Este gráfico muestra cómo la red estructural de agua se distorsiona bajo alta presión. Crédito:Universidad de Leeds
Los científicos han descubierto cómo una sustancia química en las células de los organismos marinos les permite sobrevivir a las altas presiones que se encuentran en las profundidades de los océanos.
Cuanto más profundas viven las criaturas marinas, más inhóspito y extremo es el entorno al que deben enfrentarse. En uno de los puntos más profundos del Pacífico, la Fosa de las Marianas, a 11 kilómetros bajo la superficie del mar, la presión es de 1,1 kbar u ocho toneladas por pulgada cuadrada. Eso es un aumento de 1.100 veces de la presión experimentada en la superficie de la Tierra.
Bajo presión normal o atmosférica, las moléculas de agua forman una red similar a un tetraedro.
Red de moléculas de agua cambia de forma
Sin embargo, a alta presión, la red de moléculas de agua comienza a distorsionarse y cambiar de forma. Cuando esto le sucede al agua dentro de las células vivas, evita que se lleven a cabo procesos bioquímicos vitales y mata al organismo.
Al informar sobre sus hallazgos, los investigadores de Leeds han podido por primera vez proporcionar una explicación de cómo una molécula que se encuentra en las células de los organismos marinos contrarresta el efecto de la presión externa sobre las moléculas de agua.
La profesora Lorna Dougan, de la Escuela de Física y Astronomía de Leeds, dijo:"La vida se ha adaptado para sobrevivir y prosperar en ambientes extremos. En las profundidades de los océanos, los organismos viven bajo presiones extremadamente altas que destruirían la vida humana".
Este gráfico muestra una selección de peces y la profundidad del océano en la que viven. Crédito:Universidad de Leeds
"Estas altas presiones distorsionan el agua líquida que reside en toda forma de vida, lo que tiene como resultado impactos perjudiciales para las biomoléculas que sustentan todos los procesos biológicos.
"Necesitamos entender qué le sucede al agua bajo presión y cómo los organismos adaptados a la presión combaten estos efectos. Si podemos entender cómo estos organismos sobreviven a una presión extrema, podemos aplicar estos hallazgos al estudio más amplio de la estabilidad biomolecular".
N-óxido de trimetilamina o TMAO
La molécula que se encuentra en las células y que produce el efecto protector contra la alta presión externa se llama TMAO, N-óxido de trimetilamina. Los estudios han demostrado que la cantidad de TMAO en los organismos que habitan en el océano aumenta de acuerdo con la profundidad de su hábitat.
Dirigido por el Dr. Harrison Laurent, también de la Facultad de Física y Astronomía, el estudio utilizó una de las instalaciones analíticas más avanzadas del mundo para investigar cómo la presión intensa altera los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua vecinas.
Dispersión de neutrones
Llamada ISIS Neutron and Muon Source, la instalación analítica del STFC Rutherford Appleton Laboratory en Oxfordshire se utilizó para disparar un haz de neutrones, que son partículas subatómicas, en muestras de agua con y sin TMAO. El análisis se realizó a baja presión, 25 bar, ya alta presión, 4 kbar.
La prueba reveló detalles de la estructura atómica de las moléculas de agua.
A alta presión, los enlaces de hidrógeno en la muestra de agua pura se distorsionaron y se volvieron menos estables y la red general de moléculas de agua se compactó.
La presencia de TMAO, sin embargo, fortaleció y estabilizó los enlaces de hidrógeno y mantuvo la estructura de red de las moléculas de agua.
El Dr. Laurent dijo:"El TMAO proporciona un ancla estructural que hace que el agua sea capaz de resistir la presión extrema bajo la que se encuentra. Los hallazgos son importantes porque ayudan a los científicos a comprender los procesos mediante los cuales los organismos se han adaptado para sobrevivir en las condiciones extremas encontradas. en los océanos".
A partir del estudio, el equipo de investigación también ha podido desarrollar lo que se llama una "relación de protección de osmolito", que predice el nivel de TMAO necesario en las células de los organismos marinos para que puedan sobrevivir a una profundidad específica en los océanos.
El profesor Dougan agregó:"El profesor Dougan agregó:" Nuestro estudio proporciona un puente entre el agua bajo presión a nivel molecular y la maravillosa capacidad de los organismos que prosperan bajo alta presión en las profundidades de los océanos.
"La investigación publicada recientemente ha revelado nuevas especies que viven en el fondo de las profundidades marinas. Ahora estamos comprendiendo las notables adaptaciones que han permitido que la vida explote estos hábitats".
El artículo científico, "La capacidad del N-óxido de trimetilamina para resistir las perturbaciones inducidas por la presión en la estructura del agua", se publica en la revista científica Communications Chemistry . El papel de los disolventes a extrema presión
