Bacterias que pueden "respirar" piedras y azufre
Los microbios eliminan el sulfuro tóxico y utilizan los minerales de hierro para su crecimiento
Un equipo internacional de científicos dirigido por los microbiólogos Marc Mussmann y Alexander Loy, de la Universidad de Viena, ha descubierto un nuevo metabolismo microbiano: las llamadas bacterias MISO "catalizan" los minerales de hierro oxidando el sulfuro tóxico. Los investigadores descubrieron que la reacción entre el sulfuro de hidrógeno tóxico y los minerales de hierro sólidos no es sólo un proceso químico, sino también un proceso biológico aún desconocido en el que los versátiles microbios de los sedimentos marinos y los humedales terrestres eliminan el sulfuro tóxico y lo utilizan para su crecimiento. Estas bacterias podrían evitar así la propagación de "zonas muertas" sin oxígeno en las masas de agua.
Ejemplo de hábitat de bacterias MISO - humedal (foto de una turbera en Alemania)
Alexander Loy
Los ciclos biogeoquímicos son procesos en los que elementos como el carbono, el nitrógeno, el azufre y el hierro se convierten mediante reacciones de reducción y oxidación (reacciones redox) y circulan entre la atmósfera, el agua, el suelo, las rocas y los organismos vivos. Estos ciclos están estrechamente relacionados con el clima de la Tierra, ya que regulan la formación de gases de efecto invernadero e influyen en el equilibrio de la temperatura del planeta.
Los microorganismos desempeñan un papel fundamental en casi todas las etapas de estos procesos redox, por ejemplo, al utilizar compuestos de azufre o hierro para la respiración, de forma similar a como los seres humanos utilizan el oxígeno para metabolizar los alimentos. En entornos pobres en oxígeno, como los fondos marinos o los humedales, los compuestos de azufre y hierro son especialmente importantes para la vida microbiana. El azufre se presenta en diversas formas: como gas en la atmósfera, como sulfato en los océanos o como componente de minerales en las rocas. Del mismo modo, el hierro puede pasar de una forma a otra en función de la disponibilidad de oxígeno.
Cuando los microbios metabolizan compuestos de azufre, suelen cambiar al mismo tiempo la forma del hierro, y viceversa. Este acoplamiento de los ciclos del azufre y el hierro tiene implicaciones de gran alcance, ya que influye en la disponibilidad de nutrientes en el medio ambiente, así como en la producción o degradación de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono o el metano. Comprender estos ciclos interconectados es fundamental para predecir cómo responderán los ecosistemas a la contaminación, el cambio climático y otros impactos humanos.
Los minerales de hierro "respiran" para desintoxicar el sulfuro
Los microbios especializados de los ecosistemas sin oxígeno, como los sedimentos marinos y los humedales, producen sulfuro de hidrógeno, un gas sulfuroso tóxico con el característico olor a huevo podrido. La interacción entre el sulfuro y los minerales de óxido férrico, como el hierro oxidado, desempeña un papel clave en el control de las concentraciones de sulfuro. La reacción produce principalmente azufre elemental y monosulfuro de hierro (FeS). El FeS es un mineral negro responsable, por ejemplo, de la coloración oscura de los sedimentos de las playas en condiciones de bajo oxígeno.
"Demostramos que esta reacción redox tan relevante para el medio ambiente no sólo tiene lugar desde el punto de vista químico", explica Alexander Loy, jefe del grupo de investigación del CeMESS (Centro de Microbiología y Ciencia de Sistemas Medioambientales de la Universidad de Viena): "Los microorganismos también pueden utilizar la reacción para su crecimiento". El recién descubierto metabolismo energético microbiano, conocido abreviadamente como MISO, combina la reducción del óxido de hierro (III) con la oxidación del sulfuro. A diferencia de la reacción química, el MISO produce sulfato directamente, evitando los pasos intermedios del ciclo del azufre. Las bacterias MISO eliminan el sulfuro tóxico y evitan así la propagación de las denominadas "zonas muertas" en las masas de agua; al mismo tiempo, fijan CO2 para su crecimiento, igual que las plantas", añade el científico Marc Mussmann.
Un proceso microbiano de importancia mundial que supera a la química
En experimentos de crecimiento con una bacteria MISO cultivada, los investigadores pudieron demostrar que la reacción biológica es más rápida que la reacción química correspondiente. Esto indica que los microbios son los principales impulsores de este proceso en la naturaleza. "Varias bacterias y arqueas tienen capacidad genética para la MISO", explica Song-Can Chen, autora principal del estudio, "y se dan en diversos entornos naturales y artificiales". En los sedimentos marinos, el MISO podría ser responsable de hasta el 7% de la oxidación global de sulfuros a sulfato, alimentada por la importante afluencia de hierro reactivo procedente de ríos y glaciares en fusión hacia los océanos.
Los hallazgos del equipo de la Universidad de Viena, que cuentan con el apoyo de la Agrupación de Excelencia "Los microbiomas impulsan la salud planetaria" del Fondo Austriaco para la Ciencia (FWF), revelan un mecanismo biológico desconocido hasta ahora que vincula los ciclos del azufre, el hierro y el carbono en entornos sin oxígeno. "Este descubrimiento demuestra de forma impresionante lo versátiles que son los microorganismos y subraya su papel esencial en los ciclos globales de materiales", concluye Alexander Loy.
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