Magnetismo Bacteriano

Magnetismo Bacteriano
Ana Lossada
Paleomagnetismo
Segundo cuatrimestre 2010
Existe un grupo particular de bacterias que genera minerales magnéticos
intracelularmente (principalmente magnetita y greigita) lo que le permiten a la célula
alinearse pasivamente con las líneas de Campo Magnético Terrestre, y por lo tanto
orientarse en la columna de agua, nadando unidireccionalmente, en búsqueda de las
condiciones de oxígeno necesarias para su desarrollo. Este fenómeno se conoce como
magnetotaxia, y las bacterias que lo generas como magnetotácticas. Estas bacterias son
ubicuas de ambientes acuáticos, tanto marinos (en zonas costeras y estuarios) como
continentales (lagunas, pantanos, marismas), pero se encuentran restringidas a una zona
angosta en la columna de agua conocida como Zona de Transición Óxico-anóxica, en la
cual obtiene la concentración de oxígeno necesaria. En el hemisferio norte predominan
las bacterias buscadoras del polo magnético norte, mientras que en el hemisferio sur
predominan aquellas que nadan hacia el polo magnético sur. Esto se debe a que estas
bacterias son generalmente microaerófilas a anaeróbicas, por lo cual, dada la inclinación
entrante en HN y saliente en HS, su movimiento es preferentemente hacia abajo en
ambos hemisferios, alejándose de los niveles de oxígeno tóxicos en la superficie.
Este tipo de magnetitas se producen mediante un mecanismo de Mineralización
Controlada Biológicamente (MCB), en el cual el mineral se produce intracelularmente,
en unas organelas llamadas magnetosomas, lo que le permite al organismo ejercer un
fuerte control en la composición, forma y tamaño del biomineral. Por el contrario, en la
Mineralización Inducida Biológicamente (MIB), la célula secreta determinadas
sustancias (producto del metabolismo) al medio extracelular, en donde la interacción
con el medio ambiente permite la formación del mineral (según las condiciones de Ph,
Eh, T, fO2, etc). De esta forma, en la MIB el organismo no ejerce ningún control en la
mineralización, y las magnetitas así formadas son indistinguibles de aquellas
precipitadas inorgánicamente.
Las magnetitas producidas por MCB tienen unas características muy particulares, que
en su conjunto no pueden reproducirse mediante precipitación inorgánica, que son las
siguientes:
- Hábitos característicos: por lo general se presentan en cristales cubooctahédricos (cuboidales), hexaedros alargados (prismas alargados) y en forma
de bala o diente.
- Anisotropía de forma: los cristales no suelen ser equidimiensionales, sino que se
encuentran alargados en la dirección del eje [111]. Este eje coincide con el eje
fácil de magnetización de la magnetita, de manera que, al alargarse el cristal en
esta dirección, se superpone a la anisotropía de forma (que gobierna en la
magnetita) la anisotropía magnetocristalina, generando la maximización del
momento dipolar de cada partícula.
- Tamaño de grano acotado: los cristales de magnetita se presentan en un rango de
tamaños muy angosto, entre 45 a 120 nm. Esto les confiere la característica de
ser todos SD. Un tamaño de grano más grande significaría la división del grano
en dominios magnéticos, orientados en sentidos opuestos, lo que llevaría a la
reducción del momento bipolar, y consecuentemente dificultaría la
magnetotaxia.
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Arreglo en cadenas: es común que los magnetosomas se orienten dentro de la
célula formando cadenas. De esta forma se consigue nuevamente maximizar el
momento dipolar, que resulta de la suma algebraica de los momentos
individuales de las partículas alineadas.
Pureza química: las magnetitas producidas por MCB son muy puras presentando
la composición estequiométrica de Fe3O4. Algunos elementos como Al, Cr y Ti
se pueden presentar en cantidades traza, lo que resulta significativamente menor
a las concentraciones de impurezas que se encuentran en magnetitas inorgánicas.
Perfección cristalográfica: las magnetitas presentan una estructura cristalina
perfecta, donde el único rasgo es el maclado a lo largo del eje [111].
Desde que se recuperó en la Antártida el meteorito marciano ALH84001, y se empezó a
plantear la hipótesis de que podrá contener evidencias de vida pasada en Marte debido a
las similitudes de la magnetita nanométrica encontrada con la producida en la Tierra por
bacterias magnetotácticas, se puso de manifiesto la necesidad de un criterio de
diferenciación. Es así cómo surgió el criterio MAB (Magnetite Assay for Biogenicity),
que enumera las características antes descriptas (forma, tamaño, arreglo en cadenas,
pureza química y perfección cristalográfica). Estas características por separado no son
diagnósticas, pero al cumplirse todas juntas (o gran parte de ellas) es un fuerte
indicativo de un origen mediante MCB.
Existe también otro criterio (Kopp y Kirschvink, 2007) que, empleando un sistema de
puntaje, permite definir cuan robusta es la evidencia a favor de un origen biogénico,
basándose en un mayor número de mediciones magnéticas (espectros de coercitividad,
Test de Moscowitz, etc.)
Los magnetofósiles, es decir, las magnetitas producidas por MCB que son preservadas
luego de que la bacteria muere, son muy comunes en el registro fósil durante todo el
cuaternario, y significan un gran aporte al magnetismo de estos sedimentos. Sin
embargo, en el registro pre-cuaternario son muy escasos, y se limitan principalmente al
mesozoico y cenozoico. En el precámbrico, los magnetofósiles se encontraron
restringidos únicamente a plataformas carbonáticas, y la cantidad es muy escasa, si bien
es muy probable que las bacterias magnetotácticas hayan proliferado grandemente en
aquel periodo dado su metabolismo anaeróbico.