Interspecies interactions mediated by conductive minerals in the sediments of the Iron rich Meromictic Lake La Cruz, Spain

• Autores: Amelia Elena Rotaru, Nicole R. Posth, Carolin R. Löscher, María Rosa Miracle, Eduardo Vicente Pedrós, Raymond P. Cox, Jennifer Thompson, Simon W. Poulton, Bo Thamdrup
• Localización: Limnetica, ISSN 0213-8409, Vol. 38, Nº. 1 (Enero), 2019 (Ejemplar dedicado a: A tribute to Maria Rosa Miracle), págs. 21-40
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Interacciones interespecíficas mediadas por minerales conductivos en el sedimento del Lago La Cruz (España), un lago meromíctico rico en hierro
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• Resumen
  • español

    La laguna de La Cruz puede considerarse como un análogo biogeoquímico de los ambientes marinos en la Tierra primitiva, porque su columna de agua, muy escasa en sulfato pero rica en metano y hierro, presenta condiciones similares a estos ambientes en el Precámbrico. En este ambiente encontramos que partículas conductivas establecen un acoplamiento metabólico entre clados microbianos electroactivos. Demostraremos que el sedimento anóxico de la laguna de La Cruz, rico en minerales de hierro biogeoquímicamente “reactivos”, alberga conocidas especies electroactivas tales como Geobacter y Methanothrix, además de otros grupos microbianos que no han sido previamente asociados con un estilo de vida electroactivo. Las incubaciones de lodo en varios sustratos realizadas en presencia de partículas conductivas tuvieron como resultado una actividad metanogénica de dos a cuatro veces mayor, comparadas con las incubaciones con microperlas de vidrio no conductivas o sin partículas adicionadas. En ausencia de partículas conductivas, todos los sustratos probados fueron metabolizados a acetato, que se acumulaba hasta una concentración de hasta aproximadamente 8 mM dependiendo del sustrato (8±0.6 to 11.7±1.2 mM).

    Sólo la adición de mineral conductivo a los lodos de la laguna de La Cruz hacía posible la oxidación del acetato, impidiendo su acumulación. La oxidación del acetato acoplada a una alta actividad metanogénica tuvo una recuperación estequiométrica del 70 % y pudo mantenerse en sucesivos enriquecimientos libres de sedimento solo si estos se adicionaban con minerales conductivos. Por el contrario, enriquecimientos libres de sedimento y sin partículas conductivas cesaron cualquier actividad metabólica en la segunda transferencia de la serie. Las partículas conductivas conservaron la existencia del consorcio Youngiibacter-Methanothrix, mientras que Youngiibacter spp. muere y desaparece en ausencia de las partículas conductivas. Consorcios sintróficos de este ambiente análogo al de la Tierra primitiva sólo sobrevivieron en presencia de partículas conductivas infiriendo que los minerales pueden haber mediado en las asociaciones interespecíficas más primitivas

  • English

    Lake La Cruz is considered a biogeochemical analogue to early Earth marine environments because its water column is depleted in sulfate, but rich in methane and iron, similar to conditions envisaged for much of the Precambrian. Here we show that conductive particles drove the metabolic coupling between electroactive microbial clades from this environment. The anoxic sediment of Lake La Cruz was rich in biogeochemically ‘reactive’ iron minerals, and harbored known electroactive species such as Geobacter and Methanothrix, in addition to groups never linked to an electroactive lifestyle. Slurry incubations on various substrates in the presence of conductive particles showed 2 to 4 times higher methanogenic activity, as compared to incubations with non-conductive glass beads or without added particles. In the absence of conductive particles, all tested substrates were metabolized to acetate, which accumulated above 8 mM depending on substrate (8±0.6 to 11.7±1.2 mM). Only by enabling syntrophic acetate oxidation with conductive minerals could we prevent acetate accumulation. Acetate oxidation conductively coupled to methanogenic activity had a stoichiometric recovery of 70 % and could be maintained in subsequent transfers only if amended with conductive particles. Mud-free enrichments without conductive particles ceased any metabolic activity after the second transfer. Conductive particles preserved a consortium of Youngiibacter-Methanothrix, whereas without conductive particles Youngiibacter spp. died off. Syntrophic consortia from this early Earth analogue environment only survived in the presence of conductive particles inferring that minerals may have arbitrated the earliest interspecies associations