La Quimiosíntesis

Trabajo realizado por: Lucía Centeno Méndez, Fátima Ramón Vázquez y Nerea Morales Vázquez.

La quimiosíntesis es un proceso biológico por el cual ciertos organismos producen materia orgánica (alimento) usando la energía liberada por reacciones químicas entre compuestos inorgánicos, en vez de usar energía del sol. La quimiosíntesis ocurre principalmente en microorganismos como bacterias y arqueas que viven en ambientes donde no llega la luz solar (por ejemplo, el fondo del mar).

La diferencia principal es la fuente de energía utilizada:

• Fotosíntesis: usa luz solar como energía para producir alimento.

• Quimiosíntesis: usa energía química de reacciones con compuestos inorgánicos, y no necesita luz solar.

Imagen: Ecología verde, Quimiosíntesis: qué es, fases, organismos y diferencia con la fotosíntesis

Los organismos quimiosintéticos obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos como sulfuro de hidrógeno (H₂S), amonio (NH₃) o hierro (Fe²⁺), en lugar de usar la energía del sol. La quimiosíntesis no necesita luz solar porque usa la energía liberada en reacciones químicas entre sustancias inorgánicas para producir alimento, en lugar de usar la energía de la luz. Esto permite que ocurra incluso en zonas sin luz, como en lo profundo del océano.

Hay algunos compuestos inorgánicos, como los ejemplos de a continuación, que se usan frecuentemente en la quimiosíntesis como el Hidrógeno molecular: Bacterias hidrogenosas lo oxidan para obtener energía.

- Compuestos de azufre: Incluyen el sulfuro de hidrógeno, azufre elemental y tiosulfato que son oxidados por bacterias del azufre
- Compuestos nitrogenados: Amoníaco y nitritos son oxidados por bacterias nitrificantes.
- Compuestos ferrosos: Iones de hierro ferroso que se oxidan a férrico por bacterias ferrosas.
- Dióxido de carbono: Funciona como la fuente de carbono para construir compuestos orgánicos, similar a la fotosíntesis

Imagen: Proyecto biosfera

Las bacterias quimiosintéticas desempeñan un papel fundamental en los ecosistemas. Utilizan energía química para sintetizar materia orgánica, formando la base de la red trófica y cerrando los ciclos biogeoquímicos. Las funciones son:

- Producción de materia orgánica: A diferencia de la fotosíntesis, que usa luz solar, la quimiosíntesis utiliza la energía liberada por la oxidación de compuestos inorgánicos para convertir el dióxido de carbono y el agua en alimento.

- Sustento de ecosistemas únicos: En las fuentes hidrotermales y filtraciones frías de las profundidades marinas, donde no llega la luz solar, estas bacterias forman la base de densos oasis de vida. Sustentan comunidades enteras de organismos marinos.

- Cierre de ciclos biogeoquímicos: Las bacterias quimiosintéticas son necesarias para reciclar nutrientes en el planeta. Transforman compuestos inorgánicos procedentes de la descomposición de organismos muertos en formas que pueden ser absorbidas y utilizadas por otros productores, como las plantas.

- Ciclo del nitrógeno: Bacterias oxidan el amoníaco a nitrito y luego a nitrato, una forma de nitrógeno asimilable por las plantas.

- Ciclo del azufre: Bacterias incoloras del azufre, oxidan el sulfuro de hidrógeno a sulfato, que también es utilizado por otros organismos.

Estos organismos que realizan quimiosíntesis suelen encontrarse en entornos donde la luz solar no penetra y donde hay abundancia de compuestos químicos inorgánicos, como el sulfuro de hidrógeno o el metano, que pueden utilizar como fuente de energía. Algunos lugares donde pueden encontrarse son en filtraciones frías, depósitos de petróleo y Gas Natural y manantiales termales terrestres y cuevas sulfurosas. La quimiosíntesis contribuye a los ciclos biogeoquímicos al actuar como productores primarios, convirtiendo compuestos inorgánicos en materia orgánica, cerrando así ciclos vitales como los del nitrógeno, azufre y carbono, especialmente en ecosistemas sin luz, liberando energía y haciendo que los nutrientes sean accesibles para otros organismos y devolviendo compuestos oxidados a la biosfera. Además es fundamental para los ecosistemas de las profundidades marinas porque es la base de su cadena alimentaria, reemplazando a la fotosíntesis en un entorno donde no llega la luz solar. En estas zonas abisales, la vida no depende de la energía solar, sino de la energía química.

