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La diversidad de la fotosíntesis
Alberto González Fairén
El esquema básico por el que la fotosíntesis ha sido explicada durante mucho tiempo empieza a cambiar, ya que el descubrimiento y análisis de nuevos tipos bacterianos ofrece perspectivas inesperadas.
a fotosíntesis es el proceso por el que las plantas, las algas y las cianobacterias convierten la energía luminosa del Sol en energía química en forma de azúcares, absorbiendo CO2 y desprendiendo O2. Lo consiguen mediante las moléculas de clorofila, que en las plantas absorben la luz azul y roja, reflejando la verde, lo que le da su color característico a la clorofila. La energía de la luz rompe las moléculas de agua, liberando el oxígeno y generando electrones que son empleados en fijar el dióxido de carbono de la atmósfera para fabricar moléculas energéticas, como la glucosa (figura 1). La fotosíntesis es uno de los mecanismos de producción primaria más importantes que existen en la biosfera. Además, juega un papel esencial en la regulación del clima de la Tierra, ya que determina el reciclaje de muchos elementos atmosféricos.
Procesos básicos de la fotosíntesis
Figura 1: Los procesos básicos de la fotosíntesis. (R. Caudillo)
Un estudio liderado por Shaun Bailey, de Carnegie, sugiere que algunos microorganismos marinos realizan fotosíntesis sin desprender O2 ni absorber CO2. Se trata de un tipo de cianobacterias del género Synechococcus (figura 2), que domina las poblaciones de fitoplancton en los océanos, y son esenciales en la producción primaria. Las cianobacterias son las responsables del incremento de la concentración de O2 en la atmósfera de la Tierra hace más de 2.000 millones de años, que cambió dramáticamente la historia de la evolución de la vida. Synechococcus es capaz de vivir en las áreas muy pobres en hierro que caracterizan a grandes extensiones oceánicas, casi la mitad del área de los océanos, a pesar de que el hierro es un componente esencial del aparato fotosintético. La fotosíntesis en general requiere del concurso de altos niveles de hierro. Esto es debido a que utiliza el O2 como aceptor de electrones del aparato fotosintético, en lugar de CO2, lo que le impide desprender oxígeno. Al mismo tiempo, como no dispone de hierro en su entorno, prescinde de las etapas de la fotosíntesis que lo requieren, que son precisamente las etapas en las que el CO2 es absorbido de la atmósfera. Además, una gran parte de los electrones producidos no se usan para fijar el CO2, sino para reconstruir moléculas de H2O, con el resultado de que la producción de O2 es mínima. Finalmente, este ciclo permite a Synechococcus proteger su aparato fotosintético del daño producido por la absorción de luz. En consecuencia, los organismos fotosintéticos que dominan la biomasa de vastas extensiones oceánicas pobres en nutrientes secuestran mucho menos dióxido de carbono de la atmósfera y desprenden mucho menos oxígeno de lo que se había asumido, lo que resulta crítico en la elaboración de modelos climáticos.
Ejemplares de Synechococcus
Figura 2: Ejemplares de Synechococcus. (W. Eikrem)
En otro avance significativo en la comprensión de la fotosíntesis, el grupo de Don Bryant, de Penn State, publicó en julio de 2007 el descubrimiento de un nuevo tipo bacteriano capaz de transformar la luz en energía química. Lo novedoso del descubrimiento radica en que la bacteria se aisló en las fuentes hidrotermales del Parque de Yellowstone (figura 3), en Estados Unidos. En Yellowstone habita la mayor diversidad conocida de bacterias termófilas de la Tierra, y por esta razón ha sido explorado en profundidad por microbiólogos desde los años 60 del pasado siglo, ya que muchos de estos microorganismos tienen importantes aplicaciones biotecnológicas y médicas. Sirva como ejemplo Thermus aquaticus, bacteria de la que se extrae su polimerasa, para conseguir un gran número de copias de un fragmento de ADN mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), una técnica imprescindible en biología molecular.
Morning glory
Figura 3: “Morning glory”, una de las famosas pozas hidrotermales de Yellowstone. (J. Sullivan)
La nueva bacteria ha recibido el nombre de Candidatus Chloracidobacterium thermophilum, y pertenece al filo Acidobacteria. El descubrimiento se realizó recogiendo grandes cantidades de agua de las fuentes hidrotermales, aislando las bacterias y secuenciándolas a gran escala. Las secuencias de ADN revelaron qué tipos de genes y organismos estaban presentes en las muestras. C. thermophilum crece cerca de la superficie de los tapetes microbianos junto a las cianobacterias, en lugares donde hay luz y oxígeno, a temperaturas entre 50 y 66 grados centígrados. Ha sido aislada en tres fuentes hidrotermales de Yellowstone. Lo que la convierte en un ejemplar único es que posee clorosomas, una estructura especial que usan las bacterias para recoger la energía de la luz solar, que contienen unas 250.000 moléculas de clorofila cada una. No se conocía previamente ningún microorganismo aeróbico con clorosomas, y C. thermophilum fabrica dos tipos diferentes de clorofila capaces de competir por la luz con las cianobacterias.

El descubrimiento es de gran importancia ya que los miembros de Acidobacteria son muy difíciles de crecer en cultivos bacterianos (figura 4), lo que hace que su ecología y fisiología sean poco conocidas. La mayoría de Acidobacteria se ha aislado en suelos pobres en nutrientes o contaminados, con pH inferior a 3. Sin embargo, los entornos acuosos de Yellowstone son básicamente alcalinos, con un pH medio de 8.5.
Cultivo de Acidobacterium
Figura 4: Cultivo de Acidobacterium sp. (P. Hugenholtz)
 
 
San Francisco (California), EEUU, 22 de Marzo de 2008.
 
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