Conceptos de Astrobiología - Extremófilos

Nuestra percepción de la naturaleza de la vida en la Tierra ha cambiado a lo largo del tiempo. Antes de la invención de las lentes, y el consiguiente desarrollo de los microscopios, había recovecos del mundo que no podíamos comprender.

Autores: Chris Impey y Erika Offerdahl

A medida que hemos ido desarrollando microscopios más potentes y hemos ido descubriendo una cantidad que parece infinita de diversidad microbiana, nos hemos visto forzados a reevaluar cómo pensamos acerca de la naturaleza de la vida. El mundo de microorganismos ha despertado nuestro deseo de definir un conjunto de fronteras concretas que delimitan la vida en la Tierra. Parece que cuanto más intentamos establecer las líneas, más nos sorprende la vida. No sólo estamos aprendiendo más sobre la diversidad de la vida en la Tierra, sino que también estamos aprendiendo que la vida prolifera en condiciones asombrosas. Los medios en los que descubrimos vida son extremos. Y los organismos que encontramos viviendo en esos medios se llaman extremófilos.

Debemos esfhacer por contestar una pregunta antes de ir más lejos: ¿qué es extremo? Seguro que si pudiéramos viajar atrás en el tiempo, arrancar de allí a uno de los primeros organismos vivientes, y traerlo a la Tierra moderna, ese organismo consideraría nuestro entorno bastante extremo. Después de todo, el medio de esa Tierra temprana estaba ocupado por ese organismo temprano; habría poco oxígeno en la atmósfera, el Sol sería más tenue, y el clima de la Tierra sería muy diferente. Nuestra criatura viajera del tiempo encontraría muchas dificultades para sobrevivir en el nuevo entorno rico en oxígeno. Para ella, la Tierra moderna representaría un ambiente muy extremo. Sin embargo, nuestro entorno es bastante adecuado para nosotros. Viendo todo esto, no se puede obtener una definición de "extremo" a no ser que definamos nuestro sistema un poco más precisamente. Lo más común es tener una perspectiva antropocéntrica al definir extremo. Casi cualquier medio que no fuera propicio para la supervivencia humana se considera un ambiente extremo. Sin embargo, cuando estudiemos la amplia variedad de extremófilos, tendremos una mejor idea acerca de lo que constituye un ambiente extremo.

Deberíamos detenernos un momento para apuntar una nota general sobre los extremófilos. Éstos no son sólo organismos que sobreviven a condiciones extremas; son organismos que pueden sobrevivir en medios extremos y morir en los normales. La mayoría de los extremófilos son microorganismos, y más concretamente, pertenecientes al dominio archaea. Sin embargo, hay organismos eucariotas multicelulares de los que se tiene constancia que sobreviven en ambientes hostiles, y pueden ser considerados extremófilos. Algunas de las fotos más asombrosas de medios extremos son de las fuentes hidrotermales de las profundidades marinas, e incluyen imágenes de eucariotas extremófilos.
Es importante recordar esto mientras examinamos los entornos extremos de la Tierra y las criaturas que los habitan.

Como humanos, vemos nuestro planeta como un lugar templado y cómodo para vivir. Sin embargo, hay gran cantidad de medios que son demasiado duros para que sobrevivamos, sobre todo si no tuviéramos la ayuda de la tecnología. Los medios extremos en la Tierra incluyen nichos que son muy calientes o muy fríos, muy ácidos o muy básicos, extremadamente áridos o secos, representan zonas de extremada salinidad, expuestas a grandes cantidades de radiación, bajo muchísima presión, y/o contienen poco oxígeno o ninguno. Esto no representa una lista de todos los medios extremos, pero puede hacer que el lector considere la amplia variedad de medios que existen en la Tierra.

En un día caluroso de verano podríamos decir que vamos a morir de calor; o en un invierno frío, podemos pensar que morimos congelados. Pero la verdad es que los humanos no experimentamos la temperatura de la misma manera que los extremófilos. ¿Podrías imaginarte un día de verano en el que se alcanzaran temperaturas de 113ºC (235ºF)? ¿No? Bueno, esta es la mayor temperatura a la que se han encontrado seres vivos. Las criaturas que viven ahí son un tipo de extremófilos como termófilos (termo- de calor, y -filos de amante). En el lado opuesto del espectro encontramos a los psicrófilos, organismos que viven en ambientes muy fríos, de hasta -18ºC (menos de 0ºF). Los medios en los que viven estos dos extremófilos no podrían ser más opuestos. Los termófilos crecen mejor a temperaturas de más de 80ºC (176ºF), que se pueden encontrar en lugares como termas hirvientes o en lo profundo del océano, cerca de fuentes hidrotermales. Por el otro lado, los psicrófilos prefieren temperaturas mucho menores de 15ºC para su crecimiento óptimo y se han descubierto en nieve, hielos y glaciares.

