PRODUCTORES PRIMARIOS INDEPENDIENTES DE LA LUZ SOLAR

UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO DE QUITO[pic 1]

MICROBIOLOGÍA APLICADA

PRODUCTORES PRIMARIOS INDEPENDIENTES DE LA LUZ SOLAR

Christina Álvarez, Paula Oleas, Sharon Reinoso, Martín Hidalgo.

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ABSTRACT

El presente trabajo realiza una revisión sobre aquellos organismos autótrofos que son capaces de producir materia orgánica sin necesidad de luz solar. De tal manera que han tenido que modificar tanto sus procesos metabólicos como su morfología, empleando compuestos inorgánicos disponibles en su ecosistema y a su vez, algunos de ellos al establecer relaciones simbióticas con organismos como animales, proveen de los recursos necesarios para que éstos sobrevivan en ambientes extremos para la mayoría de la vida. Uno de los ecosistemas donde se encuentra a esta clase de organismos es en el fondo del mar, en las chimeneas y fumarolas hidrotermales, ya que dentro de este espacio se puede fácilmente resaltar la importancia ecológica de dichos microorganismos.

1. Introducción

Los organismos habitan una gran diversidad de  ambientes, incluso algunos han llegado a poblar ambientes como las profundidades marinas, donde se encuentran las fuentes hidrotermales. Éstas están ubicadas desde menos de 1000 m a más de 4000 m de la superficie del océano (Madigan, Martinko, Bender, Buckley, & Stahl, 2015).  Generalmente están en sitios volcánicamente activos. Los tipos comunes de éstas son las fumarolas o chimeneas negras, los géiseres y las aguas termales, los mismos que están rodeados por áreas biológicas muy eficientes y productivas (Martin, Baross, Kelley, & Russell, 2008). Con frecuencias se encuentran comunidades que obtienen recursos a partir de los químicos y compuestos disueltos en la emisión de fluidos.  Habitan principalmente los microorganismo quimiolitótrofos y metanótrofos como las bacterias y arqueas, cuales conforman la base de la cadena alimentaria de pluricelulares como almejas, mejillones, camarones y gusanos de tubo gigantes, con cuales mantienen relaciones simbióticas (O’Brien, et al., 2015)

1. Breve introducción a las fumarolas hidrotermales

Las fumarolas hidrotermales han sido objeto de estudio desde su descubrimiento en la década de 1970, ya que albergan ricos ecosistemas (Lia & Kusky, 2007), cuya fuente de energía proviene de la actividad volcánica de las cordilleras en medio del océano. Las fumarolas se generan en las zonas de ensanchamiento del lecho marino, donde se encuentran las cámaras de magma compuesto por roca fundida, alrededor de 800 a 1.200 ° C, el cual se eleva hasta la corteza oceánica. El agua circula profundamente en la corteza y el magna se sobrecalienta (Martin, Baross, Kelley, & Russell, 2008). Con el aumento de la presión se disuelven minerales, que empiezan a salir de la corteza y se mezclan con el agua fría que está más arriba. Al irse enfriando los minerales, se solidifican y forman depósitos que integran las distintas fuentes hidrotermales (Haymon, 2005).

Su distribución a nivel mundial esta dada por factores físicos y químicos como los minerales, temperaturas y los niveles de flujo de sus penachos. Una  de las más conocidas son las fumarolas o chimeneas negras (Martin, Baross, Kelley, & Russell, 2008). Pueden a llegar hasta 405 ​​°C y emanan los penachos más oscuros y calientes con un alto contenido de azufre y metales como Fe (II) y Mn (II). El pH varia entre 2 y 3, además de contener altas concentraciones de CO2  se genera CH4 por procesos biogénicos y abiogénicos. La altura de las chimeneas puede variar, alcanzando hasta los 55 metros (Lia & Kusky, 2007). Por otro lado, están las fumarolas blancas que tienen poco color y son ricas en silicio, calcio y bario. Los penachos emitidos son más fríos y conforman chimeneas de menor proporción. Las fuentes con flujos más fríos y débiles por lo general son llamadas filtros. Generan burbujas por la presencia de gases como el CO2 (Martin, Baross, Kelley, & Russell, 2008).

Los gases y minerales disueltos por las fumarolas alimentan a las comunidades microbianas, las cuales por su capacidad quimiosintética proveen de energía y nutrientes en ausencia de la luz solar, a los metazoos, generalmente por relaciones simbióticas. Por lo tanto, conforman la base de la cadena alimenticia de estos ecosistemas (Martin, Baross, Kelley, & Russell, 2008).

