Archivo de Noviembre, 2010

¿…y sólo sobrevivirán las cucarachas y las ratas…?

Los extremófilos no sólo constituyen una asombrosa demostración de la tenacidad de la vida terrestre,
sino que también abren posibilidades extraordinarias en el campo de la vida extraterrestre.

Esta Eosphaera de Gunflint (Minnesota-Ontario, Norteamérica) tiene unos 2.000 millones de años y es el fósil indisputado más antiguo que se conoce.

Esta Eosphaera de Gunflint (Minnesota-Ontario, Norteamérica) tiene unos 2.000 millones de años y es uno de los fósiles indisputados más antiguos que se conocen en la actualidad. Se trataría de un alga primitiva emparentada con las modernas Volvocaceae. Los estromatolitos contienen indicios notables de actividad biológica mucho más antiguos, remontándose al menos a unos 3.000 millones de años y quizás hasta 4.250. (H. Hoffmann, Universidad McGill)

La vida en la Tierra surgió hace unos 3.500 millones de años, ha sobrevivido a cataclismos extraordinarios y no se rendirá con facilidad. Las formas de vida sí desaparecen a menudo, en el proceso que llamamos extinción, pero la vida como tal ha demostrado ser asombrosamente tenaz. Hay una línea continua desde su aparición hasta el presente, sin interrupción alguna, derrotando a todos los algos que intentaron acabar con ella para regresar con más fuerza aún. Tiene cierto mérito eso de haber vencido a todo, medrando y evolucionando para sobrevivir ocupar todos los espacios disponibles a continuación, durante una puñetera cuarta parte de la edad del universo.

Existe incluso una hipótesis, todavía sin demostrar, que dice que la vida es aún más antigua –unos 4.250 millones de años, la tercera parte de la edad del universo– y sobrevivió incluso al último Bombardeo Intenso Tardío en el fondo de los mares y quizás en el mismísimo espacio exterior. Sea cierto esto último o no, no cabe ninguna duda de que la vida es muy antigua y sobre todo muy persistente. Con frecuencia se ha dicho que, si fuéramos tan imbéciles de aniquilarnos a nosotros mismos en una guerra nuclear, sólo sobrevivirían las cucarachas y las ratas. Sin embargo, esto dista mucho de ser una afirmación rigurosa. Las cucarachas y las ratas, aunque más resistentes a la radiación que los humanos, no lo son tanto.

Pero hay seres en nuestro mismo planeta capaces de resistir niveles espectaculares de radiación y otras condiciones extremas. Esto es muy interesante, porque rompe radicalmente algunas imposibilidades relativas al surgimiento y desarrollo de la vida, incluso de la vida basada en el agua y el carbono, tanto terrestre como extraterrestre. Y, por ello, resulta de gran importancia en astrobiología. Veámoslo.

Radiación y vida.

Esto de la radiación es importante, porque junto a la presencia de materia y a la temperatura constituye una de los grandes aguafiestas a la hora de pensar en vida extraterrestre. Una radiación elevada de cualquier clase mata todo lo que pilla, por el sencillo procedimiento de alterar o cargarse los átomos o moléculas necesarios para sustentar cualquier forma sensatamente imaginable de vida (por ejemplo, una radiación excesiva pasa la materia a estado plasmático, en el cual la vida resulta difícilmente posible). De manera muy particular, interfiere en los procesos reproductivos, dislocando los mecanismos biológicos de replicación. Las radiaciones ionizantes (empezando por el alto-ultravioleta y continuando por la radiación gamma y X) se usan habitualmente como una técnica de esterilización contra los microorganismos.

Por otra parte, un nivel demasiado bajo de radiación parece también incompatible con la vida y su evolución. Sin radiación, no hay transferencia significativa de energía a grandes distancias (por ejemplo: la luz y calor de un sol a un planeta) y un nivel saludable de radiaciones ionizantes facilita la mutación, y por tanto la evolución. La pregunta, por tanto, se centra en delimitar los límites de la radiación para que la vida siga siendo razonablemente posible.

Zona de habitabilidad.

