Ensenada, Baja California, México, 7 de agosto de 2019. Un grupo de investigación liderado por Laura Gómez Consarnau, del CICESE, acaba de demostrar que un tipo de bacterias marinas que contienen rodopsinas, unos pigmentos cuantificados en este estudio, procesan la energía solar con más eficiencia que la clorofila. Esto ocurre principalmente en mares con poca productividad y bajos en nutrientes, donde se ha visto que no es el fitoplancton (las microalgas) el principal grupo encargado de transformar la luz solar en energía biológica, como siempre se había pensado.

Además, las bacterias con estos pigmentos, a diferencia de la clorofila que usan las microalgas, no capturan bióxido de carbono (CO2) de la atmósfera, sino que lo producen. Hasta 80 por ciento de las bacterias marinas lleva a cabo este metabolismo, por lo cual no solamente usan materia orgánica, sino luz solar como fuente de energía. Este estudio sugiere que dichas bacterias podrían jugar un papel importante en el ciclo del CO2 y en cómo se regulará a futuro el clima de nuestro planeta.

El artículo titulado “Microbial rhodopsins are major contributors to the solar energy captured in the sea” se publica esta semana en la revista Science Advances. Es producto de un trabajo multidisciplinario en el que participaron investigadores de Estados Unidos, Reino Unido, Australia, China, España y México, liderados por la doctora Gómez Consarnau, investigadora en el Departamento de Oceanografía Biológica del CICESE.

En un esquema tradicional, el fitoplancton es responsable de la mitad de la fotosíntesis que ocurre en el planeta. Es un proceso muy importante en oceanografía porque capta CO2 de la atmósfera, produce oxígeno y crea materia orgánica, que es la base de la cadena alimenticia marina. De ésta, la mitad es consumida como partículas por organismos más grandes y sube a la cadena trófica. La otra mitad queda disuelta en el agua y es degradada por bacterias, en un proceso similar a nuestra respiración pues produce CO2 y consume oxígeno. Por ello en el mar este balance entre la fotosíntesis y las actividades bacterianas es muy importante y se ha estudiado desde hace muchos años.

Sin embargo, la clorofila no es el único pigmento capaz de convertir la luz solar en fuente de energía bioquímica. La bacterioclorofila y las rodopsinas también son pigmentos convertidores de energía, y ambos están presentes en bacterias. Esto se descubrió hace apenas 20 años, pero por falta de una metodología adecuada se desconocía con cuánto contribuían a la captura de energía en las zonas fóticas marinas. Hasta este estudio.

Antes solamente se conocía la parte de genómica, explicó la doctora Laura Gómez Consarnau. “A los largo de los últimos años, muchos investigadores han ido al mar a colectar muestras, han secuenciado los genomas de las bacterias y han encontrado que muchos de sus genes son rodopsinas. Por tanto, se daba por entendido que éste tenía que ser un proceso muy importante porque la mayoría de las bacterias tenía los genes para producir el pigmento. Se sabía que estaban los genes, pero no se sabía si se terminaba produciendo el pigmento y en qué condiciones se regulaba esa producción”.

Por ello estos investigadores desarrollaron un método propio que les permitió cuantificar el producto final, el pigmento, y estimar cuánta energía captura.

Diseñaron además un crucero oceanográfico en el Mediterráneo y, a bordo del R/V “Sarmiento de Gamboa”, tomaron muestras a lo largo de un transecto con características muy diferentes: al este el agua es muy oligotrófica; es decir, tiene muy pocos nutrientes, hay muy poca clorofila (producción primaria) y casi no hay biomasa. Al oeste el agua es más costera, con aporte de nutrientes a partir de los ríos; hay más fotosíntesis y también hay más bacterias. La tercer zona, cerca del Atlántico, resulta muy similar a lo que se encuentra en mar abierto.

“Las concentraciones más altas de rodopsina se observaron en aguas más superficiales que el máximo de clorofila profunda, y su distribución geográfica se relacionó inversamente con la de clorofila-a”, concluye el estudio.

Aunque encontraron que las concentraciones de rodopsina son menores que las de clorofila, aquellas capturan aproximadamente la misma cantidad de luz solar porque son pigmentos mucho más eficientes. ¿Qué tanto? Hasta 300 veces más: una sola molécula de rodopsina realiza la fotosíntesis funcional equivalente a la de 300 moléculas de clorofila.

Por ello, en términos generales se puede decir que en el mar hay menos rodopsinas que clorofila; que capturan mucha más energía (hasta el doble), y que los máximos se encuentran en aguas oligotróficas (con poca productividad y bajos en nutrientes).

Los resultados marcan un punto de inflexión porque rompe con el paradigma tradicional de que casi toda la luz del sol en los ecosistemas marinos es capturada por cianobacterias, microalgas y algas gracias a la clorofila. También revelan que la luz solar es una fuente de energía esencial para la supervivencia de comunidades bacterianas en aguas muy pobres en materia orgánica.

Laura Gómez Consarnau hizo una analogía para explicar el metabolismo híbrido de estas bacterias: “Imagínate que una bacteria está en el mar y que es como un coche híbrido, con un panel solar en el techo. El panel solar le proporciona menos energía que la gasolina (la materia orgánica, en este caso), pero el mar es un medio muy oligotrófico, donde no hay mucha materia orgánica, por lo que muy frecuentemente no van a encontrar gasolineras. Ese panel solar le va a permitir seguir moviéndose, aunque sea más despacio, hasta que llegue a otra gasolinera donde podrá repostar y mantenerse viva. Si no fuera por el panel solar a lo mejor moriría antes de encontrar más materia orgánica. Es como un mecanismos de supervivencia; quizá le da menos energía que la materia orgánica pero es crucial para sobrevivir y mantener sus procesos biológicos”.

Si bien este estudio se realizó en el Mediterráneo, dijo que ya empezó uno similar en esta región del Pacífico, en una zona de surgencias localizada frente a la ciudad de Los Ángeles, California. Dada la relevancia de esta nueva línea de investigación, ahora está intentando implementarla en el CICESE. El objetivo de los siguientes estudios será el de comprender la dinámica de clorofila y rodopsina durante las diferentes estaciones del año, que también son muy contrastadas. Como grupo, tratará de reforzarla con estudiantes de posgrado y con la adquisición de infraestructura analítica que le permita hacer este tipo de análisis de manera independiente.