Archaea metangena

Archaea metangenaLas archaeas metangenas son microorganismos procariontes que viven en medios estrictamente anaerobios y que obtienen energa mediante la produccin de gas natural, el metano (CH4). Gracias a esta caracterstica, este tipo de organismo tiene una gran importancia ecolgica, ya que interviene en la degradacin de la materia orgnica en la naturaleza, y en el ciclo del carbono.

Las metangenas son un grupo filogenticamente heterogneo en dnde el factor comn que las une es la produccin de gas metano y sus cofactores nicos.

Tabla de contenidos

[ocultar] 1 Historia

2 Filogenia y diversidad

3 Metanognesis

4 Ecologa

4.1 Hbitats

4.2 La metanognesis y el ciclo del carbono

4.3 Impacto global

4.4 Biotecnologa

Historia [editar]El padre Carlo Campi not que en lago Maggiore aparecan burbujas provenientes del fondo con extraas propiedades. Inmediatamente avis a su amigo Alessandro Volta, quin tena inters en este tipo de sucesos.

En 1776, Volta escribi sus descubrimientos. Su experimento consista en remover el fondo de la orilla del lago y recolectar las burbujas que se desprendan en una botella de boca muy ancha, posteriormente introduca una vela y apreciaba la formacin de una llama azul, en la boca de la botella. Por tanto el gas obtenido deba ser menos denso que el aire y necesitaba estar en contacto con la atmsfera para entrar en ignicin.

Volta logr, con sus estudios en combustible gaseoso, interesar a otros cientficos en este campo y con ello iniciar la fundacin del estudio de la formacin biolgica del metano. Sin embargo no fue el nico en hacer estas observaciones en los gases producidos en ciertos ros y lagos. Thomas Paine y George Washington llegaron a sus mismos resultados en el ro Creek en el ao de 1783, sin conocer el trabajo de Volta.

El primero en identificar que el metano era formado por un proceso microbiolgico, fue un estudiante de Pasteur, Bchamp en 1868. Estudi previamente la descomposicin del azcar y agreg parte de una muestra que obtuvo de una laguna, posteriormente, cuando estas sustancias fueron agregadas a un medio inorgnico simple y encubado en ausencia de oxgeno, observ que la fermentacin resultante era producida por organismos vivos a los que nombr Microzyma cretae. Los describi superficialmente, pero resalt que estos microorganismos podan realizar una descomposicin a partir de alcohol etlico y carbonato de calcio, produciendo metano, CO2 y ciertos cidos. Esta fue la primera demostracin de la formacin biolgica del metano a partir de simples compuestos de carbono.

Tappeiner (1882) logr probar de modo ms adecuado el origen del metano a partir de microorganismos, identificando en diferentes lugares (como intestinos de animales) a seres anaerobios con caractersticas similares (productores de metano) que slo reacionan en medios sin tratamientos especficos. Posteriormente se identificaran como los metangenos que hoy conocemos.

Los experimentos de Popoff, Tappeiner, y Hoppe-Seyler en la utilizacin de celulosa para los cultivos de los microorganismos recolectados, demostr que es posible la formacin de metano, CO2, hidrgeno y cidos en el interior de los intestinos de animales herbvoros.

En 1936, ao que marco el principio de la era moderna en el estudio de la metanognesis, H.A Barrer, fue el primero en reportar sus experimentos de los metangenos y brind las bases cientficas para el estudio de la fisiologa de la metanognesis. Una importante aportacin de este cientfico fue el desarrollo de un proceso adecuado para crear un medio de cultivo apropiado para el crecimiento de los metangenos.

En la dcada de los cincuenta comenz la era definitiva en el examen de la conversin del grupo metil a metano, en los laboratorios Baker. Diez aos despus se extendi exhaustivamente el estudio de la fisiologa de las clulas de los metangenos y las enzimas que intervienen en la metanognesis. En los setenta el estudio de la metanognesis logr relevantes descubrimiento en las coenzimas y condiciones atmosfricas para la adecuada produccin de metangenos. As como identificacin de las archeabacterias y con ellas la filogenia de los metangenos.

