Ecosistema acuático[13]
La quimiolitotrofia es un tipo de metabolismo que permite obtener energía mediante la oxidación de compuestos inorgánicos. Los microorganismos con este metabolismo pueden obtener ATP (energía) y NADH (potencial de reducción) a partir de compuestos como el hidrógeno (H), azufre (S), hierro (Fe) o nitrógeno (N2). En el caso del ecosistema de Río Tinto, los microorganismos oxidan el Fe y el S, generando un ambiente ácido.
Los ambientes ácidos naturales pueden tener dos orígenes distintos según su formación y mantenimiento, pero los causantes siempre son los microorganismos. Ambos están iniciados por la oxidación del S. Uno es el asociado a la actividad volcánica, en el cual la acidez deriva de la oxidación microbiana de azufre elemental (S0). Este azufre elemental se genera como consecuencia de los gases volcánicos.
Azufre elemental en presencia de oxígeno y agua genera ácido sulfúrico que se disocia en sulfato y protones que acidifican el medio.
El otro es el promovido por la actividad minera. La extracción de carbón y metales expone minerales ricos en S que, gracias a la acción combinada del agua y el oxígeno (O2), facilitan su disposición a los microorganismos quimiolitótrofos. Estos microbios necesitan un pH bajo para poder vivir por lo que su metabolismo tendrá como objetivo acidificar el medio, excretando para ello compuestos como el sulfuro. Como consecuencia, se genera lo que se conoce como drenaje ácido de minas (AMD), que suele ser la causa de importantes problemas medioambientales. Sin embargo, el caso de Río Tinto es peculiar ya que no se precisó la mano del hombre en un primer momento para desencadenar el ciclo quimiolitótrofo. Solo fue necesaria la erosión del agua sobre los extraordinarios minerales que conforman la Faja Pirítica Ibérica para facilitar el desarrollo de bacterias acidófilas, aunque posteriormente la minería también participaría en el proceso.
Créditos de imagen: Santi Martín.
Remanente de la actividad minera en Corta Atalaya, Río Tinto, con acumulación de AMD.
La oxidación del Fe aparece como una complementación de la actividad metabólica de los oxidadores de S. En un ambiente aerobio y a pH neutro, el Fe se encuentra en forma de ión férrico (Fe+3), por lo que precipita como hidróxido de Fe (Fe(OH)3) y deja de ser accesible. Para que el Fe se mantenga en forma ferrosa (Fe+2) es necesario un ambiente anaerobio a pH neutro o, en caso de haber O2, que el pH sea muy bajo. De esta forma, la quimiolitotrofia por oxidación del Fe puede llevarse a cabo de tres maneras diferentes: en ambientes con pH muy bajo por microorganismos acidófilos, a pH neutro en la zona de transición entre un ambiente óxico-anóxico o en condiciones anaerobias por microorganismos fotosintéticos. En el caso de Río Tinto, la oxidación de Fe se lleva a cabo según el primer proceso. El ambiente ácido generado por las bacterias oxidadoras de S permite que el Fe aparezca disponible (ión Fe+2) para ser oxidado.
Vida en el agua[3]
A pesar de las condiciones extremas que caracterizan al Río Tinto, diversos estudios realizados han mostrado un inesperado alto nivel de diversidad microbiológica, con representantes de los tres dominios: Bacteria, Archaea y Eucarya. Estos estudios se basaron en la combinación de la metodología convencional con técnicas moleculares como la desnaturalización por gradiente en gel de electroforesis (DGGE), la hibridación fluorescente in situ (FISH) y la clonación molecular.
Dominio Bacteria
El 80% de la diversidad encontrada en la columna de agua resultó pertenecer a tres géneros de bacterias: Acidithiobacillus, Leptospirillum y Acidiphilium. Estos tres géneros se caracterizan por tener un metabolismo quimiolitótrofo y participar en el ciclo del Fe. En concreto, las especies más representativas fueron Acidithiobacillus ferrooxidans y Leptospirillum ferrooxidans. A. ferrooxidans puede oxidar hierro ferroso (Fe+2) en presencia de O2 y reducir hierro férrico (Fe+3) en ausencia de este. L. ferrooxidans, por su parte, solo oxida hierro en presencia de O2. Finalmente, las especies aisladas de Acidiphilium pueden oxidar compuestos orgánicos a la vez que reducen Fe+3 a Fe+2, tanto en ausencia como en presencia de O2. Con todo esto, se puede describir un ciclo cerrado de las oxidaciones y reducciones que tienen lugar en las aguas del Río Tinto. Cabe mencionar que se detectaron otros géneros de microorganismos oxidadores y reductores de hierro, pero debido a su escasa presencia se consideran responsables menores del ciclo del hierro en este ambiente.
