Vida arsénica

Habrá quien sufra una decepción. Pero si se confirma, es un descubrimiento muy, muy notable.

Convocatoria de prensa de la NASA sobre un descubrimiento en astrobiología.

Convocatoria a la conferencia de prensa de la NASA para "comentar un hallazgo en astrobiología que tendrá impacto en la búsqueda de pruebas de vida extraterrestre". A pesar del ruido generado, eso no son "pruebas de vida extraterrestre". (NASA) (Clic para ampliar)

Como es bien sabido, hace unos días la NASA anunció una conferencia de prensa en su sitio web y en notas dirigidas a los medios de comunicación, donde se decía lo siguiente:

La NASA ofrecerá una conferencia de prensa a las 2 p.m. EST el jueves, 2 de diciembre, para comentar un hallazgo en astrobiología que tendrá impacto en la búsqueda de pruebas de vida extraterrestre. La astrobiología es el estudio del origen, evolución, distribución y futuro de la vida en el universo.

Sobre esta base, como suele resultar inevitable, pronto surgieron las primeras especulaciones sobre el hallazgo de vida extraterrestre; e inmediatamente a continuación, toda clase de suposiciones amplificadas por Internet, incluyendo los delirios habituales en estos casos.

A pesar de tanto ruido, la redacción de la nota de prensa –bastante común entre las que proporciona la NASA a menudo– parece cuidadosamente formulada para rechazar estas especulaciones: «un hallazgo en astrobiología que tendrá impacto en la búsqueda de pruebas de vida extraterrestre» no son «pruebas de vida extraterrestre». El embargo sobre su contenido terminó por alimentar aún más el bombo del asunto; no obstante, este embargo venía impuesto por Science –que es quien publica el paper– y constituye una práctica habitual para proteger la exclusiva.

No voy a decir que la NASA ignore la clase de efecto que un texto así tiene en la sociedad, e incluso que lo utilice para atraer atención, pero, honestamente… ¿de qué otra forma lo podrían decir? ¿Utilizando lenguaje abstruso que sólo entiendan los iniciados? Yo creo que esa sería una solución peor. Uno dice lo que tiene que decir, y lo que digan los demás ya es asunto de ellos. Nadie puede actuar pensando constantemente en quién sacará una conclusión inoportuna o exagerada de lo que hace; por ese camino, nunca se haría nada.

Arsénico.

Arsénico.

Del fósforo, del arsénico, de la vida y de la muerte.

Dicho esto, vamos al asunto, que tiene miga. Aunque a muchos pueda resultarles decepcionante (al menos en comparación con las expectativas generadas por gente que NO es de la NASA ni del equipo investigador), el descubrimiento de vida arsénica tiene un alcance extraordinario en «la búsqueda de pruebas de vida extraterrestre» y también en nuestra comprensión de la vida terrestre. ¿Por qué?

En primer lugar, porque el arsénico es un conocido veneno. Dicho en términos sencillos, un antagonista de la vida, y además uno de los más poderosos (no mezclar con el concepto bioquímico de antagonista). Se supone –se suponía hasta hace un rato– que allá donde hay mucho arsénico y no hay nada de fósforo, no puede haber vida. ¿A qué se debe esto? Fundamentalmente, a que el arsénico tiene un comportamiento bioquímico muy parecido al fósforo; tanto como para confundir a los seres vivos. En palabras de la doctora Felisa Wolfe-Simon, una de las participantes en la conferencia de prensa de la NASA:

Toda la vida que se conoce requiere fósforo (P), en forma de fosfatos inorgánicos (PO43– o Pi) y moléculas orgánicas que confienen fosfatos. El Pi sirve como columna vertebral de los ácidos nucleicos que constituyen el material genético y como el mayor almacén de energía química para el metabolismo, en los enlaces de polifosfatos.

El arsénico (As) se encuentra inmediatamente por debajo del fósforo en la tabla periódica, y por ello ambos elementos comparten muchas propiedades químicas, aunque la diferencia es lo bastante grande como para que el arsénico no pueda reemplazar directamente al fósforo en la bioquímica moderna. El arsénico es tóxico porque resulta lo bastante parecido al fósforo como para que los organismos intenten esta sustitución.

–Wolfe-Simon, Felisa; Davies, Paul C.; Anbar, Ariel D. (2009), «Did nature also choose arsenic?»,
en International Journal of Astrobiology, Volumen 8, Número 2, págs. 69-74.