Filogenia y diversidad [editar]De acuerdo al anlisis filogentico del ARN ribosmico 16S, las metangenas estn clasificadas en el grupo de los procariontes, y en el subgrupo de las archaeas. Esto se puede confirmar al ver que las metangenas son microorganismos unicelulares sin ncleo definido y su pared celular no es de peptidoglucano como la de las bacterias, sino de pseudomurena. Ms especficamente, dentro del reino Archaea, existen cuatro filos diferentes: el filo Crenarchaeota, formado por especies marinas y por hipertermfilos, el filo Korarchaeota constituido hasta donde sabemos por termfilos, el filo Nanoarchaeota que comprende un sola especie y el filo Euryarchaeota, donde justamente se encuentran las metangenas y los halfilos extremos.

Actualmente, se conocen cerca de sesenta especies diferentes de metangenas, y a pesar de constituir un grupo filogentico coherente, este grupo no es homogneo. Existen grandes diferencias fisiolgicas y morfolgicas entre ellas. En base a eso se han hecho cuatro subdivisiones, formando los siguientes clases: Methanobacteria, Methanococci, Methanomicrobia y Methanopyri. Estas clases se subdividen en rdenes y familias. De la misma forma, las familias se dividen en gneros, y despus en especies.

Lo interesante, es que en cada familia y hasta en cada gnero, encontramos organismos con morfologa diferente, por ejemplo, dentro de la familia Methanomicrobiaceae, hay metanogenas en forma de cocos, de espiral y de bastn. De la misma forma, dichos microorganismos, se encuentran en diferentes ambientes, y por ende, tienen metabolismos diferentes, al reducir sustratos diferentes para obtener metano.

Metanognesis [editar]La caracterstica que identifica a las metangenas es su metabolismo productor de metano (CH4). La generacin de este hidrocarburo no es realmente el objetivo de dichas archaeas, en realidad la funcin de este proceso metablico es la obtencin de energa en forma de ATP, o de molculas destinadas para la biosntesis. Generalmente esta reaccin se realiza a partir de dixido de carbono (CO2) y de hidrgeno (H2), donde el CO2 es un aceptor de electrones que es reducido gracias a los electrones suministrados por H2. De forma simplificada, la reaccin de este proceso, puede ser escrita de la siguiente manera:

CO2 + 4H2 ---> CH4 + 2H2O

Pero existen otras formas de realizar la metanognesis segn los sustratos que se encuentren en el medio, por ejemplo se puede efectuar a partir de formato (HCOO-), de monxido de carbono (CO), de piruvato (CH3COOCOH), de metanol (CH3OH), de acetato (CH3COO-), entre otros.

Estas diversas reacciones, no suceden espontneamente, por el contrario, la flecha de la reaccin es en realidad, un especie de resumen de mltiples reacciones que tienen lugar dentro de las metangenas. Y para que estas reacciones se realicen, necesitan ciertas coenzimas exclusivas de las metangenas, que se dividen en dos tipos, el primero contiene a los portadores C1 que transportan los carbonos desde el sustrato inicial hasta el metano. En este tipo de portadores encontramos al metanofurano, a la tetrahydrometanopterina, coenzima M (CoM). El otro tipo de coenzimas exclusivas son las coenzimas redox que subministran los electrones necesarios para la reduccin de CO2 a CH4 y que intervienen en las diferentes etapas de la metanognesis las cuales son el Factor 420 (F420), la 7-mercaptoheptanoil-treonina fosfato o coenzima B (CoB), el complejo enzimtico metil-reductasa as como la coenzima F430.

Ecologa [editar]Hbitats [editar]Estos organismos se encuentran ampliamente distribuidos por todo el mundo, en lugares mucho ms cercanos a nosotros de los que imaginamos.

