¿Pueden las bacterias ser como el Rey Midas?

Christoph Heinrich, del Centro Tecnológico de Zurich explica en Nature Geoscience que el oro del mayor yacimiento del Mundo, Witwatersrand, en Sudafrica, se formó debido a la labor de microorganismos primitivos que separaron el elemento presente en compuestos de sulfuro expulsados al aire por la actividad volcánica, y depositados en el el agua por la lluvia ácida. Heinrich explica a New Scientist que hace 3.000 millones de años, la Tierra no tenía apenas oxígeno en la atmósfera y, de hecho, si lo hubiera tenido, estas bacterias anaerobias (bacterias que no pueden vivir en presencia del oxígeno) nunca hubieran producido la acumulación de tanto oro.

Fig. 1. A partir de la fiebre del oro de 1886, la pequeña villa de Johannesburgo creció, lo mismo que otras comunidades a lo largo del cinturón minero de la vertiente norte de la meseta de Witwatersrand. De esta cuenca se ha extraído el 40% de todo el oro que circula por el Mundo. Christoph Heinrich sugiere que esta combinación de gases volcánicos, lluvia ácida y una atmósfera sin oxígeno, así como la aparición de material orgánico en la era Arqueozoica proporcionaron las condiciones perfectas para la formación del depósito gigante de oro de Witwatersrand.

Fig. 2. La Fuente más probable para el oro de Witwatersrand son las rocas basálticas del Complejo Hlagothi (1) (a la derecha en el gráfico). Las lluvias acídicas y sulfurosas originadas por los volcanes durante la era Arqueozoica (hace 2500 millones de años) podrían haber lavado el oro de las rocas basálticas (2), de los minerales sulfurosos portadores de oro (3) y de filones áuricos (4). El oro se pudo depositar como pequeñas pepitas y las bacterias podrían haber propiciado una reacción redox con los hidrocarburos y las cianobacterias (5). Las flechas amarillas indican el transporte de oro. (H2S sulfuro de hidrógeno; H2SO4 ácido sulfúrico; SO2 dióxido de sulfuro; H20 agua y Au oro). Fuente

La hipótesis de Heinrich aún no está probada al 100% pero abre la puerta a buscar otros yacimientos de metales preciosos en base a la presencia de carbono o de formas de vida primitivas. En otras palabras, la teoría apunta a nuevas zonas que se habían descartado hasta ahora, pero que podrían ocultar yacimientos de oro quizá tan increíbles como el de Witwatersrand .

Fig. 3. Las Médulas en León (España) suministraron el 80% del oro que circulaba en el Imperio Romano. Si el oro como elemento químico se originó en el Big Bang. ¿Por qué se acumula en lugares tan determinados? ¿Han sido las bacterias las responsables de esta acumulación en yacimientos?

La respiración, a nivel celular, consiste fundamentalmente en la ruptura de enlaces químicos obteniendo así la célula la energía necesaria para su funcionamiento. Con esta ruptura se produce una liberación de electrones, que deben ser aceptados por alguna molécula para completar el proceso.

El proceso de reducción más conocido, la respiración aeróbica, utiliza oxígeno molecular (O2) y glucosa y acaba liberando agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). Éste es el que nosotros utilizamos, y en él es imprescindible el oxígeno.

Respirando piedras

Las bacterias anaerobias vivían solas en la Tierra hace 2500 millones de años sin oxígeno, por eso tenían que encontrar otros elementos a los que ceder electrones, por eso utilizaban minerales ricos en hierro (Fe) y el manganeso (Mn), es decir, eran capaces de respirar piedras.

Fig. 4. Limonita, también conocida como hierro de los pantanos se forma por deposiciones de hierro originadas por el metabolismo de cierto grupo de bacterias.Es una forma muy porosa, con escasa densidad y muy ligera. Es frecuente observar a simple vista restos vegetales (de hecho está formada por multitud de hebras de raicillas).

El Profesor David Richardson, de la Universidad de East Anglia, descubrió que las bacterias emiten los electrones sobrantes fuera de su cuerpo a través de la pared bacteriana, para que sean aceptados por piedras ricas en estos compuestos, o sea, emiten descargas eléctricas al exterior. Según este investigador estas bacterias anaerobias utilizan petróleo como alimento y "piedras" para respirar, es decir, como aceptoras de electrones.

Fig. 5. La Shewanella, prima de nuestra E. coli es una bacteria capaz de reducir metales pesados. La respiración celular de estas bacterias no se limita a los metales pesados​​; dicha bacteria también puede usar sulfatos, nitratos y cromatos cuando crece anaeróbicamente.

Referencias

Nature Geoscience, DOI: 10.1038/NGO2344

http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2347.html 

http://www.newscientist.com/article/dn26888-ancient-microbes-formed-earths-biggest-hoard-of-gold.html#.VNDA_GPL9z1

http://www.scitech-news.com/2009/12/rock-breathing-bacteria-could-generate.html

Clarke T, Edwards M, Gates A, Hall A, Bradley J, Reardon C, Shi L, Beliaev A; MarshallM, Fredrickson J, Zachara J, Butt J, Richardson D (2011) The structure of a bacterial cell surface deca-heme electron conduit. Proc. Nat. Acad. Sci. (USA)
RS, Clarke TA, Richardson DJ et al., The thermodynamic properties and modular organization of an electron exchange conduit between bacteria and the extracellular environment (2009) Proc. Nat. Acad. Sci. (USA) 106: 22169-22174

Y por último os dejo un enlace de un podcast de mi sección Circo de Bacterias hablando de este tema (en galego)
http://blogs.crtvg.es/efervesciencia/wp-content/uploads/2015/02/Circo-BACTERIAS-MINEIRAS-def.mp3

Hierro de los pantanos

Limonita, también conocida como hierro de los pantanos se forma por deposiciones de hierro originadas por el metabolismo de cierto grupo de bacterias.Es una forma muy porosa, con escasa densidad y muy ligera. Es frecuente observar a simple vista restos vegetales (de hecho está formada por multitud de hebras de raicillas).

