11/08/2011 - Grandes concentraciones de hidrógeno sirven de fuente de energía a procesos simbióticos

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Investigadores del Max Planck Institute of Marine Microbiology y el Center for Marine Environmental Sciences (MARUM), han descubierto mejillones que alojaban células de combustible en forma de bacterias simbióticas, que usan el hidrógeno como fuente de energía. Sus resultados, publicados en la edición actual de 'Nature', sugieren que la capacidad de utilizar el hidrógeno como fuente de energía está muy extendida en el tipo de simbiosis que tiene lugar en los respiraderos hidrotermales.

 La búsqueda de nuevas fuentes de energía que cubran las crecientes necesidades de la humanidad es actualmente un tema de gran interés. En este contexto, las células de combustible alimentadas con hidrógeno son consideradas una de las alternativas de energía limpia más prometedoras. Sin embargo, mientras que los intensos esfuerzos de investigación en este campo se han centrado en el desarrollo de formas de aprovechar la energía del hidrógeno para producir combustible, la célula de combustible de hidrógeno ha pasado desapercibida. Hasta ahora.

Así, los expertos han puesto su atención en las fumarolas hidrotermales, que se forman en centros de expansión oceánicos donde las placas tectónicas se alejan creando nueva corteza debido al magma que surge desde las profundidades de la Tierra. Cuando el agua de mar interactúa con la roca caliente y el magma, se sobrecalienta, disolviendo minerales de la corteza terrestre. Estos fluidos calientes contienen compuestos inorgánicos como sulfuro de hidrógeno, amonio, metano, hierro e hidrógeno.

Los organismos que viven en los respiraderos hidrotermales oxidan estos compuestos inorgánicos para obtener energía necesaria para crear materia orgánica a partir de dióxido de carbono. A diferencia de lo que ocurre en la superficie, donde la luz solar proporciona energía para la fotosíntesis, en las oscuras profundidades del mar los productos químicos inorgánicos proporcionan energía para la vida mediante un proceso llamado quimiosíntesis.

Cuando las fuentes hidrotermales fueron descubiertas hace más de 30 años, los investigadores se sorprendieron al descubrir que están habitadas por comunidades exuberantes de animales como gusanos, moluscos y crustáceos, la mayoría de los cuales eran completamente desconocidos para la ciencia hasta entonces. Los primeros científicos en investigar a estos animales se dieron cuenta rápidamente de que la clave de su supervivencia reside en su asociación simbiótica con los microbios quimiosintéticos, plantas de energía que viven junto a los animales de los respiraderos hidrotérmicos.

Hasta ahora, sólo se conocían dos fuentes de energía capaces de producir quimiosíntesis mediante las bacterias simbióticas de las fumarolas hidrotermales: el sulfuro de hidrógeno y el metano. "Ahora hemos descubierto una tercera fuente de energía", ha señalado la directora de la investigación, Nicole Dubilier.

El estudio se inició en las chimeneas hidrotermales de Logatchev, a 3000 metros de profundidad en la dorsal atlántica, una cordillera submarina a medio camino entre el Caribe y las islas de Cabo Verde. Las mayores concentraciones de hidrógeno jamás medidas en las chimeneas hidrotermales fueron registradas durante una serie de expediciones de investigación a Logatchev.

Dubilier ha apuntado que "los cálculos muestran que en estos respiraderos hidrotermales la oxidación de hidrógeno podría proporcionar 7 veces más energía que la oxidación del metano y hasta 18 veces más que la oxidación de sulfuros".

En las branquias del mejillón de aguas profundas Bathymodiolus puteoserpentis, uno de los animales más abundantes en Logatchev, los investigadores descubrieron que una simbiosis que oxidaba azufre también era capaz de utilizar el hidrógeno como fuente de energía. Para localizar a estas células de combustible con motor de hidrógeno en los mejillones, los investigadores desplegaron dos sumergibles de aguas profundas, el MARUM-QUEST del MARUM en la Universidad de Bremen y el KIEL 6000 del IFM-GEOMAR en Kiel.

Con la ayuda de estos sumergibles impulsados a control remoto, tomaron muestras de mejillones de lugares que se adentran kilómetros desde la superficie del mar. Sus experimentos realizados en los buques con muestras vivas mostraron que los mejillones consumen hidrógeno. Una vez que las muestras llegaban al laboratorio en tierra, identificaron mediante técnicas moleculares la hidrogenasa simbiótica del mejillón, la enzima clave para la oxidación del hidrógeno.

Los bancos de mejillones en Logatchev ocupan una extensión de cientos de metros cuadrados y contienen un número estimado de medio millón de ejemplares. "Nuestros experimentos muestran que esta población de mejillones podría consumir hasta 5000 litros de hidrógeno por hora", afirma el doctor Frank Zielinski, que ha colaborado en la investigación.

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