La zona habitable de los sistemas solares se define como la región en torno a la estrella donde el agua puede permanecer en estado líquido. (Nueva ventana o pestaña para ampliar)

En general, un nivel de radiación tan bajo que mantenga congelados todos los solventes habituales –como el agua– dificultará enormemente el surgimiento y desarrollo de la vida porque ralentiza y en la práctica impide la interacción a gran escala entre los átomos y moléculas que la constituyen. En condiciones de presión más o menos normales, esto son 0ºC para el agua, 77ºC bajo cero para el amoníaco, 84ºC bajo cero para el fluoruro de hidrógeno y 183ºC bajo cero para el metano. Estos son los solventes más referenciados como posible medio para la vida, y los alternativos no se van mucho tampoco. Un lugar sin suficiente radiación para mantener una temperatura mínima en este rango está, muy probablemente, muerto.

Por el extremo contrario, estos solventes pasan a estado gaseoso y pierden su función biológica en una banda de temperaturas igualmente limitada: 100ºC para el agua, 20ºC para el fluoruro de hidrógeno, el amoníaco se evapora a 33ºC bajo cero y el metano lo hace a 161ºC bajo cero. A niveles mucho mayores, nos vamos al estado plasmático. Esto nos deja un rango francamente estrecho de temperatura operacional para la vida: 104ºC para el fluoruro de hidrógeno, 100 ºC para el agua, 44 ºC para el amoníaco y apenas 22ºC en el caso del metano. Todo nivel de radiación que produzca una temperatura fuera de estos rangos, por exceso o por defecto, tiene muy pocos números para ser compatible con la vida.

La radiación es un fenómeno eminentemente electromagnético (aunque también puede ser corpuscular, como la neutrónica, por ejemplo). Distinguimos entre radiaciones ionizantes y radiaciones no-ionizantes por la manera como interactúan con la materia y específicamente con sus electrones. Como su nombre indica, la radiación ionizante es la que puede ionizar átomos; dicho en plan sencillo, la que lleva energía suficiente para arrancarles los electrones. Esto, lógicamente, provoca una grave alteración del comportamiento químico (y por tanto bioquímico) de la materia. Las radiaciones ionizantes constituyen buena parte de lo que conocemos como radioactividad (junto a algunas no-ionizantes, como las corpusculares).

El centro de la Vía Láctea en el infrarrojo, Telescopio Espacial Spitzer

Los núcleos galácticos son potentes emisores de radiación, lo que puede esterilizar el espacio circundante hasta decenas de miles de años-luz de distancia. En la imagen, el centro de nuestra Vía Láctea en el infrarrojo. (Telescopio Espacial Spitzer, NASA)

La radioactividad se considera peligrosa porque es capaz de alterar significativamente la estructura y comportamiento de las cosas vivas a niveles relativamente bajos de energía total. Provoca con facilidad quemaduras, mutaciones y otros daños que pueden matar con facilidad a un ser vivo. Por ello, un nivel excesivamente elevado de estas radiaciones ionizantes se considera incompatible con la vida, aunque la suma total de irradiación recibida se encuentre en el rango del agua o cualquier otro solvente. Debido a esta razón, las zonas próximas al centro de las galaxias se creen esencialmente muertas (próximas vienen a ser unos 25.000 años-luz en el caso de nuestra Vía Láctea): en los núcleos galácticos se ha detectado una cantidad enorme de radiaciones tanto ionizantes como no-ionizantes.

¿Cuánta radiación ionizante es demasiada radiación? En la vida terrestre, depende de cada organismo en particular. El efecto de la radioactividad sobre los seres humanos está muy estudiado por motivos bien conocidos, con lo que tenemos una idea bastante clara de nuestros límites en este respecto. En general, una dosis inferior a 0,1 millonésimas de gray por hora se considera segura indefinidamente para las radiaciones ionizantes electromagnéticas, y cinco millonésimas por hora durante un año resulta probablemente aceptable. La radiación natural de fondo en España viene a estar entre 0,1 y 0,2 millonésimas de gray por hora (aplicando la conversión 1 sievert = 1 gray utilizada usualmente para la radiación gamma y X; deben aplicarse factores correctores, por ejemplo, en la alfa y de neutrones).

