Un equip amb participació del CSIC ha descobert una drecera metabòlica en arqueus durant l'hivern àrtic. El treball, basat en dades metagenòmiques, suggereix la importància de conservar els ambients marins de les regions polars, més sensibles a les conseqüències del canvi climàtic.
Un treball amb participació del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) ha descobert un nou metabolisme empleat per un grup de microorganismes marins, els arqueus, per créixer en ambients polars durant l'hivern. L'estudi, publicat en l'últim número de la revista Proceedings de la National Academy of Sciences (PNAS), confirma que aquests microorganismes unicel·lulars, que intervenen en els cicles de nitrogen i carboni del planeta, utilitzen tant l'amoni com el carboni de la urea per créixer durant els mesos més freds i foscos.
Durant l'hivern Àrtic no hi ha gens de llum, la temperatura mitjana de l'aire és de 39 graus sota zero i els microorganismes marins han de subsistir sota una capa de gel de gairebé dos metres de gruix. En una campanya realitzada durant l'Any Polar Internacional 2007-2008, els investigadors van comprovar amb sorpresa que un grup d'arqueus no només podia subsistir en aquestes dures condicions, sinó que creixien fins triplicar les seves poblacions i, en canvi, en arribar la primavera el seu nombre tornava a descendir. Els investigadors van comprovar que aquests arqueus no incorporaven CO2 com les algues i les plantes, ni tampoc matèria orgànica, com la majoria dels animals. Com s'ho feien llavors per créixer?
Els arqueus formen un dels tres grans dominis de la vida, al costat de bacteris i eucariotes, entre els quals hi animals i plantes. Tot i ser microscòpics, els microorganismes alberguen la major part de la diversitat de la vida, però els arqueus es troben entre els grups menys coneguts. Un dels enigmes que els científics sempre s'havien plantejat era la seva capacitat per créixer durant l'hivern polar.
Després d'analitzar milers de dades metagenòmiques i biogeoquímiques obtingudes durant l'hivern àrtic al mar de Beaufort, al nord del Canadà, els investigadors han descobert que els arqueus de la branca Thaumarchaeota utilitzen una drecera metabòlica per obtenir l'energia que necessiten.
La urea com a font d'energia
La urea, que està composta per dos grups amoni i un CO2, prové l’excreció de multitud d'organismes marins i, encara que ja se sabia que molts microorganismes són capaços de degradar-la, fins ara no s'havia demostrat el seu paper com a font d'energia.
"Ara entenem com és que aquest grup d'arqueus creix durant l'hivern polar. Hem descobert que obtenen tant el carboni com l'amoni de la urea, una via més curta que fins ara no s'havia considerat", explica l'investigador del CSIC a l'Institut de Ciències del Mar Carles Pedrós-Alió. El CO2 és incorporat en el material cel·lular mentre que l'amoni és oxidat a nitrit per obtenir energia.
En opinió de Laura Alonso, investigadora de l'Institut Espanyol d'Oceanografia a Gijón, el descobriment "podria explicar per què els arqueus poden mantenir les seves abundants poblacions en altres ambients marins com l'oceà profund (un dels ecosistemes més extensos i desconeguts), que també es caracteritzen per la foscor i la fredor de les seves aigües, el que fa que amb prou feines es disposi de fonts d'energia".
Créixer oxidant amoni o sintetitzar compostos orgànics són algunes de les capacitats que converteixen els arqueus en actors essencials de la biogeoquímica de l'oceà. "Els microorganismes marins són abundants, diversos i desconeguts, són responsables de la major part de la respiració i de la meitat de la producció primària del planeta. En els plans de conservació de les regions polars caldria considerar els microorganismes a més dels óssos i les foques ", assenyala Pedrós-Alió.
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.