Summary (May 05, 2003): Los respiraderos hidrotermales, con sus negras fumarolas, los gusanos tubulares, extraños cangrejos y almejas albinas se han convertido en temas habituales en los libros de texto de biología, revistas generalistas, periódicos y reportajes de naturaleza en TV. Así hemos llegado a comprender que estas vitales comunidades no dependen de organismos verdes que utilicen la luz del Sol como fuente de energía, sino de bacterias y arqueas que extraen la energía de los elementos químicos arrojados al suel...
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Traductor : Michael Artime
Publicado :2003-05-08
Temas :EXTREMOFILOS,VIDA,
Artículo original en inglés
Fotosíntesis en el Abismo
2003-05-05
Por: Stephen Hart
Los respiraderos hidrotermales, con sus negras fumarolas, los gusanos tubulares, extraños cangrejos y almejas albinas se han convertido en temas habituales en los libros de texto de biología, revistas generalistas, periódicos y reportajes de naturaleza en TV. Así hemos llegado a comprender que estas vitales comunidades no dependen de organismos verdes que utilicen la luz del Sol como fuente de energía, sino de bacterias y arqueas que extraen la energía de los elementos químicos arrojados al suelo oceánico por los respiraderos, junto a aguas termales a 350º C (662º F). -
Durante más de una década, tras el descubrimiento de estas comunidades de los respiraderos hidrotermales en 1977, los investigadores no han encontrado pruebas biológicas de la existencia de luz en los respiraderos. Pero en 1989, Cindy Van Dover, actualmente en El Colegio de William and Mary en Williamsburg, Virginia, comenzó publicando estudios sobre un pequeño camarón ciego, el Rimicaris exoculata, capturado en un campo de respiraderos localizado en medio del Atlántico. Sorprendentemente, Van Dover y sus colegas encontraron que una pequeña mancha de tejido en la espalda del camarón contenía el mismo pigmento hallado en sus ojos. Los cálculos indicaron que el camarón podría ser capaz de detectar cantidades de luz extremadamente tenues.
El año pasado las evidencias biológicas cambiaron. Robert Jinks y sus colegas publicaron en la edición de noviembre del 2002 de Nature sus estudios acerca de un cangrejo que cuenta ojos normales en su fase larvaria, pero que al morar en los respiraderos como adulto, solo posee las retinas desnudas. Al igual que el camarón de los respiraderos, estos cangrejos no pueden ver imágenes, pero pueden detectar la luz.
Una Idea Loca
Allá donde hay luz, hay un recurso a explotar por los organismos, que la utilizan para formar moléculas ricas en energía- en otras palabras, fotosíntesis - o al menos eso propusieron Van Dover y sus colegas.
En febrero del 2003, Robert Blankenship, un experto en fotosíntesis de la Universidad del Estado de Arizona, añadió un organismo más a la lista de usuarios de luz de los respiraderos. Informó en una junta del Instituto de Astrobiología de la NASA sobre los resultados obtenidos en una búsqueda de organismos fotosintéticos que él, junto a Van Dover, Jörg Overmann y otros, consiguieron durante las inmersiones en dos respiraderos localizados en el Pacífico.
"La cuestión que uno se plantea inmediatamente es: Porque la verdad es que parece una especie de locura. Y, de hecho, tardamos mucho tiempo en convencer a la NASA y a la NSF de que aportaran fondos para este trabajo, " apunta Blankenship. Incluso las claras aguas oceánicas reflejan y filtran la totalidad de la luz solar a partir de aproximadamente 200 metros [650 pies] de profundidad. "Pero afortunadamente, la historia tuvo un final feliz," dice Blankenship.
Usando una herramienta automatizada para la toma de muestras submarinas, el equipo recogió agua en los flujos de una fumarola negra localizada en un campo de respiraderos cerca de Costa Rica, llamada Nueve Norte (9º latitud norte)
De vuelta en el buque nodriza, Blankership analizó el agua en busca de un nutriente especial, o del ambiente necesario para un tipo de bacteria llamada bacteria verde del azufre. "Esta bacteria verde del azufre representa a un grupo muy especializado," apunta. Buscar en este ambiente en particular no fue una conjetura al azar. Jörg Overmann, de la Universidad de Munich, había encontrado previamente bacterias verde del azufre en el fondo del Mar Negro.