Aunque cifras relativamente bajas pueden ocasionar cáncer y otras enfermedades, los efectos perniciosos de las radiaciones ionizantes en el ser humano comienzan a evidenciarse claramente con exposiciones mucho mayores, aproximadamente a partir de un gray. Hasta el 5% de una población humana expuesta a uno o dos grays morirá durante las siguientes seis u ocho semanas. Una cifra de cinco grays puede matar a la mitad de la población expuesta en un mes más o menos, y diez grays nos aproximan al 100% de mortalidad en dos o cuatro semanas. Hay muy pocas personas que hayan sobrevivido a más de diez grays de radiación ionizante; entre estas, se encuentran algunos liquidadores de Chernóbyl, que en todos los casos resultaron expuestos de manera fraccionaria (en dosis menores separadas en el tiempo). En Hiroshima, algunas personas situadas a 21 kilómetros de la explosión recibieron doce grays; todas murieron. Por ello, consideraremos esta cifra de diez grays en una sola exposición como el límite de resistencia para los seres humanos. Las dosis superiores a treinta grays se consideran totalmente letales en cualquiera de sus formas, con las víctimas pereciendo en menos de dos días.

Rata

Las ratas son mamíferos euarcontoglires como nosotros, los primates, y por tanto acusan la radiación y otras agresiones ambientales de manera muy parecida. Se necesitan 7,5 grays de radiación ionizante para matar a la mitad de una población de ratas, apenas un 50% más de los cinco necesarios para hacer lo mismo con una humana.

Ratas, cucarachas, escarabajos de la harina y ositos de agua.

Las ratas no resisten la radiación ionizante mucho mejor que nosotros. Ambos somos mamíferos euarcontoglires, con un montón de similitudes biológicas. Allá donde la radiación esté matando a la gente como chinches, el resto de mamíferos morirán pronto también, y entre ellos las ratas. Para matar a la mitad de una población de pollos hacen falta seis grays, 7,5 para las ratas, 9 para los ratones y la mitad de una población de peces necesita veinte grays. En general, mamíferos, aves, anfibios y peces estamos mal adaptados a la radioactividad. Los crustáceos, que son artrópodos como los insectos, aguantan mejor: cargarse a la mitad de una población requiere doscientos grays, cuarenta veces más de lo que hace falta para liquidar a la mitad de una población humana.

Las cucarachas son asunto distinto. Pero no por cucarachas, sino por insectos; de hecho, hay insectos muchísimo más resistentes a la radiación ionizante que estas molestas compañeras de la humanidad sedentarizada. Estos bichejos con superávit de patas son tipos realmente duros. Veámoslo.

Diversos estudios habían establecido la resistencia a las radiaciones ionizantes de la cucaracha americana en un máximo de 675 grays; y entre 900 y 1.050 para la “cucaracha rubia” o alemana (sin embargo, sólo hacen falta 64 para matar al 93% de una población inmadura). Estas son, sin duda, cifras impresionantes: hasta ciento cinco veces la radiación máxima que podemos soportar los humanos. Las cucarachas parecen, pues, buenas candidatas para sobrevivir elegantemente a nuestra estupidez: con casi total seguridad, no tenemos armamento capaz de asegurar esos niveles de radiación en todas las tierras emergidas del planeta Tierra donde estos animalitos pueden medrar.

Para su temporada de 2008, la popular serie de televisión estadounidense Cazadores de mitos se propuso comprobar si esto era verdad. Y, ya metidos en materia, comparar a las cucas con otros insectos: la mosca de la fruta y el escarabajo de la harina (de quien ya les habían chivado algo…). Así pues, prepararon una serie de poblaciones de estas tres especies y se dirigieron al Laboratorio Nacional Pacific Northwest para enseñarles una fuente de cobalto-60 capaz de producir 550 grays por hora de radiación beta y gamma; como hemos visto, eso enferma de muerte a un ser humano en diez minutos.

Escarabajo del gusano de la harina (Tenebrio molitor)

El escarabajo del gusano de la harina (Tenebrio molitor) es uno de los insectos más resistentes a la radiación, mucho más que las cucarachas. En la prueba mencionada en el texto, sobrevivieron el doble que ellas a 100 grays y fueron los únicos en resistir 1.000 grays (cien veces más de lo necesario para matar a un ser humano).

Primero les arrearon diez grays, el límite máximo de supervivencia para las personas. Dos días después, habían muerto treinta de cada cien moscas de la fruta, una de cada diez cucarachas (alemanas) y dos de cada cien escarabajos de la harina; en el grupo de control no había perecido ningún individuo de las tres especies. A los quince días habían fallecido todas las moscas de la fruta, tanto en el grupo expuesto como en el de control (las moscas de la fruta sólo viven de dos a tres semanas). Pero de las cucarachas, sólo murieron el 30% (frente al 10% de control) y entre los escarabajos, apenas el 10% (contra el 6% de control). En un mes, la mitad de las cucas estaban difuntas (el 30% en el grupo de control), pero sólo el 26% de los escarabajos (10% en el grupo de control).

