Por Stephen Hart

Una investigación casual de las aguas oceánicas produjo el año pasado una gran sorpresa a un equipo de científicos estadounidenses y canadienses; una sorpresa que está provocando que los ecólogos marinos se replanteen los detalles del funcionamiento de los ecosistemas oceánicos.|

La hipótesis

Cindy L. VanDover, una bióloga y experta en fuentes hidrotermales de la universidad William and Mary en Williamsburg, Virginia, se preguntaba si las bacterias fotosintéticas podrían vivir cerca de las fuentes hidrotermales. Se trataba de una conjetura insólita, considerando que tales fuentes yacen a miles de pies en el océano, muy por debajo del lugar al que llega la luz del sol. Los ecosistemas de alrededor de esas fuentes sobreviven gracias a las bacterias que obtienen energía del sulfuro de hidrógeno, no de la luz.

Pero el agua surge por las fuentes hidrotermales a cientos de grados, y no hierve sólo a causa de la elevada presión. El agua caliente, y quizá rocas calientes, especulaba VanDover, emitirían radiación infrarroja. Y alguna bacteria podría absorber la radiación exactamente igual que las algas y las plantas terrestres absorben la luz del sol.

Presentó esta idea en un congreso a Paul G. Falkowski y a Zbigniew S. Kolber, oceanógrafos en la Rutgers University en New Brunswick, Nueva Jersey. Falkowski y los miembros de su laboratorio han desarrollado un eficaz método para detectar la fotosíntesis por medio de los cambios en la fluorescencia de la clorofila en los órganos fotosintéticos del fitoplancton marino. El equipo bombardea las células con pulsos de luz que, en efecto, producen clorofila. Después de haber absorbido suficiente número de pulsos, la clorofila remite la luz como fluorescencia. Diferentes tipos de clorofila son fluorescentes en diferentes longitudes de onda. Falkowski y Kolber han patentado su mecanismo con el nombre de Fast Rate Repetition (FRR) fluorometer (fluorómetro de repetición de ritmo veloz).

Intrigados, Falkowski y Kolber giraron su detector hacia el espectro infrarrojo. “Si hay bacterias fotosintéticas en las fuentes,” dice Falkowski, “probablemente van a ser fluorescentes en el infrarrojo”.

Después de calibrar y comprobar el detector en el laboratorio con una bacteria conocida, se dirigieron al mar con el sumergible profundo Alvin.

El contraste con la realidad

“Fuimos al mar, y después de dieciocho inmersiones con Alvin, quedó muy claro que no había bacterias fotosintéticas detectables en las fuentes de las profundidades marinas” dice Falkowski.

La sorpresa

“Pero al mirar mientras estás ahí sentado en el océano durante días, lo que haces es observar muestras de agua de la superficie,” continúa Falkowski. “Y quién lo iba a decir: en la parte superior del océano hay toneladas de bacterias fotosintéticas que nunca se habían visto porque nadie había llevado un detector hacia el infrarrojo. Nadie había mirado ahí”. En diez inmersiones posteriores en Alvin, Falkowski y Kolber llegaron a una cuenta cercana a cero de bacterias fotosintéticas a todo lo largo de la mayor parte de la columna de agua, excepto en las aguas de la superficie, dice Falkowski. “Y entonces lo que ves es que el diez por ciento de las bacterias, de todas las bacterias, en la parte superior del océano, son en realidad estas bacterias fotosintéticas”. La investigación del equipo apareció en Science el 29 de junio del 2001.

Desde hace décadas son bien conocidos los microbios fotosintéticos en el océano abierto. Pero los biólogos marinos asumían que se trataba sobre todo de cianobacterias, los organismos que fabrican el limo verdoso y burbujeante de los márgenes de las aguas estancadas. Las cianobacterias contienen clorofila como la de los jardines, similar a la de las plantas. Y, como las plantas, fabrican todas su propia comida, absorbiendo dióxido de carbono y produciendo oxígeno. De aquí las burbujas. Son autótrofas.

Otras bacterias en la superficie de las aguas parecen vivir al absorber moléculas de alimento (carbono orgánico) producida por los fotosintetizadores. Es decir, son heterótrofas.

