LA QUIMIOSÍNTESIS

1. Definición

La quimiosíntesis consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas. Los organismos que realizan estos procesos se denominan quimioautótrofos o quimiolitótrofos. Todos ellos son bacterias. Muchos de los compuestos reducidos que se utilizan con el NH3, son sustancias procedentes de la descomposición de la materia orgánica. Al oxidarlas se transforman en sustancias minerales que pueden ser absorbidas por las plantas. Cierran los ciclos biogeoquimicos, posibilitando la vida en el planeta. Se distinguen dos fases una primera fase en la que se obtiene ATP y coenzima reducida, que en las bacterias es NADH en lugar de NADPH, y en la segunda fase en la que se emplea el ATP y el NADH para sintetizar compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas. En la primera fase la reacción de oxidación de las sustancias inorgánicas constituye la fuente de energía para la fosforilación del ADP, en la cadena respiratoria, proceso denominado fosforilacion oxidativa. Parte de este ATP se emplea para provocar un transporte inverso de electrones en la propia cadena respiratoria para la obtención de NADH. En la segunda fase las vías metabólicas seguidas coinciden con las de la fase oscura de la fotosíntesis.
La ecuación global de la quimiosíntesis, usando como molécula oxidable el sulfuro de hidrógeno es la siguiente:

CO2 + O2 + 4H2S → CH2O + 4S + 3H2O

2. Organismos Quimiosintéticos

Los Organismos quimiosintéticos son las bacterias quimiosintéticas, es decir son los seres que elaboran su propio alimento a partir de la energía de las sustancias que contienen hierro, hidrógeno, azufre y nitrógeno y son las bacteriasquimiosintéticas, ya que necesitan de esas sustancias para elaborar su propio alimento, por ejemplo las bacterias del azufre, hidrógeno, hierro, nitrógeno (nitrosomonas y nitrobacter).

Las Bacterias quimiosintéticas son autótrofas, es decir productores que fabrican sus compuestos orgánicos mediante la oxidación de sustancias inorgánicas simples como el azufre y el amoníaco. Los autótrofos quimiosintéticos no requieren de luz como fuente de energía para realizar estas reacciones. Las bacterias secretan enzimas que actúan como aceleradores de reacciones. En estas reacciones, las sustancias alimenticias se desdoblan a moléculas más sencillas.

La quimiosíntesis es la conversión biológica de moléculas de 1 carbono(generalmente CO2o metano) y nutrientes en materia orgánica usando la oxidación de moléculas inorgánicas, como por ejemplo el ácido sulfhídrico (H2S) o el hidrógeno gaseoso, o en metano como fuente de energía, sin la luz solar, a diferencia de la fotosíntesis. Una gran población de animales basa su existencia en la producción quimiosintética en las fallas termales, las cepas frías y en otros hábitats extremos en las cuales la luz solar es incapaz de alcanzar.


2.1. Tipos de bacterias quimiosintéticas

Según el sustrato utilizado, las bacterias se clasifican en los siguientes grupos:

-Bacterias incoloras del azufre: estas bacterias oxidan azufre o compuestos de azufre. Son

bacterias aerobias obligadas ya que necesitan oxigeno para la oxidación.

-Bacterias del nitrógeno: este grupo oxida compuestos reducidos de nitrógeno. Son las responsables de oxidar el amoniaco. Existen dos grupos de bacterias del nitrógeno:
Las bacterias niitrosificantes: transforman amoniaco en nitritos.
Las bacterias nitrificantes que transforman nitritos en nitratos.

-Bacterias del hierro: que oxidan compuestos ferrosos a férricos.

-Bacterias del hidrogeno: estas bacterias son quimioautótrofos facultativos que pueden utilizar el hidrógeno molecular.


3. Curiosidades de la Quimiosíntesis

Muchas bacterias en el fondo de los océanos usan la quimiosíntesis como forma de producir energía sin el requerimiento de luz solar, en contraste con la fotosíntesis la cual se ve inhibida en aquel hábitat. Muchas de estas bacterias son la fuente básica.

La quimiosíntesis es un factor clave que nos permite entender porqué el agua del mar es realmente tan terapéutica.

Muchos elementos son aportados al mar por las lluvias que arrastran los minerales de las rocas de las montañas, de los metales y oligoelementos de la superficie de la tierra y subterránea, así como las sustancias vivas y muertas procedente del reino vegetal y animal.

