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| Una estructura de chimenea del campo de respiraderos hidrotermales de Sea Cliff, situado a más de 2.700 metros bajo la superficie del mar, en el límite submarino de las placas tectónicas del Pacífico y de la Gorda. Crédito: Ocean Exploration Trust |
En un estudio recientemente publicado, los biogeocientíficos Jeffrey Dick y Everett Shock han determinado que determinados entornos hidrotermales del fondo marino proporcionan un hábitat único en el que pueden prosperar ciertos organismos. Con ello, han abierto nuevas posibilidades de vida en la oscuridad del fondo de los océanos de la Tierra, así como en todo el sistema solar. Sus resultados se han publicado en el Journal of Geophysical Research: Biogeosciences.
En la tierra, cuando los organismos obtienen energía de los alimentos que consumen, lo hacen a través de un proceso llamado respiración celular, en el que se produce una toma de oxígeno y la liberación de dióxido de carbono. Desde el punto de vista biológico, las moléculas de nuestros alimentos son inestables en presencia del oxígeno, y es esa inestabilidad la que aprovechan nuestras células para crecer y reproducirse, un proceso llamado biosíntesis.
Pero para los organismos que viven en el fondo marino, las condiciones de vida son dramáticamente diferentes.
En los ecosistemas microbianos de las profundidades, los organismos prosperan cerca de los respiraderos en los que el fluido hidrotermal se mezcla con el agua de mar ambiente. Investigaciones anteriores dirigidas por Shock descubrieron que la biosíntesis de los componentes celulares básicos, como los aminoácidos y los azúcares, es especialmente favorable en las zonas en las que los respiraderos están compuestos por rocas ultramáficas (rocas ígneas y meta-ígneas con muy bajo contenido en sílice), porque estas rocas producen la mayor cantidad de hidrógeno.
Además de los componentes básicos como los aminoácidos y los azúcares, las células necesitan formar moléculas más grandes, o polímeros, también conocidos como biomacromoléculas. Las proteínas son las más abundantes de estas moléculas en las células, y la propia reacción de polimerización (en la que pequeñas moléculas se combinan para producir una biomolécula mayor) requiere energía en casi todos los entornos imaginables.
"En otras palabras, donde hay vida, hay agua, pero el agua necesita ser expulsada del sistema para que la polimerización sea favorable", dijo el autor principal Dick, que era un becario postdoctoral en ASU cuando comenzó esta investigación y que actualmente es un investigador de geoquímica en la Escuela de Geociencias e Infofísica en la Universidad Central del Sur en Changsha, China.
"Así que hay dos flujos de energía opuestos: la liberación de energía por la biosíntesis de los bloques de construcción básicos, y la energía necesaria para la polimerización".
Lo que Dick y Shock querían saber es qué ocurre cuando se suman: ¿Se obtienen proteínas cuya síntesis global es realmente favorable en la zona de mezcla?
Abordaron este problema utilizando una combinación única de teoría y datos.
Desde el punto de vista teórico, utilizaron un modelo termodinámico para las proteínas, denominado "aditividad de grupo", que tiene en cuenta los aminoácidos específicos de las secuencias de proteínas, así como las energías de polimerización. En cuanto a los datos, utilizaron todas las secuencias de proteínas de un genoma completo de un organismo de ventilación bien estudiado llamado Methanocaldococcus jannaschii.
Al realizar los cálculos, pudieron demostrar que la síntesis global de casi todas las proteínas del genoma libera energía en la zona de mezcla de un respiradero de origen ultramáfico a la temperatura en la que este organismo crece más rápidamente, a unos 185 grados Fahrenheit (85 Celsius). Por el contrario, en un sistema de ventilación diferente que produce menos hidrógeno (un sistema alojado en el basalto), la síntesis de proteínas no es favorable.
Fuentes, créditos y referencias:
Jeffrey M. Dick et al, The Release of Energy During Protein Synthesis at Ultramafic‐Hosted Submarine Hydrothermal Ecosystems, Journal of Geophysical Research: Biogeosciences (2021). DOI: 10.1029/2021JG006436