jueves, 19 de noviembre de 2009

Las Reinas extremófilas: las bacterias

( Adaptación del artículo publicado en Revista Creces, Julio 2002 )

Últimamente se han descrito algunas criaturas que viven en condiciones extremadamente difíciles, en las más increíbles regiones del planeta. Se piensa que muchas de ellas pueden haber sido las primeras que se desarrollaron en el planeta, y tal vez otras semejantes puedan existir en otros lugares del sistema solar.


Algo de historia
Algunos de los más sorprendentes hallazgos se han encontrado en la frontera de la Tierra; "el fondo del mar", el lugar que conocemos menos que la cara oculta de la luna. Hasta el año 1880 se pensaba que el fondo del mar estaba muerto, y algunos incluso afirmaban que la vida no podría existir a profundidades mayores de 600 metros.
Pero fue en el año 1884, cuando el biólogo francés, A. Certes encontró actividad microbiológica en muestras de agua extraídas a 5100 metros de profundidad, lo que inspiró a otros para explorar la vida en los abismos. Con todo persistió la idea de que las profundidades del océano debían estar muy escasamente pobladas, ya que se asumía que sin fotosíntesis, no podría existir una fuente de energía, ni nutrientes. Por lo tanto nada que fuera más complejo que los microbios, podría vivir allí.

Pero podían. En 1977, John Corliss y John Edmond, dos geólogos, descendieron en el submarino Alvin y observaron una espectacular gama de vida. Mientras a una profundidad de 2500 metros buscaban evidencias de fracturas intercontinentales, cerca de las Islas Galápagos encontraron emanaciones calientes, denominadas "surgencias hidrotérmicas", rodeadas por comunidades de almejas, cangrejos, gusanos de 2 metros de largo, anémonas marinas y grandes peces. Dos años después, otra expedición del submarino Alvin descubrió organismos amontonados alrededor de "fumarolas negras" que surgían en regiones volcánicas calientes del fondo marino, junto con aguas ricas en minerales.

Impresionados por estos nuevos descubrimientos, los científicos comenzaron a buscar vida en lugares que previamente se habían considerado como inhabitables, como eran los más profundos niveles del océano, las rocas bajo el suelo o las partes altas de la atmósfera. Una inspección más cercana de estos ambientes extremos ha permitido comprobar diversos tipos de microorganismos especializados, que se han llamado genéricamente "extremófilos".

Un stress obvio en ambientes extremos, es la temperatura, por lo que se han llevado a cabo numerosos experimentos con el objeto de encontrar las más bajas y más altas temperaturas que pueden soportar diferentes especies (figura 3). Pero más importante que el calor o frío, es la disponibilidad de agua líquida. Si estas criaturas pueden detener el congelamiento o el hervor del agua, logran vivir a temperaturas extremas.

Caliente, caliente. Las más antiguas y resistentes
Los termófilos o hipertermófilos son microorganismos, tanto arquibacterias y bacterias, que viven apaciblemente a temperaturas que van desde los 45° C hasta mas de 100° C ( o más) en géiseres, sulfaratas, y otros paisajes de origen volcánico.
Las "arqueas", posiblemente las criaturas más antiguas de la Tierra, han sido las más capaces para adaptarse a extremos, incluyendo temperaturas sobre 100ºC. Estos microbios representan una de las tres ramas mayores de la vida, junto con los procariontes (verdaderas bacterias) y eucariotes (todos los organismos con células nucleadas).
Las arqueas son similares en tamaño a los procariontes, pero su metabolismo es radicalmente diferente. Varias especies se manejan a temperaturas por sobre 100ºC, siempre que el agua se mantenga sin hervir, como por ejemplo si está presurizada, lo que eleva el punto de ebullición.
El récord olímpico de alta temperatura lo tiene una arquea llamada Pyrolobus fumarii, que se describió por primera vez en el año 1997. Ella se desarrolla a temperaturas sobre 113ºC, pero no hay ninguna razón para suponer que el récord no pueda aún superarse.
Se sabe que algunas enzimas pueden trabajar más allá de 140ºC y muchos investigadores de extremófilos creen que los límites absolutos de temperaturas de sobrevivencia en la Tierra, pueden ser tan altos como 150ºC.