Sedimentos acuosos. En los sedimentos en el fondo de lagos, ros y charcas, donde organismos anaerobios aprovechan los desechos de organismos aerobios. Primero bacterias fermentativas sintetizan enzimas hidrolticas, catalizando la degradacin de polmeros complejos en monmeros. Despus fermentan los productos solubles a H2 y CO2, mediante la transferencia interespecie de H2 (bacterias acetognicas productoras de H2 catalizan la oxidacin de alcoholes y cidos grasos) obteniendo H2, CO2 y cidos grasos que finalmente las metangenas ocupan para producir metano.

Habitats marinos. Se presentan del mismo modo que en los sedimentos acuosos pero con especies halerantes y halofbicas. Otro tipo se encuentra sobre todo en fuentes ricas en sulfato, como las chimeneas marinas. Las metangenas generan metano a partir de aminas metilaldeidas y thioles. Las diferentes reacciones no son hechas por una sola especie, sino la interaccin de varios microorganismos, muchos de ello inestudiados an.

Animales rumiantes. Polmeros (como la celulosa) que se encuentran en el rumen de los rumiantes (vaca, u, obeja, etc) son fermentados por bacterias a cadenas ms cortas, como cidos grasos, H2 y CO2, que las metangenas ocupan, desechando metano. Esto le sirve al animal para tener acetato, propanato y burato como fuente de energa. Los gases, dixido de carbono y metano, son desechados por el animal mediante eructos y en los excrementos.

Termitas. Algunas termitas, como las Xylophagous spp. tienen densas poblaciones de distintos procariontes en su sistema digestivo para poder digerir los polmeros complejos de la madera. Las metangenas no estn directamente en los estmagos de las termitas, sino dentro de alguna bacteria o protozoario que a su vez est dentro de la termita.

Otros animales. Se encuentran en alguna parte del tracto digestivo de muchos herbvoros, como el caballo o nosotros. En el humano los polmeros indigieribles, provenientes de alimentos como el frijol, van al colon, donde son fermentados por otro consorcio de microorganismos, que incluye metangenas. Esto ocurre en alrededor del 30-40% de la poblacin humana, y el metano es expulsado mediante flatulencias.

La metanognesis y el ciclo del carbono [editar]La conversin de CO2 en CH4 por las metangenas hace que el ciclo del carbono, las metangenas y la metanognesis estn ntimamente ligados.

Las metangenas son parte importante del ciclo del carbono, ya que retornan este a la atmsfera desde condiciones anaerbicas, en vez de que se acumule gradualmente en los lechos acuosos y atmsfera. Debido a las relaciones simbiticas que mantienen con organismos tales como el ganado y termitas, otra gran cantidad de metano es liberado.

En el caso del metano producido en fondos marinos o lechos de lagos, la mayora (alrededor del 90%) es consumido por las arqueas metanotrpicas, en una serie de reacciones de oxidacin de 2-electrones. Dichas archeas se encuentran por lo general en el lmite entre medios anaerobios y aerobios y son organismos quimiohetertrofos. Oxidan el CH4 y producen CO2, pero no generan H2 por lo cual no se trata del proceso inverso de la metanognesis.

En algunos hbitats, no todo el metano es consumido y alcanza la atmsfera. Esto se da principalmente en sedimentos pantanosos y en sembrados de arrz. El metano puede difundirse fuera de los sedimentos y alcanzar la atmsfera antes de oxidarse, ser transportado directamente en burbujas o salir del sistema anaerbico a travs del sistema vascular de las plantas.

El metano producido por metangenas en el interior de los sistemas digestivos de algunos mamferos, como los rumiantes y los seres humanos, se libera directamente a la atmsfera en forma de gases intestinales expulsados mediante eructos u evacuaciones. Un proceso de simbiosis similar se da en las termitas, sin embargo no se sabe con certeza cuanto metano liberan, ya que solo digieren por este medio una fraccin del carbono, por lo cual, los valores estimados para su produccin de metano no son del todo certeros.

