La biosfera profunda, el reino de los sedimentos muy por debajo del lecho marino, alberga un vasto ecosistema de bacterias, arqueas y hongos que están activamente metabolizando, proliferando y moviéndose, según un nuevo estudio realizado por científicos de la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI), en sus siglas en inglés y la Universidad de Delaware (UD), en Estados Unidos.
Estas conclusiones son una evidencia molecular de la división celular activa en la biosfera profunda. Estudios y modelos anteriores habían sugerido que las células estaban vivas, pero si las células se dividen no se sabía, por lo que este hallazgo de tanta actividad en la biosfera profunda tiene implicaciones en la comprensión de los ciclos biogeoquímicos globales, según los autores del estudio, publicado este miércoles en la revista ‘Nature’.
«Las células son muy abundantes allí, pero no tienen altos niveles de actividad», dice la ecóloga microbiana del WHOI Virginia Edgcomb. «Pero es una gran biosfera, y cuando se echan las cuentas, se ve que se trata de una contribución potencialmente significativa. El carbono está llegando y esto tiene importantes implicaciones para los modelos de ciclo del carbono y nitrógeno», agrega esta experta.
Los investigadores analizaron el ARN mensajero (ARNm) de diferentes profundidades en un núcleo de sedimento recogido en las costas de Perú, en 2002 en la ‘Pierna 201’ del Programa de Perforación Oceánica. Esta primera mirada en el funcionamiento del ecosistema hasta ahora oculto fue posible gracias a la primera extracción exitosa de mRNA total, es decir, el «metatranscriptoma» de la biosfera profunda.
El ARN mensajero es muy codiciado por los ecólogos microbianos debido a que su presencia indica que las células que lo hicieron están vivas y por que lleva las instrucciones de las proteínas que las células están generando, algo que da los investigadores valiosa información sobre los mecanismos bioquímicos y los procesos que los organismos están utilizando para funcionar.
Pero debido a que las tasas metabólicas de la biosfera profunda son muy bajas y a que el ARNm está presente en cantidades tan pequeñas de entre sólo el 4 y el 10 por ciento del total de ARN en la mayoría de las muestras ambientales, muchos científicos han considerado que extraer lo suficiente para analizar los sedimentos profundos era imposible, dice Edgcomb. «No es fácil», coincide el autor principal William Orsi, quien desarrolló la técnica de extracción, mientras que era investigador postdoctoral en el laboratorio de Edgcomb en el WHOI.
Entre las proteínas que se encuentran codificadas en el ARNm, muchas están involucradas en la división celular, lo que indica que las células a las que pertenecen las hicieron cada vez mayor, multiplicando poblaciones. El grupo encontró ARNm relacionado con la división celular en todas las profundidades analizadas, desde 5 a 159 metros por debajo del fondo marino. Estos mensajeros eran más abundantes en las zonas donde el número de células era más alto, destaca Orsi, lo que indica que las poblaciones de células más grandes se debían probablemente a las células en división.
El estudio también identificó ARNm para vías bioquímicas específicas que revelan mucho sobre el funcionamiento del ecosistema de la biosfera profunda y su importancia en los ciclos globales. Los ARNm vinieron de bacterias y arqueas, que durante mucho tiempo han sido reconocidas como los principales actores en el ecosistema del subsuelo marino, y de hongos, que se ha sugerido recientemente que tienen un papel ecológico importante allí.
«Hasta hace poco tiempo, los hongos en los sedimentos profundos han sido ignorados. El hecho de que los hongos son metabólicamente activos en los sedimentos profundos refina nuestra comprensión de la biosfera profunda», afirma Orsi. También se encontraron ARN mensajeros que codifican enzimas que intervienen en la reducción del sulfato y la reducción de nitratos y células que utilizan procesos para generar la molécula de almacenamiento de energía ATP.
«Se ha teorizado con que la mayor parte de la energía que los microbios tienen en este entorno proviene de la reducción del sulfato –dice Orsi–. Básicamente, en lugar de la respiración de oxígeno, respirar con sulfato». Hasta ahora, los modelos de la actividad microbiana en los sedimentos profundos han incluido la reducción del sulfato, pero no el uso significativo de nitrato. La investigación actual ha encontrado un número comparable de ARNm implicados en la reducción de nitrato y la reducción de sulfato, lo que sugiere que ambos procesos son importantes en la comunidad de la biosfera profunda.
ALIMENTACIÓN CON AMINOÁCIDOS
Los investigadores también hallaron evidencia de que las células de la biosfera profunda están comiendo aminoácidos, que son una rica fuente de carbono y nitrógeno y que sólo pueden provenir de otros organismos vivos (o recientemente fallecidos). Estudios anteriores han indicado que probablemente tiene que haber una gran cantidad de muerte y/o células muertas para proveer los aminoácidos.
Orsi y sus colegas creen que las células muertas o moribundas son nativas de la biosfera profunda en lugar de restos que flotan a través del agua, ya que la mayor parte del material muerto que llega al fondo del mar desde arriba se consume rápidamente. Más profundo que unos pocos centímetros hacia abajo, la mayor parte de los aminoácidos provienen de células que vivieron y murieron allí.
Entre otras sopresas, el estudio detectó que muchas de las células de la biosfera profunda están produciendo proteínas para hacer flagelos, una especie de apéndice o cola con forma de látigo que les impulsa a través de un medio fluido. Los investigadores fueron capaces incluso de mostrar que las células producían proteínas flagelares en áreas del sedimento en los espacios de los poros lo suficientemente grandes como para permitir la locomoción impulsada por flagelos, además de que otras células producen ARNm relacionados con deslizamientos y espasmos.
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