Los microorganismos marinos sobreviven en condiciones extremas gracias a la urea

Un trabajo con participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha descubierto un nuevo metabolismo empleado por un grupo de microrganismos marinos, las arqueas, para crecer en ambientes polares durante el invierno.

El estudio, publicado en el último número de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), confirma que estos microrganismos unicelulares, que intervienen en los ciclos del nitrógeno y el carbono del planeta, utilizan tanto el amonio como el carbono de la urea para crecer durante los meses más fríos y oscuros.

Durante el invierno ártico, cuando escasea la luz, la temperatura media del aire es de -39ºC y los microorganismos marinos tienen que subsistir bajo una capa de hielo de casi dos metros de grosor.

En una campaña realizada durante el Año Polar Internacional 2007-2008, los investigadores comprobaron que un grupo de arqueas, no solo podía subsistir en estas duras condiciones, sino que además crecía hasta triplicar sus poblaciones y, en cambio, al llegar la primavera su número volvía a descender.

Los investigadores comprobaron que estas arqueas no incorporaban CO2 como las algas y las plantas, ni tampoco materia orgánica, como la mayoría de los animales. ¿Cómo se las arreglaban entonces para crecer?

La urea como fuente de energía

Las arqueas forman uno de los tres grandes dominios de la vida, junto a bacterias y eucariotas, entre los cuales están animales y plantas.
A pesar de ser microscópicos, los microrganismos albergan la mayor parte de la diversidad de la vida, pero las arqueas se encuentran entre los grupos menos conocidos. Uno de los enigmas que los científicos siempre se habían planteado era su capacidad para crecer durante el invierno polar.

Tras analizar miles de datos metagenómicos y biogeoquímicos obtenidos durante el invierno ártico en el mar de Beaufort, al norte de Canadá, los investigadores han descubierto que las arqueas de la rama Thaumarchaeota utilizan un atajo para obtener el amonio que necesitan: la urea.

Este compuesto, formado por dos grupos amonio y un CO2, proviene de los desechos de multitud de organismos marinos y, aunque ya se sabía que muchos microrganismos son capaces de degradarla, hasta ahora no se había demostrado su papel como fuente de energía.

Mantener abundantes poblaciones

“Ahora entendemos cómo este grupo de arqueas crece durante el invierno polar. Hemos descubierto que obtienen tanto el carbono como el amonio de la urea, una vía más corta que hasta ahora no se había considerado”, explica el investigador del CSIC en el Instituto de Ciencias del Mar Carlos Pedrós-Alió. El CO2 es incorporado en el material celular mientras que el amonio es oxidado a nitrito para obtener energía.

Para Laura Alonso, investigadora del Instituto Español de Oceanografía en Gijón, el descubrimiento “podría explicar por qué las arqueas pueden mantener sus abundantes poblaciones en otros ambientes marinos como el océano profundo (uno de los ecosistemas más extensos y desconocidos), que también se caracterizan por la oscuridad y la frialdad de sus aguas, lo que hace que apenas se disponga de fuentes de energía”.

Crecer oxidando amonio o sintetizar compuestos orgánicos son algunas de las capacidades que convierten a las arqueas en actores esenciales de la biogeoquímica del océano.

“Los microrganismos marinos son abundantes, diversos y desconocidos, son responsables de la mayor parte de la respiración y de la mitad de la producción primaria del planeta. En los planes de conservación de las regiones polares habría que considerar a los microorganimos además de a los osos y las focas”, señala Pedrós-Alió.

Referencia Bibliográfica:

Laura Alonso-Sáez, Alison S. Waller, Daniel R. Mende, Kevin Bakker, Hanna Farnelid, Patricia Yager, Connie Lovejoy, Jean-Éric Tremblay, Marianne Potvin, Friederike Heinrich, Marta Estrada, Lasse Riemann, Peer Bork, Carlos Pedrós-Alió, Stefan Bertilsson. A role for urea in nitrification by Polar marine Archaea. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.1201914109.