Así que decidieron preparar más grupos y meterles más caña: cien grays. Esa fue más o menos la radiación gamma en el aire durante los primeros momentos del ataque contra Hiroshima. En los primeros dos días, habían caído cuatro de cada diez moscas de la fruta, dos de cada diez cucarachas y… seis de cada cien escarabajos. Las mosquitas de la fruta se murieron pronto como es de natural en ellas, pero a los quince días quedaban la mitad de las cucas y el 87% de los escarabajos (90% y 94% de supervivientes, respectivamente, en los grupos de control). Y al mes seguían tan campantes el 30% de las cucas y el 60% de los escarabajitos (70% y 90% en los grupos de control).

Vaya, sí que son duras y duros. En el último intento, les sacudieron con mil grays. No se ha visto muchas veces semejante radiación en nuestro planeta, y todas ellas fue por causa humana. Para hacernos una idea, eso son cuatro veces más que el máximo alcanzado por hora en el entorno del reactor Chernóbyl-4 durante el accidente o en la primera hora después del bombardeo de Nagasaki; y más o menos lo que cabría esperar a unos cien metros de una cabeza termonuclear de un megatón estallando ante nuestros ojos. Ciento nueve minutos enteros de cobalto-60 a saco matraco, oiga.

Con mil grays, todas las cucarachas estaban muertas en dos días. Pero sólo el 60% de las moscas de la fruta. Y apenas el 10% de los escarabajos de la harina. A las dos semanas, no quedaba ninguna cucaracha ni mosca de la fruta (que, recordemos, se mueren de muerte natural en este plazo), pero aún vivían la mitad de los escarabajos (frente al 94% del grupo de control). Y al mes, sobrevivían todavía el 10% (90% en el grupo de control). Dicho de otra manera, uno de cada diez escarabajos de la harina podrían haberse paseado durante cuatro horas en torno al reactor reventado de Chernóbyl y sobrevivir durante al menos un mes. Desafortunadamente, el estudio de Cazadores de mitos no incluye información sobre lo que ocurrió después, ni especifica si fueron capaces de reproducirse y en su caso qué pasó con la descendencia.

Tardigrado u osito de agua, un poliextremófilo extremadamente resistente.

El ¿simpático? osito de agua es un poliextremófilo capaz de sobrevivir a 6.000 atmósferas de presión, en el espacio exterior y a más de 5.000 grays de radiación, quinientas veces más de lo necesario para aniquilar a los humanos. Se trata del animal más resistente conocido.

El escarabajo de la harina es uno de los insectos más resistentes a la radiación, pero tiene competencia. Por ejemplo, de una avispita llamada Habrobracon: necesitas 1.800 grays para asegurarte de que las matas a todas (Wharton y Wharton, 1959). Eso son 180 veces más de lo preciso para matar a todos los humanos de una población expuesta. Existen otros animalitos que no son insectos capaces de sobrevivir a estas dosis monumentales de radiación ionizante. Los Bdelloidea, unos bichitos invertebrados acuáticos de la familia de los rotíferos, pueden resistir 1.120 grays manteniendo una décima parte de su capacidad reproductiva (y produciendo descendencia sana).

Sin embargo, estos no son los animales más resistentes. El animal más resistente a la radiación que se conoce es un pequeño protóstomo, el tardígrado u osito de agua. Este animalín de apenas un milímetro es un durísimo poliextremófilo capaz de sobrevivir a un grado por encima del cero absoluto durante unos minutos, diez días deshidratado por completo, o lo que le de la real gana a seis mil atmósferas de presión (¡seis mil atmósferas de presión, como seis veces en el fondo de la fosa de las Marianas, o sea como en la recámara del cañón de un tanque T-80 durante el disparo!). De hecho, es que puede sobrevivir en el espacio exterior, a presión casi cero y temperaturas bajísimas, expuesto directamente a l0s rayos cósmicos y la radiación solar ultravioleta: después de su viaje de doce días en la nave rusa FOTON-M3, el 12% consiguieron seguir reproduciéndose con normalidad.

Este humilde y probablemente simpático osito de agua se ha encontrado en el Himalaya, a 4.000 metros de profundidad, en el Polo Norte, en el Ecuador… y puede aguantar la friolera de 5.000 grays de radiación gamma y hasta 6.400 de iones pesados, aunque pierde la capacidad de reproducirse. Cuando la mantiene, a veces se reproduce por partenogénesis pero más a menudo por vía sexuada, en ambos casos mediante huevos. De entre los que somos pluricelulares, no se conoce a ningún hijo de madre más duro que él. Pero en materia de supervivencia nadie, nadie puede competir con las bacterias.