Esos productos químicos son arrastrados por los ríos hasta el mar, y al entrar en contacto con ella, son digeridos y transformados en elementos orgánicos por acción del plancton y del fitoplancton, en una solución coloidal e infinitesimal, biodisponibles en el momento, debido al efecto de la quimiosíntesis equivalente a la fotosíntesis en la tierra.
No es lo mismo tomar un mineral en su estado inorgánico o químico de la tierra, que cuando ese mineral ha sido digerido por un animal.

Asimismo, el agua del mar contiene los elementos procedentes de las montañas y volcanes marinos, de los corales, de las algas y de los fósiles de marinos muertos.

La totalidad de estos 111 elementos descubiertos hasta ahora, son identificados como necesarios para la vida, y para el buen funcionamiento y mantenimiento de la misma.
Por último existe otra conexión o presencia de los minerales marinos del mar con nuestro medio interno.
Cuando apareció la vida en el mar, hace cientos de millones de años, la concentración de estas sales minerales era del 9%º, o sea, de 9 gramos de sales minerales por litro de agua, justamente la misma concentración de sales que actualmente tenemos en nuestro medio interno, 9 gramos por litro de sangre, así como en todos los animales y plantas.

Esta similitud sugiere que a pesar de la evolución, (de los cientos de millones de años que han transcurrido) los seres humanos conservamos una memoria acuática de los orígenes. Es como una carta de identidad biológica que nos recuerda en cada momento nuestro origen marino.

Pueden crecer vida submarina profunda gracias a los gases hidratados?

La vida submarina en zonas de emisión de metano se consideraba, en las últimas décadas, como inexistente debida a las condiciones químicas ambientales. Sin embargo, recientemente, exploraciones científicas con submarinos autónomos que alcanzan profundidades de 1000 metros, han observado la presencia de numerosos organismos como mejillones, estrellas de mar, gusanos tubícolas alargados y el descubrimiento del denominado "gusano de hielo".

Estos organismos viven en este medio hostil gracias a su simbiosis con bacterias "quimiosinteticas". Estos son grupos de bacterias que se adaptan a vivir en medios ricos en metano y en otros componentes químicos, adoptando la "quimiosimbiosis”, esto es la transformación energética a través de sulfuros o carbono del metano, como principal fuente de derivación de energía y nutrición. Estas bacterias, que son los productores primarios de la cadena alimenticia, son los encargados de"manufacturar“químicamente el alimento, viviendo a cientos en el interior de los mejillones y gusanos tubícolas, que a su vez sirven de comida a cangrejos, estrellas de mar, etc. Esta simbiosis permite el crecimiento de grandes colonias denominadas "quimiosintéticas", con condiciones químicas extremas, a grandes profundidades y con muy baja luminosidad. La emisiones de gas metano y sulfhídrico, al contrario de perjudicar, son el sustento alimenticio de estas grandes colonias de vida submarina.

En el Golfo de México, se ha encontrado grandes colonias de mejillones por debajo de los 500 metros de profundidad, con un tamaño mucho mayor que los que encontramos en las zonas costeras, y que forman especies de mejilloneras redondeadas alrededor de puntos de escape de gases, y cerca de salmueras sobresaturadas en gas metano. Asimismo, uno de los organismos denominado "gusano de hielo" se ha descubierto recientemente, similar a una pulga de agua, y viviendo en simbiosis con bacterias quimiosinteticas.

En la Antártida, la existencia de vida grandes en los grandes lago descubiertos por debajo de los casquetes polares, como el Lago Vostok, puede estar, asimismo, favorecida por la presencia de gases hidratados, y por el desarrollo de organismos quimiosintéticos en condiciones extremas de baja temperatura y falta de luminosidad

En Porcupine, al sur de Irlanda, se han identificado una serie de arrecifes que viven en profundidades entre 750 a 1000 metros, asociados a emisiones de gas metano, a través de fisuras en el talud continental. El estudio de los arrecifes de colonias quimiosintéticas relacionados con emisiones de gas y disociación de hidratos metano, son uno de los grandes retos en la exploración submarina para la nueva década, no solo por la posibilidad de la existencia de nuevos recursos biológicos, sino que también son claros indicios de existencia de grandes volúmenes de metano en el subsuelo marino.

Desde el punto de vista medio ambiental, el descubrimiento de vida en condiciones químicas extremas por la presencia de grandes cantidades de gas, ha cambiado la idea de que las zonas con emisiones submarinas de hidrocarburos son zonas abióticas "desérticas" sin presencia alguna de fauna marina. Esto puede ser un valor decisivo en la desmantelación de plataformas petrolíferas, si se llegan a "regenerar" con estos organismos quimiosintéticos.