Quimiosíntesis

Oxígeno, luz y comida. Muchos seres vivos necesitamos estas tres cosas para vivir. Algunos solo necesitan dos de ellas, y hay casos excepcionales que solo requieren de una.

Entre los organismos que pueden vivir sin comida, entendida como los restos orgánicos de otros seres vivos, se encuentran los autótrofos: las plantas, las algas y las cianobacterias. Entre los que sí requieren comida, los heterótrofos, hay muchos que pueden vivir sin luz, como los animales del fondo abisal. E incluso existen seres vivos que no necesitan oxígeno; no respiran, sino que fermentan los alimentos; se denominan organismos anaerobios.

Sin embargo, existen algunos seres vivos que son totalmente excepcionales, y pueden vivir sin ninguno de estos tres componentes. Son los organismos denominados quimioautótrofos. No existen, al menos hasta donde sabemos, organismos pluricelulares con este tipo de capacidad: todos los quimioautótrofos conocidos son arqueas o bacterias.

Los requisitos de los seres vivos
Principalmente, los seres vivos necesitamos dos cosas: una fuente de energía que nos permita realizar nuestras actividades metabólicas y una fuente de carbono que nos facilite la materia prima a partir de la cual producir nuestras propias estructuras. Cualesquiera otras necesidades, sin ser menos importantes, tienen menor magnitud o son específicas de determinados organismos. Pero ningún ser vivo puede mantenerse y evolucionar si no dispone de esos dos recursos principales.

Las plantas y otros organismos autótrofos, obtienen la energía de la luz solar, a través del proceso conocido como fotosíntesis, y el carbono lo obtienen del CO2 presente en el aire. Nosotros, los heterótrofos, obtenemos ambos recursos de la comida; asimilamos el carbono de las moléculas orgánicas a través de la digestión, y adquirimos la energía almacenada en los enlaces complejos de dichas moléculas, gracias al proceso de respiración celular o a través de la fermentación.

‘Thiobacillus ferrooxidans’, un organismo quimioautótrofo (Zhang et al., 2019)

Los organismos quimioautótrofos, sin embargo, no disponen de materia orgánica que puedan usar como fuente de carbono, ni oxígeno para obtener la energía por respiración. El carbono suelen obtenerlo del CO2, como las plantas; pero a diferencia de ellas, no pueden obtener la energía de la luz solar. Pero incluso en entornos tan inhóspitos, la vida se abre camino, y los organismos quimioautótrofos tienen mecanismos totalmente distintos para obtener su energía.

Las reacciones inorgánicas como fuente de energía
En principio, cualquier reacción de oxidación, incluso de fuentes inorgánicas, produce energía, y un organismo adecuadamente adaptado podría obtener esa energía y aprovecharla, sin la necesidad de que haya materia orgánica disponible ni luz solar. Esto es lo que hacen los organismos quimiotrofos, oxidando hidrógeno, amoníaco, nitrito, azufre, o los iones ferroso o cuproso. A los organismos que obtienen la energía de la oxidación de elementos presentes en rocas o en el suelo se denominan quimiolitotrofos. Aunque emplean oxígeno.

Sin embargo, en realidad el oxígeno no tiene por qué ser necesario en una reacción de oxidación. De hecho, la oxidación es una reacción por la cual una sustancia pierde electrones, que son adquiridos por otra, denominada aceptor de electrones. En las reacciones de combustión, como cuando se quema algo, o en la respiración, el aceptor de electrones de la oxidación es el oxígeno, que suele combinarse con carbono para formar CO2. Pero los organismos quimioautótrofos, habitantes de inhóspitos ambientes sin oxígeno, emplean otras moléculas como aceptores de electrones.

Por ejemplo, bacterias como Thiobacillus ferrooxidans o T. thiooxidans son capaces de oxidar el azufre a expensas de la reducción de hierro férrico, que actúa como aceptor de electrones.


Esquema del funcionamiento de las fuentes hidrotermales

Los entornos más hostiles
Los organismos quimioautótrofos habitan en entornos realmente hostiles. No suelen vivir en tierra firme ni en la superficie de mares y océanos, donde sí que hay luz, oxígeno y comida en relativa abundancia. Habitan en las dorsales oceánicas, y más concretamente, en los respiraderos hidrotermales submarinos, uno de los entornos más inhóspitos del planeta. Se trata de grietas por las que sale agua de mar que previamente se ha infiltrado y que, atravesando la roca y acercándose al manto, vuelve a emerger, muy caliente, y cargado de compuestos químicos que ha ido disolviendo a su paso.

‘Riftia pachyptila’, un poliqueto que vive en simbiosis con quimioautótrofos.

Dado que en su entorno juegan un papel similar al de las plantas y algas en la superficie, actuando como productores primarios, los organismos quimioautótrofos también son la base de un ecosistema. Uno mucho más simple que los complejos ecosistemas que encontramos en la superficie del mar o en tierra firme, pero mucho más extraño.

Riftia pachyptila es una especie de gusano poliqueto que vive en simbiosis con bacterias quimioautótrofas de los géneros Epsilonproteobacteria y Sulfurovum. De hecho, en 2016 se descubrió en este gusano una nueva especie, que recibió el nombre de Sulfurovum riftiae, y que realizaba la oxidación de tiosulfatos empleando nitratos como aceptor de electrones. La simbiosis entre las bacterias quimioautótrofas y el gusano es, hasta donde sabemos, una asociación única en el mundo, y forman, ellos solos, una de las comunidades de seres vivos más simples, y a la vez más fascinantes del mundo.