Bacterias de azufre púrpura en el lago Cadagno de agua dulce (paneles superiores, en verde y morado), y su actividad de fijación de nitrógeno unicelular medida con nanoSIMS (paneles inferiores, los colores cálidos indican una alta actividad). Crédito:Instituto Max Planck de Microbiología Marina / M. Filipos
Durante mucho tiempo se asumió que las cianobacterias eran las principales responsables de la fijación de nitrógeno en la Tierra primitiva, haciendo que el nitrógeno esté disponible para la biosfera. Investigadores del Instituto Max Planck de Microbiología Marina en Bremen, Alemania, ahora muestran que las bacterias de azufre púrpura podrían haber contribuido sustancialmente a la fijación de nitrógeno en las condiciones imperantes en el océano Proterozoico.
El nitrógeno es vital para todas las formas de vida:forma parte de las proteínas, ácidos nucleicos y otras estructuras celulares. Por lo tanto, Fue de gran importancia para el desarrollo de la vida en la Tierra primitiva poder convertir el dinitrógeno gaseoso de la atmósfera en una forma biodisponible:amonio. Sin embargo, aún no se ha aclarado quién llevó a cabo esta llamada fijación de nitrógeno en la Tierra primitiva y con la ayuda de qué enzima. Ahora, Investigadores del Instituto Max Planck de Microbiología Marina en Bremen han demostrado que en condiciones igualmente estériles como en el océano Proterozoico, un grupo de bacterias previamente subestimado puede fijar nitrógeno de manera muy eficiente.
Un "pequeño océano Proterozoico" en los Alpes suizos
Dado que el océano Proterozoico difícilmente puede estudiarse directamente, las investigadoras Miriam Philippi y Katharina Kitzinger del Instituto Max Planck en Bremen y sus colegas lo sustituyeron por un hábitat moderno comparable:el lago alpino Cadagno en Suiza. A diferencia de la mayoría de los otros lagos, El lago Cadagno está estratificado permanentemente, lo que significa que las capas de agua superior e inferior no se mezclan.
Las bacterias de azufre púrpura habitan la zona de transición entre la parte superior, capa oxigenada y la inferior, capa libre de oxígeno y sulfídica. Allí, realizan la fotosíntesis y oxidan el azufre. "El descubrimiento de fósiles de este grupo de microorganismos muestra que ya vivieron en nuestro planeta hace al menos 1.600 millones de años, durante el eón Proterozoico, "dijo Philippi, primer autor del estudio. "Por eso, este lago y estas bacterias representan un sistema que se asemeja al océano Proterozoico en muchos aspectos ". Por lo tanto, es muy adecuado para aprender más sobre los procesos en la Tierra primitiva.
Los manantiales salados en el fondo del lago evitan que se mezclen, resultando en una estratificación estable. Los medidores superiores contienen oxígeno pero pocos nutrientes. La capa inferior es anóxica y rica en sulfuro, creando una capa intermedia estable con fuertes gradientes de concentración de oxígeno y sulfuro. Aquí, las bacterias de azufre púrpura utilizan la energía solar para oxidar el sulfuro y fijar el nitrógeno. Crédito:Miriam Philippi
Las bacterias de azufre púrpura fijan el nitrógeno
Usando una combinación de análisis biogeoquímicos y moleculares, Philippi y sus colegas descubrieron que las bacterias de azufre púrpura en el lago Cadagno fijan nitrógeno de manera muy eficiente. La fijación de nitrógeno es la conversión de gas nitrógeno, que no es muy reactivo, en compuestos nitrogenados que muchos organismos pueden usar, por ejemplo algas. "Hasta donde sabemos, esta es la primera evidencia directa de la fijación de nitrógeno por bacterias de azufre púrpura en la naturaleza, "explicó la coautora Katharina Kitzinger.
"Descubrimos que utilizan la enzima más común en la actualidad, nitrogenasa de molibdeno, para hacerlo. Aunque esta enzima no es rara, nos sorprendió mucho encontrarlo en el lago Cadagno. "Esto se debe a que hay muy poco molibdeno en el agua, al igual que en el océano Proterozoico, lo que ha llevado a los investigadores a creer que las nitrogenasas distintas del molibdeno prevalecieron en la Tierra primitiva. "Ahora sabemos que la nitrogenasa de molibdeno funciona de manera muy eficiente, incluso a bajas concentraciones de molibdeno ".
Por lo tanto, brindamos la primera indicación de que las bacterias de azufre púrpura pueden haber sido en parte responsables de la fijación de nitrógeno en el océano Proterozoico, "Philippi continuó." Hasta ahora, En general, se asumió que las cianobacterias llevaban a cabo la mayor parte de la fijación de nitrógeno en ese momento. Demostramos que probablemente se subestimó el papel de las bacterias de azufre púrpura en este proceso ".
El estudio se publica en Comunicaciones de la naturaleza .