Pero las nuevas bacterias no eran cianobacterias. En lugar de clorofila, usaban bacterioclorofila, que es fluorescente en el infrarrojo. “Así podías distinguir fácilmente entre estas y el fitoplancton normal de alrededor” dice Falkowski.

Aunque absorben dióxido de carbono atmosférico y fabrican moléculas de alimento usando la energía del sol, no producen oxígeno, como la mayoría de los organismos fotosintéticos. Y surgió una sorpresa todavía mayor cuando el equipo de Falkowski cultivó estas bacterias en el laboratorio. Descubrieron que estas pueden desencadenar y detener la fotosíntesis. No fabrican toda su comida. Sólo usa la fotosíntesis para completar su dieta bacteriana normal de moléculas orgánicas en disolución.

“Es un metabolismo muy extraño” dice Falkowski. “En efecto, tienen una ventaja competitiva muy fuerte sobre las bacterias heterótrofas normales, porque su tasa de crecimiento puede ser muy, muy alta, a causa de que están usando la energía de la luz para ayudarse a fijar el carbono. Son obligados fotoheterótrofos. En otras palabras, por lo que sabemos, no pueden vivir sin carbono orgánico”. Falkowski y Kolber llaman a las bacterias AAPs, Fotoheterótrofos aeróbicos anoxigénicos.

La otra sorpresa

En un descubrimiento independiente y simultáneo también publicado en junio del 2001, Edward F. DeLong, Oded Beja y sus colegas del Moterey Bay Aquarium Research Institute y la University of Texas Medica School in Houston descubrieron un grupo de bacterias por completo diferente que también sobrevivían absorbiendo luz. En lugar de cultivar la bacteria en el laboratorio, usaron una técnica llamada ecogenómica para buscar genes en muestras de agua marina que contenían muchas especies.

El ciclo del carbono

El grupo de investigación no propone que la nueva bacteria vaya a cambiar el punto de vista general sobre el flujo del carbono entre la atmósfera y el océano. Ambos tipos de bacterias han sido detectadas en experimentos que han usado carbono marcado radiactivamente para detectar la biomasa en las aguas superficiales, dice Falkowski. “Pero las clasificamos erróneamente como fitoplancton. Son evidentemente parte de un ciclo, parte de un mecanismo de fijación del carbono bacteriano hasta hoy desconocido”. Y son una gran parte, por lo menos en número.

Cada grupo de investigación estima que su bacteria constituye alrededor de un diez por ciento del total de la población bacteriana de los océanos abiertos, señala DeLong. “Si nos quedamos con los cálculos más altos, eso es un veinte por ciento del número total de células que hay en la superficie de las aguas marinas”.

Incluso con el quince o el veinte por ciento del total de la población de bacterias, dice Falkowski, el número de células es verdaderamente astronómico. “Las encontramos en cada muestra de agua que hemos tomado, desde los océanos del sur hasta los trópicos” dice. “Hay aproximadamente 10 24 (un 1 seguido de 24 ceros) células bacterianas en los océanos, que es aproximadamente dos órdenes de magnitud más que el número de estrellas del universo conocido”.

¿Y qué más?

“Desde hace mucho hemos sabido que los microorganismos, y concretamente las bacterias, son de verdad muy abundantes en el agua marina, pero lo que no hemos sabido ha sido la identidad de esos microorganismos y sus funciones en su entorno” dice DeLong.

DeLong espera aplicar sus técnicas de genómica en posteriores investigaciones, dice. “Volver al medio ambiente para comprender la dinámica de estos organismos en su entorno natural es el siguiente paso. Lo que me pregunto es, ¿cuánto más podremos descubrir, cuántas más sorpresas hay ahí, aplicando algo de estas nuevas técnicas de genómica?”

Falkowski y sus colegas también están examinando la ecología de la nueva bacteria. Espera averiguar dónde encaja exactamente la bacteria dentro del ecosistema oceánico. También espera fijar algunas ideas fundamentales acerca de cómo funciona su extraño metabolismo: ¿pueden usar nitrógeno atmosférico como algunas bacterias del suelo estrechamente asociadas con las raíces de ciertas plantas?; y más acerca de cómo absorben el carbono. Por último, Falkowski quiere saber cuántas especies de AAPs pueblan el océano y qué diferentes son sus genomas.