Microbios que respiran óxido podrían salvar los océanos de la Tierra

Un equipo internacional de investigadores, liderado por los microbiólogos Marc Mussmann y Alexander Loy de la Universidad de Viena, descubrió un nuevo tipo de metabolismo microbiano. Las microorganismos, conocidos como bacterias MISO, pueden "respirar" minerales de hierro al oxidar sulfuro tóxico. Este hallazgo reveló que la reacción entre el sulfuro de hidrógeno, un gas venenoso, y los minerales de hierro sólido no es solo un proceso químico, sino también biológico. En este nuevo camino, los microbios adaptables que habitan en sedimentos marinos y suelos húmedos eliminan el sulfuro tóxico y lo utilizan como fuente de energía para su crecimiento. Estas bacterias podrían desempeñar un papel crucial en la prevención de la expansión de las zonas muertas, donde el oxígeno escasea, en los ecosistemas acuáticos.

Los resultados de esta investigación fueron publicados recientemente en la revista Nature.

Cómo los microbios impulsan los ciclos de elementos de la Tierra

El movimiento de elementos clave como el carbono, el nitrógeno, el azufre y el hierro a través del medio ambiente ocurre a través de lo que se conoce como ciclos biogeoquímicos. Estas transformaciones se producen mediante reacciones de reducción y oxidación (redox) que trasladan elementos entre el aire, el agua, el suelo, las rocas y los seres vivos. Dado que estos ciclos regulan los gases de efecto invernadero, tienen una influencia directa en el clima y el equilibrio térmico de la Tierra. Los microorganismos impulsan casi cada paso de estos procesos, utilizando sustancias como el azufre y el hierro para la respiración, de manera similar a como los humanos dependen del oxígeno para metabolizar los alimentos.

El azufre y el hierro son particularmente esenciales para las comunidades microbianas que viven en hábitats con poco oxígeno, como los fondos oceánicos, los humedales y los sedimentos. El azufre puede existir como gas en la atmósfera, como sulfato disuelto en agua de mar o encerrado en depósitos minerales. Por otro lado, el hierro cambia entre diferentes formas químicas dependiendo de la disponibilidad de oxígeno. Cuando los microbios procesan el azufre, a menudo cambian la forma del hierro al mismo tiempo, creando una relación estrechamente vinculada entre ambos elementos. Este acoplamiento afecta el ciclo de nutrientes e influye en la producción o consumo de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono y el metano. Comprender estas conexiones ayuda a los científicos a predecir cómo los sistemas naturales responden a cambios ambientales, incluida la contaminación y el calentamiento global.

Microbios que utilizan hierro para eliminar sulfuro tóxico

En entornos con poco oxígeno, como sedimentos marinos, humedales y acuíferos subterráneos, ciertos microbios producen sulfuro de hidrógeno, un gas maloliente y altamente tóxico. Las interacciones entre este sulfuro y los minerales de óxido de hierro (III) —esencialmente óxido— ayudan a mantener los niveles de sulfuro bajo control. Hasta ahora, los científicos pensaban que este proceso ocurría solo a través de reacciones químicas que creaban azufre elemental y monosulfuro de hierro (FeS), el mineral negro responsable del color oscuro de las arenas de playa con bajo oxígeno.

"Demostramos que esta reacción redox ambientalmente importante no es únicamente química", afirmó Alexander Loy, líder del grupo de investigación en el CeMESS, el Centro de Microbiología y Ciencia de Sistemas Ambientales de la Universidad de Viena. "Los microorganismos también pueden aprovecharla para crecer".

El descubrimiento del equipo revela una nueva forma de producción de energía microbiana llamada MISO. Este proceso conecta la reducción del óxido de hierro (III) con la oxidación del sulfuro. A diferencia de una reacción puramente química, las bacterias MISO generan directamente sulfato, omitiendo pasos intermedios en el ciclo del azufre. "Las bacterias MISO eliminan el sulfuro tóxico y pueden ayudar a prevenir la expansión de las llamadas 'zonas muertas' en los ambientes acuáticos, mientras fijan dióxido de carbono para su crecimiento, similar a las plantas", agregó Marc Mussmann, científico senior en CeMESS.

Un proceso rápido y generalizado que modela el planeta

En experimentos de laboratorio, los investigadores encontraron que la reacción MISO llevada a cabo por los microbios ocurre más rápido que la misma reacción cuando se produce químicamente. Esto indica que los microorganismos son probablemente la principal fuerza detrás de esta transformación en los entornos naturales. "Diversas bacterias y arqueas poseen la capacidad genética para MISO", explicó el autor principal Song-Can Chen, "y se encuentran en una amplia gama de entornos naturales y artificiales".

Según el estudio, la actividad MISO en sedimentos marinos podría ser responsable de hasta el 7% de toda la oxidación global de sulfuro a sulfato. Este proceso se alimenta del flujo constante de hierro reactivo que ingresa a los océanos a través de ríos y glaciares en deshielo. La investigación, apoyada por el Fondo de Ciencia de Austria (FWF) como parte del 'Microbiomas impulsan la salud planetaria' Cluster de Excelencia, identifica un nuevo mecanismo biológico que vincula el ciclo del azufre, el hierro y el carbono en entornos sin oxígeno.

"Este descubrimiento demuestra la ingeniosidad metabólica de los microorganismos y destaca su papel indispensable en la modelación de los ciclos globales de elementos de la Tierra", concluyó Alexander Loy.