Microbiología

Todos los organismos vivos producen metano

La formación de este gas de efecto invernadero es impulsada por especies reactivas de oxígeno

Todos los organismos vivos producen metano
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MPG/T21

Una nueva investigación ha descubierto que todos los organismos liberan metano. La formación de este potente gas de efecto invernadero se desencadena por especies reactivas de oxígeno y se potencia mediante el estrés oxidativo adicional.

Es bien sabido que el metano, un gas de efecto invernadero, es producido por microorganismos especiales, por ejemplo, en los intestinos de las vacas o en los campos de arroz.

Desde hace algunos años, los científicos también han observado la producción de metano en plantas y hongos, sin encontrar una explicación.

Ahora, investigadores de la Universidad de Heidelberg y del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre en Marburg, han arrojado luz sobre el mecanismo subyacente. Sus hallazgos sugieren que todos los organismos liberan metano.

El metano es un potente gas de efecto invernadero, por lo que el estudio de sus fuentes y sumideros biogeoquímicos naturales y antropogénicos es de enorme interés.

Cuestión de una enzima

Durante muchos años, los científicos consideraron que el metano solo lo producían microbios unicelulares llamados Archaea, tras la descomposición de la materia orgánica en ausencia de oxígeno (anaeróbico).

Ahora, una colaboración de científicos de la vida y la Tierra, dirigidos por Frank Keppler e Ilka Bischofs, ha demostrado que una enzima no es potencialmente necesaria para la formación de metano, ya que el proceso también puede tener lugar a través de un mecanismo puramente químico.

La formación de metano desencadenada por especies reactivas de oxígeno probablemente ocurra en todos los organismos, han concluido los científicos.

Para llegar a esta conclusión, verificaron la formación de metano impulsada por especies de oxígeno reactivo en más de 30 organismos modelo, que van desde bacterias y arqueas, hasta levaduras, células vegetales y líneas celulares humanas.

Aclarando el pasado

Los resultados obtenidos en esta investigación, publicada en la revista Nature, aclaran unas dudas surgidas hace 16 años, cuando los mismos investigadores de Max Planck descubrieron la liberación de metano de las plantas en presencia de oxígeno (aeróbico).

Aquel descubrimiento suscitó dudas, ya que la formación de metano no podía explicarse con el conocimiento entonces existente sobre las plantas.

Cuando los investigadores observaron que también los hongos, las algas y las cianobacterias (anteriormente algas verdeazuladas) formaban metano en condiciones aeróbicas, se asumió que las actividades enzimáticas eran las responsables.

Sin embargo, los investigadores nunca encontraron una enzima correspondiente en ninguno de estos organismos. El nuevo estudio no solo permite comprender mejor la formación de metano aeróbico en el medio ambiente, sino que también explica las observaciones previas sobre la liberación de metano de las plantas.

La alta actividad celular conduce a más metano

Utilizando como modelo la bacteria Bacillus subtilis, los investigadores han podido demostrar ahora que existe una estrecha conexión entre la actividad metabólica y el grado de formación de metano. El proceso es el siguiente.

La actividad metabólica, especialmente bajo la influencia del oxígeno, conduce a la formación de especies reactivas de oxígeno en las células, que incluyen peróxido de hidrógeno y radical hidroxilo.

En interacción con el elemento esencial hierro, tiene lugar entonces la reacción de Fenton, una reacción entre el hierro reducido y el peróxido de hidrógeno, que conduce a la formación de compuestos de hierro tetravalente, altamente reactivos y radicales hidroxilo.

Estas últimas moléculas impulsan la escisión de un radical metilo a partir de compuestos de azufre y nitrógeno metilados, por ejemplo, el aminoácido metionina. En una reacción posterior del radical metilo con un átomo de hidrógeno, finalmente se forma metano.

Todas las reacciones pueden tener lugar en condiciones fisiológicas en un tubo de ensayo y son significativamente mejoradas por biomoléculas como ATP y NADH, que son generadas por el metabolismo celular, explican los investigadores.

El estrés oxidativo aumenta la formación de metano

Añaden que el estrés oxidativo adicional, desencadenado por factores físicos y químicos, por ejemplo, temperaturas ambiente más altas o la adición de sustancias formadoras de especies de oxígeno reactivo, conduce a un aumento en la formación de metano en los organismos examinados.

Señalan también que la adición de antioxidantes y la eliminación de radicales libres reduce la formación de metano, una interacción que probablemente controla la formación de metano en los organismos, según han comprobado en sus experimentos.

Por lo tanto, el estudio también ayuda a explicar por qué la producción de metano por parte de un determinado organismo puede variar en varios órdenes de magnitud, y por qué los factores de estrés afectan particularmente la cantidad de producción.

Los cambios en las condiciones ambientales y de temperatura causados ​​por el cambio climático podrían influir potencialmente en los niveles de estrés de muchos organismos y, por lo tanto, en sus emisiones de metano atmosférico.

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Por el contrario, las variaciones en el contenido de metano presente en la respiración podrían indicar cambios en el metabolismo celular relacionados con la edad o el estrés, concluyen los investigadores.

Referencia

Methane formation driven by reactive oxygen species across all living organisms. Leonard Ernst et al. Nature (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-022-04511-9