Pequeños microbios juegan un papel importante en el ciclo del carbono y otros elementos clave a través de nuestro aire, agua, suelo y sedimento. Los microbios no solo capturan y liberan carbono, contribuyendo a un ciclo que es fundamental para la vida en la Tierra, también liberan compuestos que pueden cambiar los minerales existentes y formar otros nuevos, lo que a su vez da forma a la geología del mundo que nos rodea.

Agarrando lo biológico Los procesos químicos y geológicos en los que participan los microbios es fundamental para comprender y predecir el clima global, Emisiones de gases de efecto invernadero, transporte de nutrientes y otros fenómenos naturales.

Los investigadores que estudian estos procesos en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía (DOE) han descubierto que estas comunidades microbianas se ven significativamente afectadas por los tipos de fuentes de "alimentos" de carbono disponibles. Sus hallazgos, publicado en la revista MÁS UNO , revelan que el tipo de fuente de carbono afecta no solo la composición y actividad de las comunidades microbianas naturales, pero también a su vez los tipos de productos minerales que se forman en su entorno.

"Nuestro estudio demuestra el estrecho acoplamiento entre los sistemas biológicos y el medio ambiente, dos cosas que la mayoría de la gente consideraría por separado, "dijo el microbiólogo de Argonne Dion Antonopoulos, coautor del estudio. "Hemos ilustrado que a medida que los microorganismos alteran su entorno, su entorno afecta el tipo de microorganismos que se encuentran allí y su actividad ".

Para su análisis, los investigadores se centraron en las comunidades microbianas que se encuentran debajo de la superficie de la Tierra y que realizan la respiración anaeróbica, un proceso químico para liberar energía de fuentes de "alimento" de carbono que se produce a través de una serie compleja de reacciones en un entorno libre de oxígeno. Las bacterias absorben carbono y liberan varios subproductos químicos al medio ambiente; algunos subproductos de este proceso cambian los minerales que se encuentran en el medio ambiente circundante.

Los investigadores tomaron estas comunidades microbianas particulares y les presentaron una de tres fuentes de carbono:glucosa, un azúcar de seis carbonos; lactato un compuesto de cuatro carbonos; o acetato, un simple compuesto de dos carbonos.

"Además de elegir acetato, lactato y glucosa debido a su rango relativo de complejidad, los elegimos porque son representativos de los tipos de moléculas de carbono que se encuentran, en diversos grados, en ambientes subterráneos, "dijo el físico de Argonne Kenneth Kemner, coautor del estudio.

Después de proporcionar a las bacterias estas tres fuentes de alimento, los investigadores pasaron semanas monitoreando y midiendo los cambios dentro de estos sistemas. Entre otras cosas, midieron la cantidad y la velocidad a la que la glucosa, el lactato y el acetato fueron utilizados por bacterias, los subproductos minerales que se formaron en su entorno y los tipos de microbios que estaban presentes en cada momento.

"Estudiar el crecimiento de las comunidades microbianas es algo en lo que muchos investigadores se han centrado, pero el hecho de que estemos combinando esto con el estudio de los cambios en la química de estos sistemas, y hacerlo de forma muy sincronizada, es lo que hace que esta obra sea novedosa, "dijo el biogeoquímico de Argonne Ed O'Loughlin, otro coautor del estudio.

El análisis de estos datos uno al lado del otro permitió a los investigadores ver qué tipos de microbios se volvían más o menos abundantes dado un conjunto específico de condiciones ambientales. La superposición de estos datos también les permitió observar cómo las comunidades microbianas cambiaron junto con los cambios en las condiciones ambientales a lo largo del tiempo.

"Los estudios anteriores utilizaron solo unas pocas muestras y midieron los cambios en solo unos pocos puntos en el tiempo, como el estado inicial y final. En nuestro caso, hemos recopilado datos en muchos más puntos en el tiempo, ayudando a caracterizar mejor la respuesta del sistema a lo largo del tiempo, "Dijo O'Loughlin.

Su análisis mostró que una serie distinta de cambios ocurrieron consistentemente cuando los microbios fueron expuestos a ambientes ricos en lactato o acetato. Sin embargo, en entornos ricos en glucosa, observaron diferentes patrones de cambios.

"Pensamos eso, porque la glucosa es más grande, compuesto más complejo que se puede descomponer en muchos compuestos más simples, esto abre más vías químicas en la comunidad a través de las cuales se puede utilizar, y que este potencial metabólico diverso explica los diferentes patrones que estamos viendo, "dijo O'Loughlin.

"Descubrir cuáles son esos parámetros que hacen que una comunidad microbiana siga un patrón particular, eso sería una dirección para futuras investigaciones, " él dijo.