Un equipo interdisciplinario de científicos de la Facultad de Agricultura y la Facultad de Letras y Ciencias de la Universidad Estatal de Montana publicó recientemente una investigación que arroja nueva luz sobre un elemento previamente desconocido del ciclo del carbono. gracias a los datos recopilados del Parque Nacional de Yellowstone durante más de una década.

Tim McDermott, profesor en el Departamento de Recursos de la Tierra y Ciencias Ambientales de MSU, comenzó a estudiar la microbiología del lago Yellowstone en 2007. Mientras recopilaba datos para analizar la química del lago y la interacción de varios microbios en el lago con las características térmicas subyacentes del parque, McDermott notó que algo parecía mal.

"Nos encontramos con algunas químicas de gas de agua de lago que no tenían ni un ápice de sentido, ", dijo McDermott." Vimos una gran cantidad de metano en lugares que no esperábamos y nos preguntamos:'¿Que está pasando aqui?'"

Esa discrepancia ilustró lo que se ha denominado la "paradoja del metano". Durante años, Los científicos han entendido que cuando los microorganismos producen metano, lo hacen anaeróbicamente, lo que significa que no usan oxígeno. Pero en las aguas superficiales del lago donde el equipo veía metano, no se encontró ninguno de esos organismos.

El metano es un gas natural formado por átomos de carbono e hidrógeno. Es el subproducto de varios procesos biológicos, aunque las actividades humanas como la extracción de carbón y la refinación de gas natural también producen metano. Es un gas de efecto invernadero conocido por ser mucho más potente al atrapar calor en la atmósfera que el dióxido de carbono. razón por la cual muchos investigadores están interesados ​​en identificar en qué parte de la biosfera se crea y hacia dónde se dirige.

Entonces comenzó un esfuerzo de colaboración de años con John Dore, también del Departamento de Recursos Territoriales y Ciencias Ambientales; Brian Bothner y Roland Hatzenpichler del Departamento de Química y Bioquímica; y Qian Wang, profesor asistente de investigación en el Departamento de Microbiología y Biología Celular. El estudio es objeto de un nuevo artículo publicado esta semana en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias titulado "Síntesis de metano bacteriano aerobio".

Wang dirigió el trabajo en el lago Yellowstone durante cinco veranos de recopilación y análisis de datos.

"Al principio, no nos dimos cuenta de lo que estaba pasando, ", dijo." Pero cuando hicimos la extracción de ADN del agua del lago, resulta que no pudimos encontrar los organismos anaeróbicos que suelen ser responsables de la presencia de metano. En lugar de, descubrimos que estaban involucradas bacterias aeróbicas, aislar una bacteria llamada Acidovorax, lo que luego nos permitió comenzar a comprender este proceso ".

El grupo de laboratorio de Bothner utilizó equipo analítico para identificar la presencia de metilamina y glicina betaína en el agua del lago. bioquímicos que el equipo planteó como clave en el proceso de producción de metano. Para probar la teoría, Wang precisó qué gen necesitaban las bacterias Acidovorax para convertir la metilamina o la glicina betaína en metano.

"Podemos desglosar esto en un descubrimiento básico sobre la conversión de metilamina en metano en condiciones aeróbicas, ", dijo McDermott." Científicamente, No se suponía que esto sucediera en base a todo el conocimiento que teníamos. Entonces, pasamos por un proceso de eliminación para identificar cómo y por qué estaba sucediendo esto y es otro ejemplo de los descubrimientos fundamentales hechos a partir de la investigación de Yellowstone ".

A través de una serie de experimentos microbianos y un análisis exhaustivo de la comunidad biológica más amplia presente en las muestras del lago, Wang identificó un gen conocido que codifica la aspartato aminotransferasa, o AAT, que parecía estar catalizando la síntesis de metano.

El siguiente paso fue ver si la propia enzima AAT era capaz de catalizar la conversión de metilamina en metano. Para hacer eso, Wang aisló el gen, lo transfirió a E. coli, que es comúnmente utilizado por microbiólogos y bioquímicos debido a su capacidad para expresar genes extraños; McDermott lo comparó con insertar una cinta de casete en un reproductor.

Una célula de E. coli común, explicó Wang, no puede convertir la metilamina en metano. Pero cuando se le proporciona el gen AAT, podria.

"Es raro en estos días encontrar algo que no pueda ser explicado por nuestra comprensión actual de la bioquímica, ", dijo Bothner." Eso ha hecho de este un proyecto interesante y desafiante para trabajar ".

La magnitud del descubrimiento no se puede exagerar, dijo Bothner. El hecho de que la síntesis de metano aeróbico pueda ocurrir es un cambio sísmico en el campo de la biogeoquímica. Dado que el metano es un gas de efecto invernadero mucho más potente que el dióxido de carbono, los científicos están interesados ​​en identificar en qué parte de la biosfera se crea y adónde va. Este proyecto, él dijo, crea un trampolín para una extensa investigación adicional en el Parque Nacional de Yellowstone y más allá.

"Este es un proceso fundamentalmente diferente de la síntesis anaeróbica de metano, ", dijo McDermott." En un sentido ecológico, es lógico pensar que esto está ocurriendo en toda la biosfera, no solo en el lago Yellowstone. Es concebible pensar que incluso está ocurriendo en los océanos del mundo y en todo el mundo ".