Utilizando años de datos recopilados de hábitats cubiertos de hielo en todo el mundo, un equipo de la Universidad Estatal de Montana ha descubierto nuevos conocimientos sobre los procesos que sustentan la vida microbiana debajo de las capas de hielo y los glaciares, y el papel que juegan esos organismos en la perpetuación de la vida a través de las edades de hielo y, quizás, en entornos aparentemente inhóspitos en otros planetas.

El candidato a doctorado Eric Dunham del Departamento de Microbiología e Inmunología de MSU en la Facultad de Agricultura, junto con el mentor Eric Boyd, publicó sus hallazgos en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias esta semana. El trabajo examina las formas en que el agua y los microbios interactúan con el lecho rocoso debajo de los glaciares, utilizando muestras de sedimento tomadas de sitios glaciares en Canadá e Islandia.

"Seguimos encontrando organismos en estos sistemas que estaban respaldados por gas hidrógeno, "dijo Boyd sobre la inspiración para el proyecto." Al principio no tenía sentido, porque no pudimos averiguar de dónde venía ese gas hidrógeno debajo de estos glaciares ".

Un equipo de investigadores, incluido Boyd, Más tarde descubrió que a través de una serie de procesos físicos y químicos, El gas hidrógeno se produce cuando el lecho rocoso rico en sílice que se encuentra debajo de los glaciares se muele en diminutas partículas minerales por el peso del hielo encima. Cuando esas partículas minerales se combinan con el agua de deshielo glacial, liberan hidrógeno.

Lo que se volvió aún más fascinante para Boyd y Dunham fue que las comunidades microbianas bajo los glaciares podían combinar ese gas hidrógeno con dióxido de carbono para generar más materia orgánica. llamada biomasa, a través de un proceso llamado quimiosíntesis. La quimiosíntesis es similar a cómo las plantas generan biomasa a partir del dióxido de carbono a través de la fotosíntesis, aunque la quimiosíntesis no requiere luz solar.

Para obtener más información sobre lo que estaban haciendo esos microbios quimiosintéticos, Dunham utilizó muestras de sedimentos de los glaciares de Canadá e Islandia. Cultivó muestras de los organismos vivos que se encuentran en el sedimento en un laboratorio, observándolos durante varios meses para ver si continuarían creciendo en el entorno simulado.

"Los organismos que nos interesaban dependen del gas hidrógeno como alimento para crecer, y la mayoría también son anaerobios, lo que significa que el oxígeno los matará, "dijo Dunham, quien es originario de Billings y está ingresando al último semestre de sus estudios de doctorado. "Uno de los pasos más críticos en la preparación de estos experimentos, y fácilmente el elemento más estresante, estaba metiendo esas muestras en botellas y expulsando todo el oxígeno lo más rápido posible, así que no maté a los organismos que estaba tratando de estudiar ".

Durante meses de preparación y observación de cultivos microbianos, Dunham descubrió que no solo era posible rastrear el crecimiento de las comunidades en el entorno del laboratorio, sino también que el tipo de lecho rocoso subyacente a un glaciar influía en la cantidad de gas hidrógeno que se producía, lo que a su vez dio lugar a la presencia de comunidades microbianas mejor adaptadas para metabolizar el hidrógeno. Muestras tomadas del glaciar Kötlujökull en Islandia, que se asienta sobre el lecho de roca basáltica, produjo mucho más gas hidrógeno que las muestras del glaciar Robertson en Alberta, Canadá, que tiene un lecho de roca carbonatada debajo.

Mientras usan ese gas hidrógeno para generar energía, dijo Boyd, los microbios también extraen dióxido de carbono del aire para crear biomasa, replicar y crecer. Esa capacidad de "fijar" el carbono es un proceso crítico de regulación del clima, otra similitud con la fotosíntesis en plantas.

"Teniendo en cuenta que los glaciares y las capas de hielo cubren aproximadamente el 10% de la masa terrestre de la Tierra en la actualidad, y una fracción mucho mayor a veces en el pasado del planeta, Es probable que las actividades microbianas como las que midió Eric hayan tenido un impacto importante en el clima de la Tierra, tanto hoy como en el pasado, ", dijo Boyd." Hace tiempo que sabemos que los microorganismos que viven debajo de las capas de hielo o los glaciares pueden fijar el carbono, pero nunca entendimos realmente cómo. Lo que muestra el trabajo pionero de Eric es que estos organismos no solo son completamente autosostenibles en el sentido de que pueden generar su propio carbono fijo, tampoco necesitan la luz solar para hacerlo como el resto de la biosfera con la que estamos familiarizados ".

Mirando más lejos a los otros planetas de nuestro sistema solar, Boyd señala que dos de los elementos críticos que buscan los científicos al evaluar la habitabilidad son el agua y una fuente de energía. El nuevo conocimiento de que las comunidades microbianas autosostenibles pueden florecer en entornos helados a través de la generación de gas hidrógeno es un paso fundamental hacia la identificación de entornos potencialmente habitables en otros planetas.

"Hay mucha evidencia de hielo y glaciares en otros planetas, ", dijo." ¿Son habitables? No lo sabemos. ¿Podría haber microbios viviendo bajo capas de hielo en planetas con lecho rocoso similar a los que estudió Eric? Absolutamente. No hay razón para pensar de otra manera ".

Para Dunham, cuya investigación de pregrado y posgrado se centró en las ciencias de la salud y la virología antes de pasar a la biogeoquímica, la parte más gratificante del nuevo descubrimiento es explorar cómo los diversos procesos terrestres encajan e influyen entre sí de maneras que la comunidad científica apenas está comenzando a descubrir.