Deinococcus radiodurans, thermococcus gammatolerans.

Los hongos y las bacterias son francamente duros de pelar. Muy, muy duros de pelar. Para cargarte a la mitad de una población típica de cualquier bacteria de andar por casa, necesitas esos mismos mil grays que sólo algunos animales logran soportar. La popular Candida, un hongo que se pega mucho si no usas condón, pide 24.000 grays para morirse de una buena vez: 2.400 veces más de lo necesario para aniquilar a la gente humana. Pero los más tenaces de entre todos los vivientes se encuentran en el reino casi infinito de las bacterias y sobre todo de las archaeas.

Deinococcus radiodurans

Deinococcus radiodurans mantiene el 37% de su viabilidad a 15.000 Grays, mil quinientas veces más de lo que mata a un ser humano.

Deinococcus radiodurans, también conocida como Conan the Bacterium, para por ser la más dura entre las duras de todos los vivientes que medramos en esta Tierra vieja; y como tal aparece en el Libro Guiness de los Récords. Pertenece al phylum Deinococcus, no parece ocasionar ninguna enfermedad y suele agruparse de cuatro en cuatro. Es como una esfera rosada de tamaño respetable para una bacteria (1,5 a 3,5 micras) y se cultiva con facilidad. Su presencia produce mal olor, como a repollo podrido. Tiñe en gram-positivo aunque presenta algunas características de las gram-negativas, no forma endosporas y carece de movimiento propio. Es un quimioorganoheterótrofo aeróbico, o sea que necesita oxígeno para producir su energía a partir de compuestos orgánicos presentes en el entorno; en ese sentido, se nos parece mucho. Por ello, se halla en lugares ricos en estos compuestos orgánicos, como la tierra, las heces, la carne o el alcantarillado, aunque también se ha encontrado en el polvo, la comida deshidratada, los instrumentos quirúrgicos y los tejidos. Sería un microorganismo como cualquier otro si no fuese por su resistencia a las agresiones del medio.

Y esa resistencia es extraordinaria: estamos ante un poliextremófilo radical. Pero donde destaca es, sobre todo, en su capacidad para soportar las radiaciones ionizantes. Deinococcus radiotolerans resiste 5.000 grays sin inmutarse, mantiene el 37% de su capacidad de crecer y reproducirse a 15.000 (es decir, 1.500 veces lo necesario para matar a toda una población humana) y algunas logran sobrevivir por encima de 30.000 (fuente 1, fuente 2). Estas son cifras fabulosas de radiación, cien veces superiores a lo que se llega a ver en un gran accidente o explosión nuclear. También resulta muy resistente a las variaciones de temperatura, a la deshidratación y a la presencia de contaminantes químicos tóxicos. Por ello, se están usando –con algunos retoques de ingeniería genética– para procesar los residuos resultantes de la fabricación (y desmantelamiento) de las armas nucleares y otros residuos radiológicos.

No es la única. Algunas especies de rubrobacter y chroococcidiopsis –una de las cianobacterias más primitivas que se conocen– rivalizan con Deinococcus radiodurans en tenacidad ante la radiación; la segunda se ha propuesto para la terraformación de Marte. Sin embargo, la más resistente de todas es una archaea llamada Thermococcus gammatolerans, un heterótrofo estrictamente anaeróbico con movilidad propia. Adquiere la forma de una esfera flagelada de una micra de diámetro y, como ocurre con todas las arqueas, no causa enfermedades ni se constituye en parásito.

Thermococcus gammatolerans

Thermococcus gammatolerans recupera su viabilidad y puede seguir reproduciéndose y medrando después de ser sometida a 30.000 grays (cepa EJ3), tres mil veces más de lo que podemos soportar nosotros.

Ya las archaeas tienden a ser duritas: se descubrieron como extremófilos, en lugares como lagos de sal o las aguas termales volcánicas, aunque ahora sabemos que están por todas partes. Pero Thermococcus gammatolerans es una cosa excepcional. Se siente cómoda en los respiraderos hidrotermales submarinos, a temperaturas de entre 55 y 95 ºC, o sea apenas cinco grados por debajo del punto de ebullición del agua; aunque se lo pasa pipa en torno a 88 ºC. Prefiere una acidez pH 6, con presencia de azufre, y medra a 2.000 metros de profundidad frente a la costa de Guyana. Es decir, a 200 atmósferas de presión. Esas son unas condiciones parecidas a las que hay en la caldera de una locomotora a vapor (algo menos de temperatura y bastante más presión).

