Resumen: (27 de Enero de 2005) Hay muchos ejemplos de bacterias que viven en entornos extremos – incluyendo el cuerpo humano – usando el hidrógeno como combustible. Una nueva técnica de análisis ha destapado ahora una economía del hidrógeno funcionando en los manantiales calientes de Yellowstone.





Basado en un informe de la U. Colorado, Boulder

Esta representación artística muestra un charco permanente de agua en Marte –imposible hoy, pero ¿quién sabe en el futuro?). Los científicos consideran las posibilidades en "Érase una vez un Planeta de Agua". Crédito imagen: Duane Hilton

Los microbios que viven en los manantiales calientes de brillantes colores del Parque Nacional de Yellowstone usan principalmente hidrógeno como combustible, un descubrimiento del que los investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder (CU-Boulder) dicen que es de buen augurio para la vida en ambientes extremos en otros planetas, y que podría añadirse a la comprensión de las bacterias en el interior del cuerpo humano.

Un equipo de biólogos de CU-Boulder liderado por el Profesor Norman Pace, uno de los mayores expertos mundiales en evolución molecular y microbiología, publicó su informe 'Hidrógeno y bioenergía en el sistema geotermal de Yellowstone' esta semana en la edición en línea de Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias.

Los hallazgos del equipo, basados en varios años de investigación en el parque, refutan la idea popular de que el azufre es la principal fuente de energía de los pequeños organismos que viven en los sistemas termales.

'Fue una sorpresa encontrar que el hidrógeno era la principal fuente de energía para los microbios en los manantiales calientes', dijo Pace. 'Este proyecto es interesante también en el contexto de la microbiología por que es una de las pocas veces que hemos sido capaces de estudiar a los microbios para obtener información de un ecosistema íntegro. Esto nunca antes había sido posible'.

El estudio fue especialmente diseñado para determinar la principal fuente de energía metabólica que permite las comunidades microbianas en las formaciones del parque con temperaturas sobre los 158º Fahrenheit (70º C). No se conoce que la fotosíntesis se produzca por encima de esa temperatura.

Una combinación de tres pistas diferentes condujeron a los investigadores a concluir que el hidrógeno era la principal fuente de energía. El análisis genético de las variedades de microbios que viven en las comunidades de los manantiales calientes reveló que prefieren el hidrógeno como fuente de energía. También observaron H2 ubicuo en todos los manantiales calientes en concentraciones suficientes para la bioenergía microbiana.

Microfotografía de electrones de D. radiodurans. Deinococcus radiodurans es el organismo más resistente a la radiación conocido, lo que lo haría lo más parecido a la vida en Europa. Crédito: DOE

Los modelos termodinámicos basados en los datos de campo confirmaron que el metabolismo del hidrógeno era la fuente de combustible más apropiada en estos ambientes.

'Este trabajo presenta algunas cuestiones asociadas interesantes', dijo John Spear, autor principal del informe. 'El hidrógeno es el elemento más abundante del universo. Si hay vida en algún lugar, podría ser que el hidrógeno fuese su combustible', dijo Spear. 'Hemos visto pruebas de agua en Marte, y sabemos que en la Tierra, el hidrógeno puede ser producido biogenéticamente por fotosíntesis y fermentación o no biogenéticamente por reacción del agua con rocas ferrosas. Es posible que procesos no biogénicos produzcan hidrógeno en Marte y que alguna forma de vida microbiana pudiera estar usándolo', dijo.

Hay muchos ejemplos de bacterias que viven en ambientes extremos, incluyendo el cuerpo humano, utilizando el hidrógeneno como combustible, tal como dice Spear. ' Estudios recientes, han mostrado que la bacteria Helicobacter pylori, que causa las úlceras, vive en hidrógena dentro del estómago', dice Spear. 'La Salmonella metaboliza hidrógeno en el intestino. Esto me hace preguntarme cuantos tipos diferentes de microbios metabolizarán hidrógeno en ambientes extremos'.

En lugar de confiar en las técnicas tradicionales de la microbiología que utiliza cultivos crecidos en el laboratorio, el equipo de CU-Boulder usó la metodología desarrollada por Pace para analizar genéticamente la composición de la comunidad microbiana tal como aparece sobre el terreno. 'No miramos lo que crece en una placa de cultivo, miramos el ARN de las muestras directamente del terreno', dijo Spear.

'Nunca antes hemos sabido qué microbios estaban viviendo en los manantiales calientes de Yellowstone, y ahora lo sabemos', dijo Pace.

Un novedoso conjunto de instrumentos se usó para reunir los datos, algunos de los cuales nunca antes se habían recogido. 'Nadie había medido antes la concentración de hidrógeno en los manantiales calientes por que la tecnología no existía hasta hace unos siete años. Ahora podemos detectar concentraciones de muy bajo nivel de hidrógeno en el agua', explicó Spear.

'Encontramos montones de hidrógeno en los manantiales calientes –un suministro inagotable para las bacterias', dijo. Las medidas de la cantidad de H2 en el agua fueron tomadas en los manantiales calientes de Yellowstone, en corrientes y respiraderos geotermales en diferentes partes del parque y durante diferentes estaciones. Todos estos ambientes tenían concentraciones apropiadas para el metabolismo de energía.

El equipo usó modelos termodinámicos generados por ordenador para encontrar si el hidrógeno era de hecho la principal fuente de energía. 'Se puede oler el azufre en el aire de Yellowstone, y la idea aceptada era que el azufre era la fuente de energía para la vida en los manantiales calientes', dijo Spear. No es así, conforme a los modelos informáticos construidos sobre las medidas tomadas sobre el terreno del hidrógeno, sulfuros, concentraciones de oxígeno disuelto y otros factores.

La luna Europa de Júpiter se cree que es una de las moradas más probables para la vida microscópica en nuestro sistema solar. Crédito: NASA

Spear dijo que fue difícil explorar un ecosistema microbiano. 'Pasamos un rato bastante malo explicando lo que ocurre en un bosque, por ejemplo, con todos los sistemas entrelanzándose. No podemos ni tan siquiera ver un sistema microbiano'.

La extracción de muestras fue una operación peligrosa y delicada. Para analizar con exactitud una comunidad microbiana íntegra de un manantial caliente, Spear necesitó reunir tan sólo el material equivalente a una goma de borrar. Las muestras de sedimentos fueron depositadas en frascos especiales e inmediatamente congelados en recipientes de nitrógeno líquido para preservar la comunidad microbiana.

En los manantiales en los que no había sedimentos, Spear reunió muestras de organismos planctónicos colgando un portaobjetos en el agua y permitiendo acumularse a los microbios. 'Las bacterias son como nosotros. Les gusta estar juntas, les gusta estar conectadas a una superficie y les gusta que les traigan su alimento – hidrógeno disuelto, en este caso.'

Spear explicó que los colores de los manantiales calientes son el resultado de interacciones entre los minerales y los microbios que viven en los estanques. El agua más caliente muestra normalmente los colores de los minerales, y la más fría permite manifestarse a los pigmentos fotosintéticos.

'Basándome en lo que he visto en este análisis, creo que el hidrógeno posiblemente permite mucha vida en muchos entornos', dijo Spear. 'Es en parte una especulación, pero dado el número y los tipos de bacterias que están metabolizando hidrógeno, es posiblemente una forma muy antigua de metabolismo'.

'Esto es importante por que nos habla de la historia de la vida en la Tierra'. Dijo. 'Y si funciona de esta manera en la Tierra, es posible que suceda en cualquier otro lugar. Cuando uno mira a las estrellas, hay mucho hidrógeno en el universo'.