro.
Los científicos también investigaron el genoma de los microbios y descubrieron que estaba muy reducido, sin genes típicos de sus parientes, pero bien equipado con otros para permitirles crecer en este entorno dinámico.
"Creemos que el penacho hidrotermal no solo dispersa los microorganismos de los respiraderos hidrotermales, sino que también podría conectar ecológicamente el océano abierto con los hábitats del fondo marino. Nuestro análisis filogenético sugiere que USulfurimonas pluma podría haber derivado de un ancestro asociado a un respiradero hidrotermal, que adquirió una mayor tolerancia al oxígeno y luego se extendió por los océanos. Sin embargo, eso aún debe investigarse más a fondo", dice Molari.
Imagen: Esquema metabólico y niveles de transcripción de genes implicados en la quimiolitoautotrofia aeróbica de USulfurimonas pluma
Una mirada a los datos del genoma de otros penachos reveló que USulfurimonas pluma crece en estos entornos en todo el mundo. "Obviamente, han encontrado un nicho ecológico en columnas hidrotermales frías, saturadas de oxígeno y ricas en hidrógeno", dice Molari. "Eso significa que tenemos que repensar nuestras ideas sobre el papel ecológico de las Sulfurimonas en las profundidades del océano; podrían ser mucho más importantes de lo que pensábamos anteriormente".
El estudio se ha publicado en Nature Microbiology: A hydrogenotrophic Sulfurimonas is globally abundant in deep-sea oxygen-saturated hydrothermal plumes
