Zones profundes del llac riques en sofre i ferro estan dominades per bacteris, amb escassetat de arqueges i protistes. Han identificat els bacteris que generen gasos tòxics de sofre i les que els processen a formes més innòcues, el que podria tenir ús en bioremediació. El treball, liderat pel CEAB-CSIC, ajudarà a predir el comportament dels oceans davant futurs escenaris de canvi climàtic.
Un treball internacional liderat per Emilio O.Casamayor, director del Centre d'Estudis Avançats de Blanes (CEAB) del CSIC, analitza el metabolisme dels microorganismes en els llacs de Banyoles (Banyoles i Cisó), que presenten en algunes zones condicions de manca d'oxigen i alts nivells de gasos de sofre, molt semblants a les que tenien els oceans en el passat, quan van aparèixer les primeres formes de vida. El treball, publicat a la revista The ISME Journal, compta amb la participació dels grups d'informàtica i de Genòmica Microbiana del Craig Venter Institute (EUA), l'ICRA i de la Universitat de Girona.
Emilio O. Casamayor, que dirigeix el grup d'Ecologia Microbiana al CEAB-CSIC, explica: "en el món microbià no disposem de fòssils per estudiar com eren les formes de vida en el passat geològic, de manera que cal explorar ambients actuals que mimetitzen les condicions químiques que prevalien en aquelles èpoques. Els microorganismes actuals es comporten tal com funcionaven els microorganismes en el passat i poden donar pistes de com es van establir les primeres relacions ecològiques i les estratègies pioneres per obtenir energia i aliment".
Ambient de poc oxigen, molt sofre i ferro
El planeta, expliquen els científics, no tenia pràcticament oxigen fins fa aproximadament 2.500 milions d'anys, i l'oceà de llavors era molt ric en ferro. Amb l'arribada de la fotosíntesi, l'oxigen en l'atmosfera i en la superfície dels oceans va augmentar. El fons dels oceans es va mantenir anòxic i ric en ferro, mentre que en algunes zones costaneres probablement es van mantenir episodis de manca d'oxigen i elevades concentracions de sulfhídric (H2S). Actualment, l'oceà s'ha empobrit en ferro i només en les zones profundes d'alguns llacs, com els de Banyoles, es mantenen aquestes condicions similars a les de l'inici de la vida a la Terra (poc oxigen i molt sofre i ferro).
En aquest treball, els científics han seqüenciat massivament l'ADN total (metagenoma) de mostres d'aigua, preses tant de profunditats intermèdies -on coexisteixen nivells baixos d'oxigen i gasos de sofre- com de les zones més profundes on només hi gasos tòxics de sofre , metà, anhídrid carbònic, amoníac i hidrogen. Després situar les seqüències genètiques obtingudes en l'arbre de la vida -el que s'aconsegueix comparant amb gens ja coneguts dels diferents éssers vius- han pogut concloure que les zones profundes de l'estany de Banyoles és un ambient dominat, en la seva immensa majoria, per bacteris i, amb escassetat de arqueges i protistes.
Després, han analitzat els gens implicats en els cicles del carboni, nitrogen i sofre (com la fixació del CO2 per fotosíntesi i quimiosíntesi, la nitrificació, desnitrificació i fixació de nitrogen, l'assimilació o l'oxidació del sofre, etc.), processos essencials per la vida dels microorganismes, i han reproduït "in silico" el que seria el metabolisme del conjunt d'aquests microorganismes i les possibles interrelacions entre ells. "La metagenòmica ens permet per primer cop reconstruir l'entramat complex de connexions existents entre la geologia, la química i la biologia que s'han anat teixint al llarg de milions d'anys" comenta Casamayor.
Resultats destacats
Entre els resultats, els científics destaquen que han estat capaços de determinar les espècies clau que engranen i interconnecten diferents cicles biogeoquímics i les responsables potencials de processar i transformar les diferents molècules. Per exemple, s'han pogut identificar els bacteris que generen els gasos tòxics de sofre i les que els processen a formes innòcues, el que podria tenir aplicacions en processos de bioremediació.
També, destaquen el fet que baixos aquestes condicions s'ha trobat una quantitat considerable de gens de fixació de nitrogen però molt baixa de gens de nitrificació, el que explica la gran acumulació d'amoníac en les zones profundes d'aquests llacs i possiblement en els oceans antics. Així mateix, s'ha posat de manifest un gran potencial de segrestar CO2 fora de les vies tradicionals fotosintètiques. No obstant això, gairebé no s'ha detectat presència de microorganismes capaços de generar metà sota aquestes condicions.
Alguns dels microorganismes aquí estudiats han deixat senyals de la seva presència en sediments marins antics, com els pigments recalcitrants de bacteris verds del sofre que utilitzen H2S per a la seva fotosíntesi, el que permet reconstruir els escenaris passats sota els quals aquestes espècies es van desenvolupar. A partir de les noves espècies descobertes en aquest estudi, els científics esperen poder trobar nous traçadors del passat.
La investigació també ajudarà a predir el comportament dels oceans en zones costaneres davant els futurs escenaris de canvi climàtic ja que, en concordança amb aquestes prediccions, en els últims anys les conegudes com "zones mortes oceàniques" lligades a processos de canvi global originats per l'activitat humana estan augmentant de manera significativa en tots els continents.
Sorcerer, campanya de mostreig d'oceans, llacs i mars
Les mostres analitzades van ser preses en la campanya Sorcerer, iniciada el 2003 pel científic Craig Venter amb l'objectiu de descobrir els secrets dels oceans a través del mostreig, la seqüenciació i l'anàlisi de l'ADN dels microorganismes que viuen als ecosistemes aquàtics. Entre 2003 i fins a 2007, la campanya va completar amb èxit una primera etapa de circumnavegació mundial, en la qual es va mostrejar llocs diversos com les costes de Califòrnia, l'Antàrtida, o els respiradors volcànics del fons de l'oceà.
Des de 2009 i fins a 2010, Sorcerer va realitzar una nova etapa per mostrejar les aigües del Bàltic, del Mediterrani i del Mar Negre, científicament importants perquè estan entre els majors mars del món aïllats dels principals oceans. En aquesta etapa es va incloure el mostreig i la seqüenciació genètica de llacs com el Constança (Alemanya) o Banyoles. També s'han estudiat llacs del continent antàrtic, a la recerca de noves formes de vida i noves molècules, o de zones alpines dels Pirineus en les que actualment el grup de Blanes també està treballant.
Llorens-Marès T, S Yooseph, J Goll, J Hoffman, M Vila-Costa, CM Borrego, CL Dupont, EO Casamayor (2015) Connecting biodiversity and potential functional role in modern euxinic environments by microbial metagenomics. The ISME Journal advance online publication DOI:10.1038/ismej.2014.254