La respiración anaeróbica es un proceso biológico de oxidorreducción de monosacáridos y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno. El ion férrico (Fe3+) puede ser utilizado por varias bacterias como aceptor de electrones, reduciéndolo a ion ferroso (Fe2+) como por ejemplo las bacterias de los géneros Shewanella, Geobacter, Geospirillum y Geovibrio. El ion férrico se halla en el suelo y las rocas, muchas veces formando hidróxido férrico (Fe(OH)3) insoluble; en condiciones anaeróbicas, estas bacterias pueden reducirlo al estado ferroso. El ion ferrosos es mucho más soluble que el férrico, con lo cual el hierro se moviliza, siendo este un primer paso importante en la formación de un tipo de depósito mineral llamado hierro de los pantanos. Estos depósitos se localizan en la zona de drenaje del pantano. Allí se encontraban estas bacterias oxidadoras del ion férrico, adheridas al suelo, aprovechando las corrientes de agua ricas en hierro. Las bacterias iban formando capas ricas en hierro que con el paso de los años iban dando extractos ricos en hierro que han sido exhaustivamente explotados en Europa desde muy antiguo pues las distintas culturas pronto se dieron cuenta de estos yacimientos ricos en hierro, accesibles y de gran pureza.

La bacteria Shewanella se come las piedras

La bacteria Shewanella, prima de E. coli.

Reproduzco esta entrevista publicada en el diario madrileño ABC por J. de Jorge. Me parece una noticia interesante y bien redactada y con interés.

Hace un par de décadas, Ken Nealson recuperó del lago Oneida de Nueva York un organismo llamado Shewanella, una rara bacteria capaz de respirar... rocas. Cree que esta minúscula criatura puede ser la clave para eliminar nuestros residuos, purificar el agua y, al mismo tiempo, proporcionar energía.

-Perdone, ¿ha dicho respirar rocas?

-Exactamente. Nosotros solo comemos carbono orgánico, pero las bacterias comen cualquier cosa de la que puedan recibir electrones: hidrógeno, sulfato de hidrógeno, compuestos inorgánicos que muchas veces son veneno para los humanos.

Descubrimos que la Shewanella puede sobrevivir perfectamente en la superficie de las rocas incluso sin oxígeno, y que la roca cada vez se hace más pequeña, ya que la utiliza igual que nosotros usamos el oxígeno. Y eso es lo que llamamos respirar rocas, un transporte de electrones extracelular. Te aseguro que en su día fue difícil que nos creyeran. Pero veinte años después mucha gente ha tenido los mismos resultados que nosotros.

-¿Y qué utilidad práctica tiene este descubrimiento?

-Muy sencillo. Si las bacterias son capaces de transferir electrones a la roca, por qué no creamos una cámara anaeróbica, quitamos la roca e introducimos un electrodo. Entonces las bacterias nadarán hacia él, transferirán todos sus electrones al electrodo y estarán encantadas porque tienen algo que respirar. Esto es lo que llamamos una pila de combustible microbiana. Eliminamos los residuos, purificamos el agua y encima nos pagan por ello porque conseguimos electrciidad.

-Parece redondo.

-Suena demasiado bonito para ser verdad, pero es una tecnología apasionante, completamente ecológica, que podría utilizarse en una gran ciudad. Las depuradoras y plantas de tratamiento de alcantarillado son ineficientes. Mi visión es que dentro de veinte años muchos productos de desecho, tanto residuos humanos como industriales, se eliminarán utilizando este método.

-¿Cómo se está desarrollando?

-Aproximadamente diez o quince empresas de todo el mundo (Israel, Australia, Bélgica...) están invirtiendo mucho dinero para que esta tecnología funcione. Creo que una o dos de ellas tendrán éxito.

-¿Cuándo podrá utilizarse?

-Lo mejor que puede ocurrir con esta tecnología, me refiero a corto plazo, es que se fabriquen unidades portátiles que consigan producir suficiente electricidad para que funcionen de forma autónoma. Permitiría llevarlas a países del Tercer Mundo para que la gente elimine sus residuos sin echarlos al río, al tiempo que les ofrecemos agua totalmente limpia. Cambiaría la salud de la población de esos países. Eso se puede hacer ya, pero tiene que hacerlo alguien que no esté interesado en ganar mucho dinero.

-Pero, si produce energía...

-Los mejores sistemas que se están desarrollando producen entre 1 y 10 vatios por metro cuadrado. De momento, no podemos poner en marcha un electrodoméstico, pero la idea no es resolver la crisis energética, más bien permitirnos acabar con los contaminantes en lugares donde no haya infraestructrua eléctrica. Por nuestra experiencia, producen la electricidad necesaria para funcionar por si solas y eso es fantástico si no tienes un enchufe cerca. Una central eléctrica gasta millones al año en electricidad solo para funcionar.

-¿Es difícil conseguir esa bacteria?

- No es una bacteria rara. Está estrechamente relacionada con las E-coli y otras que conocemos bien, no es muy antigua. Se encuentra en aquellos lugares donde no hay oxígeno, por ejemplo, en el estómago de los peces o en sedimentos.