¿Fotosíntesis sin luz?

Por Lionel Valenzuela Pérez

El primer descubrimiento

La exploración de los fondos abisales del mar desde los 200 metros de profundidad hasta las grandes llanuras a 4.000-6.000 metros de profundidad ha revelado miles de nuevas especies. A estas profundidades donde no llega la luz, las presiones son enormes y el agua solo llega a los 2ºC se pensaba que la fauna estaría formada casi exclusivamente por animales carroñeros y bacterias heterótrofas.

Luego hace treinta años, se descubrían los respiraderos hidrotermales (también llamadas fumarolas océanicas). Un ecosistema completamente nuevo que no dependía para su supervivencia de la luz solar. Alrededor de estos respiraderos hidrotermales o fumarolas (por donde surgen corrientes de agua de hasta 400ºC, muy ricas en minerales), florecía una comunidad con una gran variedad de especies (mas de 300 especies distintas han sido descubiertas hasta la fecha). Este ecosistema depende de bacterias y arqueas, quimioautótrofas. Realizan un proceso llamado quimiosíntesis, donde moléculas como el sulfuro de hidrogeno le sirven como fuente de energía para reducir el CO2 y sintetizar biomoléculas.

Estas bacterias son la principal fuente de alimentación de todos los demás organismos circundantes. Algunos de los organismos presentes en las hendiduras oceánicas se alimentan de bacterias para absorber energía, pero hay también gusanos tubícolas, que se alimentan de manera menos convencional. No tienen intestinos ni sistema digestivo pero en sus tejidos se incrustan miles de millones de bacterias vivas (cada gramo de gusano contiene 10 mil millones de bacterias) que satisfacen sus necesidades metabólicas. A su vez, los gusanos aporta a esas colonias bacterianas todo el sulfuro de hidrógeno que necesitan.

Sin embargo este podría no ser el único tipo de autótrofo del ecosistema. Recientemente, se ha descubierto que además de estas bacterias y arqueas quimioautótrofas, existen bacterias fotosintéticas que aprovechan la radiación infrarroja, emanada de los respiraderos hidrotermales.

Luz en las profundidades

Todo cuerpo con una temperatura por encima del cero absoluto emite radiación electromagnética, como los rayos infrarrojos, que son invisible a nuestros ojos. A medida que un cuerpo se calienta, comienza a emitir mas radiación y de longitud de onda más corta. Esto puede verse con un filamento de metal calentado, que al aumentar su temperatura va poniéndose rojo, luego naranja y finalmente blanco, emitiendo luz visible.

Las vertientes hidrotermales al estar a mayor temperatura que las frías aguas circundantes, emiten radiación infrarroja que ciertas bacterias y animales podrían detectar y aprovechar.

Durante los primeros años que siguieron al descubrimiento de los respiraderos, no se descubrió que la radiación infrarroja tuviera alguna función biológica. Luego aparecieron pruebas de que ciertos camarones y cangrejos ciegos, poseen pigmentos que no permiten ver imágenes pero si sirve para detectar, cantidades de luz extremadamente tenues, tal vez para evitar acercarse o alejarse demasiado de las vertientes hidrotermales. Unica fuente de nutrientes del desolado fondo marino.

Los investigadores, ante este descubrimiento se preguntaron inmediatamente, si esta luz tan tenue, cercana al rojo, podría mantener algún tipo de organismo fotosintético. Parecía una suposición descabellada: ¡fotosíntesis en los abismos marinos! Pero esta suposición tenía sus fundamentos ya que poco tiempo antes se habían encontrado bacteria verdes del azufre que viven en aguas pobres en oxigeno y hacían fotosíntesis en aguas profundas y prácticamente desprovistas de luz en el Mar Negro.

Las bacterias verdes del azufre campeonas de la fotosíntesis

Estas bacterias del Mar Negro poseen bacterioclorofila y pueden hacer fotosíntesis a más de 100 metros de profundidad (donde la luz llega extremadamente filtrada) y reina la oscuridad. En esta situación una molécula de bacterioclorofila, captura un fotón cada ocho horas, por lo tanto estas bacterias deben hacer acopio de la luz en forma extremadamente eficaz. Además es la única forma en que pueden sobrevivir ya que no poseen un metabolismo alternativo (otras bacterias pueden hacer fermentación y si las condiciones lo permiten pueden hacer fotosíntesis, para acelerar su crecimiento), pero este no es el caso de las bacterias verdes del azufre, dependen exclusivamente de la fotosíntesis.

Por lo tanto el mejor candidato para encontrar una bacteria fotosintética, en las condiciones extremas y sin luz solar de los respiraderos hidrotermales son las bacterias verdes del azufre o alguna bacteria relacionada con ellas.

¡Eureka!

Es así que el grupo liderado por Robert Blankenship, un experto en fotosíntesis de la Universidad del Estado de Arizona , tuvo que convencer al departamento de Astrobiología de la NASA de buscar bacterias fotosintéticas a miles de metros de profundidad en la oscuridad mas absoluta. Las intensidades de luz medidas en los respiraderos hidrotermales son de cien a un millón de veces más tenues que las medidas en el Mar Negro. Pero contra todos los pronósticos, los investigadores descubrieron una nueva especie de bacteria fotosintética, en las muestras tomadas en los respiraderos hidrotermales frente a las costas de Costa Rica, en el océano Pacifico.

¿Que son los clorosomas?

¿Como es posible que las bacterias puedan hacer fotosíntesis con intensidades lumínicas tan bajas, provenientes de la radiación geotérmica de las fumarolas?

La respuesta esta en los clorosomas, vesículas oblongas situadas por debajo de la membrana citoplásmica, que contienen los pigmentos antena de las bacterias fotosintéticas verdes. Se disponen por debajo de la membrana citoplásmica, sin estar en continuidad con ella, aunque en muchos casos aparecen conectadas a través de un pedúnculo de naturaleza no lipídica.

Estos clorosomas encauzan los fotones atrapados hacia la maquinaria biosintética necesaria para transformar la energía lumínica en energía química, y así poder sintetizar biomoléculas.

Conclusiones y futuros trabajos

Resta aun identificar, a esta nueva especie de bacteria verde del azufre, para ello será necesario mejorar los métodos de identificación (por ejemplo identificación de los pigmentos fotosintéticos), cultivo y secuenciación por la técnica de PCR de los ácidos nucleicos, encontrados en las muestras de las aguas hidrotermales.

Desde una perspectiva histórica podemos ver como estos trabajos han cambiado la visión que teníamos de la vida sobre la tierra. Ahora podemos encontrar ecosistemas independientes de la luz solar, bacterias que viven en el suelo a miles de metros de profundidad o en aguas termales, en cristales de sal en las minas o en lagos congelados en la Antártida. Los seres vivos son extremadamente resistentes y adaptables, esa es una lección que hemos aprendido.

Estos descubrimientos, no solo han mejorado nuestra comprensión sobre la vida en nuestro planeta, sino que han ampliado los hábitats donde podría haber vida extraterrestre, desde los fríos desiertos de Marte, a los océanos subterráneos de Europa (una de las lunas de Júpiter) hasta las nubes de metano de Titán (una de las lunas de Saturno), podrían ser todos buenos candidatos para descubrir que hay vida mas allá de nuestro planeta.