Efectos del arsénico en el agua potable.

Incluso en cantidades bajas, la presencia de arsénico en los alimentos o el agua constituye un grave problema de salud pública. En la foto, un paciente bangladesí muestra los efectos de la intoxicación por esta sustancia en el agua de boca durante la reciente "crisis del arsénico" ( http://bicn.com/acic/ ). El desarrollo de agentes biorremediadores es de gran interés para combatir estos desastres.

En otras palabras: el cuerpo de los seres vivos absorbe arsénico creyendo que es fósforo, lo incorpora y entonces se encuentra con que el arsénico no le sirve para seguir desempeñando sus funciones biológicas. Como resultado, la actividad biológica queda interrumpida o alterada, la homeostasis se desarticula rápidamente y el ser vivo muere.

Suele decirse que la vida terrestre está basada en el agua, o en el carbono. O en el ADN-ARN. Pero, de la misma manera, podríamos afirmar que la vida terrestre está basada en el fósforo. Este no-metal con quince protones en su núcleo (y normalmente dieciséis neutrones, lo que suele resultar en el isótopo estable 31P) se presenta en varios alótropos de propiedades muy diferentes: fósforo blanco, fósforo rojo, fósforo violeta, fósforo negro, difósforo y nanopolímeros. Por su gran reactividad y su capacidad de interactuar agradable o desagradablemente con las cosas vivas, el fósforo blanco es muy conocido en la industria armamentística.

El fósforo forma parte esencial de la estructura del ADN y el ARN. Los fosfolípidos constituyen la sustancia fundamental de las membranas celulares activas. Por tanto, estamos ante uno de los materiales estructurales de la vida. Pero no sólo eso. Prácticamente todos los procesos celulares que consumen energía lo hacen a través de una molécula llamada adenosín-trifosfato (ATP), el vehículo de la energía vital. La fosforilación es, con mucha probabilidad, el mecanismo de regulación enzimática y metabólica más importante de todos. Sin fósforo, nunca habríamos llegado a ser. Sin fósforo, tú y yo no existiríamos. Y cuando el fósforo se ve reemplazado por el arsénico o cualquier otra cosa parecida, morimos sin remisión.

O, al menos, eso pensábamos hasta ayer.

Vida extraña.

Postulamos la hipótesis de que sistemas bioquímicos antiguos, análogos pero distintos a los conocidos hoy en día, podrían haber utilizado arseniatos en un papel biológico equivalente al de los fosfatos. Los organismos que utilizaran estos caminos bioquímicos de «vida extraña» podrían haber sustentado una «biosfera en la sombra» durante los tiempos del origen y la evolución temprana de la vida en la Tierra o en otros planetas. Estos organismos podrían incluso mantenerse en la Tierra hoy en día, no detectados, en nichos inusuales.

–Wolfe-Simon, Felisa; Davies, Paul C.; Anbar, Ariel D. (2009), «Did nature also choose arsenic?»,
en International Journal of Astrobiology, Volumen 8, Número 2, págs. 69-74.

Pteris vittata, un hiperacumulador de arsénico.

Pteris vittata, un hiperacumulador de arsénico.

Se conocían ya algunos organismos capaces de absorber arsénico e incluso incorporarlo parcialmente a sus funciones biológicas. Por ejemplo, el helecho Pteris vittata es un hiperacumulador del arsénico presente en algunos suelos (incluyendo suelos contaminados), lo que permite su uso en fitorremediación. Algunas bacterias y archaeas, como la Sulfurospirillum arsenophilum o varias crenarqueotas, pueden obtener energía de compuestos arsénicos mediante unas enzimas conocidas como arseniato-reductasas (Arr), reduciendo los arseniatos a arsenitos en lo que viene a constituir un mecanismo respiratorio.

Hace un par de años se descubrieron otras bacterias capaces de realizar algo muy parecido a la fotosíntesis en ausencia de oxígeno, utlizando arsenitos como donantes electrónicos y generando arseniatos en el proceso (exactamente igual que, en la fotosíntesis «normal», el agua actúa como donante de electrones para producir oxígeno); entre estas, parece encontrarse la cepa PHS-1 relacionada con la gamma-protebacteria Ectothiorhodospira shaposhnikovii. Por su parte, el moho Scopulariopsis brevicaulis puede metabolizar cantidades significativas de arsénico inorgánico mediante metilación y algunos peces, crustáceos del tipo del marisco, algas y hongos procesan el arsénico ambiental de forma parecida para dar lugar a la arsenobetaína (que constituye una parte significativa del arsénico presente en la sangre humana, sobre todo después de zamparse una cierta cantidad de estos seres).

