Aunque los humanos, junto con otros organismos vertebrados e invertebrados, no hacen la fotosíntesis, definitivamente somos los beneficiarios río abajo de las formas de vida que lo hacen. Los organismos fototróficos en la parte inferior de la cadena alimenticia convierten la abundante luz solar en la energía que, en última instancia, impulsa a todas las demás formas de vida.
Los dos sistemas metabólicos para recolectar energía luminosa son fundamentalmente diferentes. La más familiar es la fotosíntesis basada en la clorofila mediante la cual la vida vegetal utiliza la luz para impulsar la conversión de dióxido de carbono y agua en azúcares y almidones, el otro sistema consta de rodopsinas que bombean protones.
Las rodopsinas microbianas, proteínas de unión a la retina, proporcionan transporte de iones impulsado por la luz (y, de paso, funciones sensoriales). Es una familia que incluye bombas de protones impulsadas por luz, bombas de iones, canales de iones y sensores de luz. Las rodopsinas microbianas se encuentran en arqueas, bacterias y eucariotas y están muy extendidas en los océanos y lagos de agua dulce.
En términos generales, las especies tienden a elegir uno u otro sistema metabólico, la dicotomía PC/Mac de los organismos fototróficos. Sin embargo, un equipo multiinstitucional de biólogos moleculares ahora informa haber encontrado una bacteria de lago alpino que utiliza complejos fotosintéticos basados en bacterioclorofila y rodopsinas de bombeo de protones. Su estudio se publica en PNAS.
Sobre la base de mediciones de fotólisis flash, los autores informan que ambos sistemas son fotoquímicamente activos en Sphingomonas glacialis AAP5, que se encuentra en el lago alpino Gossenköllesee, ubicado en los Alpes tiroleses. Específicamente, en condiciones de poca luz entre 4 y 22°C, la bacteria expresa bacterioclorofila, y en condiciones de luz a temperaturas por debajo de los 16°C, expresa xantorrodopsina, una bomba de protones.
S. glacialis utiliza la luz recolectada para sintetizar ATP y estimular el crecimiento. Los autores escriben: “Esto indica que el uso de dos sistemas para la recolección de luz puede representar una adaptación evolutiva a las condiciones ambientales específicas que se encuentran en los lagos alpinos y otros ecosistemas análogos”, es decir, una respuesta a los grandes cambios estacionales de temperatura y luz.
Como señalan los autores, los sistemas basados en bacterioclorofila son grandes, complejos e impulsados por pigmentos, y requieren una maquinaria molecular compleja para su síntesis, ensamblaje y regulación. Pero una vez ensamblados, comprenden un sistema de “configúrelo y olvídese” que funciona incluso en condiciones de poca luz. Las rodopsinas, por otro lado, son mucho más simples y menos costosas de expresar; su desventaja es que solo se ensamblan y funcionan en presencia de niveles de irradiación más altos. Cargados con todo el hardware genético tanto para la clorofototrofia como para la fototrofia retinal, estos pequeños fotoheterótrofos tienen una necesidad reducida de respiración aeróbica y, por lo tanto, pueden usar el carbono disponible para crecer, un bien escaso en el entorno del lago alpino al que llaman hogar.
Preguntándose acerca de la existencia de organismos de “cinturón y tirantes” adaptables de manera similar en otros entornos con grandes cambios de temperatura estacionales y fluctuaciones en la disponibilidad de luz, los investigadores examinaron 215.874 genomas bacterianos, identificando ambos conjuntos de genes en 55 bacterias; casi la mitad se originó en ambientes alpinos. Señalan que una especie se identificó recientemente en los manantiales de Yellowstone, un entorno fisicoquímico muy diferente, pero otro en el que los extremos ambientales tienen un delta alto.
Los sistemas de bacterioclorofila se transfieren principalmente verticalmente. Sin embargo, los genes de la rodopsina se adquieren de forma económica y normalmente de forma horizontal. Por lo tanto, escriben los autores, “este proceso puede haber ocurrido repetidamente durante la evolución. Sin embargo, el hecho de que estas especies retengan y expresen el gen de la rodopsina obtenido dependerá de que los nuevos genes proporcionen una ventaja competitiva en un entorno particular. Por lo tanto, la fototrofia dual también puede ser beneficioso en otros entornos con condiciones fisicoquímicas altamente dinámicas con extremos que favorecen a un sistema sobre el otro”.
Fuente: Phys.org.
