Las bacterias marinas que capturan luz y la transforman en energía bioquímica no son una rareza, como se pensaba hasta hace poco. Un trabajo que se publica esta semana en la revista Science Advances, con participación del Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC), muestra que la luz del sol, la principal fuente de energía que sustenta los ecosistemas marinos, es capturada principalmente por bacterias, y no por las algas y las cianobacterias (también llamadas algas verde-azuladas), como se pensaba hasta ahora.
Las bacterias marinas que capturan luz y la transforman en energía bioquímica no son una rareza, como se pensaba hasta hace poco. Un trabajo que se publica esta semana en la revista Science Advances, con participación del Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC), muestra que la luz del sol, la principal fuente de energía que sustenta los ecosistemas marinos, es capturada principalmente por bacterias, y no por las algas y las cianobacterias (también llamadas algas verde-azuladas), como se pensaba hasta ahora.
El trabajo está liderado por Laura Gómez Consarnau, que era investigadora Marie Curie en el ICM-CSIC cuando realizó el trabajo y actualmente trabaja en el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (Mèxico) y en la Universidad de Southern California (EEUU).
Las bacterias heterótrofas se alimentan normalmente degradando materia orgánica. Pero en el mar y otros sistemas acuáticos, algunas de ellas pueden realizar un tipo de ‘fotosíntesis’ gracias a dos pigmentos, la proteorodopsina y la bacterioclorofila. Estos pigmentos transforman la luz en energía bioquímica, tal como hace la clorofila en las algas y plantas.
Hasta ahora no se había podido cuantificar cuál era la contribución de cada uno de estos tres pigmentos (clorofila, bacterioclorofila y proterodopsina) en la captación de energía solar en los océanos. Es lo que ha hecho este equipo de investigación, que se embarcó en el barco Sarmiento de Gamboa para estudiar el Mediterráneo Oriental, uno de los mares más pobres en nutrientes del mundo, y compararlo con el Mediterráneo Occidental y el Atlántico.
Gracias a un método propio, han cuantificado el retinal (molécula que capta la luz y que es la parte activa de la proteorodopsina) en muestras de los tres mares. Además de cuantificar todos los pigmentos, los científicos han calculado su distribución geográfica y la cantidad de energía capturada por cada uno de los pigmentos.
Los resultados revelan que, si bien la bacterioclorofila contribuye poco a la entrada de energía al mar, la proteorodopsina captura aproximadamente la misma cantidad que la clorofila y, a veces, bastante más. Aunque en el mar hay menos proteorodopsina que clorofila, una sola molécula de retinal es suficiente, mientras que se necesitan muchas moléculas de clorofila para crear un sistema de captación de energía fotosintetico eficaz. “Para tener un fotosistema funcional se necesitan alrededor de 300 moléculas de clorofila mientras que con las proteorodopsinas basta con una sola molécula de retinal”, añade Laura Gómez Consarnau. De ahí que puedan capturar mucha más energía, hasta el doble.
Rompe con el paradigma tradicional
El resultado marca un punto de inflexión porque rompe con el paradigma tradicional de que casi toda la luz del sol en los ecosistemas marinos es capturada por cianobacterias, microalgas y algas gracias a la clorofila. También revela que la luz solar es una fuente de energía esencial para la supervivencia de comunidades bacterianas en aguas muy pobres en materia orgánica.
La principal autora del trabajo, Laura Gómez-Consarnau, afirma: “ya habíamos visto que la proteorodopsina permitía a las bacterias heterotróficas sobrevivir sin materia orgánica y tomar energía de la luz, pero ahora hemos demostrado que este proceso es generalizado y muy importante en el mar“.
Josep M Gasol, profesor de investigación del CSIC en el Instituto de Ciencias del Mar y coautor, explica: “No deja de sorprendernos la cantidad de cosas que aún desconocemos del mar. Probablemente deberemos cambiar los libros de texto que ponen una flecha que va del sol al fitoplancton y añadir una segunda, que apunte hacia las bacterias”.
Bacterias con un metabolismo “híbrido”
El resultado arroja nueva luz sobre los organismos que están en la base de la cadena trófica marina y que sirven de sustento a numerosos organismos marinos. Las bacterias que disponen de proteorodopsina tienen un metabolismo híbrido, de forma que pueden degradar materia orgánica, como hacen la mayoría de bacterias, pero tambien pueden capturar energía del sol. A efectos comparativos, Josep M. Gasol las compara a los coches híbridos que usan tanto gasolina como electricidad para moverse.
En ambientes muy pobres en materia orgánica, la captación de energía del sol les permite sobrevivir, crecer y generar biomasa. El trabajo sugiere que en los mares con menos nutrientes, como el Mediterráneo Oriental, la entrada de energía por esta vía es superior a la entrada por la fotosíntesis normal.
En el trabajo, además de investigadores del CSIC, también participan equipos de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, del Reino Unido, de los EE.UU. y de Australia.
Artículo de referencia: Laura Gómez-Consarnau, John A. Raven, Naomi M. Levine, Lynda S. Cutter, Deli Wang, Brian Seegers, Javier Arístegui, Jed A. Fuhrman, Josep M. Gasol, Sergio A. Sañudo-Wilhelmy. Microbial rhodopsins are major contributors to the solar energy captured in the sea. Science advances. DOI: 10.1126/sciadv.aaw8855
Nota de prensa: Delegación CSIC Cataluña