Definición y Ejemplos de Quimiosíntesis

La quimiosíntesis es la conversión de compuestos de carbono y otras moléculas en compuestos orgánicos. En esta reacción bioquímica, el metano o un compuesto inorgánico, tal como sulfuro de hidrógeno o gas hidrógeno, se oxida para actuar como fuente de energía. Por el contrario, la fuente de energía para la fotosíntesis (el conjunto de reacciones a través de las cuales el dióxido de carbono y el agua se convierten en glucosa y oxígeno) utiliza la energía de la luz solar para impulsar el proceso.

La idea de que los microorganismos podrían vivir de compuestos inorgánicos fue propuesta por Sergei Nikolaevich Vinogradnsii (Winogradsky) en 1890, basándose en investigaciones realizadas sobre bacterias que parecían vivir de nitrógeno, hierro o azufre. La hipótesis fue validada en 1977 cuando el sumergible de aguas profundas Alvin observó gusanos tubulares y otra vida que rodeaba los respiraderos hidrotermales en la Grieta de Galápagos. La estudiante de Harvard Colleen Cavanaugh propuso y luego confirmó que los gusanos tubulares sobrevivieron debido a su relación con las bacterias quimiosintéticas. El descubrimiento oficial de la quimiosíntesis se atribuye a Cavanaugh.

Los organismos que obtienen energía por oxidación de donantes de electrones se denominan quimiótrofos. Si las moléculas son orgánicas, los organismos se denominan quimioorganótrofos. Si las moléculas son inorgánicas, los organismos son términos quimiolitótrofos. En contraste, los organismos que usan energía solar se llaman fotótrofos.

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Quimioautótrofos y Quimioheterótrofos

Los quimioautótrofos obtienen su energía de reacciones químicas y sintetizan compuestos orgánicos a partir de dióxido de carbono. La fuente de energía para la quimiosíntesis puede ser azufre elemental, sulfuro de hidrógeno, hidrógeno molecular, amoníaco, manganeso o hierro. Ejemplos de quimioautótrofos incluyen bacterias y arqueas metanogénicas que viven en respiraderos de aguas profundas. La palabra" quimiosíntesis " fue acuñada originalmente por Wilhelm Pfeffer en 1897 para describir la producción de energía por oxidación de moléculas inorgánicas por autótrofos (quimiolitoautotrofia). Bajo la definición moderna, la quimiosíntesis también describe la producción de energía a través de la quimioorganoautotrofia.

Los quimioheterótrofos no pueden fijar carbono para formar compuestos orgánicos. En su lugar, pueden usar fuentes de energía inorgánicas, como azufre (quimiolitoheterótrofos) o fuentes de energía orgánicas, como proteínas, carbohidratos y lípidos (quimioorganoheterótrofos).

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¿Dónde Ocurre La Quimiosíntesis?

La quimiosíntesis se ha detectado en respiraderos hidrotermales, cuevas aisladas, clatratos de metano, cataratas de ballenas y filtraciones frías. Se ha planteado la hipótesis de que el proceso puede permitir la vida debajo de la superficie de Marte y la luna Europa de Júpiter. así como en otros lugares del sistema solar. La quimiosíntesis puede ocurrir en presencia de oxígeno, pero no es necesaria.

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Ejemplo de Quimiosíntesis

Además de las bacterias y las arqueas, algunos organismos más grandes dependen de la quimiosíntesis. Un buen ejemplo es el gusano tubular gigante que se encuentra en gran número alrededor de respiraderos hidrotermales profundos. Cada gusano alberga bacterias quimiosintéticas en un órgano llamado trofosoma. Las bacterias oxidan el azufre del ambiente del gusano para producir el alimento que el animal necesita. Usando sulfuro de hidrógeno como fuente de energía, la reacción para la quimiosíntesis es:

12 Horas₂S + 6 CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6 Horas₂O + 12 S

Esto es muy parecido a la reacción para producir carbohidratos a través de la fotosíntesis, excepto que la fotosíntesis libera oxígeno gaseoso, mientras que la quimiosíntesis produce azufre sólido. Los gránulos de azufre amarillos son visibles en el citoplasma de las bacterias que realizan la reacción.

Otro ejemplo de quimiosíntesis se descubrió en 2013 cuando se encontraron bacterias que vivían en basalto debajo del sedimento del fondo del océano. Estas bacterias no se asociaron con un respiradero hidrotermal. Se ha sugerido que las bacterias usan hidrógeno de la reducción de minerales en el agua de mar que baña la roca. Las bacterias podrían hacer reaccionar hidrógeno y dióxido de carbono para producir metano.

Quimiosíntesis en Nanotecnología Molecular

Aunque el término "quimiosíntesis" se aplica con mayor frecuencia a sistemas biológicos, se puede usar de manera más general para describir cualquier forma de síntesis química provocada por el movimiento térmico aleatorio de reactivos. Por el contrario, la manipulación mecánica de moléculas para controlar su reacción se denomina "mecanosíntesis". Tanto la quimiosíntesis como la mecanosíntesis tienen el potencial de construir compuestos complejos, incluidas nuevas moléculas y moléculas orgánicas.

Recursos y Lecturas Adicionales

• Campbell, Neil A., et al. Biología. 8ª ed., Pearson, 2008.
• Kelly, Donovan P. y Ann P. Wood. "Los Procariotas quimiolitotróficos.” Los Procariotas, editado por Martin Dworkin, et al., 2006, pp. 441-456.
• Schlegel, H. G. " Mecanismos de Quimioautotrofia.” Ecología Marina: un Tratado Integral e Integrado sobre la Vida en los Océanos y las Aguas Costeras, editado por Otto Kinne, Wiley, 1975, pp. 9-60.
• Somero, Gn. "Explotación Simbiótica de Sulfuro de Hidrógeno.” Fisiología, vol. 2, no. 1, 1987, pp. 3-6.