Los científicos de la Universidad Carlos III de Madrid UC3M han analizado el proceso de fijación de nitrógeno por cianobacterias, creando un modelo matemático que permite comprender los patrones que forman. En estos patrones, aproximadamente una de cada diez células en filamentos de cianobacterias fija nitrógeno, mientras que los nueve restantes llevan a cabo la fotosíntesis. Estos microorganismos son fundamentales para la vida en la Tierra porque producen gran parte del oxígeno en nuestro planeta y convierten el nitrógeno en formas químicas que pueden ser utilizadas por cualquier forma de vida.
Casi todo el oxígeno en la atmósfera hoy fue producido por las cianobacterias hace 3.000 millones de años; las cianobacterias continúan produciendo entre el 20% y el 30% de la actividad fotosintética en la Tierra. Además, realizan tareas vitales adicionales: junto con otros microorganismos llamados Archaea, son los únicos seres vivos capaces de convertir el nitrógeno de la atmósfera en formas químicas que pueden ser utilizadas por cualquier forma de vida. Según uno de los autores de la investigación, Saúl Ares del Grupo Interdisciplinar de Sistemas Complejos GISC; Sistemas Interdisciplinarios ComplejosGroup en UC3M. "Sin las cianobacterias, ni los seres humanos ni ningún otro organismo vivo complejo podría sobrevivir en la Tierra, porque no tendríamos oxígeno para respirar ni nitrógeno para construir moléculas complejas como el ADN y las proteínas en nuestros cuerpos".
Este trabajo, que ha sido publicado recientemente, junto con Javier Muñoz-García, en la revista PNAS Actas de la Academia Nacional de Ciencias, se centra en el proceso de fijación de nitrógeno por cianobacterias del género Anabaena, en el que viven las célulaspegándose entre sí formando un filamento. Cuando hay suficiente nitrógeno en el medio ambiente, todas las células en el filamento realizan la fotosíntesis. Sin embargo, en condiciones de privación fija de nitrógeno, aproximadamente una de cada diez células - distribuidas con bastante regularidad en todo el filamento -- se diversifican en un tipo diferente de célula llamada heterociste. Los heterocistos no pueden realizar la fotosíntesis, sino que fijan nitrógeno y comparten nitrógeno fijo con el resto de las células del filamento.
Saúl Ares, quien ha desarrollado esta línea de investigación en el Departamento de Matemáticas de la UC3M explica: "Hemos utilizado lo que se sabe sobre la genética del proceso para crear un modelo matemático para la formación y mantenimiento del patrón de heterocistos".para decir: "Nuestra teoría reproduce las observaciones experimentales y nos ha permitido predecir un nuevo tipo de mecanismo, no propuesto hasta ahora, que debería desempeñar un papel en el mantenimiento del patrón".
Uno de los aspectos más sorprendentes de la investigación enfatizada por los investigadores es la regularidad en el patrón formado por las cianobacterias. "Estas bacterias pueden 'contar hasta diez': una de cada diez fija nitrógeno, dejando un espacio de nueve,y luego el décimo nuevamente fija el nitrógeno ", dice Ares.
Hasta ahora, las ideas relativas a la formación de este patrón eran solo cualitativas y su consistencia no había sido probada. "Al hacer un modelo matemático, hemos podido demostrar que estas ideas funcionan, pero también hemos visto que el procesono se explica completamente, porque en realidad se necesita un nuevo mecanismo: el nitrógeno que produce las células está jugando un papel ", dice el investigador.
Video: http://youtu.be/uCTx4s1FSHE
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Materiales proporcionado por Universidad Carlos III de Madrid - Oficina de Información Científica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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