La vida en la Tierra depende del carbono. A lo largo de la evolución, los seres vivos han aprendido a formar y procesar una gran cantidad de diferentes compuestos de carbono. El carbono es la piedra angular de la mayoría de los compuestos orgánicos producidos biológicamente, como proteínas, carbohidratos, lípidos y ADN. Todos estos compuestos, además del carbono, contienen muchos otros elementos, incluidos hidrógeno, nitrógeno y oxígeno.

El carbono elemental se forma a partir de compuestos orgánicos de carbono en la tierra sin efecto biológico cuando las condiciones de alta temperatura y presión expulsan todos los demás elementos como el hidrógeno y el nitrógeno. Por ejemplo, la madera en las profundidades de la tierra primero se convierte en carbón a altas temperaturas, luego, al aumentar la presión y la temperatura, se forman formas con un contenido de carbono muy alto, como la antracita y el grafito. Estas son formas cristalinas de carbono. Cuando se quema madera, gas o aceite, se forma hollín, que es principalmente una forma amorfa de carbono. Anteriormente se desconocía que los mismos organismos también pueden producir carbono elemental.

Durante más de 15 años, el científico de Bremen, Dr. Gunther Wegener, ha estado cultivando microorganismos que consumen metano sin oxígeno para producir la energía que necesitan. Estas son arqueas que viven en simbiosis con parejas bacterianas. No se puede obtener mucha energía de este proceso para ninguno de los dos, por lo que la unión crece al multiplicar varios meses, que es un tiempo muy largo para los microorganismos. Los investigadores han notado hace algún tiempo que los conjuntos microbianos eran inusualmente oscuros, casi negros. En una etapa temprana, parte de esta masa negra ya se describió como sulfuro metálico. Estos se forman a partir del hierro agregado al medio de cultivo y el sulfuro producido por las bacterias asociadas.

Los colegas de Wegener, el Dr. Kayleigh Allen y el profesor Robert White de Virginia Tech (EE. UU.), Siempre están buscando nuevas biomoléculas y sus funciones. Como parte de sus esfuerzos, extrajeron cultivos oxidantes de metano de muestras en el laboratorio de Guenther Wegener utilizando solventes orgánicos. Dejó un residuo de sustancia negra que no se puede disolver con ácidos o bases fuertes. “Al principio, no teníamos idea de qué podría ser esta masa negra”, explica Robert White. “Luego usamos otros métodos para analizar el material como una fase sólida y descubrimos que era carbono casi puro. Este estaba presente en la forma altamente desordenada conocida como carbono amorfo”. ¿De dónde vino este carbono elemental? El equipo descartó la posibilidad de un origen químico puro. Luego alimentaron la granja con carbono con nombre isotópico, que se puede rastrear hasta el proceso de descomposición, y analizaron el carbono formado. “De este modo pudimos demostrar que las arqueas oxidantes de metano eran realmente responsables de la formación del elemento carbono”, dice Gunther Wegener.

A continuación, los investigadores estudiaron arqueas metanogénicas o metanogénicas, que están estrechamente relacionadas con los oxidantes de metano. “Aunque no en el mismo grado, muchos de estos grupos también produjeron el elemento carbono”, dice Robert White.

Sin embargo, el estudio ahora está generando más preguntas que respuestas. Por ejemplo, ¿cómo se forma este carbono? La formación de carbono elemental generalmente requiere altas presiones y temperaturas. Ambos estaban ausentes en las culturas. Kayleigh Allen, autora principal del estudio, explica: “Este tipo de formación de carbono primario por organismos vivos es completamente nuevo para la ciencia. Debe haber reacciones en las arqueas que antes eran completamente desconocidas”. “Todavía no sabemos en absoluto qué reacciones bioquímicas Y las enzimas funcionan aquí “.

La cuestión del “por qué” aún no se ha explicado. “El carbono elemental es un buen conductor eléctrico. El carbono puede ser la clave para la coexistencia de las arqueas y sus socios”, especula Gunther Wegener. Las cargas eléctricas se pueden transportar de manera óptima a través de compuestos de carbono. Tampoco se sabe del todo cuánto del elemento carbono está formado por microorganismos en la naturaleza. “Debido a que el carbono se deposita en los sedimentos y permanece allí durante períodos de tiempo muy largos, nuestros resultados también pueden indicar la presencia de una sustancia natural hasta ahora desconocida. carbón lavabo. “El equipo ahora comenzará a abordar las preguntas sin respuesta, en parte dentro del marco del Clúster de Excelencia ‘Fondo Oceánico – Interfaz Desconocida de la Tierra’ ubicado en MARUM.

Presentado por la Universidad de Bremen