La quimiosíntesis es un proceso mediante el cual algunos microorganismos, como bacterias y arqueas, producen su propio alimento sin necesidad de luz solar. En este proceso, los organismos obtienen energía química al oxidar sustancias inorgánicas como el sulfuro de hidrógeno, el amoníaco o el hierro. La energía liberada se utiliza para fijar dióxido de carbono (CO₂) y transformarlo en materia orgánica, que les sirve para crecer y mantenerse.

A diferencia de la fotosíntesis, la quimiosíntesis no depende de la luz, por lo que ocurre en ambientes extremos o sin iluminación, como las profundidades marinas, fuentes hidrotermales o suelos ricos en minerales. Este proceso es muy importante porque permite la existencia de ecosistemas completos en lugares donde no llega la luz solar y participa en los ciclos biogeoquímicos de elementos como el carbono, el nitrógeno y el azufre.

Según el sustrato, las bacterias pueden ser:

- Bacterias incoloras del azufre: Estas bacterias usan el H2S procedente de la descomposición de la materia orgánica, que abunda en las aguas residuales, fuentes hidrotermales y ambientes ricos en azufre o H2S.

- Bacterias del nitrógeno: Viven en el suelo y en el agua. Oxidan compuestos reducidos de nitrógeno, en concreto el amoniaco (NH3), que transforman en nitratos (NO3-), el cual puede ser utilizado por las plantas. Esta oxidación del amoniaco procedente de la descomposición de la materia orgánica se realiza en dos fases:

- Bacterias nitrosificantes: Oxidan el amoniaco a nitritos.

- Bacterias nitrificantes: Oxidan los nitritos a nitratos.

- Bacterias del hierro: Oxidan compuestos ferrosos a férricos.

- Bacterias del hidrógeno: Quimioautótrofas facultativas, que pueden utilizar el hidrógeno molecular.

Imagen: Los organismos quimiosintéticos de la biología

La quimiosíntesis fue clave para el origen de la vida en la Tierra porque permitió que los primeros seres vivos obtuvieran energía antes de que existiera oxígeno y cuando no había suficiente luz solar en el planeta primitivo. En las primeras etapas de la Tierra, la atmósfera era muy diferente a la actual y abundaban compuestos inorgánicos como el sulfuro de hidrógeno y el amoníaco. Algunos microorganismos pudieron usar la energía liberada por reacciones químicas para producir materia orgánica a partir de CO₂, sin depender del Sol. Gracias a la quimiosíntesis, la vida pudo surgir y mantenerse en ambientes extremos, como fuentes hidrotermales submarinas, sentando las bases para la evolución de otros organismos y, más tarde, para procesos como la fotosíntesis. La quimiosíntesis influye en los ambientes extremos porque permite la existencia de vida en lugares donde no hay luz solar y las condiciones son muy adversas, como altas temperaturas, gran presión o presencia de sustancias tóxicas. En estos ambientes, como las fuentes hidrotermales del fondo oceánico, ciertos microorganismos quimiosintéticos utilizan la energía obtenida de compuestos inorgánicos (por ejemplo, sulfuro de hidrógeno) para producir materia orgánica. Estos microorganismos actúan como productores primarios, es decir, forman la base de la cadena alimentaria.

Gracias a la quimiosíntesis, se desarrollan ecosistemas completos en zonas donde la fotosíntesis no es posible, ya que otros organismos dependen directa o indirectamente de estos microorganismos para alimentarse.

La quimiosíntesis es muy importante en la astrobiología porque demuestra que la vida no necesita luz solar para existir, sino que puede desarrollarse usando energía química. Esto es clave para el estudio de la vida fuera de la Tierra, ya que muchos lugares del Sistema Solar (como Marte, Europa o Encélado) no reciben suficiente luz solar, pero podrían tener agua líquida y compuestos químicos que servirían como fuente de energía para organismos quimiosintéticos. El estudio de los organismos quimiosintéticos en la Tierra, especialmente los que viven en ambientes extremos como fuentes hidrotermales, ayuda a los científicos a imaginar cómo podría existir vida en otros planetas o lunas con condiciones similares.