Lo que nunca se había manifestado es lo que aparece en el escrito para Science que se ha dado a conocer con esta conferencia de prensa:

La vida está fundamentalmente compuesta por los elementos carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo. Aunque estos seis elementos forman los ácidos nucleicos, las proteíanas y los lípidos, y por tanto constituyen el grueso de la materia viva, es teóricamente posible que otros elementos de la tabla periódica puedan desempeñar las mismas funciones. Describimos una bacteria, la cepa GFAJ-1 de las Halomonodaceae, que sustituye el fósforo por arsénico para mantener su crecimiento. Nuestros datos muestran pruebas de arseniatos en macromoléculas que habitualmente contienen fosfatos, y muy notablemente en los ácidos nucleicos y las proteínas. El intercambio de uno de los bio-elementos principales podría tener un significado evolutivo y geoquímico profundo. […]

Notificamos el descubrimiento de un microbio inusual, la cepa GFAJ-1, que excepcionalmente puede variar la composición elemental de sus biomoléculas básicas sustituyendo fósforo por arsénico. La manera en que el arsénico se incorpora a la estructura de estas biomoléculas no está clara, y los mecanismos mediante los que operan las mismas son desconocidos.

–Wolfe-Simon et al. (2010), «A bacterium that can grow by using arsenic instead of phosporus»,
en Science Express, 2 de diciembre de 2010.

El Lago Mono es un lago alcalino (pH =10) de muy alta salinidad situado en el extremo oriental del estado norteamericano de California, en la Sierra Nevada estadounidense. Aunque el lago en sí no debe alcanzar el millón de años de antigüedad, y seguramente se formó durante la erupción volcánica de Long Valley, la estructura geológica bajo la capa de cenizas apunta a fechas muy anteriores; podría tratarse de uno de los lagos más antiguos de los Estados Unidos. Aunque el nombre Mono también se nos antoja español –y sería exquisitamente adecuado–, en realidad procede de los anteriores habitantes de esas tierras.

Lago Mono, California.

El lago Mono, en la Sierra Nevada de California (EEUU), presenta una elevada concentración de sales de arsénico. Este ha sido el lugar del descubrimiento.

Forma parte de una cuenca endorreica, es decir, sin salida al mar. Esto significa que todos los materiales arrastrados por la lluvia y demás quedan concentrados en el lago, mientras el agua se va evaporando lentamente. Esto forma lagos con gran densidad de sales, que en el caso del Mono tienen un importante componente de arsénico. A pesar de ello, se trata de un espacio de alto valor ecológico, clave para la migración de numerosas aves. No obstante, como vivir, en él sólo viven algunas especies muy especialitas como el crustáceo de aguas salobres Artemia monica, las «moscas alcalinas» Ephydra hians y una serie de algas y bacterias de rasgos extremófilos adaptadas a semejante ambiente.

Lo que han hecho la Dra. Wolfe-Simon y su equipo ha sido tomar una bacteria de características extremófilas que ya había demostrado su resistencia al arsénico en este Lago Mono y cultivarla artificialmente en distintas etapas, con una cantidad cada vez menor de fósforo y mayor de arsénico en los nutrientes. El propósito de estas acciones era provocar tanta sustitución de fósforo por arsénico como fuera posible en el microorganismo. Cuando finalmente lo introdujeron en un medio sin ningún fósforo añadido, sino sólo con un arseniato (AsO43–) y glucosa, ocurrió lo siguiente:

GFAJ-1 creció a un promedio μmax de 0,53 días–1 bajo +As/–P, multiplicando el número de células más de veinte veces después de seis días. Crecía más deprisa y más extensamente al añadirle [fosfato] […] Pero de todos modos, cuando no se añadió [ni arsénico ni fósforo], no se observó ningún crecimiento. Incluímos tanto la densidad óptica como el recuento de células para demostrar sin ambiguedad alguna el crecimiento utilizando dos métodos independientes.

