Los microbios respiran tres veces más CO2 de los carbonos distintos del azúcar de la lignina en comparación con el azúcar de la celulosa
Sí, el suelo está lleno de bacterias, y esas bacterias necesitan compuestos orgánicos para vivir, es decir, cadáveres de animales y plantas. Cuando los microbios del suelo comen materia vegetal, el alimento digerido sigue una de dos vías. O bien, el microbio usa el alimento para construir su propio cuerpo, o lo utiliza como energía, desprendiendo dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera. La diferencia entre una opción y otra puede ser fundamental para el cambio climático.
Un equipo de investigación liderado por la Universidad de Northwestern ha rastreado por primera vez las vías de una mezcla de desechos vegetales a medida que se mueve a través del metabolismo de las bacterias para contribuir al CO2 atmosférico. Los investigadores descubrieron que los microbios respiran tres veces más CO2 a partir de carbones de lignina (moléculas de carbono no azucaradas) en comparación con los carbones de celulosa (unidades de azúcares de glucosa). Ambas moléculas, la lignina y la celulosa, son las que aportan estructura y soporte a las paredes celulares de las plantas.
Estos hallazgos ayudan a desentrañar el papel de los microbios en el ciclo del carbono del suelo – información que podría ayudar a mejorar las predicciones sobre cómo el carbono en el suelo afectará el cambio climático.
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Más carbono en el suelo que en la atmósfera
“El depósito de carbono almacenado en el suelo es aproximadamente 10 veces la cantidad que hay en la atmósfera,” dijo Ludmilla Aristilde de la Universidad de Northwestern, que dirigió el estudio. “Lo que suceda con este depósito tendrá un impacto enorme en el planeta. Debido a que los microbios pueden liberar este carbono y convertirlo en CO2 atmosférico, existe un gran interés en entender cómo metabolizan los desechos vegetales. A medida que las temperaturas suben, habrá más materia orgánica de diferentes tipos disponibles en el suelo. Eso afectará la cantidad de CO2 que se emite a partir de las actividades microbianas.”
Experta en la dinámica de los orgánicos en los procesos ambientales, Aristilde es profesora asociada de ingeniería civil y ambiental en la Escuela de Ingeniería McCormick de la Universidad de Northwestern y es miembro del Centro de Biología Sintética y del Instituto Paula M. Trienens de Sostenibilidad y Energía. Caroll Mendonca, un ex candidato a doctorado en el laboratorio de Aristilde, es el primer autor del artículo. El estudio incluye colaboradores de la Universidad de Chicago.
‘No todas las vías se crean igual’
El nuevo estudio se basa en el trabajo en curso en el laboratorio de Aristilde para comprender cómo el suelo almacena – o libera – carbono. Aunque los investigadores anteriores típicamente rastrean cómo los compuestos descompuestos de la materia vegetal se mueven individualmente a través de las bacterias, el equipo de Aristilde utilizó una mezcla de estos compuestos para representar lo que las bacterias están expuestas en el medio ambiente natural. Luego, para rastrear cómo diferentes derivados de las plantas se movían a través del metabolismo de una bacteria, los investigadores etiquetaron átomos de carbono individuales con etiquetas isotópicas.
“La etiqueta isotópica nos permitió rastrear los átomos de carbono específicos para cada tipo de compuesto dentro de la célula,” dijo Aristilde. “Al rastrear las rutas del carbono, pudimos capturar sus caminos en el metabolismo. Eso es importante porque no todas las vías se crean igual en términos de producción de dióxido de carbono.”
Por ejemplo, los carbones de azúcar en la celulosa viajaron a través de las vías glucolítica y pentosa-fosfato. Estas vías conducen a reacciones metabólicas que convierten la materia digerida en carbones para hacer ADN y proteínas, que construyen la biomasa del microbio. Pero los carbones aromáticos, no azucarados, de la lignina siguieron una ruta diferente – a través del ciclo del ácido tricarboxílico.
“El ciclo del ácido tricarboxílico existe en todas las formas de vida,” dijo Aristilde. “Existe en plantas, microbios, animales y humanos. Mientras que este ciclo también produce precursores para las proteínas, contiene varias reacciones que producen CO2. La mayor parte del CO2 que se respira del metabolismo proviene de esta vía.”
Ampliando los hallazgos
Después de rastrear las rutas del metabolismo, Aristilde y su equipo realizaron un análisis cuantitativo para determinar la cantidad de CO2 producido a partir de diferentes tipos de materia vegetal. Después de consumir una mezcla de materia vegetal, los microbios respiraron tres veces más CO2 a partir de carbones derivados de lignina que de carbones derivados de celulosa.
“Aunque los microbios consumen estos carbones al mismo tiempo, la cantidad de CO2 generado a partir de cada tipo de carbono es desproporcionado,” dijo Aristilde. “Eso se debe a que el carbono se procesa a través de dos vías metabólicas diferentes.”
En los experimentos iniciales, Aristilde y su equipo utilizaron Pseudomonas putida, una bacteria común del suelo con un metabolismo versátil. Curiosos por ver si sus hallazgos se aplicaban a otras bacterias, los investigadores estudiaron datos de experimentos anteriores en la literatura científica. Encontraron la misma relación que descubrieron entre la materia vegetal, el metabolismo y el CO2 en otras bacterias del suelo.
“Proponemos una nueva perspectiva guiada por el metabolismo para pensar en cómo se procesan las diferentes estructuras de carbono accesibles a los microbios del suelo,” dijo Aristilde. “Eso será clave para ayudarnos a predecir lo que sucederá con el ciclo del carbono del suelo con un clima cambiante.”
REFERENCIA
Imagen: Imagen del suelo con un primer plano de una bacteria y las vías celulares involucradas en la producción de dióxido de carbono. Los sustratos disponibles de la materia orgánica del suelo se procesan a través de vías específicas con diferentes cantidades de flujo de salida de dióxido de carbono. Crédito: Aristilde Lab/Universidad de Northwestern
