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Articulo de referencia

Quimiosíntesis

Venenivibrio stagnispumantis obtiene energía mediante la oxidación del gas hidrógeno. En bioquímica, la quimiosíntesis es la conversión biológica de una o más moléculas que cont...

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Venenivibrio stagnispumantis obtiene energía mediante la oxidación del gas hidrógeno.

En bioquímica, la quimiosíntesis es la conversión biológica de una o más moléculas que contienen carbono (generalmente dióxido de carbono o metano ) y nutrientes en materia orgánica utilizando la oxidación de compuestos inorgánicos (por ejemplo, hidrógeno gaseoso , sulfuro de hidrógeno ) o iones ferrosos como fuente de energía, en lugar de la luz solar, como en la fotosíntesis . Los quimioautótrofos , organismos que obtienen carbono del dióxido de carbono mediante quimiosíntesis, son filogenéticamente diversos. Los grupos que incluyen taxones conspicuos o biogeoquímicamente importantes incluyen las Gammaproteobacterias oxidantes de azufre , los Campylobacterota , los Aquificota , las arqueas metanogénicas y las bacterias neutrófilas oxidantes de hierro .

Muchos microorganismos en las regiones oscuras de los océanos utilizan la quimiosíntesis para producir biomasa a partir de moléculas de un solo átomo de carbono. Se pueden distinguir dos categorías. En los escasos lugares donde hay hidrógeno (H₂ ) disponible, la energía que se obtiene de la reacción entre el CO₂ y el H₂ ( que produce metano, CH₄ ) puede ser suficiente para impulsar la producción de biomasa. Por otro lado, en la mayoría de los entornos oceánicos, la energía para la quimiosíntesis proviene de reacciones en las que se oxidan sustancias como el sulfuro de hidrógeno o el amoníaco . Esto puede ocurrir con o sin la presencia de oxígeno.

Muchos microorganismos quimiosintéticos son consumidos por otros organismos en el océano, y las asociaciones simbióticas entre quimiosintetizadores y heterótrofos respiratorios son bastante comunes. Grandes poblaciones de animales pueden subsistir gracias a la producción secundaria quimiosintética en fuentes hidrotermales , clatratos de metano , filtraciones frías , restos de ballenas y aguas de cuevas aisladas .

Se ha planteado la hipótesis de que la quimiosíntesis anaeróbica podría sustentar la vida bajo la superficie de Marte , la luna Europa de Júpiter y otros planetas. [ 1 ] La quimiosíntesis también podría haber sido el primer tipo de metabolismo que evolucionó en la Tierra, allanando el camino para el posterior desarrollo de la respiración celular y la fotosíntesis.

Proceso de quimiosíntesis de sulfuro de hidrógeno

Los gusanos tubulares gigantes utilizan bacterias en su trofosoma para fijar dióxido de carbono (utilizando sulfuro de hidrógeno como fuente de energía) y producir azúcares y aminoácidos . [ 2 ]

18 H 2 S + 6CO 2 + 3 O 2 → C 6 H 12 O 6 ( carbohidrato ) + 12 H 2 O + 18 S

En lugar de liberar oxígeno gaseoso mientras se fija dióxido de carbono como en la fotosíntesis , la quimiosíntesis de sulfuro de hidrógeno produce glóbulos sólidos de azufre en el proceso. En bacterias capaces de quimioautotrofía (quimiosíntesis), como las bacterias púrpuras del azufre , [ 3 ] se encuentran presentes glóbulos amarillos de azufre que son visibles en el citoplasma.

Descubrimiento

Los gusanos tubícolas gigantes ( Riftia pachyptila ) poseen un órgano que contiene bacterias quimiosintéticas en lugar de un intestino.

En 1890, Sergei Winogradsky propuso un nuevo tipo de proceso vital llamado "anorgoxidante". [ 4 ] Su descubrimiento sugirió que algunos microbios podrían vivir únicamente de materia inorgánica y surgió durante su investigación fisiológica en la década de 1880 en Estrasburgo y Zúrich sobre bacterias de azufre, hierro y nitrógeno.

En 1897, Wilhelm Pfeffer acuñó el término «quimiosíntesis» para referirse a la producción de energía mediante la oxidación de sustancias inorgánicas, en asociación con la asimilación autotrófica de dióxido de carbono, lo que hoy se denominaría quimiolitoautotrofía. Posteriormente, el término se amplió para incluir también a los quimioorganoautótrofos, organismos que utilizan sustratos de energía orgánica para asimilar dióxido de carbono. [ 5 ] Por lo tanto, la quimiosíntesis puede considerarse sinónimo de quimioautotrofía .

El término " quimiotrofia ", menos restrictivo, fue introducido en la década de 1940 por André Lwoff para la producción de energía mediante la oxidación de donantes de electrones, orgánicos o no, asociados con auto- o heterotrofia. [ 6 ] [ 7 ]

Chimeneas hidrotermales

fauna de fuentes hidrotermales
Una chimenea hidrotermal donde los microorganismos experimentan quimiosíntesis en la Dorsal del Pacífico Oriental , y fauna compleja en chimeneas hidrotermales con camarones , langostas enanas y mejillones de chimenea .