Por otro lado, se describió un ciclo del azufre cuyo protagonista es de nuevo A. ferrooxidans . Esta bacteria también es capaz de oxidar compuestos de azufre (como el S0) tanto en presencia como en ausencia de O2. Las denominadas bacterias reductoras de azufre (SRB), un grupo de diferentes microorganismos también identificados en las aguas, cierran este ciclo al reducir los sulfatos ([SO4]-2) a su estado original.
Créditos de imagen: Elena González-Toril et al. extraído de "Microbial ecology of an extreme acidic environment, the Tinto River".
Esquema simplificado de los ciclos de hierro y azufre con los mediadores principales como se cree que funciona en las aguas del Río Tinto.
Dominio Archaea
Solo un 3% de la diversidad encontrada se correspondió con arqueas. Las únicas especies que destacan en este caso son de la clase Thermoplasmata, en concreto, las arqueas Thermoplasma acidophilum y Ferroplasma acidiphilum.
Dominio Eucarya
Se suele asumir que la toxicidad generada por las altas concentraciones de metales en los ambientes ácidos limita el desarrollo de vida eucariota. Sin embargo, los estudios realizados en la cuenca del Río Tinto resultaron en una elevada diversidad e inesperada cantidad de organismos eucariotas (suponiendo el 60% de la biomasa total hallada) incluyendo algas, diatomeas, flagelados, amebas, rotíferos e incluso hongos y plantas.
La mayoría de organismos eucariotas en las aguas de este ambiente son fotosintéticos unicelulares. Clorófitos como Chlamydomonas o Dunaliella y algas filamentosas como Zygnemopsis y Klebsormidium que forman biofilms de color verdoso sobre el suelo del río fueron los más representativos. Las diatomeas también se distribuyen en el ecosistema formando biofilms de color marrón. Otros organismos fotosintéticos encontrados que poseían flagelo fueron Euglena, Bodo y Ochromonas. Las amebas también aparecen representadas ya que se pueden alimentar de las diatomeas.
Estos son algunos de los organismos encontrados en las aguas del Río Tinto. (1) Alga verde del género Chlamydomonas spp., (2) Alga verde filamentosa del género Klebsormidium spp., (3) Diatomeas, (4) la especie Euglena mutabilis, (5) Amebas.
Créditos de imagen: Ricardo Amils et al. extraído de “From Río Tinto to Mars: the terrestrial and extraterrestrial ecology of acidophiles”.
A pesar de ser menos numerosos, también se detectaron hongos en el agua. De hecho, la diversidad de este grupo de microorganismos fue mayor que la de bacterias o arqueas (se identificaron 8 especies de levaduras y 17 de hongos filamentosos). El filo más representativo fue el de Ascomicetos. Las especies aisladas resultaron ser tolerantes a mayores concentraciones de metales de las que se encuentran en el río.
(1) Hongos filamentosos en un arroyo del Río Tinto. (2) Micelio de hongo fosilizado.
Créditos de imagen: David Fernández-Remolar et al. extraído de “The Río Tinto basin, Spain: mineralogy, sedimentary geobiology and implications for interpretation of outcrop rocks at Meridiani Planum, Mars”.
Por último, diferentes plantas son capaces de desarrollarse en la zona limítrofe de la tierra con el río. Se trata de especies adaptadas a ambientes con elevadas concentraciones de metales. Para ello, utilizan diversas estrategias como la acumulación de los metales en algún tejido de su organismo. Por ejemplo, se detectaron significantes concentraciones de jarosita e hidróxidos de hierro en las hojas y rizoma de una hierba denominada Imperata cylindrica que crece en la cuenca de Río Tinto.