Ciencia en casa: cultivando bacterias fotosintéticas

¿CÓMO SON LAS BACTERIAS FOTOSINTÉTICAS?

En primer lugar, hemos de ponernos en situación. La fotosíntesis se trata de un proceso llevado a cabo por bacterias, algas y plantas para obtener alimento, es decir, materia orgánica, a partir de CO2, materia inorgánica. Se trata, por tanto de un proceso de producción de alimento.

Las bacterias fotosintéticas que perseguimos cultivar tienen varias particularidades que necesitaremos tener en cuenta a la hora de conseguir su correcto crecimiento.

Nuestras bacterias, son acuáticas, es decir, necesitan un medio líquido para crecer, aunque la receta será lo último que se explicará, únicamente adelantar que, aunque pueda parecer tentador, no se debe utilizar agua del grifo porque la presencia de cloro dificultará el crecimiento.

Las bacterias, al igual que las plantas necesitan la energía aportada por la luz para poder llevar a cabo la fotosíntesis, ya que, como cualquier proceso de fabricación, requiere de energía para poder llevarse a cabo. Esta iluminación, para ser lo más eficaz posible debe ser aportada por una bombilla tipo “pera”, éstas son las bombillas tradicionales, ricas en radiación infrarroja, no las de bajo consumo que aportan mayoritariamente luz blanca, con estas el resultado no será el esperado. No obstante, también se puede obtener un buen rendimiento con luz solar, que, además, resulta más económico, por esta razón, es la que se ha utilizado para llevar a cabo el cultivo que se presenta a continuación.

Otra de las características que hacen tan especiales a nuestras bacterias es que necesitan crecer en condiciones anóxicas, es decir, en una total ausencia de oxígeno. Esta será, posiblemente, la condición más importante y difícil de conseguir. Para conseguir estas condiciones tendremos que mancharnos las manos, aunque siempre podemos utilizar guantes desechables, pero, de momento seguiremos con las características antes de explicar nuestra receta.

Finalmente, y no por ello menos importante, nuestras bacterias necesitan CO2 para fabricar alimento, fijándolo mediante la fotosíntesis y, como explicaremos a continuación este debe estar presente en el agua donde crecerán nuestras bacterias.

¿CÓMO PODEMOS CULTIVAR ESTAS BACTERIAS?

Una vez expuestas las características fundamentales de estas bacterias, se explicará cómo preparar el cultivo las mismas, los ingredientes, al contrario de lo que pueda parecer, son mucho más sencillos que nuestras bacterias.

Necesitaremos, en primer lugar, un recipiente para albergar nuestro cultivo, este debe ser transparente para permitir el paso de la luz. Podemos utilizar, como opción más fiable, una probeta, pero, debido a que no suelen ser lo típico de una vivienda, en nuestro caso el experimento ha sido realizado utilizando dos botellines de 500 mililitros a los que se les ha retirado la etiqueta para evitar que esta bloquee la luz.

A continuación debemos mancharnos las manos para obtener los materiales necesarios. Deberemos recoger fango negro de algún pantano, acequia, charca, embalse o un lugar donde tengamos agua estancada, ya que será aquí donde tengamos las bacterias que buscamos. Además de estas bacterias, este fango contribuirá a proporcionar un medio anóxico mediante dos vías, la primera, y más simple, es el propio fango, al introducirlo en la botella hará que, a mayor profundidad del agua, la cantidad de oxígeno disuelta en esta sea menor. La segunda vía, más compleja, depende de unas bacterias presentes en el propio fango que se alimentan de materia orgánica y producen sulfuros a partir de sulfatos. Los primeros reaccionan con el oxígeno disuelto en el agua eliminándolo.

La primera vía estará siempre disponible, pero, para mantener la segunda, más importante, debemos proporcionar materia orgánica a estas bacterias productoras de sulfuro. Para ello, mezclado con el fango debemos introducir ralladuras de patata o papel de filtro, que servirán como alimento a estas bacterias productoras de sulfuro.

Como último componente de nuestra mezcla, necesitaremos una tiza blanca machacada, que contiene sulfatos y, mezclada con el fango, servirá como sustrato a las bacterias reductoras de sulfato del mismo, proceso que genera sulfuro, el cual, será utilizado por las bacterias fotosintéticas como fuente de electrones.

Este fango deberemos introducirlo en nuestros botellines cubriendo unos 5-10 centímetros del mismo. Sobre este se deberá añadir agua, en este experimento se ha utilizado agua de un pantano salado y agua de regadío, y, por tanto, dulce, una para cada botellín.

Una vez se han preparado los dos botellines únicamente deben dejarse en un lugar con buena iluminación y observar el desarrollo. Es muy importante que una vez comenzado el experimento los botellines no se muevan o se muevan lo mínimo para evitar que se oxigene el agua al facilitar, con el movimiento, la entrada de oxígeno.

CRECIMIENTO BACTERIANO

Anteriormente se han expuesto las características de estas bacterias, pero llegado el momento de cultivarlas, ¿cómo se detectaría su presencia si son microscópicas? Afortunadamente, la última característica que, oportunamente no se había contado con anterioridad, es que estas bacterias tienen pigmentos que les dan color, permitiendo detectarla sin utilizar microscopio. Se hablará de los distintos tipos y colores de las bacterias conforme vayamos avanzando en el experimento.

La botella que aparece a la izquierda de las fotografías contiene agua salada y  la derecha la encontramos con agua dulce.

Fig 1 - día 0. Izquierda agua salada, derecha agua dulce.
Fig 1 – día 0. Izquierda agua salada, derecha agua dulce.

