Microbios En La Antártida Sobreviven Al Invierno Congelado Y Oscuro Viviendo Del Aire

El invierno en la Antártida es largo y oscuro. Las temperaturas permanecen muy por debajo del punto de congelación. En muchos lugares, el sol se pone en abril y no vuelve a salir hasta agosto. Sin luz solar, la vida fotosintética como plantas, musgos y algas no puede producir energía.

Pero eso no significa que toda la vida se detenga.

En un nuevo estudio publicado en The ISME Journal, mis colegas y yo mostramos que los microbios antárticos generan energía del aire a temperaturas tan bajas como –20°C. Este hallazgo mejora nuestra comprensión de cómo la vida sobrevive en extremos de temperatura en la Antártida y cómo el cambio climático afectará este proceso importante.

Cómo obtener energía del aire

En 2017, los científicos demostraron que una gran cantidad de microbios antárticos pueden generar energía a partir de gases atmosféricos presentes en concentraciones muy bajas.

Este proceso se llama “aerotrofía”. Al usar enzimas que están muy afinadas para “olfatear” el hidrógeno y el monóxido de carbono en la atmósfera, estos microbios han encontrado una forma de producir energía del propio aire, lo cual es una gran ventaja en los suelos desérticos pobres en nutrientes de la Antártida.

Lo que hasta ahora se desconocía era el límite de temperatura de este proceso. ¿Podría la aerotrofía ser una forma de alimentar las comunidades del suelo del continente durante el invierno?

Llevando el laboratorio al sur

Medir qué tan rápido estos microbios consumen una cantidad tan pequeña de combustible puede ser difícil.

Desde 2022 hasta 2024, recolectamos muestras de suelo superficial en diferentes áreas de la Antártida Oriental y las analizamos en nuestro laboratorio.

Medimos qué tan rápido pueden usar los gases atmosféricos. También extraímos todo el ADN de los microbios del suelo y lo secuenciamos. Esto nos dice qué microbios están presentes, qué genes tienen y qué pueden usar como fuentes de energía.

Mostramos que la aerotrofía ocurre en el laboratorio a temperaturas representativas del verano (4°C) y del invierno (–20°C). Esto significa que el hidrógeno y el monóxido de carbono son una fuente de alimento viable no solo en verano, sino durante todo el año. Sin embargo, lo que fue aún más sorprendente fue el límite superior de temperatura.

Las temperaturas del suelo en la Antártida rara vez superan los 20°C. Sin embargo, encontramos microbios en estos suelos que continuaron generando energía a partir del hidrógeno hasta una asombrosa temperatura de 75°C. Parece que los microbios en los suelos antárticos están bien adaptados a las temperaturas frías del continente, pero no limitados a ellas. Es como ver a un pingüino prosperar en una jungla tropical.

También queríamos ver si este proceso ocurría en la propia Antártida, así que hace dos años llevamos el laboratorio al sur. Recolectamos muestras de suelo fresco, las sellamos en frascos de vidrio y tomamos muestras de gas.

Por primera vez, quedó claro que bajo condiciones reales estos microbios del suelo seguían consumiendo hidrógeno.

Los principales productores de la Antártida

La secuenciación de ADN nos mostró que la gran mayoría de los microbios en los suelos antárticos tienen genes para obtener energía del hidrógeno. Muchos de estos bacterias también tienen genes para captar carbono de la atmósfera.

Estos aerotrofos son “productores primarios”, generando nueva biomasa a partir del aire mismo.

En la mayoría de los ecosistemas terrestres, se piensa que la fotosíntesis está en la base de la cadena alimentaria. La fotosíntesis toma energía de la luz solar y carbono de la atmósfera y lo convierte en compuestos orgánicos nutritivos.

Es lo que hace que las plantas crezcan. Las plantas son productores primarios que son consumidos por herbívoros, que a su vez son comidos por carnívoros.

En los suelos desérticos de la Antártida, la fotosíntesis es relativamente rara. En cambio, suponemos que la aerotrofía cumple el papel de productor primario en muchos lugares.

Esto tiene sentido porque, a diferencia de la fotosíntesis dependiente de la luz solar, ahora sabemos que la aerotrofía puede ocurrir durante todo el año. Otra ventaja es que no requiere agua líquida, mientras que la fotosíntesis sí.

Hidrógeno en un mundo en calentamiento

Claramente, la aerotrofía tiene un papel importante en los ecosistemas antárticos. Así que, a continuación, queríamos determinar cómo podría afectar el calentamiento global a este proceso.

Bajo escenarios de bajas emisiones, predecimos un aumento del 4% en la rapidez con la que los aerotrofos usan el hidrógeno atmosférico. Bajo escenarios de emisiones muy altas, este aumento llega al 35%. Los números son similares para el monóxido de carbono.

Aunque el hidrógeno no es un gas de efecto invernadero en sí mismo, es importante porque afecta cuánto tiempo permanecen en la atmósfera algunos gases de efecto invernadero, incluido el metano.

Los suelos (incluidos los microbios que viven en ellos) son responsables del 82% de todo el hidrógeno consumido en la Tierra a nivel global. En otras palabras, son un sumidero de hidrógeno. Esto es un componente crucial en el ciclo global del hidrógeno.

Hay muchos factores que determinan cómo responderán los microorganismos al cambio climático. La temperatura es solo uno de ellos. Este estudio es una pieza importante del rompecabezas mientras los científicos averiguan cuán resistentes son los ecosistemas microbianos únicos de la Antártida.