La batería del fondo del mar

Imagen | Riftia pachyptila

En el año 1977 un submarino que había sido enviado a examinar una zona de fuentes hidrotermales en el fondo del Océano Pacífico hizo un descubrimiento alucinante: en el fondo del mar, donde no debiera haber casi ningún ser vivo, encontró poblaciones muy densas de invertebrados de diferentes especies y grupos. Algunos, incluso, eran de gran tamaño.

El descubrimiento fue sorprendente porque los fondos marinos que se encuentran a grandes profundidades (2.000-4.000 m) se parecen a los desiertos. A esas zonas no llega la luz, por lo que no hay organismos que realicen la fotosíntesis. No hay producción primaria y, sin ella, tampoco puede sostenerse una cadena trófica que permita que prolifere la fauna. La poca materia orgánica que puede haber a gran profundidad es la que procede de la superficie, y es materia detrítica que puede llegar muy abajo y que es consumida por algunos bivalvos y equinodermos. Pero esa aportación de materia orgánica es muy limitada.

Pero las fuentes hidrotermales son enclaves muy especiales. Surgen en grietas y chimeneas que se forman en el fondo del mar como consecuencia de las tensiones que se producen entre placas tectónicas. De algunas de esas grietas sale lava, pero de otras sale agua muy caliente y muy rica en hidrógeno, sulfuros y minerales; son las fuentes o fumarolas hidrotermales.

Entre los animales descubiertos en esos enclaves se encuentran gusanos tubícolas, como Riftia pachyptila, perteneciente al filo Vestimentifera (aunque algunos especialistas los incluyen en el filo Annelida); es el invertebrado con la tasa de crecimiento más alta que se conoce y puede llegar a medir más de 2,5 metros, aunque carece de sistema digestivo. También abundan bivalvos y crustáceos, así como especies de otros grupos pero mucho menos abundantes.

Las investigaciones posteriores al descubrimiento de las comunidades biológicas de las fumarolas hidrotermales revelaron que se trataba de animales que se nutren gracias al metabolismo de bacterias simbiontes que albergan en sus tejidos; se encuentran en el “trofosoma”, en el caso de los gusanos, y en la branquia en los bivalvos. La existencia de bacterias que obtienen la energía de la oxidación del sulfuro de hidrógeno era de sobra conocida; abundan en los afloramientos sulfurosos de la superficie terrestre.

En esas bacterias la oxidación del sulfídrico, que es una sustancia muy reducida, cumple el mismo papel que la absorción de la luz por los fotopigmentos en las plantas: ambos procesos proporcionan energía. Pero se desconocía la existencia de simbiosis entre ese tipo de bacterias y animales. Los organismos descubiertos en las zonas de las fuentes hidrotermales fueron los primeros en los que se encontró tal relación.

En 1986 se descubrió que los mejillones próximos a los pozos de hidrocarburos del Golfo de Méjico también tienen en sus tejidos bacterias capaces de oxidar el metano. Y a partir de entonces, se han descrito numerosas asociaciones simbióticas en las que, o bien metano o bien sulfuros son utilizados por bacterias para obtener energía. Sin embargo, no se había descrito ninguna relación de ese tipo en la que la fuente de energía fuera otra sustancia reductora distinta de las dos citadas. Hasta ahora…

Un equipo de investigadores (alemanes y franceses, principalmente) ha descubierto que los mejillones de la especie Bathymodiolus puteoserpentis tienen en sus branquias bacterias simbiontes que obtienen energía a partir de la oxidación del hidrógeno. Así, como suena; eso que persiguen con tanto ahínco científicos e ingenieros para obtener energía limpia y abundante, lo consiguen unos humildes bivalvos que se encuentran en las proximidades de surgimientos hidrotermales de la dorsal mesoatlántica. Eso sí, cuentan con una gran ventaja: a través de las chimeneas submarinas salen ingentes cantidades de hidrógeno del interior de la tierra.

Hay dos tipos de fuentes hidrotermales, dependiendo del tipo de roca en el que se generan las grietas. En unas aflora abundante sulfuro y en otras, metano e hidrógeno. La simbiosis entre mejillones y bacterias capaces de oxidar hidrógeno se ha descubierto en ejemplares de Bathymodiolus procedentes de una zona de chimeneas denominada Logatchev, que se encuentra en la dorsal mesoatlántica a una latitud de 14º 45’ N, y en la que sale abundante hidrógeno de las fumarolas.

Además, el equipo investigador ha secuenciado el gen hupL, que es el que codifica la enzima (Ni-Fe hidrogenasa) clave de la oxidación del hidrógeno. Se trata de una enzima de membrana que canaliza los electrones desde el hidrógeno hasta las quinonas, proporcionando de esa forma el nexo entre la oxidación del hidrógeno y la producción de energía.

mejillones en fuente hidrotermal

Pues bien, el gen hupL no solo se encuentra en las bacterias simbiontes de los mejillones de fumarolas hidrotermales ricas en hidrógeno; también se encuentra en mejillones del mismo género procedentes de fuentes ricas en sulfuros, así como en otras especies características de ese tipo de entornos, como el gusano Riftia pachyptila o el crustáceo Rimicaris exoculata. Por esa razón, los autores de la investigación sostienen que la capacidad para utilizar el hidrógeno como fuente de energía en las fuentes hidrotermales no constituye ninguna excepción, sino que está muy extendida, en especial en aquellas en que abunda el hidrógeno.

V. J. Orphan y T. H. Hoehler, en la sección News & Views del número de Nature en el que se ha publicado este estudio, dicen algo que me ha llamado la atención; es esto:

Miles de millones de años de actividad fotosintética han dejado a la Tierra con una fina capa de material muy oxidado sobre una masa de roca químicamente reducida, lo que quiere decir que el planeta es, en lo esencial, una batería.

La circulación hidrotermal sirve para aprovechar esa batería: los fluidos que circulan a través de la corteza del fondo del mar están cargados con compuestos reducidos (cargados de electrones) y emergen como un surtidor en el ambiente oxidante del océano.

El transporte de los compuestos de la masa de roca reducida (ánodo) al océano (cátodo) constituye un flujo de electrones. Y como ocurre con cualquier batería, ese flujo de electrones es una fuente de energía utilizable.

La sociedad que forman los mejillones y demás fauna de las profundidades con las bacterias provistas del gen hupL ha sido capaz de utilizar esa energía, y gracias a esa capacidad se desarrollan impresionantes comunidades animales a más de 2.000 m de profundidad, en medio de la oscuridad, allí donde la vida, tal y como la contemplamos en nuestro entorno, no es posible.

——————- Fuentes: – Lutz et al (1994): “Rapid Growth at Deep-sea Vents” Nature 371: 663-664 – Orphan & Hoehler (2011): “Hydrogen for dinner” Nature 476: 154-155 – Petersen et al (2011): “Hydrogen is an energy source for hydrothermal vent symbioses” Nature 476: 176-180

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