Un equipo de científicos de la Universidad Estatal de Montana ha proporcionado la primera evidencia experimental de que dos nuevos grupos de microbios que prosperan en las características térmicas del Parque Nacional de Yellowstone producen metano, un descubrimiento que algún día podría contribuir al desarrollo de métodos para mitigar el cambio climático y proporcionar información sobre la posible vida en otras partes de nuestro sistema solar.
El periódico Naturaleza Esta semana se publicaron los hallazgos del laboratorio de Roland Hatzenpichler, profesor asociado del Departamento de Química y Bioquímica de la Facultad de Letras y Ciencias de la MSU y director asociado del Instituto de Biología Térmica de la universidad. Los dos artículos científicos describen la verificación por parte de los investigadores de la MSU de los primeros ejemplos conocidos de organismos unicelulares que producen metano que existen fuera del linaje Euryarchaeota, que forma parte de la rama más grande del árbol de la vida llamada Archaea.
Alison Harmon, vicepresidenta de investigación y desarrollo económico de la MSU, dijo que está entusiasmada de que los hallazgos con un impacto potencial de tan amplio alcance estén recibiendo la atención que merecen.
«Es un logro significativo para la Universidad Estatal de Montana tener no uno sino dos artículos publicados en una de las revistas científicas más importantes del mundo», afirmó Harmon.
Los organismos unicelulares productores de metano se denominan metanógenos. Mientras que los seres humanos y otros animales comen alimentos, respiran oxígeno y exhalan dióxido de carbono para sobrevivir, los metanógenos comen moléculas pequeñas como dióxido de carbono o metanol y exhalan metano. La mayoría de los metanógenos son anaerobios estrictos, lo que significa que no pueden sobrevivir en presencia de oxígeno.
Los científicos saben desde la década de 1930 que muchos organismos anaeróbicos dentro de las arqueas son metanógenos, y durante décadas creyeron que todos los metanógenos estaban en un solo filo: Euryarchaeota.
Pero hace unos diez años, comenzaron a descubrirse microbios con genes para la metanogénesis en otros filos, incluido uno llamado Thermoproteota, que contiene dos grupos microbianos llamados Methanomethylicia y Methanodesulfokora.
«Todo lo que sabíamos sobre estos organismos era su ADN», dijo Hatzenpichler. «Nadie había visto nunca una célula de estos supuestos metanógenos; nadie sabía si realmente utilizaban sus genes de metanogénesis o si estaban creciendo por algún otro medio.
Hatzenpichler y sus investigadores se propusieron comprobar si los organismos vivían por metanogénesis, basando su trabajo en los resultados de un estudio publicado el año pasado por uno de sus antiguos estudiantes de posgrado en la MSU, Mackenzie Lynes.
Las muestras fueron recolectadas de sedimentos de fuentes termales del Parque Nacional de Yellowstone cuya temperatura oscilaba entre 141 y 161 grados Fahrenheit (61 y 72 grados Celsius).
A través de lo que Hatzenpichler describió como un «trabajo minucioso», el estudiante de doctorado de la MSU Anthony Kohtz y la investigadora postdoctoral Viola Krukenberg cultivaron los microbios de Yellowstone en el laboratorio. Los microbios no solo sobrevivieron sino que prosperaron y produjeron metano. El equipo trabajó luego para caracterizar la biología de los nuevos microbios, involucrando al científico Zackary Jay y a otros en la ETH Zurich.
Al mismo tiempo, un grupo de investigación dirigido por Lei Cheng, del Instituto de Biogás del Ministerio de Agricultura y Asuntos Rurales de China, y Diana Sousa, de la Universidad de Wageningen, en los Países Bajos, cultivaron con éxito otro de estos nuevos metanógenos, un proyecto en el que habían trabajado durante seis años.
«Hasta nuestros estudios no se había realizado ningún trabajo experimental con estos microbios, aparte de la secuenciación del ADN», explicó Hatzenpichler.
Dijo que Cheng y Sousa se ofrecieron a presentar los estudios juntos para su publicación, y el artículo de Cheng que informaba sobre el aislamiento de otro miembro de Methanomethylicia se publicó conjuntamente con los dos estudios de laboratorio de Hatzenpichler.
Aunque uno de los grupos de metanógenos recientemente identificados, Methanodesulfokora, parece estar confinado a las fuentes termales y a los respiraderos hidrotermales de aguas profundas, las Methanomethylicia están muy extendidas, dijo Hatzenpichler. A veces se encuentran en plantas de tratamiento de aguas residuales y en los tractos digestivos de animales rumiantes, y en sedimentos marinos, suelos y humedales. Hatzenpichler dijo que esto es significativo porque los metanógenos producen el 70% del metano del mundo, un gas 28 veces más potente que el dióxido de carbono para atrapar el calor en la atmósfera, según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos.
«Los niveles de metano están aumentando a un ritmo mucho mayor que el dióxido de carbono, y los humanos están bombeando metano a la atmósfera a un ritmo mayor que nunca antes», dijo.
Hatzenpichler dijo que si bien los experimentos respondieron una pregunta importante, generaron muchas más que impulsarán el trabajo futuro. Por ejemplo, los científicos aún no saben si las Methanomethylicia que viven en ambientes no extremos dependen de la metanogénesis para crecer o si crecen por otros medios.
«Mi mejor apuesta es que a veces crecen produciendo metano y a veces hacen algo completamente distinto, pero no sabemos cuándo crecen, ni cómo, ni por qué», dijo Hatzenpichler. «Ahora tenemos que averiguar cuándo contribuyen al ciclo del metano y cuándo no».
Mientras que la mayoría de los metanógenos en Euryarchaeota utilizan CO2 o acetato para producir metano, Methanomethylicia y Methanodesulfokora utilizan compuestos como el metanol. Esta propiedad podría ayudar a los científicos a aprender cómo alterar las condiciones en los diferentes entornos donde se encuentran para que se emita menos metano a la atmósfera, dijo Hatzenpichler.
Su laboratorio comenzará a colaborar este otoño con la granja de enseñanza e investigación agrícola de Bozeman, de la MSU, que proporcionará muestras para realizar más investigaciones sobre los metanógenos que se encuentran en el ganado. Además, los nuevos estudiantes de posgrado que se unirán al laboratorio de Hatzenpichler en otoño determinarán si las arqueas recién descubiertas producen metano en aguas residuales, suelos y humedales.
La arquitectura celular de la metanometilicia también es fascinante, según Hatzenpichler. En colaboración con dos científicos de la ETH de Zúrich, Martin Pilhofer y el estudiante de posgrado Nickolai Petrosian, demostró que el microbio forma tubos de célula a célula desconocidos hasta ahora que conectan dos o tres células entre sí.
«No tenemos ni idea de por qué se forman. Estructuras como éstas rara vez se han visto en microbios. Tal vez intercambien ADN, tal vez intercambien sustancias químicas. Todavía no lo sabemos», dijo Hatzenpichler.
La investigación recién publicada fue financiada por el programa de exobiología de la NASA. La NASA está interesada en los metanógenos porque pueden brindar información sobre la vida en la Tierra hace más de 3 mil millones de años y el potencial de vida en otros planetas y lunas donde se ha detectado metano, dijo.
