Los microorganismos producen carbono elemental

La estructura de una partícula de carbono amorfo.
La estructura de una partícula de carbono amorfo.

La vida en la Tierra se basa en carbono.

A lo largo de la evolución, los organismos vivos han aprendido a formar y procesar una gran cantidad de diferentes compuestos de carbono.

El carbono es la piedra angular de la mayoría de los compuestos orgánicos producidos biológicamente, como proteínas, carbohidratos, grasas y ADN.

Todos estos compuestos contienen, además de carbono, muchos otros elementos, incluidos hidrógeno, nitrógeno y oxígeno.

El carbono elemental se forma a partir de compuestos orgánicos de carbono en la Tierra sin influencia biológica cuando las condiciones de alta temperatura y presión expulsan todos los demás elementos, como el hidrógeno y el nitrógeno.

Por ejemplo, la madera en las profundidades del subsuelo primero se convierte en carbón a altas temperaturas, luego, al aumentar la presión y la temperatura, se forman formas con un contenido muy alto de carbono, como la antracita y el grafito.

Estas son formas cristalinas de carbono. Cuando se quema madera, gas o petróleo, se forma hollín que consiste principalmente en una forma amorfa de carbono.

Anteriormente no se sabía que los propios organismos vivos también pueden producir carbono elemental.

Durante más de 15 años, el científico de Bremen Dr. Gunter Wegener ha estado cultivando microorganismos que consumen metano sin oxígeno para producir la energía que necesitan.

Estas son arqueas que viven en simbiosis con parejas bacterianas.

Los investigadores notaron hace algún tiempo que los consorcios microbianos eran inusualmente oscuros, casi negros.

En una etapa temprana, una parte de esta masa negra ya se había descrito como sulfuros metálicos.

Estos se forman a partir del hierro que se agrega al medio de cultivo y el sulfuro producido por las bacterias asociadas.

Los colegas de Wegener, la Dra. Kylie Allen y el Prof. Robert White de Virginia Tech (EE. UU.), siempre están buscando nuevas biomoléculas y sus funciones.

Como parte de sus esfuerzos, extrajeron cultivos oxidantes de metano de las muestras en el laboratorio de Gunter Wegener utilizando solventes orgánicos.

Quedó un residuo de material negro que no pudo ser disuelto por ácidos o bases fuertes.

“Al principio no teníamos idea de qué podía ser esta masa negra”, explica Robert White. “Luego usamos otros métodos para analizar el material como una fase sólida y descubrimos que era carbono casi puro. Este existía en una forma muy desordenada conocida como carbono amorfo”.

¿De dónde vino este carbono elemental? El equipo descartó la posibilidad de un origen químico puro.

Luego alimentaron el cultivo con carbono marcado isotópicamente, que se puede rastrear en el proceso de descomposición, y analizaron el carbono formado. “De esta manera pudimos demostrar que las arqueas oxidantes de metano eran realmente responsables de la formación de carbono elemental”, dice Gunter Wegener.

A continuación, los investigadores investigaron las arqueas formadoras de metano o metanogénicas, que están estrechamente relacionadas con los oxidantes de metano. “Aunque no en el mismo grado, muchos de estos grupos también produjeron carbono elemental”, dice Robert White.

Sin embargo, el estudio ahora está generando más preguntas que respuestas.

Por ejemplo, ¿cómo se forma este carbono? La formación de carbono elemental normalmente requiere altas presiones y temperaturas.

Ambos estaban ausentes en las culturas. “Este tipo de formación de carbono elemental por organismos es completamente nuevo para la ciencia.

Debe haber reacciones en las arqueas que antes eran completamente desconocidas”, explica Kylie Allen, autora principal del estudio. “Todavía no sabemos en absoluto qué reacciones bioquímicas y enzimas actúan aquí”.

La cuestión del “por qué” tampoco se ha explicado todavía.

“El carbono elemental es un buen conductor eléctrico.

El carbono puede ser la clave de la simbiosis entre las arqueas y sus socios”, especula Gunter Wegener. Las cargas eléctricas podrían transportarse de manera óptima a través de compuestos a base de carbono. También se desconoce por completo cuánto carbono elemental forman los microorganismos en la naturaleza. Debido a que el carbono se deposita en los sedimentos y permanece allí durante períodos de tiempo muy prolongados, nuestros resultados también podrían implicar un sumidero de carbono natural hasta ahora desconocido”.

El equipo ahora comenzará a abordar las preguntas sin respuesta, en parte dentro del marco del Grupo de Excelencia “El Fondo del Océano – Interfaz inexplorada de la Tierra”, que se encuentra en MARUM.

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