Los miembros del equipo pasaron por un proceso de determinar incrementalmente en qué elementos y moléculas podría crecer la tensión bacteriana. Ya sabían que podía usar oxígeno, por lo que probaron otras combinaciones en el laboratorio. Cuando el oxígeno estaba ausente, RSW1 podría procesar el gas de hidrógeno y el azufre elemental, los químicos que encontraría la caza de una ventilación volcánica) y crear sulfuro de hidrógeno como producto. Sin embargo, mientras las células estaban técnicamente vivas en este estado, no crecieron ni se replicaron. Estaban haciendo una pequeña cantidad de energía, lo suficientemente justo como para mantenerse con vida, nada más. “La celda estaba sentada allí girando sus ruedas sin obtener una ganancia metabólica o biomasa real”, dijo Boyd.
Luego el equipo agregó oxígeno nuevamente a la mezcla. Como se esperaba, la bacteria creció más rápido. Pero, para la sorpresa de los investigadores, RSW1 también producía gas de sulfuro de hidrógeno, como si fuera una respiración anaeróbica. De hecho, la bacteria parecía respirar aerobical y anaeróbicamente a la vez, y beneficiándose de la energía de ambos procesos. Esta doble respiración fue más allá de los informes anteriores: la célula no solo producía sulfuro en presencia de oxígeno, sino que también estaba realizando ambos procesos conflictivos al mismo tiempo. Las bacterias simplemente no deberían poder hacer eso.
“Eso nos puso en este camino de ‘Ok, ¿qué diablos está pasando realmente aquí?'”, Dijo Boyd.
Respirando dos maneras
RSW1 parece tener un metabolismo híbrido, que ejecuta un modo a base de azufre anaeróbico al mismo tiempo que ejecuta uno aeróbico con oxígeno.
“Para que un organismo pueda unir ambos metabolismos es muy singular”, dijo Ranjani MuraliMicrobiólogo ambiental de la Universidad de Nevada, Las Vegas, que no participó en la investigación. Normalmente, cuando los organismos anaeróbicos están expuestos al oxígeno, dañando las moléculas conocidas como compuestos de oxígeno reactivos crean estrés, dijo. “Para que eso no suceda es realmente interesante”.
En la carretera de primavera térmica al oeste (izquierda) en el Parque Nacional de Yellowstone, los investigadores aislaron un microbio inusual de la biopelícula de color gris (derecha).Fotografía: Eric Boyd; Revista cuanta
El equipo de Boyd observó que la bacteria creció mejor cuando se ejecutó ambos metabolismos simultáneamente. Puede ser una ventaja en su entorno único: el oxígeno no se distribuye uniformemente en aguas termales como las donde vive RSW1. En condiciones constantemente cambiantes, donde podría bañarse en oxígeno en un momento solo para que desaparezca, cubrir las apuestas metabólicas de uno podría ser un rasgo altamente adaptativo.
Se han observado que otros microbios respiran de dos maneras a la vez: anaeróbicamente con nitrato y aeróbicamente con oxígeno. Pero esos procesos usan vías químicas completamente diferentes, y cuando se combinan, tienden a presentar un costo energético a los microbios. En contraste, el metabolismo híbrido de azufre/oxígeno de RSW1 refuerza las células en lugar de arrastrarlas hacia abajo.
Este tipo de respiración dual puede haber evadido la detección hasta ahora porque se consideraba imposible. “Realmente no tienes razón para buscar” para algo como esto, dijo Boyd. Además, el oxígeno y el sulfuro reaccionan entre sí rápidamente; A menos que estuviera observando el sulfuro como un subproducto, podría perderse por completo, agregó.
De hecho, es posible que los microbios con metabolismos duales estén muy extendidos, dijo Murali. Señaló los muchos hábitats y organismos que existen en gradientes tenue entre las áreas ricas en oxígeno y sin oxígeno. Un ejemplo es en sedimentos sumergidos, que pueden albergar bacterias de cable. Estos microbios alargados se orientan de tal manera que un extremo de sus cuerpos puede usar la respiración aeróbica en el agua oxigenada, mientras que el otro extremo está enterrado en el sedimento anóxico y usa la respiración anaeróbica. Las bacterias del cable prosperan en su precaria partición separando físicamente sus procesos aeróbicos y anaeróbicos. Pero RSW1 parece ser multitarea mientras cae en el resorte de tumbos.
Todavía se desconoce cómo las bacterias RSW1 logran proteger su maquinaria anaeróbica del oxígeno. Murali especuló que las células podrían crear supercomplejos químicos dentro de sí mismas que pueden rodear, aislar y “eliminar” el oxígeno, dijo, lo que lo usa rápidamente una vez que lo encuentran, por lo que no hay posibilidad de que el gas interfiera con la respiración a base de azufre.
RSW1 y cualquier otro microbio que tenga un metabolismo dual haga modelos intrigantes sobre cómo la vida microbiana puede haber evolucionado durante el gran evento de oxigenación, dijo Boyd. “Ese debe haber sido un momento bastante caótico para los microbios en el planeta”, dijo. Como un goteo lento de oxígeno filtrado en la atmósfera y el mar, cualquier forma de vida que pueda manejar un cepillo ocasional con el gas nuevo y venenoso, o incluso usarlo en su beneficio energético, puede tener una ventaja. En ese momento de transición, dos metabolismos pueden haber sido mejores que uno.
Historia original reimpreso con permiso de Revista cuantauna publicación editorialmente independiente del Fundación Simons cuya misión es mejorar la comprensión pública de la ciencia cubriendo los desarrollos de la investigación y las tendencias en matemáticas y las ciencias físicas y de la vida.