Frío, frío.
Cerca del punto de congelamiento se observa una situación similar. Los organismos pueden sobrevivir a temperaturas bajo cero, siempre y cuando puedan encontrar un método para mantener el agua líquida. En las tres ramas de la vida hay especies que pueden sobrevivir a temperaturas bajo el punto de congelamiento.
El récord lo tienen las moscas del Himalaya y ciertas bacterias del hielo de la Antartida o del subsuelo congelado de Siberia. Ellas se mantienen activas a -18ºC. entre las mas notables encontramos a las Polaromonas, una bacteria aerobica, y Croococcidiopsis, una cianobacteria oalga azul antartica que respira oxigeno pero que habita a temperaturas de -50 ° C. Se cree que esta cianobacteria estaba presenta hace 2500 millones de años, por lo que seria la mas antigua de la actualidad.
A bajas temperaturas, el daño más importante que sufren las células es debido a los cristales de hielo que se forman en su interior.
En el laboratorio, muchos microorganismos, células eucarióticas conservadas y líquenes, pueden sobrevivir a un shock de congelamiento con nitrógeno líquido, ya que los cristales de hielo no tienen tiempo de formarse antes que las células se congelen sólidas.
Muchas especies de peces producen moléculas anticongelamiento, como proteínas o "glicoproteínas" que son proteínas ensambladas con azúcar.
Algunas especies de sapos pueden sobrevivir congelados, estimulando la formación de hielo en sus cuerpos, ya que la rápida formación de muchos pequeños núcleos de hielo, previene el crecimiento de cristales más destructivos. Mecanismos adaptativos similares, también ocurren en microbios que se manejan dentro de los hielos antárticos.

Vivir sin agua
El requerimiento de agua líquida es lo que hace difícil sobrevivir en los desiertos. En el Desierto de Namib, la planta Welwitschia mirabilis, es una de las especies que se las ha arreglado para desarrollar mecanismos de adaptación. Descubierta en el siglo XIX por el botánico Friedrich Welwitsch, tiene un brote en forma de nabo del que se desprenden sólo dos hojas. Miden más de un metro de largo, yacen en el suelo y parecen estar podridas.

La planta puede vivir con menos de 10 milímetros de agua de lluvia al año y algunas tienen más de mil años. Aun en sequías graves, cada año la planta florece, pero la mayor parte de sus esfuerzos se pierde, ya que las semillas sólo germinan durante los poco frecuentes años húmedos, cuando la superficie permanece húmeda por lo menos una semana. Este es el tiempo que ellas necesitan para germinar. Luego el suelo se vuelve a secar, su única raíz vertical crece extremadamente rápido, para detenerse cuando desaparece la humedad, quedándose estacionaria.

Ácido como el jugo de limón, alcalino como la cal, salado como un mar de lágrimas.
Los acidófilos, como Sulfolobus acidocalcarius, una arquibacteria muy primitiva, lleva una vida excentrica, pasa sus días en fuentes hidrotermales, en los géiseres sulfurosos o en minas de carbón
Los alcalófilos, como las arquiobacterias Natronobaterium, prefieren suelos empapados de carbonatos o lagos alcalinos..
Los halófitos, como las arquobacterias Haloferax y Halobacterium, adoran los ambientes salados y podrían utilizarse para mejorar la extracción de petróleo crudo de los pozos petrolíferos.

Los extremofilos, extremadamente útiles para el hombre
Los extremófilos resultan increiblemente útiles para los procesos industriales y biotecnológicos.
Lo más codiciado de estos seres peculiares son sus enzimas, catalizadores biológicos que aceleran las reacciones químicas y se extraen habitualmente de los tejidos de las plantas y de los animales. Se utilizan en la industria textil, en el diagnóstico de enfermedades y en la elaboración de drogas y alimentos.
Las enzimas de los psicrófilos son muy apreciadas: se pueden usar para procesar alimentos que necesitan mantenerse en frio para no deteriorarse, para fabricar perfumes ( ya que sus componetes volátiles se evaporan a altas temperaturas) o incorporarse a los detergentes para lavado en frio.
Las enzimas de los alcalófilos son las más buscadas por los fabricantes de detergentes.
El más famoso de los termófilos, sin lugar a dudas, el Thermus aquaticus, del cual se extrae la enzima Taq polimerasa, una molécula clave en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) utilizada en ingeniería genética, por ejemplo para la identificación de personas sobre la base del ADN o el diagnóstico de enfermedades.
El estudio de los microorganismos extremófilos es importante también para disciplinas como la Exobiología e incluso para la Ecología, porque estas formas de vida pueden degradar materias consideradas perjudiciales para el entorno natural.
El estudio de los extremofilos reviste importancia en la Astrobiología o Exobiología, ciencias que tratan acerca de la vida fuera del planeta tierra. Muchos creen que los psicrófilos son clave para el estudio de la vida en Marte y los termófilos para la investigación exobiológica en Venus.

3 comentarios:

  1. Hola Carolina! Me gusto toda la información que pusiste, no sabia nada de esto, y me gusta, siempre me gustaron los bichitos raros! Lindo blog, saludos.
    Mi blog:http://toba-qom.blogspot.com

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  2. SUPER, MUY BUEN ARTICULO

    PUDE RESOLVER MI PREGUNTA DE EXAMEN PARA MAÑANA

    NIDIA

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  3. tema che yo necesito saber su importancia ecologica

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