Pero su resistencia a las radiaciones resulta difícil de asimilar. El límite de esta archaea, que se descubrió no hace mucho, aún no está bien estudiado. Pero se sabe esto: Thermococcus radiotolerans no se inmuta ante 3.000 grays y recupera su capacidad reproductiva (cepa EJ3) después de haber sido tratada con 30.000 grays. O sea, tres mil veces lo necesario para matarnos a ti o a mí con toda seguridad. Treinta kilograys es como… ¡cómo te lo diría yo! :-D Si no fuera por los efectos explosivos, sería como estar sentado a horcajadas sobre una bomba de hidrógeno cuando explota, en plan Teléfono Rojo: volamos hacia Moscú. Como pasarse cinco días enteros residiendo junto al reactor reventado de Chernóbyl. Qué quieres que te cuente.

¿Cómo puede ser esto? ¿Cómo pueden aguantar estos organismos semejantes niveles de radiación?

La mayor parte de ellos, porque no gastan médula ósea ni un tracto intestinal como el nuestro, que son especialmente frágiles ante la acción de las radiaciones ionizantes. Pero, para adentrarse en el ámbito de la resistencia ante miles de grays, hace falta algo más. Este algo más es la capacidad de regenerar rápidamente su ADN.

El ADN acusa mucho los efectos de la radiación: la luz ultravioleta (no-ionizante en frecuencia inferior, ionizante en superior) afecta seriamente a la citosina y la timina formando dímeros de pirimidina, mientras que las radiaciones ionizantes ocasionan fusión entrecruzada entre el ADN y las proteínas, desplazamiento tautomérico y radiólisis del agua circundante. Esto último crea agua oxigenada y radicales libres, más mutágenos aún que la misma radiación (la presencia de agua oxigenada en el citoplasma –o el núcleo, cuando lo hay– ocasiona hasta 2.600 veces más lesiones en el ADN que la radioactividad a pelo). Cuando la radiación es muy elevada, estas lesiones ocurren en avalancha y el ADN (o el ARN) resultan destruidos por completo, resultando en numerosos fragmentos severamente alterados.

Seres como el osito de agua, Deinococcus radiodurans, Thermococcus gammatolerans o los demás resistentes a la radiación mencionados en este post  parecen tener un ADN más resistente a estos efectos, y sobre todo una capacidad excepcional para regenerar rápidamente el dañado. El mecanismo exacto aún no se comprende bien, aunque por ejemplo Deinococcus radiodurans presenta un genoma organizado en anillos toroidales estrechamente empaquetados, lo que ayudaría a los pedazos de ADN a mantener su posición original, favoreciendo así su recomposición. Thermococcus gammatolerans tiene el ADN organizado en forma circular, pero parece gozar de una multitud de mecanismos regeneradores a nivel metabólico y enzimático.

Una pregunta intrigante es por qué estos seres han desarrollado semejante resistencia a la radiación, si en la naturaleza terrestre no hay tales niveles de radioactividad y por tanto no hay presión evolutiva en ese sentido. Aún no se sabe, pero una de las hipótesis más fuertes es que se trata de un efecto secundario de su resistencia a otras agresiones ambientales: si puedes reconstruir tu ADN después de una pasadita por el agua oxigenada, por ejemplo, en principio no deberías tener problemas para hacerlo después de un repaso radiológico de similar violencia. Por ello, todos estos organismos son poliextremófilos.

Resistencia a la radiación de diversos microorganismos seleccionados, incluyendo Thermococcus gammatolerans y Deinococcus radiodurans.

Resistencia a la radiación de diversos microorganismos seleccionados entre 0 y 10.000 grays, incluyendo Thermococcus gammatolerans y Deinococcus radiodurans. En Jolivet, E et al. 2003, "Thermococcus gammatolerans sp. nov., a hyperthermophilic archaeon from a deep-sea hydrothermal vent that resists ionizing radiation", Int J Syst Evol Microbiol 53 (2003), 847-851. De los supervivientes a estas dosis de radiación surge la cepa Thermococcus gammatolerans EJ3, que soporta 30.000 grays regenerando su viabilidad. (Clic para ampliar)

Extremófilos: en los límites de la vida terrestre.