Ya hemos examinado los casos de temperaturas extremas. Estos casos son, quizás, los más fáciles en los que pensar, porque los humanos encontramos temperaturas extremas en nuestra vida diaria. Sin embargo, es mucho menos intuitivo pensar en algunos otros ambientes extremos en la Tierra. Por ejemplo, ¿cómo sería un medio con un pH extremo? La escala de pH va de 0 a 14. 7 es el valor neutro del pH. Valores menores de 7 indican condiciones ácidas, mientras que valores mayores de 7 indican condiciones básicas. Empecemos considerando valores extremadamente bajos de pH. Los acidófilos prefieren ambientes ácidos, normalmente con un valor de pH inferior a 4. Esto sería como vivir en ácido de baterías. Es común encontrarlas en afloramientos ácidos, como en el Parque Nacional de Yellowstone. Otros extremófilos, conocidos como alcalófilos, se encuentran en medios más básicos, generalmente en áreas con un pH de 10 o más. A los alcalófilos les gusta vivir en lugares como los lados de soda. Seguro que recuerdas que en clase de química te advirtieron alguna vez sobre los ácidos como el sulfúrico, y las bases como el hidróxido de sodio. Estas sustancias son igualmente dañinas para los tejidos vivos por ser extremadamente cáusticas y dañar células. Acidófilos y alcalófilos han desarrollado mecanismos celulares únicos para soportar estos pHs extremos.

Los astrobiólogos han propuesto que uno de los requisitos ambientales para la vida en la Tierra es la presencia de agua líquida. Como resultado, podemos denominar a los organismos que prosperan en lugares con acceso limitado a agua como otro tipo de extremófilo, los xerófilos. Durante siglos, los humanos han estado usando el conocimiento de que la vida no se desarrolla bien en ausencia de agua para conservar la comida. Secar frutas y carnes disminuye la disponibilidad de agua en estas comidas e impide que los microorganismos dañinos crezcan en ellas, preservándolas para el consumo humano. Algunos ejemplos de medios naturales que poseen cantidades extremadamente pequeñas de agua líquida son los valles secos de la Antártida, las superficies de las rocas, y los fluidos orgánicos (como el aceite). Es importante saber que, aunque los xerófilos existen en lugares com poca agua, deben tener acceso a agua líquida al menos durante pequeños intervalos de tiempo para poder vivir.

Los medios que tienen una alta salinidad (altas concentraciones de sal) son medios similares a los ocupados por xerófilos. Después de todo, si hay una alta concentración de sal, es probable que la disponibilidad de agua descienda. El principal problema con la alta salinidad, sin embargo, tiene que ver con la presión osmótica. Si una célula se introdujera en una disolución que contuviera mucha sal, el agua abandonaría la célula por ósmosis. Esto provocaría que la célula se secase y finalmente muriera. Los organismos que viven en medios con una alta concentración de sal, como las grandes explanadas de sal del Mar Muerto, se llaman halófilos. Para tener una referencia, el agua de los océanos tiene aproximadamente una salinidad del 3,5%. Algunos halófilos se han encontrado en medios que tienen 10 veces esa cantidad de sal, hasta un 35%.

Otro medio extremo de la Tierra es el que está sometido a altos niveles de radiación. La palabra radiación puede significar muchas cosas. En este caso, consideramos la radiación que es dañina para la vida. Por ejemplo, si nuestra Tierra no tuviera una capa protectora de ozono como escudo contra la gran cantidad de radiación UV que emite el Sol, probablemente la vida nunca hubiera evolucionado en tierra. Además de la exposición a radiación UV, la exposición a radiación ionizante también puede ser dañina. Un medio sorprendente en el que hemos encontrado vida en la Tierra es en los vertederos nucleares y en los núcleos de agua de los reactores nucleares. El extremófilo que se ha identificado viviendo aquí, Deinococcus radiodurans, se considera un extremófilo tolerante a la radiación.

Consideremos ahora en ambiente que los humanos no visitamos frecuentemente, el océano profundo. Aunque la tecnología ha permitido que los buceadores hayan explorado el océano hasta unos cientos de metros, no ha sido hasta hace poco cuando hemos podido investigar las fuentes hidrotermales a varios cientos de metros de profundidad. A medida que llegamos más y más profundo en el agua, el peso del agua que tenemos encima aumenta, y con él, la presión. Los organismos que pueden proliferar a altas presiones se llaman barófilos o piezófilos. Mientras que la presión atmosférica a nivel del mar es de 1 atmósfera (atm), los barófilos pueden soportar hasta 700 atmósferas. De hecho, si quisiéramos situar un barófilo en un medio que se encuentra a una sola atmósfera de presión, no podría vivir.

El último entorno extremo que examinaremos en detalle es un buen ejemplo de la manera antropocéntrica en la que definimos los ambientes extremos. Este ambiente extremo es el que carece de oxígeno, conocido como anaeróbico. Como ya hemos visto, los organismos primitivos de la Tierra no habrían considerado un ambiente con poco o ningún oxígeno como extremo. De hecho, hay muchos organismos que no requieren hoy en día oxígeno para su supervivencia. Los tipos de organismos que viven en medios anaeróbicos se dividen en dos categorías: anaerobios facultativos y anaerobios estrictos. Los anaerobios facultaticos son organismos que funcionan bien sin oxígeno pero pueden soportar el oxígeno cuando está presente. Los anaerobios estrictos aborrecen el oxígeno; si estuviera presente en el medio, los mataría. Hay gran cantidad de ejemplos de medios anaeróbicos, desde los sedimentos de un lago hasta el tracto digestivo.

Aunque no hemos examinado todos los posibles ambientes extremos o quienes habitan en ellos, sólo habría que tener un poco de imaginación para pensar en otros tipos de ambientes extremos, como aquellos con corrientes eléctricas excesivas o dentro de las rocas. El objetivo es identificar ambientes extremos en la Tierra, estudiar la naturaleza de la vida dentro de estos ambientes, y aplicar ese conocimiento en la búsqueda de vida en el Universo.

Traducido para Astroseti por Clauda Rodríguez

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Vía Astroseti