Conceptos de Astrobiología - Termófilos

Las altas temperaturas son el ejemplo más común de condiciones extremas en la Tierra.

Autores: Chris Impey y Erika Offerdahl

Quizás sea porque esterilizamos cosas, como el agua que bebemos o instrumentos médicos, utilizando altas temperaturas. La altas temperaturas presentan un ambiente extremo único en nuestro planeta. Aunque restringirían la existencia de los humanos y muchos otros organismos complejos, los medios de temperaturas extremadamente elevadas ya no se consideran inhabitables como antes. Esto es porque los científicos están descubriendo una amplia variedad de organismos que no sólo sobrevivien, sino que también proliferan, en medios de altas temperaturas.

En general, los organismos que viven en medios que son extremos respecto a los humanos se llaman extremófilos. En particular, los organismos que prosperan con altas temperaturas se llaman termófilos. Las temperaturas a las que los termófilos crecen de manera óptima comienzan a los 45ºC (113ºF) y siguen hacia arriba. Los científicos conocen los termófilos desde hace más de 40 años. Pero sólo recientemente han conocido los microbiólogos que las temperaturas a las que alguna vida puede proliferar excede con mucho los 45ºC. De hecho, se han identificado muchos organimos que tienen su crecimiento óptimo a 80ºC (176ºF). Estos organismos se conocen como hipertermófilos, para diferenciarlos de los termófilos.

Hay muchos medios en los que los termófilos (y los hipertermófilos) se encuentran. Los ambientes más extendidos de altas temperaturas normalmente se relacionan con procesos volcánicos. Los medios de altas temperaturas se localizan sobre o cerca de la superficie de la Tierra, como las fuentes termales del Parque Nacional de Yellowstone, en zonas subterráneas, y en medios submarinos, cerca de las fuentes hidrotermales volcánicas. A día de hoy, el organismo que tiene el récord de crecimiento en altas temepraturas es Pyrolobus fumarii, que puede crecer hasta con temperaturas de 113ºC; fue descubierto por primera vez en las paredes de una fuente hidrotermal del fondo del océano.

Así que, exactamente, ¿por qué se considera extremo un medio con altas temperaturas? Respecto a los humanos, resulta obvio en cuanto a las temperaturas mayores que la del punto de ebullición del agua. Pero, ¿y los organismos unicelulares? ¿Por qué las altas temperaturas suponen un ambiente extremo para ellos? Las células están constituidas por "bloques de construcción" similares. Muchos de estos bloques son sensibles a las altas temperaturas. Por ejemplo, las enzimas son un tipo de proteínas que catalizan reacciones químicas dentro de las células. Una enzima, o más general, una proteína, está formada por una larga cadena de moléculas llamadas aminoácidos. Esta cadena de aminoácidos se pliega para formar una macromolécula tridimensional. Muchas veces, el calor causa deformaciones o la completa destrucción de este pliegue tridimensional de la macromolécula, dejando a la enzima inútil. El ADN también puede ser desnaturalizado por altas temperaturas; los puentes de hidrógeno que unen las dos cadenas de ADN desaparecen, lo que hace que el ADN se rompa en dos cadenas simples. Además, las membranas que delimitan las células pueden sufrir efectos negativos debido a la alta temperatura, lo que normalmente resulta en al ruptura de la bicapa lipídica.

Los termófilos han evolucionado para combatir las consecuencias de las altas temperaturas. Para empezar, los bioquímicos han descubierto que las enzimas de los termófilos varían muy poco comparado con las enzimas de organismos mesofílicos (de temperaturas medias); las secuencias de aminoácidos sólo difieren en un aminoácido o dos. Sin embargo, las pequeñas diferencias en las secuencias de aminoácidos permiten que la enzima se pliegue de forma que sea más resistente a la alta temperatura. Además, las enzimas y las proteínas termorresistentes tendrán más enlaces iónicos (entre aminoácidos cargados) y se plegarán en una configuración tridimensional más compacta, que es más resistente al despliegue en condiciones normales. Los organimos termofílicos también emplean mecanismos especiales para mantener la integridad del ADN. Una manera en la que el ADN se hace más resistente a las altas temperaturas es introduciendo superenrollamientos positivos en vez de negativos en la estructura molecular, que proporciona una estabilidad mucho mayor. También, algunos hipertermófilos fabrican una proteína resistente al calor que se une al ADN y lo estabiliza, haciendo que disminuya su temperatura de fusión. finalmente, las membranas celulares de los termófilos son diferentes de las de los organimos que viven a temperaturas templadas o frías. La principal diferencia es el tipo de lípidos que existen en la membrana. En la mayor parte de las células se forma una bicapa lipídica. Sin embargo, los termófilos usan lípidos distintos, que forman una monocapa en vez de una bicapa, por lo que es inmune a la disgregación de las bicapas provocada por las altas temperaturas.

Los organimos termófilos son interesantes por más cosas aparte de su capacidad para resistir altas temperaturas. Muchos astrobiólogos no descartan la idea de que el último ancestro común de toda la vida en la Tierra fuera un organismo hipertermófilo. Si esto es cierto, puede ser de gran importancia desentrañar la bioquímica de estos organimos para comprender el origen y la evolución de la vida en nuestro planeta. Los termófilos han contribuido a nuestra comprensión de la evolución de la vida en una forma mucho más concreta. Taq polimerasa, una enzima aislada de un microorganismo termófilo, se usa en la técnica de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que permite amplificar y, por tanto, secuenciar información genética. Así que no cabe ninguna duda de que estos fuertes organismos seguirán iluminándonos en la búsqueda de la vida en el Universo.

Traducido por: Claudia Rodríguez

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Vía: Astroseti