La sugerencia de Winogradsky se confirmó casi 90 años después, cuando se descubrieron fuentes hidrotermales oceánicas en la década de 1970. Las aguas termales y las extrañas criaturas fueron descubiertas por Alvin , el primer sumergible de aguas profundas del mundo, en 1977 en la Fosa de Galápagos . Casi al mismo tiempo, la entonces estudiante de posgrado Colleen Cavanaugh propuso que las bacterias quimiosintéticas que oxidan sulfuros o azufre elemental eran un mecanismo mediante el cual los gusanos tubícolas podían sobrevivir cerca de las fuentes hidrotermales. Cavanaugh logró confirmar posteriormente que este era, en efecto, el método por el cual los gusanos podían prosperar, y generalmente se le atribuye el descubrimiento de la quimiosíntesis. [ 8 ]

Una serie de televisión de 2004 presentada por Bill Nye nombró a la quimiosíntesis como uno de los 100 mayores descubrimientos científicos de todos los tiempos. [ 9 ] [ 10 ]

corteza oceánica

En 2013, investigadores informaron del descubrimiento de bacterias que viven en la roca de la corteza oceánica , debajo de las gruesas capas de sedimento y fuera de las chimeneas hidrotermales que se forman a lo largo de los bordes de las placas tectónicas . Los hallazgos preliminares indican que estas bacterias subsisten gracias al hidrógeno producido por la reducción química de la olivina por el agua de mar que circula en las pequeñas vetas que impregnan el basalto que compone la corteza oceánica. Las bacterias sintetizan metano combinando hidrógeno y dióxido de carbono. [ 11 ]

La quimiosíntesis como un área innovadora para la investigación continua.

A pesar de que el proceso de quimiosíntesis se conoce desde hace más de cien años, su importancia sigue vigente en la transformación de elementos químicos en los ciclos biogeoquímicos. Actualmente, los procesos vitales de las bacterias nitrificantes, que conducen a la oxidación del amoníaco a ácido nítrico, requieren fundamentación científica e investigación adicional. La capacidad de las bacterias para convertir sustancias inorgánicas en orgánicas sugiere que los organismos quimiosintéticos pueden acumular valiosos recursos para las necesidades humanas.

Las comunidades quimiosintéticas en diferentes entornos constituyen sistemas biológicos importantes por su ecología, evolución y biogeografía, así como por su potencial como indicadores de la disponibilidad de fuentes de energía permanentes basadas en hidrocarburos. Mediante la quimiosíntesis, las bacterias producen materia orgánica en lugares donde la fotosíntesis es imposible. El aislamiento de la bacteria termófila reductora de sulfato Thermodesulfovibrio yellowstonii y otros tipos de bacterias quimiosintéticas abre nuevas perspectivas para la investigación. Por lo tanto, la importancia de la quimiosíntesis sigue siendo relevante para su uso en tecnologías innovadoras, la conservación de ecosistemas y la vida humana en general.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Julian Chela-Flores (2000): «Microbios terrestres como candidatos para la supervivencia en Marte y Europa», en: Seckbach, Joseph (ed.) Viaje a diversos mundos microbianos: Adaptación a entornos exóticos , Springer, pp. 387–398. ISBN 0-7923-6020-6
  2. ↑ Biotecnología para la gestión ambiental y la recuperación de recursos . Springer. 2013. pág. 179. ISBN  978-81-322-0876-1.
  3. ↑ Las bacterias fototróficas púrpuras . Hunter, C. Neil. Dordrecht: Springer. 2009. ISBN 978-1-4020-8814-8OCLC 304494953​​ {{cite book}}: CS1 mantenimiento: otros ( enlace )
  4. ^ Paraska, OA; Horban, A. Ye; Matselyukh, BP; Shchur, SA; Shenderovskyj, V. А. (24-07-2022). "Quimiosíntesis: una historia de innovación" . Infusión y quimioterapia (2): 50– 56. doi : 10.32902/2663-0338-2022-2-50-56 . ISSN 2709-0957 . S2CID 251045231 .  
  5. ↑ Kellerman, MY; et al. (2012). "Autotrofia como modo predominante de fijación de carbono en comunidades microbianas anaeróbicas oxidantes de metano" . Proc . Natl. Acad. Sci. USA 109 (47): 19321– 19326. Bibcode : 2012PNAS..10919321K . doi : 10.1073/pnas.1208795109 . PMC 3511159. PMID 23129626 .   
  6. ↑ Kelly, DP; Wood, AP (2006). "Los procariotas quimiolitotróficos" . Los procariotas . Nueva York: Springer. págs. 441–456 . doi : 10.1007/0-387-30742-7_15 . ISBN  978-0-387-25492-0.
  7. ↑ Schlegel, HG (1975). "Mecanismos de quimioautotrofia" (PDF) . En Kinne, O. (ed.). Ecología marina . Vol. 2, Parte I. pp. 9–60 . ISBN   0-471-48004-5.
  8. ↑ Cavenaugh, Colleen M.; et al. (1981). "Células procariotas en los gusanos tubulares de las fuentes hidrotermales Riftia Jones: posibles simbiontes quimioautótrofos". Science . 213 (4505): 340– 342. doi : 10.1126/science.213.4505.340 . PMID 17819907 .  
  9. ↑ "Los 100 mayores descubrimientos (2004–2005)" . IMDb .
  10. ↑ "Los mayores descubrimientos" . Ciencia . Archivado del original el 19 de marzo de 2013.Vea en línea "Los mayores descubrimientos de la evolución".
  11. ↑ "La vida en las profundidades de la corteza oceánica se sustenta gracias a la energía del interior de la Tierra" . ScienceDaily . 14 de marzo de 2013. Consultado el 16 de marzo de 2013 .
  • Comunidades quimiosintéticas en el Golfo de México. Archivado el 28 de mayo de 2010 en Wayback Machine.