La quimiosíntesis es un proceso que utilizan ciertos organismos para obtener energía para la producción de alimentos, similar a la fotosíntesis, pero sin el uso de la luz solar. La energía proviene de la oxidación de sustancias químicas inorgánicas que los organismos encuentran en su entorno. El proceso ocurre en muchas bacterias y en otro grupo de organismos conocidos como arqueas. Las formas de vida que utilizan este método para obtener energía se encuentran en una variedad de entornos, incluido el suelo, los intestinos de los mamíferos, los depósitos de petróleo y en condiciones extremas, como alrededor de los respiraderos hidrotermales en el fondo del océano. Están adaptados a circunstancias que pueden haber sido comunes hace miles de millones de años, lo que lleva a algunos científicos a teorizar que pueden ser descendientes directos de la vida más antigua de la Tierra.
Métodos
Los organismos que elaboran su propio alimento a partir de sustancias químicas inorgánicas, en lugar de utilizar materiales orgánicos ya existentes, se conocen como autótrofos. Los alimentos consisten en carbohidratos, como glucosa, pero estos requieren energía para fabricarse. Donde la luz solar está disponible, los autótrofos generalmente la usarán para realizar la fotosíntesis, pero en lugares donde no llega la luz, han evolucionado diferentes tipos que usan energía química en su lugar. Las formas de vida que hacen esto se conocen como quimioutótrofos. Han surgido varios métodos diferentes, determinados por las condiciones y los productos químicos disponibles.
La quimiosíntesis utiliza reacciones de oxidación-reducción, también conocidas como reacciones redox, para suministrar la energía necesaria para fabricar carbohidratos a partir de dióxido de carbono y agua. Este tipo de reacción implica la pérdida de electrones de una sustancia y la adición de electrones a otra. Se dice que la sustancia que recibe los electrones, generalmente oxígeno, se ha reducido, mientras que la que los suministra se ha oxidado. La reducción requiere energía, pero la oxidación la libera. Las dos reacciones siempre ocurren juntas, pero las que se usan en la quimiosíntesis dan como resultado una liberación general de energía.
Al igual que con la fotosíntesis, las reacciones reales son muy complejas e implican una serie de pasos, pero se pueden resumir en términos de las materias primas y los productos finales, uno de los cuales será el alimento en forma de algún tipo de carbohidrato. Cuando hay sulfuros disponibles, pueden oxidarse y producir azufre o sulfatos. El hierro también se puede oxidar, de una forma conocida como hierro II a hierro III, que tiene un electrón menos. El metano, que está presente en algunos lugares como gas natural, puede ser una fuente tanto de energía como de carbono para algunos microorganismos, y también es un subproducto de la quimiosíntesis de algunos otros organismos. La oxidación del amoniaco a nitritos y nitratos es otro método que proporciona energía a algunas formas de vida.
Muchos de los organismos que utilizan la quimiosíntesis para fabricar alimentos viven en ambientes con temperaturas, presiones, salinidad u otras condiciones extremas que son hostiles a la mayoría de la vida. Estos se conocen como extremófilos. Tienen diversas adaptaciones que les permiten sobrevivir, como enzimas inusuales que no se desactivan con las altas temperaturas.
Entornos
Los respiraderos hidrotermales se encuentran entre los entornos más notables del planeta. Consisten en corrientes de agua caliente rica en sustancias químicas que brotan del fondo del océano en áreas geológicamente activas, como las dorsales oceánicas. Aunque aparentemente hostiles a la vida, sin luz, temperaturas cercanas a los 212 ° F (100 ° C) y llenos de sustancias químicas que son tóxicas para la mayoría de las formas de vida, tienen ecosistemas prósperos y diversos apoyados por microorganismos quimiosintéticos. Estos microbios consisten en bacterias y también arqueas, un grupo muy antiguo de organismos que son superficialmente similares, pero química y genéticamente muy diferentes.
El agua caliente producida por los respiraderos hidrotermales es muy rica en sulfuros, que los microbios utilizan para la quimiosíntesis, a veces liberando metano como subproducto. Los microorganismos que producen este gas se conocen como metanógenos. Otros microbios quimiosintéticos de este entorno obtienen energía mediante la oxidación del metano, convirtiendo el sulfato en sulfuro en el proceso. La oxidación del metano también tiene lugar en áreas donde el petróleo, una mezcla de hidrocarburos que incluye metano, se filtra hacia el fondo del mar.
Las ecologías que rodean los respiraderos de aguas profundas son mucho más ricas que las que están más lejos de tales fuentes químicas, que deben sobrevivir únicamente de materia orgánica muerta que desciende lentamente de las aguas de arriba. Las formas de vida quimiosintéticas no solo proporcionan la base para que las comunidades más grandes de organismos que consumen los microbios sobrevivan, sino que también forman importantes relaciones simbióticas con otros organismos. Un ejemplo interesante es el gusano tubular, que comienza su vida con la boca y el intestino, que utiliza para absorber una gran cantidad de bacterias quimiosintéticas. En una etapa posterior, pierde la boca y continúa sobreviviendo al consumir los alimentos producidos por sus bacterias internas.
Se han encontrado microorganismos extremófilos quimiosintéticos en aguas termales, donde sobreviven por oxidación de azufre o amoniaco, y en rocas muy por debajo de la superficie, donde obtienen energía oxidando el hierro. La quimiosíntesis también se lleva a cabo en lugares más familiares. Por ejemplo, en el suelo, las bacterias nitrificantes convierten el amoníaco en nitritos y nitratos, mientras que las arqueas generadoras de metano se pueden encontrar en pantanos y pantanos, en las aguas residuales y en los intestinos de los mamíferos.
Importancia y posibles usos
Las bacterias nitrificantes del suelo proporcionan nitrógeno utilizable para las plantas y son una parte crucial del ciclo del nitrógeno; sin ellas, las plantas y los animales no podrían existir. Es muy posible que las primeras formas de vida utilizaran la quimiosíntesis para crear compuestos orgánicos a partir de los inorgánicos, por lo que estos procesos pueden ser responsables del establecimiento de la vida en la Tierra. Los científicos han sugerido una serie de formas en las que los quimioutótrofos podrían utilizarse bien. Por ejemplo, podrían usarse para generar metano como combustible. Dado que muchos de estos organismos viven de sustancias químicas que son tóxicas para los humanos y liberan subproductos inofensivos, también podrían usarse para desintoxicar ciertos tipos de desechos venenosos.
Quimiosíntesis y otros planetas
La capacidad de algunos organismos quimiosintéticos para prosperar en condiciones extremas ha llevado a algunos científicos a sugerir que tales formas de vida podrían existir en otros planetas, en entornos que no serían adecuados para tipos de vida más familiares. Los experimentos sugieren que algunos organismos quimiosintéticos podrían sobrevivir y crecer debajo de la superficie de Marte, y se ha especulado que los rastros de metano encontrados en la atmósfera marciana podrían ser el resultado de la actividad de microorganismos metanogénicos. Otra posible ubicación para la vida extraterrestre es la luna cubierta de hielo de Júpiter, Europa, donde se cree que existe agua líquida debajo de la superficie.