1. Las chimeneas como hábitats

Las chimeneas son sustratos poblados por las colonias microbianas de arqueas y bacterias y animales asociados como mejillones, lapas, cangrejos, gusanos y almejas gigantes. La gran mayoría son exclusivos de estos hábitats y no podrían vivir fuera de éstos. Las paredes de las chimeneas tienen poros en las partes exteriores, donde probablemente se alojan más microorganismos. Aquí todos los microorganismos se benefician de los fluidos hidrotermales a través de estructuras de minerales y gradientes químicos y térmicos. Asimismo cuando el fluido hidrotermal es expulsado se crea un interfaz con el agua marina que hace que la temperatura aunque sigue siendo elevada es tolerable para las formas de vida. Además, esto permite el acceso a las moléculas químicas que se producen entre la fuente hidrotermal y el agua de mar.  

Por otro lado, los organismo adherido a los minerales son lo que soportan más fuertemente los cambios de flujo y gradiente, pero también algunos de éstos participan en la precipitación y la descomposición de los minerales, donde se refleja la actividad de las microorganismos oxidantes de sulfatos, fosfatos, etc. En si la actividad de los microorganismos quimiosintéticos, incluso ellos mismo sirven de alimentos para los organismo superiores, algunos de estos sésiles. También las relaciones simbióticas entre micro y macro organismos han permitido éxitos de éstos en dichos ambientes (Haymon, 2005).

1. Quimiosíntesis

Todas las formas de vida conocidas dependen de la biosíntesis de compuestos orgánicos grandes y complejos. Pero algunos microorganismo tiene la capacidad de generar biomoléculas a partir de carbono abiótico. Por lo tanto, la quimiosíntesis se define como la producción biológica de compuestos orgánicos a partir de compuestos C-1 inorgánicos y nutrientes, usando la energía producida por la oxidación de moléculas inorgánicas como gas de hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, amonio. También se pueden utilizar moléculas C-1 orgánicas como el metano y metanol. Dicho proceso contrasta con la fotosíntesis, donde compuestos orgánicos son sintetizados a partir de CO2, empleando la energía proveniente  de la radiación solar (Prast, Bastviken, & Cril, 2009).

Los organismos según las fuentes de energía se clasifican en fotógrafos y quimiótrofos. Estos últimos se dividen en quimiorganotrofos y quimiolitótrofos, según las fuentes de energía orgánica e inorgánica. Dependiente del ambiente se genera energía por respiración aerobia o anaerobia. Igualmente, la fijación de CO2 tiene algunos mecanismos como el ciclo de Calvin, el más empleado, el ciclo reductivo de los ácidos tricarboxílicos, el ciclo del 3-hidroxipropionato y la vía del acetil-CoA. En el caso de las fuentes hidrotermales existe abundante materia inorgánica reducida generalmente como Mn, H2, CO, H2S, que son usados como donadores de electrones para microorganismo quimiolitótrofos como bacterias y arqueas. Igualmente, fijan el CO2 como su fuente de carbono (Prast, Bastviken, & Cril, 2009).

1. Organismo quimisintéticos

Estos organismo presentan una gran diversidad filogenética, al igual que la utilización de sustratos, morfología, hábitat, y el metabolismo. Éstos pueden ser anaerobios y aerobios estrictos, o anaerobias y aerobios facultativos. Igualmente, pueden ser autótrofos estrictos o heterótrofo o mixotrófico según las condiciones ambientales y la disponibilidad de sustratos (Prast, Bastviken, & Cril, 2009). Dentro de estos, lo que  se destacan en las fuentes hidrotermales con los quimioautótrofos.

1.  Microorganismos reductores de azufre

Muchos microorganismos reductores de sulfato son metabólicamente mucho más versátil los metanogénicos. Reducen y oxidan compuestos de azufre como el sulfato (Schmitz, Daniel, Deppemmeier, & Gottschalk, 2006).  Generalmente este proceso ocurre por respiración anaeróbica heterotrófica. Muchas de las bacterias reductoras de sulfatos pueden utilizar H2 como donador de electrones para sintetizar material celular a partir de etilo y CO2 o sólo de CO2, como lo hacen los quimiolitoautótrofos. Otros reductores de sulfato pueden usar nitrato y nitrito como aceptores de electrones, aunque haya  presencia de sulfato. El producto final dicha reacción es amonio. Dependiente del tipo de microorganismo, en ausencia de aceptores de electrones inorgánicos como sulfato, algunos de los reductores de sulfatos crecen por fermentación en sustratos orgánicos (Prast, Bastviken, & Cril, 2009)

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