El estudio de los extremófilos, es decir los seres vivientes que pueden seguir siéndolo bajo condiciones extremas, resulta de lo más interesante en una diversidad de campos que van desde la astrofísica hasta la medicina: incluso una mejora menor en la capacidad del ADN humano para resistir este tipo de agresiones –digamos, un pequeño retoque con ingeniería genética en base a estos conocimientos– se traduciría inmediatamente en una mayor resistencia a la radiación, a los contaminantes ambientales, al cáncer y a las enfermedades hereditarias.

Extremos de altitud: Buitre de Rüppel (estratosfera) y estrella de mar (fosas hadalpelágicas).

Sin considearse estrictamente extremófilos, algunos animales son conocidos por hacer acto de presencia en lugares extremos. El 29 de noviembre de 1973, un buitre de Rüppel (arriba) fue ingerido por el reactor de un avión a 11.000 m de altitud, ya en plena estratosfera (temperatura típica a 11.000 m: –51 ºC; presión: 0,25 atmósferas). La estrella de mar (abajo) ha sido observada en lo más profundo de las fosas hadalpelágicas, donde la presión es de 1.100 atmósferas y la temperatura, de 2 a 4 ºC.

Los extremófilos tienen la capacidad de sobrevivir, reproducirse y medrar en condiciones que matarían a la inmensa mayoría de las cosas vivas, pasándoselo de lo más bien. Según el conocimiento actual, los límites absolutos para la vida terrestre parecen ser estos:

  • Temperatura.
    • Límite superior (termófilos): al menos 122 ºC (la archaea Methanopyrus kandleri, cepa 116) o 121 ºC (Archaea 121). El osito de agua puede resistir temporalmente hasta 151 ºC.
    • Límite inferior (psicrófilos, manteniendo la actividad metabólica): El agua puede permanecer líquida muy por debajo de 0 ºC si está mezclada con sales u otras sustancias; se cree que, mientras haya un solvente líquido, no hay un límite de temperatura inferior para la vida (Price, B., y Sowers, T. 2004. Temperature dependence of metabolism rates for microbial growth, maintenance, and survival. Proceedings of the National Academy of Sciences, EEUU. 101:4631-4636.). Se ha observado actividad fotosintética en líquenes criptoendolíticos a –20ºC (Friedmann, E.I., y Sun, H.J. 2005. Communities adjust their temperature optima by shifting producer-to-consumer ratio, en Lichens as models: 1. Hypothesis. Microb. Ecol. 49:523-527). Hay indicios de transferencia electrónica y actividad enzimática a –80 ºC (Junge, K, Eicken, H., Swanson, B.D., y Deming, J.W. 2006. Bacterial incorporation of leucine into protein down to –20°C with evidence for potential activity in subeutectic saline ice formations. Cryobiology 52(3):417-429.). Se ha registrado actividad enzimática en una mezcla de agua, metanol y glicol a –100 ºC (Bragger, J.M., Dunn, R.V., y Daniel, R.M. 2000. Enzyme activity down to -100°C. Biochim. Biophys. Acta 1480:278-282.).
    • Preservación: Existen numerosos seres capaces de preservarse en temperaturas extremadamente bajas. Además de los mencionados ositos, que parecen capaces de aguantar unos minutos a apenas un grado por encima del cero absoluto (en torno a –273 ºC), numerosas especies adoptan mecanismos de conservación indefinida en el frío intenso.
  • Presión.
    • Límite superior (piezófilos): El popular microorganismo E. coli soporta presiones de al menos 16.000 atmósferas manteniendo activo su metabolismo. El experimento se realizó en una prensa para fabricar diamante artificial (Sharma et al. 2002, Diamond anvil cells used to demonstrate bacterial metabolism up to 1.6 Gpa, Science 295:1514-1516). Entre los pluricelulares eucariotas, el osito de mar aguanta al menos 6.000 atmósferas (Seki, Kunihiro y Toyoshima, Masato, 1998. Preserving tardigrades under pressure. Nature 395: 853–854). Los seres hadales viven rutinariamente a presiones en torno a 1.100 atmósferas (de hecho, necesitan estas presiones para sobrevivir).
    • Límite inferior (manteniendo la actividad metabólica): Relacionado con la conservación de la humedad (ver más abajo).
    • Preservación: No parece haber un límite inferior de preservación. Incontables organismos se deshidratan y conservan en condiciones de presión próximas al vacío absoluto.
  • Humedad (de agua).
    • Límite superior: Sin límite superior: la vida acuática es omnipresente en el planeta Tierra.
    • Límite inferior (xerófilos): Normalmente las bacterias detienen su crecimiento con una actividad acuosa inferior a 0,91 y los hongos, a 0,7. Sin embargo, microorganismos como Psychrobacter arcticus se pueden cultivar en entornos de actividad acuosa mucho más baja, en torno a 0,3. Eso es mucho más seco que el más seco de los desiertos terrestres. Numerosos mohos y levaduras son xerófilos.
    • Preservación: Gran cantidad de organismos se preservan en condiciones de deshidratación. El osito de agua puede sobrevivir una década sin contacto con la misma.
  • Acidez /alcalinidad.
    • Acidez (acidófilos): Muchos seres vivos sobreviven en pH inferior a 2. La archaea Ferroplasma acidiphilum puede vivir en ácido sulfúrico con pH próximo a cero. Por tanto, no hay límite de acidez para la vida terrestre.
    • Alcalinidad (alcalífilos): De la misma manera, muchos otros seres medran en pH entre 9 y 11. Bacillus alcalophilus TA2.A1 tiene un pH interno de 9 y medra en pH 11,5 (Olsson, K et al. 2003, Bioenergetic Properties of the Thermoalkaliphilic Bacillus sp. Strain TA2.A1, J Bacteriol. Enero 2003; 185(2): 461–465.). Esa es más o menos la alcalinidad del agua jabonosa.
  • Radiación.
    • Límite superior: Como ya hemos visto, la archaea Thermococcus gammatolerans (cepa EJ3) soporta 3.000 grays sin enterarse y 30.000 grays recuperando su viabilidad. Entre los pluricelulares, el osito de agua resiste 5.000 grays, aunque pierde su viabilidad. (Fuentes citadas)
    • Límite inferior: Sin límite inferior.
  • Otros.
    • Salinidad (halófilos): Numeros microorganismos sobreviven y se reproducen sin problemas en entornos de alta salinidad. Algunas archaeas requieren 1,5M NaCl para mantener su integridad y reproducirse.
    • Resistencia a los azúcares (osmófilos). El hongo Saccharomyces rouxii requiere una actividad acuosa relativa a los azúcares de 0,61 y Monascus bisphorus crece en 0,62.
Venus terraformado.

