Los seres vivos utilizan reacciones redox (agregar o eliminar electrones de moléculas o partes de moléculas, ver página 19) como el principal medio para captar energía de diversas fuentes y convertirla en energía química de enlace de biomoléculas. Los organismos se clasifican según la fuente de energía que utilizan y las reacciones redox que ocurren en sus mecanismos de generación de energía.
La mayoría de los organismos autótrofos (que se alimentan a sí mismos) utilizan la energía de la luz en la fotosíntesis. (Los organismos fotosintéticos, también conocidos como fotoautótrofos, son las plantas verdes, las algas y las cianobacterias). Un pequeño grupo de especies bacterianas utiliza reacciones inorgánicas específicas para generar energía para su metabolismo. Estos organismos se denominan litótrofos o quimiolitótrofos (litos = piedra).
Los organismos quimiolitótrofos se encuentran en diversos hábitats como suelos, agua dulce y agua salada, y reciclan elementos en la biosfera. Por ejemplo, las bacterias nitrificantes convierten el amoníaco y los nitritos en nitratos. Las bacterias nitrificantes contribuyen a la fertilidad del suelo como parte importante del ciclo del nitrógeno.
En 1977, los científicos descubrieron un hábitat nuevo e inesperado en el océano Pacífico, al noroeste de las Islas Galápagos. Se encontraron muchas especies previamente desconocidas que vivían en completa oscuridad alrededor de fuentes hidrotermales submarinas. En otros hábitats marinos y terrestres, los fotoautótrofos producen la mayor parte del alimento orgánico necesario para la vida animal. Sin embargo, en estas fuentes hidrotermales, a 2600 metros bajo la superficie del mar, hay una abundancia de vida. Dos ejemplos especialmente destacados son el mejillón gigante (Calyptogena magnifica) y el gusano tubular gigante (Riftia pachyptila).
¿Qué condiciones podrían explicar estos oasis oceánicos? Los investigadores han estudiado más a fondo las fuentes hidrotermales, conocidas como chimeneas hidrotermales o fumadores negros, donde columnas de agua cálida, oscura y rica en minerales emergen a través de grietas en el lecho marino. El agua de las fuentes hidrotermales contiene abundante sulfuro de hidrógeno (H2S). (Bajo condiciones extremas de calor y presión en la corteza terrestre, el sulfato se reduce para formar el enlace H-S de alta energía). El agua circundante contiene grandes cantidades de bacterias sulfurooxidantes que obtienen energía a través de la oxidación de H2S. Estos organismos son la principal fuente de alimento orgánico para la comunidad de las aberturas hidrotermales. Al oxidar el H2S a H2SO4, las bacterias sulfurooxidantes aprovechan la energía del interior de la Tierra, capturada mediante la formación de H2S, para convertir el CO2 en nutrientes orgánicos.
Para aprovechar este proceso, varios animales de las aberturas han desarrollado relaciones simbióticas endosimbióticas con las bacterias sulfuro oxidantes. Uno de los ejemplos más estudiados es R. pachyptila. El gusano tubular gigante consiste principalmente en un largo y delgado saco conectado a una corona de branquias plumosas. No tiene boca ni tracto digestivo. Las moléculas de H2S, O2 y algo de Ca se absorben a través de la corona de branquias plumosas y se transportan a los tejidos a través de la sangre, que está unida a la hemoglobina, una proteína de transporte. El trofosoma, el órgano de las reacciones redox (generación de energía), es el órgano más destacado de este animal. Está colonizado por una gran cantidad de bacterias sulfuro oxidantes. Al recibir continuamente H2S, O2 y Ca a través del sistema circulatorio del gusano tubular gigante, las bacterias sulfuro oxidantes proporcionan los nutrientes orgánicos necesarios para su crecimiento y desarrollo.
Referencia: Bioquímica Mckee