Llum i creixement en poblacions naturals de bacteris fototròfics anoxigènics aeròbics (Microbiologia mediterrània, 21/2017)

El metabolisme fototròfic permet l’ús de l’energia lluminosa per a la realització de diferents funcions cel·lulars. Els organismes fotosintètics aprofiten aquesta energia lluminosa, adequadament convertida en energia metabòlica, per a la síntesi neta de matèria orgànica a partir de diòxid de carboni. Associem la fotosíntesi també amb la producció neta d’oxigen i, certament, el gros de la fotosíntesi en la biosfera (130 terawatts d’energia solar capturada cada any, amb la corresponent producció primària neta de 100.000 milions de tones de carboni orgànic) és fotosíntesi oxigènica (que genera 3·1014 kg de O2 cada any). En la fotosíntesi oxigènica, la fotòlisi de molècules d’aigua (amb la consegüent producció d’O2) tanca les reaccions de transferències electrònica iniciades per molècules fotoreceptores com les clorofil·les. Però existeixen també processos fotosintètics anoxigènics, en els que la fotòlisi final es fa sobre àcid sulfhídric (H2S) o sobre altres compostos inorgànics o orgànics. La fotosíntesi anoxigènica, amb generació o no de sofre, s’associa amb hàbitats amb baixa o nul·la pressió parcial d’oxigen, és a dir ambients anaerobis. En algun manual actual encara podreu llegir i tot frases com aquesta “tots els organismes coneguts que duen a terme fotosíntesi anoxigènica són bacteris anaerobis obligats”. No és del tot cert, i caldria dir que ho són la majoria. Existeixen, però, bacteris fotosintètics anoxigènics que, alhora, són aerobis. Se n’han descrit de marins (Erythrobacter, Roseobacter) i d’aigües continentals (Acidiphilium, Erythromicrobium, Erythromonas, Porphyrobacter, Roseococcus, Sandaracinobacter). Són bacteris que presenten com a pigment fotosintètic la bacterioclorofil·la a, associada a diversos altres pigments (amb una bona concentració de carotenoids). En termes generals, per a aquests organismes, la fotosíntesi és un metabolisme suplementari, ja que segueixen essencialment un metabolisme organotròfic (és a dir, basat en el consum de matèria orgànica i d’oxigen). Aquests organismes mostren una complexa integració del metabolisme fototròfic i del metabolisme organotròfic: 1) no són capaços de créixer en condicions anaeròbies emprant exclusivament la llum com a font d’energia; 2) tot i amb tot, en condicions aeròbies, la llum estimula el seu creixement. Ja fa anys que els grups de recerca de Josep M. Gasol, de l’Observatori Microbià de la Badia de Blanes, i de Michal Koblížek estudien aquests bacteris fotosintètics anoxigènics aerobis. Habitualment ho han fet en experiments de laboratori (p.ex. Ferrera et al., 2011), però tot just ara publiquen una breu comunicació al Journal de la Societat Internacional d’Ecologia Microbiana on estudien poblacions naturals d’aquests microorganismes en el plàncton de les aigües de Blanes.

Experiments sobre poblacions naturals de bacteris fotosintètics anoxigènics aerobis de la Mediterrània nord-occidental

La Badia de Blanes

Isabel Ferrera i Josep M. Gasol són investigadors del Departament de Biologia Marina i Oceanografia de l’Institut de Ciències del Mar, adscrit al CSIC, i amb seu a Barcelona. Són ecòlegs microbians i oceanògrafs, amb experiències en nombroses expedicions científiques, des de la zona fòtica als fons abissals. Tots dos col·laboren en l’Observatori Microbià de la Badia de Blanes. La Badia de Blanes és un ecosistema litoral oligotròfic típic, ben estudiat des dels anys 1950 pel que fa a l’ecologia planctònica. L’Observatori se situa a 1 km de la línia de costa, on la fondària encara és relativament escassa (uns 20 m). Rep el suport del Centre d’Estudis Avançats de Blanes (CEAB), també adscrit al CSIC.

Olga Sánchez és professora del Departament de Genètica i Microbiologia de la Universitat Autònoma de Barcelona. Formada inicialment com a ecòloga microbiana, amb un estudi sobre la fisiologia de bacteris fotosintètics, ha col·laborat de fa temps amb el grup de Gasol amb l’aplicació de tècniques moleculars per a la caracterització de les comunitats microbianes marines.

Eva Kolářová i Michal Koblížek són membres del Laboratori de Fotòtrofs Anoxigènics del Centre Algatech, a Třeboň, adscrit a l’Institut de Microbiologia de l’Acadèmia Txeca de Ciències.

Tres soques representatives de les 100 soques de bacteris fotòtrofs anoxigènics aerobis que han isolat al Centre Algatech de Třeboň (Bohèmia) en els darrers anys. Les diferents proporcions de pigments donen una coloració característica a cada soca. La majoria d’aquestes soques no necessita la llum per sobreviure, ja que no són fotosintètiques obligades, per bé que en condicions il·luminades presenten taxes de creixement superior. Hom calcula que entre l’1% i el 10% de tots els bacteris de la zona eufòtica dels oceans són fotòtrofs. Entre aquests fotòtrofs cal distingir entre els cianobacteris, de fotosíntesi oxigènica, i de metabolisme predominantment fotoautòtrof, i els fotoheteròtrofs. Dins dels fotoheteròtrofs, n’hi ha que realitzen la fotosíntesi amb pigments de tipus rodopsina, i els que ho fan amb bacterioclorofil·la a (que són els pròpiament designats com a fotòtrofs anoxigènics aerobis).

Ferrera et al. conduïren diferents experiments en zones acotades de la Mediterrània nord-occidental. En aquesta aproximació no es tracta, doncs, tant d’estudiar el comportament de diferents soques isolades de bacteris fotòtrofs anoxigènics aerobis com de veure el comportament global de comunitats planctòniques en condicions naturals. Disposar de dades naturals és important per tal d’avaluar la rellevància d’aquest tipus de metabolisme en el cicle marí del carboni.

Factors limitants en les poblacions de bacteris fotòtrofs anoxigènics aerobis

Els experiments de Ferrera et al. mostren que els bacteris fotòtrofs anoxigènics aerobis tenen taxes de creixement elevades, condicionades per la pressió dels predadors i per la disponibilitat de fòsfor (el nutrient típicament limitant).

El conjunt del bacterioplàncton mostra una taxa de creixement relativament independent de la llum. No és el cas dels bacteris fotòtrofs anoxigènics aerobis, que tenen taxes de creixement superiors quan es troben en condicions normals d’alternança de llum i foscor, en relació a les taxes de creixement que tenen en condicions artificials de foscor completa.

Si bé fins ara ja se sabia que aquests microorganismes fotoheterotròfics creixen en el laboratori més ràpidament amb exposició a la llum, Ferrera et al. ho mostren per primera vegada de manera directa en poblacions naturals marines.

Lligams:

Light enhances the growth rates of natural populations of aerobic anoxygenic phototrophic bacteria. Isabel Ferrera, Olga Sánchez, Eva Kolářová, Michal Koblížek, Josep M. Gasol. The ISME Journal. Doi: 10.1038/ismej.2017.79 (2017).

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: