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Bacterias de monóxido de carbono y la antigua atmósfera terrestre.

Mediante el estudio de la vida en las aguas termales de un cráter volcánico en Siberia, un grupo de científicos descubrió una bacteria que produce y consume monóxido de carbono. El hallazgo puede proveer una nueva visión de la evolución de la atmósfera primitiva de la Tierra.

( Albert Colman, profesor asistente en ciencias geofísicas en la Universidad de Chicago)

Esta exótica bacteria que no depende del oxígeno, puede haber jugado un papel importante en la determinación de la composición de la atmósfera primitiva de la Tierra, de acuerdo a la teoría que el investigador de la Universidad de Chicago, Albert Colman, está investigando en las aguas termales de un cráter volcánico en Siberia.

Descubrió que tal bacteria consume y produce monóxido de carbono, un giro sorprendente que los científicos deben tener en cuenta en su intento por reconstruir la evolución de la atmósfera primitiva de la Tierra.

Colman, un viejo profesor en ciencias geológicas, se unió al grupo Americano-Ruso en 2005 trabajando en la caldera volcánica Uzon al este de la Península de Kamchatka para estudiar la microbiología y geoquímica de las aguas termales de la región. Colman y sus colegas se enfocaron en carboxidótrofos anaeróbicos –microbios con una fisiología tan exótica como su nombre. Estas usan monóxido de carbón mayoritariamente como energía, pero también como fuente de carbono para la producción de nuevo material celular.

Esta fisiología a base de monóxido de carbono resulta de la producción microbiana de hidrógeno, componente de ciertos combustibles alternativos. El equipo de investigación también trató de probar aplicaciones biotecnológicas para limpiar de monóxido de carbono ciertos gases residuales industriales y para la producción de biohidrógeno.

“Nos enfocamos en los campos geotérmicos”, dijo Colman, “creyendo que tales ambientes podrían resultar el hábitat principal para los carboxidótrofos  debido a la ventilación químicamente reducida, o en otras palabras, libre de oxígeno y los gases volcánicos en los manantiales ricos en metano, hidrógeno y dióxido de carbono.

El equipo descubrió una amplia gama de carboxidótrofos. Paradójicamente, Colman encontró que la mayor parte del monóxido de carbono en la zona de Kamchatka no estaba burbujeando con los gases volcánicos; al contrario “se estaba produciendo una comunidad microbiana en dichos manantiales,” dijo. Su equipo empezó a considerar las implicaciones de una poderosa fuente de microbios de monóxido de carbono, tanto en los manantiales locales como en la Tierra primitiva.

La gran oxidación

Los expertos creen que la atmósfera primitiva de la Tierra difícilmente contenía apenas algo de oxígeno, pero sí cantidades relativamente grandes de dióxido de carbono y posiblemente metano. Luego, durante el período llamado “La gran oxidación” hace alrededor de 2,3 a 2,5 mil millones de años atrás, los niveles de oxígeno en la atmósfera aumentaron de pequeñas, ridículas cantidades a concentraciones moderadamente bajas.

“Esta importante transición permitió una amplia diversificación y proliferación de estrategias metabólicas y liberó el camino para una posterior subida de oxígeno a niveles que fueran lo suficientemente altos para sostener vida animal”, agregó Colman.

El procesamiento de monóxido de carbono por la comunidad microbiana puede haber influenciado en la química atmosférica y el clima durante el Arcaico, un intervalo histórico de la Tierra que precede a la Gran Oxidación.

Anterior simulaciones computarizadas se basan en una biósfera primitiva como el único medio para eliminar el monóxido de carbono cercano a la superficie cuando los rayos ultravioletas del Sol dividieron las moléculas de dióxido de carbono. Este disipador teórico en la biósfera habría impedido una acumulación considerable de monóxido de carbono en la atmósfera.

“Pero nuestro trabajo muestra que no puedes considerar comunidades microbianas en un solo sentido, como un disipador de monóxido de carbono. Estas comunidades tanto producen como consumen monóxido de carbono, es un círculo dinámico”, comentó el científico.

Los cálculos de Colman sugieren que el monóxido de carbón puede haber alcanzado concentraciones que se aproximan a 1% en la atmósfera, decenas de miles de veces mayor que las concentraciones actuales. Esto, a su vez, ha ejercido influencia en la concentración de metano en la atmósfera, un poderoso gas relacionado con el efecto invernadero, con consecuencias en las temperaturas globales.

Concentraciones tóxicas

Además, concentraciones tan altas de monóxido de carbono han sido tóxicas para muchos microorganismos, poniendo una presión evolutiva en la primitiva biósfera.

“Una fracción mucho mayor de estas comunidades microbianas han estado expuestas a altas concentraciones de monóxido de carbono y han tenido que desarrollar estrategias para hacer frente a las altas concentraciones debido a su toxicidad”, continuó.

Colman y estudiantes graduados de la Universidad  de Chicago, han llevado a cabo trabajo de campo, tanto en Uzon como en Lassen, Parque Nacional Volcánico de California. Recientemente Colman viajó a Kamchatka para realizar trabajos de campo adicionales en 2007 y 2010.

“Este fantástico campo tiene una gran variedad de aguas termales”, dijo. “Diferentes colores, temperaturas, químicas, diversos tipos de microorganismos viviendo en ellos. Es muy parecido a Yellowstone en algunos aspectos”. Los manantiales de Lassen tienen un rango más estrecho de químicos ácidos, aún así, la producción microbiana de monóxido de carbono parece ser de amplia configuración.

Frank Robb, colaborador de la Universidad de Maryland, Baltimore, felicita a Colman por su “entusiasmo ilimitado” y por su “meticulosa preparación”, cualidades completamente necesarias para garantizar la seguridad del transporte de los delicados instrumentos al campo.

“Algunas de estas formas de vida microbianas en el complejo hidrotermal de la caldera pueden sobrevivir en entornos más extremos que los que los científicos han observado  en la superficie”, dice Colman. “Una cosa que no sabemos  muy bien es la medida en que las comunidades microbianas de debajo de la superficie influye en lo que vemos en la superficie”. “Sabemos, por el cultivo de las aguas profundas de ventilación de microbios, que pueden vivir a temperaturas que exceden las temperaturas que observamos en la superficie,  y algunos a su vez metabolizan monóxido de carbono”.

La Fundación Nacional de Ciencia y la Administración Nacional Aeronáutica y Espacial del Instituto de Astrobiología financiaron la investigación de Colman en Kamchatka. El trabajo ofrece herramientas para la astrobiología, el estudio de las posibilidades de vida en otros mundos, mostrando cómo los organismos pueden prosperar en ambientes extremos fuera de la Tierra, incluyendo el subsuelo de Marte, Júpiter, Europa, la luna, o incluso planetas que orbitan otras estrellas.

Original article: http://www.astrobio.net/pressrelease/3934/carbon-monoxide-bacteria-and-earths-ancient-atmosphere

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