Los microorganismos están respirando arsénico en una gran área del Océano Pacífico

El arsénico es un veneno mortal para la mayoría de los seres vivos, pero una nueva investigación muestra que los microorganismos están respirando arsénico en una gran área del Océano Pacífico. Un equipo de la Universidad de Washington descubrió que todavía se está utilizando una antigua estrategia de supervivencia en partes del ambiente marino con poco oxígeno.

"Pensar en el arsénico no solo como algo malo, sino también como beneficioso, ha cambiado la forma en que veo el elemento", dijo en un comunicado la primera autora Jaclyn Saunders, quien realizó la investigación para su tesis doctoral en la Universidad de Washington y ahora es becaria postdoctoral en la Institución Oceanográfica Woods Hole y en el Instituto de Tecnología de Massachusetts.

Los microorganismos están respirando arsénico en una gran área del Océano Pacífico

El estudio fue publicado esta semana en PNAS.

"Hace mucho tiempo que sabemos que hay niveles muy bajos de arsénico en el océano", dijo la coautora Gabrielle Rocap, profesora de oceanografía de la Universidad de Washington. "Pero la idea de que los organismos podrían estar usando arsénico para ganarse la vida es un metabolismo completamente nuevo para el océano abierto".

Los investigadores analizaron muestras de agua de mar de una región debajo de la superficie donde el oxígeno está casi ausente, obligando a la vida a buscar otras estrategias. Estas regiones pueden expandirse bajo el cambio climático. "En algunas partes del océano hay un sándwich de agua donde no hay oxígeno medible", dijo Rocap. "Los microbios en estas regiones tienen que usar otros elementos que actúan como aceptadores de electrones para extraer energía de los alimentos".

Las alternativas más comunes al oxígeno son el nitrógeno o el azufre. Pero las investigaciones iniciales de Saunders sugirieron que el arsénico también podría funcionar, lo que la impulsó a buscar la evidencia. El equipo analizó las muestras recolectadas durante un crucero de investigación de 2012 al Pacífico tropical, frente a las costas de México. Los análisis genéticos en el ADN extraído del agua de mar encontraron dos vías genéticas conocidas para convertir las moléculas basadas en arsénico como una forma de ganar energía.

Pensar en el arsénico no solo como algo malo, sino también como beneficioso, ha cambiado la forma en que veo el elemento, dijo en un comunicado la primera autora Jaclyn Saunders.

El material genético estaba dirigido a dos formas diferentes de arsénico, y los autores creen que las vías ocurren en dos organismos que realizan ciclos de arsénico entre diferentes formas. Los resultados sugieren que los microbios que respiran arsénico representan menos del 1% de la población de microbios en estas aguas. Los microbios descubiertos en el agua están probablemente relacionados de manera distante con los microbios que respiran arsénico que se encuentran en aguas termales o sitios contaminados en tierra.

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"Lo que creo que es lo mejor de estos microbios que respiran arsénico que existen actualmente en el océano es que están expresando los genes para ello en un entorno que es bastante bajo en arsénico", dijo Saunders. "Abre los límites donde podríamos buscar organismos que respiran arsénico, en otros ambientes pobres en arsénico". Los biólogos creen que la estrategia es un remanente de la historia temprana de la Tierra. Durante el período en que la vida surgió en la Tierra, el oxígeno escaseaba tanto en el aire como en el océano. El oxígeno se hizo abundante en la atmósfera de la Tierra solo después de que la fotosíntesis se extendió y convirtió el gas de dióxido de carbono en oxígeno.

Las formas de vida tempranas tenían que ganar energía utilizando otros elementos, como el arsénico, que probablemente era más común en los océanos en ese momento. "Encontramos las firmas genéticas de las vías que aún existen, los remanentes del océano pasado que se han mantenido hasta hoy", dijo Saunders. Las poblaciones que respiran arsénico pueden volver a crecer bajo el cambio climático. Se proyecta que las regiones con bajo nivel de oxígeno se expandan y se predice que el oxígeno disuelto descenderá en todo el ambiente marino.

"Para mí, solo muestra cuánto hay todavía en el océano que no sabemos", dijo Rocap.

Saunders recientemente recolectó más muestras de agua de la misma región y ahora está tratando de cultivar los microbios marinos que respiran arsénico en un laboratorio para estudiarlos más de cerca. "En este momento tenemos fragmentos de sus genomas, lo suficiente como para decir que sí, están haciendo esta transformación de arsénico", dijo Rocap. "El siguiente paso sería reunir todo un genoma y descubrir qué más pueden hacer, y cómo ese organismo se adapta al medio ambiente".

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