El metano atmosfrico eventualmente alcanza la estratosfera, donde reacciona con radicales libres, comnmente hidroxiles, formando CH3, mismo que puede participar en reacciones que lleven a la formacin de ozono o por el contrario a su destruccin. Su interaccin con el radical cloro que provoca el agotamiento del ozono. La oxidacin del metano en la estratosfera puede ser tambin una fuente importante de agua que forma nubes de hielo a una altura de 85 km.

Impacto global [editar]El metano es un gas invernadero importante. Aunque su concentracin atmosfrica actual, 1,7 ppm (por volumen) es considerablemente menor que el ndice de dixido de carbono, cada molcula de metano se considera treinta veces ms efectiva, debido a su mayor absorcin infrarroja, como gas invernadero que el dixido de carbono. Lo que lo hace el segundo gas invernadero ms importante, contribuyendo con un calentamiento del 25% de lo que el dixido de carbono hace.

El metano atmosfrico a lo largo de los aos puede medirse mediante burbujas de hielo en los polos a diferentes profundidades. A partir de esto se ha determinado su incremente en 1% por ao. Del mismo modo se sabe que se mantena relativamente constante a 0,8 ppm de 1600 a 1850, cuando empez a incrementarse hasta el 1,7 pmm actual.

El punto obvio es que el metano atmosfrico se encuentra en una concentracin no vista desde hace 160.000 aos. Semejante variable puede asociarse de inmediato con la actividad humana, como es fcil hacer en estos tiempos. Sin embargo, contrario a lo que el pensamiento comn dictara, esto no se debe directamente a nuestras actividades industriales, sino al inocente e inadvertido metabolismo de las metangenas.

El rumen del ganado, los sembrados de arroz son de los hbitats donde el metano producto de la metanognesis es liberado a la atmsfera. Habitats que corresponden a parte importante de la fuente de alimento humana, y que por consiguiente han aumentado su cantidad conforme los requisitos de la poblacin mundial. A lo cual se suma producido por desechos enterrados.

Aunque su produccin sea biognica, en ltima instancia es causada por el ser humano. Si al total de emisiones quitamos aquellas que directa o indirectamente son causadas por nosotros, nos encontramos con que el total antropognico se estima en 302-715x1012 g/ao. Producto de procesos y desperdicios industriales, ganado, sembrados de arroz y quema de biomasa, principalmente.

El cambio climtico es un tema controvertido, complejo y relacionado con intereses cientficos, polticos, econmicos y sociales de toda la humanidad, por lo que su discusin es un proceso lento (demasiado lento) y complicado. Sin embargo, podran tomarse medidas respecto a las emisiones de metano. Un primer paso sera empezar por el ganado, donde ya se han logrado modestos decrementos al tratarlos con antibiticos ionopricos. De igual modo, puede ser que adoptar ciertas prcticas en el manejo de cultivos de arroz reduzca sus emisiones de metano.

Se trata de un asunto serio en el cual desafortunadamente impera la ignorancia. Las metanognesis ha existido desde etapas tempranas de la vida y el metano es parte importante del ciclo del carbono al evitar que el CO2 quede atrapado en los sedimentos y el ciclo se detenga. Afortunadamente se est investigando al respecto y existen proyectos para reducir la produccin de metano en los cultivos de arroz y los ranchos de ganado.

Biotecnologa [editar]Resulta irnico que por un lado los hidrocarburos que utilizamos como fuente de energa estn agotndose y por el otro un gas til para el mismo propsito se est produciendo y liberando a la atmsfera en concentraciones potencialmente peligrosas. La idea de utilizar a las metangenas para producir metano no es nueva. Ya existen "colectores de metano" que utilizan el estircol de vacas y chivos para extraer metano y utilizarlo como combustible. En los basureros urbanos de materia orgnica y en los lodos de purificadoras de aguas negras es comn encontrar metangenas, por lo que existen algunos sistemas para captar el metano y aprovecharlo. Desafortunadamente utilizar a estas archeas ha resultado ms difcil de lo que pareca, por lo que ms investigacin es necesaria.Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Archaea_metan%C3%B3gena"

http://es.wikipedia.org/wiki/Archaea_metan%C3%B3gena