Quimiosíntesis: qué es, fases y organismos

La quimiosíntesis es un proceso biológico que permite a ciertos organismos, sintetizar compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas. Este fenómeno se basa en la liberación de energía durante reacciones de oxidación, que se utiliza para producir ATP, la molécula energética esencial para la vida. La mayoría de los quimioautótrofos son bacterias que habitan en ambientes extremos, como los fondos oceánicos, donde la luz solar no está disponible.

La ecuación de la quimiosíntesis, en caso se use el sulfuro de hidrógeno es la siguiente:

CO2 + O2 + 4H2S → CH2O + 4S + 3H2O

Un aspecto notable de la quimiosíntesis es su capacidad para sostener ecosistemas completos en condiciones donde la fotosíntesis no es viable. Por ejemplo, en los respiraderos hidrotermales, se han encontrado comunidades diversas de organismos, desde bacterias hasta animales como gusanos y mejillones, que dependen de esta fuente de energía alternativa. Este proceso no solo es crucial para la vida en ambientes extremos, sino que también es un punto de partida para la comprensión de la evolución de la vida en la Tierra.

La quimiosíntesis se lleva a cabo en dos fases principales:

1. Fase oxidativa: se oxidan compuestos inorgánicos para liberar energía y electrones. La energía liberada se utiliza para sintetizar ATP a partir de ADP y para reducir NAD+ a NADH. Esta fase es análoga a la fase luminosa de la fotosíntesis, donde se obtiene energía y electrones que luego son transportados a moléculas energéticas. En el caso de la quimiosíntesis, se oxidan diversos compuestos como amoniaco, nitritos, azufre y hierro, que permiten la generación de ATP mediante fosforilación oxidativa.
2. Fase biosintética: utiliza el ATP y el NADH obtenidos en la fase anterior para sintetizar compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas, principalmente dióxido de carbono. Durante esta etapa, el CO₂ se fija en moléculas orgánicas, como la glucosa, a través de un proceso similar al ciclo de Calvin en las plantas. Esta fase es comparable a la fase oscura de la fotosíntesis, ya que no requiere luz, pero utiliza la energía almacenada en las moléculas producidas durante la fase oxidativa.

Son principalmente bacterias y arqueas que utilizan compuestos inorgánicos como fuente de energía y carbono. Entre ellas están:

• Bacterias incoloras del azufre: utilizan H₂S procedente de la descomposición de materia orgánica, abundando en aguas residuales, fuentes hidrotermales y ambientes ricos en azufre. Entre ellas se encuentran géneros como Sulfolobus (arquea) y Thiobacillus (tiobacterias).
• Bacterias del nitrógeno: viven en el suelo y en el agua, oxidando compuestos reducidos de nitrógeno, específicamente el amoniaco (NH₃) a nitratos (NO₃⁻). Dentro de este grupo, las bacterias nitrosificantes oxidan el amoniaco a nitritos, destacando géneros como Nitrosomonas y Nitrosocystis oceanus. Las bacterias nitrificantes oxidan los nitritos a nitratos, siendo Nitrobacter un ejemplo.
• Bacterias del hierro: oxidan compuestos ferrosos a férricos, con Thiobacillus ferrooxidans como representante.
• Bacterias del hidrógeno: son quimioautótrofas facultativas que utilizan hidrógeno molecular, incluidos géneros como Alcaligenes y Aquifex.
• Metanógenos: son arqueas quimioautótrofas que realizan metanogénesis, utilizando compuestos de carbono simples como aceptor de electrones. Ejemplos de estos son Methanoseata y Methanococcus.

• Permite a los organismos quimioautótrofos actuar como productores primarios en los ecosistemas.
• En ecosistemas de aguas profundas, como respiraderos hidrotermales, estos organismos son vitales, ya que son los únicos autótrofos en ausencia de luz solar, manteniendo la diversidad biológica en estos hábitats extremos.
• Algunos de estos organismos forman relaciones simbióticas con invertebrados y vertebrados, viviendo en sus intestinos y ayudando en la obtención de nutrientes.
• En los ecosistemas de fuentes hidrotermales, la quimiosíntesis forma la base de una red alimentaria rica, incluyendo una variedad de vida marina como camarones, gusanos tubícolas y peces, que dependen de estas bacterias.
• La quimiosíntesis se considera un tipo de metabolismo primitivo que podría haber surgido antes que la fotosíntesis, siendo fundamental en la Tierra primitiva.

• La fotosíntesis y la quimiosíntesis son procesos mediante los cuales los organismos producen alimentos, pero funcionan de manera diferente. La fotosíntesis utiliza energía solar, mientras que la quimiosíntesis emplea energía química.
• La fotosíntesis es fundamental en ecosistemas donde hay suficiente luz solar, como en la tierra y aguas poco profundas. Por otro lado, la quimiosíntesis se lleva a cabo en entornos donde la luz solar no está disponible, como en fuentes hidrotermales.
• Mientras la fotosíntesis es un proceso bien conocido y estudiado, la quimiosíntesis ha sido explorada más recientemente, especialmente tras el descubrimiento de comunidades quimiosintéticas en el fondo marino en 1977.
• Ambos procesos son esenciales para la vida en la Tierra, ya que la fotosíntesis alimenta la mayoría de las cadenas alimentarias terrestres, mientras que la quimiosíntesis sustenta ecosistemas únicos en ambientes extremos sin luz solar.

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