En un primer momento tras la preparación del fango y la adición de agua tendremos una suspensión de tierra dentro del botellín y tendremos que esperar a que sedimente para poder empezar a apreciar cambios dentro de los botellines.

Fig 2 - día 2. Izquierda agua salada, derecha agua dulce.
Fig 2 – día 2. Izquierda agua salada, derecha agua dulce.

A los dos días empezamos a ver un color rojizo en el agua salada y un ligero tono verde en el agua dulce. El color rojizo corresponde a un crecimiento de bacterias fotosintéticas rojas y el color verde a un crecimiento de, probablemente, microalgas de crecimiento rápido. Dentro de las bacterias rojas y verdes tenemos bacterias que utilizan sulfuros y otras que utilizan compuestos orgánicos, pero con este tipo de experimento únicamente podemos determinar crecimiento de bacterias verdes o rojas.

Que crezca un tipo de bacteria u otra depende, fundamentalmente de la cantidad de sales del agua ya que tanto la iluminación como el fango preparados son los mismos en ambos casos.

Fig 3 - día 5. Izquierda agua salada, derecha agua dulce.
Fig 3 – día 5. Izquierda agua salada, derecha agua dulce.

A los 5 días ya apreciamos claramente una buena cantidad de color rojo en el agua salada y el tono verdoso del agua dulce. Con el paso de los días iremos viendo si nuestras bacterias crecen por un aumento en la intensidad de los colores, en caso de perder intensidad podría deberse a una mala luminosidad durante varios días, por ejemplo una semana lluviosa, o a que han cambiado las condiciones de nuestro medio y las bacterias están muriendo.

Fig 4 - día 8. Izquierda agua salada, derecha agua dulce.
Fig 4 – día 8. Izquierda agua salada, derecha agua dulce.

A los 8 días del comienzo del experimento las bacterias rojas del agua salada han alcanzado su concentración máxima, o están próxima a ella, y en el agua dulce, el color verdoso está virando a rojo debido, casi con total seguridad, a que la falta de oxígeno está impidiendo el crecimiento de microalgas y permitiendo el de bacterias rojas.

Fig 5 - día 11. Izquierda agua salada, derecha agua dulce.
Fig 5 – día 11. Izquierda agua salada, derecha agua dulce.

A los 11 días, en el agua dulce ya resulta obvio que tenemos unacolonia de bacterias rojas en crecimiento mientras que en el agua salada ha crecido una masa de bacterias verdes en la superficie del fango. Que las bacterias verdes crezcan a mayor profundidad se debe a que necesitan una mayor concentración de sulfuros y por ello crecen en contacto con las bacterias del fango que lo producen.

Fig 6 - día 21. Izquierda agua salada, derecha agua dulce.
Fig 6 – día 21. Izquierda agua salada, derecha agua dulce.

A los 21 días tenemos, en  agua salada, una elevada concentración de bacterias fotosintéticas rojas en suspensión y, en contacto con el fango, una cada vez mayor, colonia de bacterias fotosintéticas verdes. Por su parte, el cultivo de agua dulce es cada vez más similar al de agua salada ya que tenemos bacterias rojas en suspensión y cada vez se intuye mejor un anillo verde en contacto con el fango aunque, no obstante, la concentración de bacterias conseguidas en este medio es menor.

Este experimento se detuvo a los 21 días desde su inicio pero, en caso de prepararlo con una duración menor se deberá tener en cuenta que el tiempo de experimento siempre será finito ya que en algún momento, el alimento de las bacterias del fango que mantenían las condiciones anóxicas se acabará. Llegada esta situación pueden ocurrir dos cosas, que crezcan cianobacterias, también conocidas como algas debido a que hacen la fotosíntesis, son aerobias, verdes y acuáticas, o que no crezca nada, en cuyo caso se aconseja reciclar los botellines.

Lamentablemente, debido a que es un experimento casero  no se ha tenido acceso a ningún microscopio y no es posible mostrar imágenes propias de las bacterias presentes en el cultivo.

AGRADECIMIENTOS

  • Al profesor Francisco Torrella, del departamento de Genética y Microbiología de la Universidad de Murcia por su explicación del experimento llevado a cabo.
 BIBLIOGRAFÍA

Michael T. Madigan. Brock. Biología de los microorganismos. 12ª Edición.

 

4 comentarios sobre “Ciencia en casa: cultivando bacterias fotosintéticas

  • el octubre 5, 2014 a las 1:14 am
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    Hola Alfredo, Mi nombre es Caroll y soy de Chile, estoy interesada en tu trabajo practico, para replicarlo en la escuela,me gustaría saber si para tu experimento utilizaste un método establecido, y aparte del apoyo del Brock utilizaste otra base teórica?. Te agradecería te comunicaras conmigo. buscame en facebook. Cari Espinoza Arce

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  • el octubre 24, 2014 a las 7:39 pm
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    El artículo “Cultivando bacterias fotosintéticas” contiene notables errores relacionados con el metabolismo de las bacterias fotosintéticas. Haría bien, el alumno que lo ha escrito, de visitar de nuevo al profesor que cita en los agradecimientos para que éste le ayudara a corregir los errores. Por ejemplo, la tiza -sulfato cálcico- no es fuente de CO2 para las bacterias fotosintéticas, sino el sustrato utilizado por las bacterias reductoras de sulfato, proceso que genera sulfuro el cual sí es usado por muchas bacterias fotosintéticas como fuente de electrones.
    Fco Torrella

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    • el octubre 24, 2014 a las 8:14 pm
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      Muchas gracias por hacerme ver mi error, le he enviado un correo para ver si podríamos quedar la semana que viene y tratar de subsanar los posibles errores que haya podido cometer además del que usted mencionaba, que ya ha sido corregido

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