La investigación publicada esta semana por científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison muestra cómo las bacterias pueden degradar el lecho de roca sólida, poner en marcha un largo proceso de alteración que crea la porción mineral del suelo.

Tierra, que el aforismo describe como "esa capa delgada en el planeta que se interpone entre nosotros y el hambre, "es una mezcla compleja de minerales y orgánicos.

El problema es este dice el autor principal Eric Roden, un profesor de geociencias en UW-Madison:"La imagen general del suelo muestra un lecho de roca sólida a unos pocos metros por debajo de la superficie, luego un fracturado, capa desmenuzable llamada popularmente 'subsuelo'. En la cima están los ricos capa biológicamente activa llamada suelo. El análisis químico vincula los minerales del suelo al lecho rocoso, pero, ¿cómo se produce esta transformación extrema? "

El oxígeno y los compuestos de las raíces de las plantas pueden degradar la roca cerca de la superficie, pero el lecho de roca comienza a degradarse profundamente debajo de las raíces. Hasta ahora, nadie ha demostrado el papel clave de la biología en acelerar la descomposición de la roca sólida en pedazos minerales más pequeños.

Estos bits, que contiene nutrientes vegetales básicos como fósforo y potasio, son fundamentales para la capacidad del suelo de sustentar las plantas y la vida en la biosfera terrestre.

En el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias esta semana, Roden y sus colegas encontraron que los microbios causan oxidación y "meteorización" en un tipo común de lecho rocoso.

"Sabemos que los procesos químicos y físicos comienzan a romper el lecho de roca, "dice Roden, "pero esos procesos no son suficientes para producir los minerales que se convierten en suelo. Una vez que el lecho de roca se agrieta lo suficiente, los microbios entran por las grietas y toman el control. El resultado, según nuestro trabajo, es una rápida aceleración biológica de la meteorización ".

Los científicos se han preguntado durante décadas si los microorganismos podrían participar en la degradación inicial y cómo podrían hacerlo. pero solo ahora han explicado el truco esencial que utilizan las bacterias para "comer" la superficie superior del lecho rocoso, dice Roden.

El proceso gira en torno a la oxidación, familiar como la causa del óxido en el hierro. La oxidación mueve electrones, que suministran energía a las bacterias, dice Roden. "Lo que hemos desarrollado es una imagen de cómo las bacterias 'mastican' rocas lentamente para extraer energía sin llevar los minerales a sus células".

En general, los microbios ingieren su "comida" en sus células antes de "comerla", pero no pueden ingerir roca intacta. Entonces, el grupo diverso de bacterias que el grupo de Roden identificó en el laboratorio usa proteínas en su superficie exterior para mover los electrones.

Para su Ph.D. investigar, La primera autora, Stephanie Napieralski, perforó unos ocho metros hasta el lecho de roca en el Observatorio de la Zona Crítica de Luquillo en Puerto Rico. Volviendo a Madison, ella molió muestras de una roca llamada diorita, que contiene hierro ferroso. La molienda estaba destinada a acelerar las lentas reacciones bioquímicas que esperaba ver, y acelerar el paso de lo geológico a lo académico. Luego inoculó las muestras con material del taladro, que llevaba un guiso natural de bacterias. Usó un líquido estéril para sus muestras de comparación.

Después de dos años y medio en la oscuridad, a temperatura ambiente, las micrografías electrónicas mostraron un cambio radical en la textura de la superficie, pero solo si había bacterias. "La tasa de oxidación, meteorización, fue lento, pero sin las bacterias, era cero, ", dice Napieralski." Aunque hay cierta erosión química en la zona crítica, era tan lento que no lo vimos durante el experimento ".

"En mi opinión, este tipo de metabolismo ha estado sucediendo básicamente desde siempre, pero desconocido para nosotros, ", dice Roden." Este descubrimiento abre una forma completamente diferente de pensar sobre la erosión oxidativa de la roca de silicato ferroso. Hemos bailado alrededor de esto durante años. Las rocas se estaban disolviendo y microbios estaban involucrados. Seguí diciendo "¿Qué pasa con la oxidación microbiana de la roca?" y mis colegas dijeron, 'Muéstrame.'"

Localizar proteínas de transferencia de electrones en la membrana celular tiene sentido, dice Napieralski. "Esta invención biológica, esta proteína, permite que las células hagan contacto eléctrico con los minerales. Les permite debilitar y comer rocas. Si introdujeron el hierro dentro de las células y lo oxidaron, estarían llenos de óxido ".

Debido a que el experimento se basó en roca pulverizada, no dice qué tan rápido ocurre la degradación en la naturaleza. Sin embargo, Napieralski midió la producción de ATP, una molécula de procesamiento de energía, demostrando que los microorganismos estaban vivos y funcionando durante los 30 meses de incubación.

Las bacterias oxidantes de hierro reveladas en el estudio ocupan un rango de filos bacterianos, "lo que significa que son tan diferentes como cebras y ranas, "Dice Roden.

Aunque el estudio se centró en la oscuridad, temperaturas estables que se encuentran en la parte superior del lecho rocoso, Las bacterias oxidantes del hierro también pueden desempeñar un papel en la meteorización más arriba en el suelo, Dice Napieralski. "La transferencia de electrones externos es una forma de lidiar con la dificultad de ingerir hierro. Una gran cosa en el artículo es demostrar que los organismos crecieron y acoplaron la oxidación del hierro a la generación de ATP, la 'molécula de energía' en todos los tipos de vida conocidos ".

Una comprensión completa de la vida requiere una contabilidad de la energía, Dice Roden. "Lo que hemos descubierto es que las células hacen contacto directo con un mineral que de otro modo sería insoluble, y extraen electrones del mineral. Obtienen energía al comer rocas y, a lo largo del camino, suministran nutrientes para las plantas, para la vida en la Tierra ".