La disponibilidad de alimentos y energía causa cambios físicos en los microorganismos amantes del ácido que se utilizan para estudiar la historia climática de la Tierra, según una investigación del Dartmouth College.
El hallazgo de que otros factores además de la temperatura pueden influir en las membranas de las arqueas unicelulares se suma a la complejidad de los estudios paleoclimáticos que tradicionalmente han utilizado los restos fosilizados del microbio para reconstruir las condiciones climáticas pasadas.
Las arqueas son uno de los tres dominios principales de la vida junto con las bacterias y la eukarya, el dominio que incluye animales y plantas.
El resultado de la investigación, publicado en Microbiología ambiental , puede ayudar a resolver desacuerdos en la investigación paleoclimática y puede apoyar una comprensión más detallada de los sistemas climáticos del planeta.
"Los biomarcadores, como las moléculas de grasa que forman las membranas celulares en nuestros propios cuerpos, pueden ser potentes registradores del medio ambiente que pueden durar miles de millones de años", dijo William Leavitt, profesor asistente de ciencias de la tierra en Dartmouth ".La motivación de esta investigación fue explicar mejor cómo las arqueas responden a los principales tipos de estrés en su entorno, y cómo registran ese estrés en las moléculas de grasa que duran más de tiempo geológico ".
Las membranas celulares están construidas a partir de lípidos que protegen a las células de los cambios en su entorno, como la temperatura, la acidez y la disponibilidad de alimentos. Las fluctuaciones en esas condiciones externas pueden hacer que los organismos cambien la estructura de sus membranas para ayudar en la supervivencia.
Las arqueas comunes que habitan en el océano responden a los cambios de temperatura cambiando la "eficiencia de empaque" de sus membranas lipídicas. La proximidad de este empaque de lado a lado entre los lípidos individuales se puede ajustar ajustando el número de anillos moleculares en ellípidos: contar el número de anillos en estos lípidos conservados permite a los investigadores utilizar depósitos antiguos de los microorganismos para determinar las temperaturas oceánicas pasadas.
Si bien la mayoría de las investigaciones sobre las membranas arqueadas se han centrado en especies que viven en lagos y océanos, los investigadores de Dartmouth estudiaron termoacidophiles, parientes amantes del ácido y el calor que originalmente evolucionaron en aguas termales y prosperan en algunos de los ambientes más extremos de la Tierra.estudiando cómo reaccionó el microbio a los cambios de temperatura, el equipo de investigación se centró en los efectos de la disponibilidad variable de alimentos y energía.
"La idea de que el acceso a los alimentos estimula los cambios de membrana se ha propuesto recientemente en las arqueas de baja temperatura que viven en el océano. Esta es la primera demostración de que este efecto también se produce en microbios amantes de los ácidos y de alta temperatura", dijoLeavitt, quien se desempeñó como investigador principal en el estudio.
El laboratorio de Dartmouth usó un termoacidophile llamado Sulfolobus acidocaldarius para los experimentos debido a su estrecha relación evolutiva con las arqueas que habitan en el océano y porque era común en entornos extremos durante gran parte de la historia pasada del planeta, lo que brinda a los investigadores una ventana a las condiciones previas en elplaneta. La rápida tasa de crecimiento del microbio también lo hace útil en la experimentación de laboratorio.
Los investigadores colocaron el organismo en un biorreactor con una temperatura constante de 80 grados Celsius y un nivel de pH cercano al del ácido de la batería. Al controlar la cantidad de azúcar disponible para el microbio, el equipo demostró que los niveles de alimentos están directamente relacionadosa la cantidad de anillos en la membrana.
"Este enfoque basado en el biorreactor fue único porque nos permitió aislar completamente el efecto de limitar el azúcar a estos microbios", dijo Alice Zhou, quien se desempeñó como primera autora del estudio mientras era estudiante de posgrado en Dartmouth. "Estoes diferente de la gran mayoría de los experimentos de microbiología que se realizan en cultivos por lotes de sistemas cerrados, donde múltiples variables como la química de la solución y el tamaño de la población cambian con el tiempo y confunden los resultados ".
La investigación tiene como objetivo ayudar a los geólogos y climatólogos en sus esfuerzos por afinar los registros de las temperaturas pasadas de la superficie del mar a medida que juntan retratos del clima pasado de la Tierra.
"Es fundamental que seamos lo más cuidadosos posible cuando interpretamos el registro geológico. Es bastante raro que haya un solo factor en juego. Necesitamos comprender todos los parámetros antes de hacer proyecciones generales", dijo Leavitt.
Según el equipo de investigación, el proxy existente que se basa en los datos de las membranas arqueadas para determinar las temperaturas pasadas, conocido como TEX86, es preciso en la mayoría de los entornos de la superficie del mar. Sin embargo, hay anomalías notables en lugares como las regiones polaresdonde las temperaturas predichas por TEX86 pueden estar en desacuerdo con las mediciones reales.
Debido a que existen condiciones bajo las cuales el proxy TEX86 actual puede conducir a resultados no concluyentes, se espera que la investigación pueda ayudar a refinar los registros climáticos donde existan desacuerdos.
Según la investigación, la limitación de energía es un fenómeno común que hace que estos microbios alteren los tipos y las estructuras de los lípidos producidos. Esta investigación sugiere que la respuesta de los lípidos a la limitación de energía puede ser universal en las arqueas y, por lo tanto, siempre debe considerarseal evaluar qué lípidos recuperados de sedimentos antiguos podrían estar informando a la comunidad investigadora.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Dartmouth College . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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