El Profundo y Oscuro Mar Negro
Jörg Overmann ha estudiado a las bacterias verdes del azufre creciendo en las profundidades del turbio Mar Negro desde 1988. Las primeras insinuaciones de que alguna especie de bacteria fotosintética crecía en las oscuras profundidades, fueron extraídas cuando una expedición Turco-Americana detectó a 80 metros de profundidad [unos 260 pies] trazas de captura química de luz o bacterioclorofila. A partir de muestras del agua tomada por los miembros de la expedición, Overmann y sus colegas realizaron el primer análisis de la bacteria.
"Llegados a ese punto, no encontramos ningún dato molecular por lo que no pudimos determinar la composición exacta de la comunidad bacterial, " apunta. "La actividad fotosintética de las muestras naturales no pudo ser demostrada. De igual forma, quedó absolutamente sin clarificar que intensidades lumínicas existían en los habitats naturales de estas bacterias verdes del azufre."
En diciembre del 2001, Overman tuvo otra oportunidad de tomar muestras en al Mar Negro. "En esta ocasión, se detectó a la bacteria verde del azufre a una profundidad de 100 m (330 pies), incluso mas abajo que en la ocasión anterior. "Esta vez, Overmann fue capaz de reproducir su crecimiento en laboratorio y aprendió mas cosas acerca de su identidad: se trataba de un miembro de la familia de bacterias verdes del sulfuro, que se encuentra normalmente en las aguas pobres en oxígeno de los estuarios.
En el Mar Negro, el Sol permanece como la única fuente posible de luz de la que Overmann encuentra evidencias. Incluso con el filtro que suponen 100 metros (330 pies) de aguas tenebrosas, una pequeña cantidad de luz visible permanece. En este ambiente, la bacteria debe hacer acopio de luz muy eficientemente. Una sencilla molécula de bacterioclorofila recibe un fotón solo cada 8 horas aproximadamente.
Blankenship dice de las bacterias del Mar Negro "Estas chicas literalmente gorronean cada fotón que aparece por allí. Así que en cierto modo, eso da sentido a que esta pueda ser la clase de organismos que podríamos encontrar ahí abajo, en los respiraderos."
Algunas bacterias son oportunistas. Alternan la fuente de energía. Si hay bastante luz, emplean la fotosíntesis para fabricar su propia comida. Si no la hay, ingieren cualquier tipo de alimento que haya disponible en el medioambiente. Pero para una bacteria verde del azufre, el uso de la luz para fabricar su propio alimento no es una opción. No pueden vivir sin luz.
¿Dónde está la luz?
Cualquier sustancia cuya temperatura se encuentre sobre el cero absoluto (-273º C, -460º F) emite algo de
luz infraroja, también llamada radiación de los cuerpos negros. Cuanto más caliente esté la sustancia, más radiación de los cuerpos negros emite, y más corta es la longitud de onda de la luz emitida. Si la sustancia está lo suficientemente caliente, las longitudes de onda se acortan lo bastante como para transformarse en luz roja visible.
Se puede observar el proceso simplemente al conectar una vulgar estufa eléctrica. En el momento en el que el aparato recibe energía, la radiación de los cuerpos negros comienza a incrementarse, aunque a los ojos humanos esta longitud de onda resulte invisible. Pero después de un corto período, el aparato comienza a mostrar una apagada luz roja candente, y mas tarde muestra un color rojo brillante.
Los respiraderos hidrotermales también emiten luz, la mayor parte infraroja, y los biólogos suponen que el camarón de los respiraderos detecta y utiliza esa luz, quizás para permanecer cerca del respiradero, donde puede encontrar comida, quizás para evitar acercarse demasiado. La bacteria utiliza luz próxima a la infraroja, con longitudes de onda situadas casi en el rango de la luz roja visible, para llevar a cabo la fotosíntesis.
La geofísica Sheri N. White, actualmente en el Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey, ha medido la luz en los respiraderos hidrotermales usando una cámara especializada similar a las actuales cámaras digitales. Estos aparatos llevan un dispositivo de carga acoplado (CCDs) en lugar de una película, para registrar incluso la presencia de unos pocos fotones por centímetro cuadrado de CCD.
