Descubierto una nueva criatura viviente que se alimenta de electrones

Quizás tales bacterias sobrevivirán en Marte

Los científicos han instalado electrodos de fibra de carbono (gris) como señuelo para los microbios que absorben electricidad (naranja). Estos microbios crecen increíblemente lentamente, por lo que los electrodos se quedan bajo tierra durante cinco meses. Foto: Yamini Jangir y Moh El-Naggar

Durante siglos, los biólogos han creído que toda la vida en la Tierra se divide en dos tipos: fotótrofos y quimiotróficos. Los primeros reciben electricidad de la luz solar, y los segundos de sustancias intensivas en energía en el medio ambiente, como las personas.

Pero recientemente resultó que en la Tierra (posiblemente en otros planetas) hay un tercer tipo de vida que puede comer electricidad pura.

Los científicos se sorprendieron al darse cuenta de cuán extendida podía ser una vida que había estado oculta a los ojos humanos durante mucho tiempo. Después de todo, estos microorganismos pueden vivir en grandes cantidades en vetas ricas en minerales en las profundidades de la superficie de la tierra, en sedimentos oceánicos debajo del lecho marino, etc.

El año pasado, los biólogos japoneses estudiaron las bacterias de hierro de las profundidades marinas Acidithiobacillus ferrooxidans , que oxidan el hierro ferroso a hierro férrico y viven de la energía recibida. Los científicos han sugerido que estas bacterias no necesariamente necesitan hierro, y lograron alimentarlas con electricidad limpia. Pero los japoneses no pudieron demostrar que el fenómeno del suministro de seres vivos con electricidad pura existe en la naturaleza, aunque pudieron detectar una corriente geoeléctrica cerca de fuentes hidrotermales.

Los biofísicos estadounidenses también han estado estudiando el fenómeno de los electrótrofos en la vida silvestre durante varios años. Por ejemplo, el profesor Moh El-Naggar (Moh El-Naggar), junto con el estudiante graduado Kate M. Jahangir (Yamini Jangir) en busca de dicha vida exótica subióa una profundidad de un kilómetro y medio de una mina abandonada en la cordillera de Black Hills, que se encuentra en la parte suroeste de Dakota del Sur. Encontraron las viejas tuberías oxidadas dejadas por los mineros, y bombearon un poco de agua para el experimento. Los científicos han sugerido que pueden existir bacterias en esta agua que se alimentan de electricidad, oxidando el hierro de la misma manera que lo hizo en el experimento japonés.


El estudiante graduado Yamini Jangir extrae agua de una tubería en una mina abandonada a una profundidad de un kilómetro y medio. Foto: Connie A. Walter y Matt Kapust Los

biofísicos colocaron electrodos en la muestra de agua extraída y pasaron la corriente a través de ellos, dejando la muestra durante cinco meses para permitir que crezcan los microbios.

Los científicos publicarán los resultados de su trabajo científico en el futuro cercano. Se unirán a numerosos grupos de biólogos que intentan encontrar evidencia de un fenómeno natural conocido como transferencia directa de electrones .

En los últimos años, se han realizado varios descubrimientos que confirman la teoría de que las bacterias que comen electricidad son comunes en la Tierra: son mucho más numerosas de lo que nadie imaginaba. Muestras recientes del fondo marino frente a la isla de Catalina, cerca de California, han revelado una amplia variedad de bacterias que extraen electricidad de metales y minerales.

Ahora los científicos están tratando de entender cómo se produce el metabolismo en las bacterias que producen electricidad directamente del medio ambiente. Los colegas japoneses demostraron que las proteínas que contienen hemo en la membrana están involucradas en la transferencia de electrones desde el medio ambiente. Es decir, la corriente pasa directamente a través de la membrana, un proceso que anteriormente se consideraba imposible.



No hay nada sorprendente en la fuente de alimentación en sí. Las personas y todos los demás organismos vivos se alimentan de electricidad a nivel celular. Como el premio Nobel Albert Sainte-Giordi dijo una vez románticamente sobre este principio fundamental de la vida, "la vida es solo un electrón que busca la paz" . La pregunta es cómo lo extraemos del medio ambiente.

El profesor El-Naggar y otros grupos de científicos están estudiando un nuevo tipo de organismo llamado litoautótrofos, organismos que utilizan sustancias inorgánicas para generar energía y son capaces de sintetizar todos los componentes de sus células a partir del dióxido de carbono y otros compuestos inorgánicos. En otras palabras, estas bacterias extraen energía del hierro, azufre, manganeso y otros compuestos inorgánicos. Bajo ciertas condiciones, pueden vivir con electricidad limpia.

La capacidad de tales bacterias para absorber electrones en su forma pura es la llamada transferencia directa de electrones- Un fenómeno muy curioso, porque parece violar las leyes básicas de la biofísica. Por ley, una membrana celular gruesa actúa como un aislante; los electrones no deben pasar a través de ella. "Nadie quería creer que una bacteria podría tomar un electrón del interior de la célula y moverlo", dijo el geobiólogo Kenneth Nealson en una conferencia el año pasado a miembros de la Sociedad de Microbiología Aplicada en Londres.

Pero los microbios descubiertos son capaces de esto.


Conferencia de Kenneth Nilson

En 2006, los biólogos pudieron comprender por primera vez cómo funciona este mecanismo con la ayuda de tres proteínas especializadas . Están ubicados en la membrana y forman un puente conductor a través del cual los electrones se transfieren de la célula al exterior. Sin embargo, los científicos aún continúan discutiendo detalles específicos, pero se ha demostrado el hecho mismo de la existencia de dicho mecanismo.

Después de eso, los biólogos comenzaron a buscar evidencia de que haya una transferencia inversa de electrones desde el entorno externo hacia la célula. En 2009, se demostró que la bacteria Methanococcus maripaludispuede multiplicarse en el electrodo, pero solo el año pasado se descubrió el mecanismo de cómo recibe electricidad; resultó que para esto la bacteria usa una enzima especial que combina un electrón de un conductor con un protón del agua para crear un átomo de hidrógeno, un alimento común entre las bacterias.



Aunque este es un tipo de "trampa", es decir, no una transferencia directa de electrones, algunos científicos creen que otras bacterias aún pueden extraer directamente electrones del medio ambiente, es decir, la transferencia directa de electrones todavía existe.

Los biólogos creen que el estudio de nuevos tipos de bacterias aún está en pañales y promete muchos descubrimientos. El profesor El-Naggar compara experimentos modernos con los primeros experimentos en neurología, cuando los científicos pincharon electrodos en ranas para hacer que sus músculos se contraigan.

Los descubrimientos científicos en esta área pueden arrojar luz sobre cómo comenzó la vida en la Tierra. Además, estos descubrimientos expanden significativamente el hábitat potencial de microorganismos en otros planetas, donde la vida puede esconderse debajo de la superficie de los planetas.


Superficie de Marte

Tales microbios pueden sobrevivir, por ejemplo, en las condiciones extremas de Marte, porque en Marte hay mucho hierro y hay depósitos subterráneos de agua. Si tenemos un sistema para extraer electrones del hierro y acceder al agua, entonces este es el más necesario para el metabolismo de tales bacterias.

Entonces, si se descubren microorganismos vivos durante las próximas misiones a Marte, esto no sorprenderá en absoluto a los biólogos.

Source: https://habr.com/ru/post/es395353/