¿Rodopsinas o clorofila? Alternativas para procesar energía solar en aguas subantárticas




Ciencias del mar y de la Tierra

Luego de comparar cómo las comunidades microbianas marinas utilizan clorofilas y rodopsinas para procesar la energía que obtienen de la luz solar, un grupo internacional de investigación liderado por Laura Gómez Consarnau (CICESE) determinó que en aguas subantáricas, que son ricas en nutrientes pero pobres en concentración de clorofila, los microorganismos utilizan más la energía de la luz a través de rodopsinas que de clorofilas, lo que parece ser una estrategia alternativa importante en estas áreas donde los niveles de hierro en el agua son muy bajos.

Este hallazgo sugiere que el mecanismo biológico que utilizan algunos seres vivos para producir energía biológica a partir de la luz solar (fototrofía) basado en rodopsinas podría ser fundamental para que el plancton microbiano se adapte a entornos con limitaciones de recursos donde la fotosíntesis y la respiración bacteriana estén limitadas. Y esto es relevante porque las aguas del océano subantártico donde se hizo este estudio (frente a Nueva Zelanda), son muy importantes para el resto de los océanos ya que, a través de su circulación, proveen de nutrientes a muchas otras masas de agua, apoyando así la productividad primaria global. Estas regiones marinas son también los sumideros de carbono antropogénico más grandes del mundo, y por eso el gran interés científico mundial de estudiar esos ecosistemas marinos.

La doctora Gómez Consarnau junto con colaboradores de Nueva Zelanda, Estados Unidos, Austria e Israel, publicaron el mes pasado estos hallazgos en un artículo en la revista Environmental Microbiology Reports, cuyo título se puede traducir como “Las rodopsinas microbianas son más favorecidas que la clorofila en las regiones conocidas como de altos nutrientes y baja clorofila”.

Las rodopsinas son sistemas simples captadores de luz que, a diferencia de los fotosistemas de clorofila, no requieren de hierro para su síntesis ni para que las comunidades microbianas que las contienen realicen sus funciones fototróficas.

El grupo de 11 investigadores (dos del CICESE: Sergio Sañudo Wilhelmy y la propia Laura Gómez Consarnau) estudiaron los mecanismos microbianos de utilización de luz solar (clorofilas vs rodopsinas) en un transecto de 60 km frente a Nueva Zelanda, muy particular porque atraviesa tres regímenes oceanográficos o masas de agua con características muy distintas: costeras, subtropicales y subantárticas, estas últimas caracterizadas por ser altas en nutrientes, bajas en clorofila y limitadas en hierro.

Localización del transecto

“Los procesos fotosintéticos a través de clorofila en esta región están muy bien caracterizados por su impacto en el ciclo del carbono, pero no los procesos de fototrofía a través de rodopsina, lo cual hace único nuestro estudio”, precisó la investigadora.

Entre los resultados que encontraron, destacan 1. Que a lo largo del transecto la concentración superficial de clorofila varió substancialmente más que las concentraciones de rodopsinas, 2. Que mientras las concentraciones más altas de clorofila se encontraron en diferentes fracciones de tamaño indicativos de diferentes grupos dentro de la comunidad microbiana (dependiendo de la estación de muestreo y de la temporada), las rodopsinas estaban presentes en todas las fracciones microbianas del plancton, en especial (62%) en el picoplancton (microorganismos menores de 2 micras), 3. Que estos son los primeros datos que muestran cuantificaciones reales de rodopsina en nano y micro plancton en cualquier sistema de mar abierto.

El artículo también señala que las concentraciones más altas de rodopsinas se alcanzaron en las estaciones localizadas en la región subantártica en aguas ricas en nutrientes y bajas en clorofila (aguas HNLC, por sus siglas en inglés), lo que sugiere una mayor prevalencia de plancton microbiano con rodopsinas en aguas con estas características.

Respecto a abundancias de ambos fotosistemas, el de rodopsina fueron en promedio 20 veces más altas que las de clorofila en todo el transecto, y significativamente mayores en aguas clasificadas como HNLC (en una proporción de 40 a 11), lo que sugiere un aumento de la fotoheterotrofia sobre la fotosíntesis asociado con las características de la masa de agua, aunque esto podría deberse a cambios fisiológicos dentro de las células o a la presencia de un mayor número de organismos que utilizan rodopsinas.

En un trabajo previo realizado en el Mediterráneo (2019), el grupo de investigación liderado por la doctora Gómez Consarnau demostró que un tipo de bacterias marinas que utilizan rodopsinas procesan la energía solar con más eficiencia que la clorofila, siendo éstas, las bacterias y no el fitoplancton (las microalgas) el principal grupo encargado de transformar la luz solar en energía biológica, contrario a lo que siempre se había pensado (ver nota).

Ahora, este nuevo trabajo explica por qué en lugar de la fotosíntesis, un proceso que requiere altos niveles de hierro en el agua de mar, los microorganismos presentes en esta región subantártica pasan a utilizar la energía de la luz a través de rodopsinas, en lo que parece ser una estrategia evolutiva alternativa e importante.

Este trabajo es parte de la línea principal de investigación sobre bacterias fotótrofas marinas que desarrolla la Dra. Gómez en el CICESE. “En este momento estamos trabajando para comprender este tipo de mecanismos de utilización de luz en regiones productivas del océano, como es la cuenca del Sur de California. Según nuestros datos preliminares, parece ser que las rodopsinas microbianas son también esenciales en las costas del Pacífico norte; los próximos estudios tratarán de resolver para qué se está usando esa energía en el mar y cómo esto influye en el ciclo del carbono marino”.

 

Palabras clave: Rodopsinas, clorofila, Laura Gómez Consarnau, fototrofía

anterior