En la investigación, llevada a cabo en colaboración con Van Dover y otros, la doctora White detectó la esperada radiación infraroja. Pero ella encontró también luz visible, aunque mucho mas ténue de la que podemos ver. La luz visible podría surgir de las reacciones químicas, de la formación y ruptura de cristales minerales y de la formación de burbujas.
"Así pues, en todos los respiraderos se puede ver esta radiación de los cuerpos negros en longitudes de onda largas [alejado del rojo y cercano al infrarojo]. Pero en algunos de ellos, además se puede ver luz blanca en la región del espectro visible, " dice la Dra.White. En otros respiraderos, ciertos colores alcanzan su apogeo. Las medididas lumínicas en el espectro visible tomadas en los respiraderos hidrotermales revelan una intensidad entre un ciento y un millón de veces más ténue que la luz medida en el Mar Muerto, dependiendo de la longitud de onda en las que sean incluídas.
"Entonces ¿cómo pueden subsistir estos organismos con unas intensidades lumínicas tan bajas?" se pregunta Blankenship. "Ellos poseen este maravilloso dispositivo llamado clorosoma," Similar a un satélite en forma de disco molecular, dice Blankenship, el clorosoma encauza los fotones hacia la maquinaria molecular que inicia la labor de almacenar energía lumínica en forma de moleculas químicas digeribles.
El clorosoma de las bacterias verdes del azufre que habitan en los respiraderos, les convierte en los campeones del mundo del aprovisionamiento de fotones. (Las bacterias verdes del azufre encontradas por Overmann en el Mar Negro tenían el record anterior). Es bastante improbable que otros organismos dependientes de la luz puedan sobrevivir con menos fotones.
¿Qué viene después?
La bacteria verde del azufre, aunque bastante común en los estuarios, no había sido observada con anterioridad en océano abierto, dice Blankenship. Los análisis del ARN del nuevo organismo demuestran que se trata de una nueva especie, un primo cercano de la bacteria verde del azufre común de estuario. Ya que está claro que es una nueva especie, queda descartado que se trate de una contaminación de las muestras tomadas, dice Blankenship. Pero.. cuánto tiempo hace que el ancestro común a ambas bacterias se mudó desde las costas poco profundas hacia el interior del océano, para establecerse en el nicho pobre en oxígeno de los respiraderos, continúa siendo una cuestión abierta.
"Hay un montón de preguntas sin respuesta," dice Blankenship. "Una de las cuestiones sobre las que estamos trabajando ahora mismo es intentar observar evidencias independientes de la utilización de otras técnicas por parte de estos organismos." Algunos miembros del equipo internacional están intentando analizar el ARN y el ADN del total de muestras traídas hasta el laboratorio, un proceso al que se conoce como PCR, el cual puede detectar nuevos organismos, aún cuando estos no puedan desarrollarse en el laboratorio. "Hasta ahora no hemos tenido mucho éxito con eso," admite Blankenship, "pero seguiremos intentándolo."
"Una de las mejores formas que hay para detectar estas cosas es através de sus características emisiones flourescentes." Por el envío de cierta longitud de onda lumínica hacia la bacteria, los intrumentos especializados pueden detectar el brillo fluorescente de sus pigmentos fotosintéticos particulares. El reto técnico, dice Blankenship, es construir un instrumento que los investigadores puedan llevar a los respiraderos hidrotermales submarinos para poder medir el brillo fluorescente con mucha precisión.
Finalmente, el grupo de Blankenship quiere medir la sensibilidad al oxígeno de la nueva bacteria verde fluorescente. Todo lo que sabemos de la bacteria verde del zufre es que muere en presencia del oxígeno. Pero en los respiraderos, el flujo de las agua móviles hacen que se mezclen el agua que contiene oxígeno con el agua libre de este elemento. Un medioambiente perfectamente libre de oxígeno es muy dificil de encontrar. Quizás, además de adaptarse a la luz extremadamente baja, estas especies recien descubiertas hayan encontrado también la forma de tolerar pequeñas cantidades de oxígeno.
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