Impresión artística de un hipotético Venus terraformado. El uso de extremófilos se ha propuesto insistentemente para la modificación biótica de mundos muertos.

Como ya hemos apuntado, algunas de estas resistencias están relacionadas entre sí. Es por ello que existen numerosos organismos poliextremófilos, es decir, resistentes a varias de estas condiciones simultáneamente. Por ejemplo, tenemos termoacidófilos, que se desempeñan bien a temperaturas de 70-80 ºC y pH 2 a 3. Muchos xerófilos son también halófilos (u osmófilos) y psicrófilos. Ya hemos visto la cantidad de barrabasadas distintas que se le pueden hacer a nuestro osito de agua o a Deinococcus radiodurans antes de que se mueran. Otros poliextremófilos extremos, valga la redundancia, son el gusano de Pompeya, el Paralvinella sulfincola, la Pyrococcus furiosus, las bacterias del fango de las cavernas y muchos más.

Todos estos seres demuestran la feraz tenacidad de la vida y desafían nuestra comprensión tradicional sobre sus límites, incluso ciñéndonos a la terrestre basada en el carbono, el ADN/ARN y el agua. Desconocemos hoy por hoy cuáles son los límites para el surgimiento de la vida, pero obviamente es capaz de sobrevivir en condiciones asombrosas. Si un ser tan complejo como el osito de agua es capaz de sobrevivir diez días en el espacio exterior y seguir reproduciéndose, eso significa que las posibilidades son enormes. Los poliextremófilos sugieren planteamientos realistas de vida extraterrestre, de terraformación y de aumento de nuestra propia resistencia a todas estas agresiones por vías artificiales. Nos enseñan lo que es posible como mínimo, y lo que es posible como mínimo parece llegar mucho más lejos de lo que osábamos soñar.

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¡Qué malo!Pschá.No está mal.Es bueno.¡¡¡Magnífico!!! (89 votos, media: 4,93 de 5)
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