Dicho en cristiano: GFAJ-1 seguía reproduciéndose en el arsénico, sin fósforo alguno (aunque al añadir fósforo lo hacía más rápido y mejor). Según la doctora Wolfe-Simon y sus colaboradores, esto significaría que esta bacteria es capaz de utilizar el arsénico como sustitutivo del fósforo para una diversidad de sus estructuras y procesos biológicos:

Aproximadamente el 96% del fósforo está presumiblemente distribuido entre las fracciones «lípidas» y «proteínicas». Si el AsO43– reemplaza el papel biológico del PO43–, entonces el [arsénico] debería estar actuando en muchos papeles bioquímicos análogos, incluyendo el ADN, la fosforilación de las proteínas […] y los fosfolípidos.

La cepa bacteriana GFAJ-1 (NASA TV).

La cepa bacteriana GFAJ-1, cultivada en arsénico (NASA TV).

O sea: que por primera vez tendríamos un microorganismo funcionando con un elemento distinto de los seis constituyentes básicos de la vida conocidos hasta ahora; elemento que, en otras condiciones, resulta un poderoso enemigo de la vida. Es decir: no se trataría de un extremófilo corriente que tolera la presencia del arsénico o incluso lo incorpora en algún proceso biológico, sino de un organismo capaz de abandonar el fósforo para pasar a constituirse con arsénico. Llevamos décadas especulando con posibles formas de vida extraterrestre no sustentadas en los bioelementos de la vida terrestre; esta sería la primera prueba de que tal cosa resulta verdaderamente posible. Nos hallaríamos al principio de una nueva bioquímica, de un nuevo ámbito de la vida.

La cosa tiene sus críticos (aparentemente minoritarios), que afirman que el experimento no ha demostrado fehacientemente (aún) la sustitución integral o mayoritaria del fósforo por arsénico en la GFAJ-1. Sin embargo, los autores del experimento han dado varios pasos significativos para demostrar este reemplazo; y aunque ciertamente no son definitivos por completo, sí apuntan con claridad a un descenso muy notable del fósforo y un incremento igualmente importante del arsénico en las biomoléculas del microorganismo. A falta de los siguientes estudios –que, visto el revuelo y la relevancia, seguramente no tardarán mucho– no resulta imprudente afirmar que se ha hallado una vida distinta de como la conocíamos.

Las implicaciones.

Si estos resultados se confirman, la importancia y el alcance del experimento anunciado ayer es colosal. Como ya he mencionado, nos hallaríamos ante una nueva bioquímica, algo muy distinto de lo conocido hasta ahora. Mil preguntas se agolpan: ¿cómo es un ADN que incorpora arsénico en vez de fósforo? ¿Cómo funciona la transferencia de energía, considerada hasta ahora competencia exclusiva del ATP? ¿Qué sustituye a la fosforilación, y de qué manera? ¿Qué otras sustituciones resultan posibles, y en qué combinaciones? Hay curro para generaciones enteras de biólogos y bioquímicos. :-D Y, por cierto, habrá que empezar a plantearse las posibles tecnologías derivadas, en medicina, en farmacología y en una multitud de campos. ;-)

Fumarola hidrotermal

Una fumarola hidrotermal submarina. Desde hace tiempo se postula que la vida pudo surgir en torno a ellas; este descubrimiento podría reforzar esta hipótesis.

Por otra parte, tal y como prometió la NASA, el impacto sobre la astrobiología es muy profundo. Si esto es lo que parece ser, estaríamos ante la demostración palmaria de que son posibles otras formas de vida no sustentadas en los bioelementos tradicionales, ampliando enormemente las posibilidades en otros mundos; hasta ahora sólo teníamos especulaciones, pero ahora comenzamos a disponer de hechos probados (siempre dependiendo de las correspondientes verificaciones). Si es posible una vida que utiliza arsénico en vez de fósforo… pues compi, entonces casi todo es posible. Silicio en vez de carbono. Metano en vez de agua. Vete tú a saber. (Insisto: sí, ya sé que sobre todo esto se ha especulado mucho. Pero una cosa es la especulación y otra muy distinta las pruebas.)

También se abren otras posibilidades fascinantes en el ámbito de la abiogénesis, es decir, la manera como surgió la vida; otro campo estrechamente relacionado con la astrobiología. Si son posibles otras formas de vida no sustentadas en los bioelementos tradicionales, ¿se dieron? ¿Pudo haber un segundo génesis (o un tercero, o un cuarto…) de cosas hasta ayer inimaginables, aunque sólo sobreviviera la vida terrestre que conocemos ahora? ¿Realmente sólo sobrevivió la vida que conocemos, o queda algo de esos «otros génesis» en algún rincón de la realidad? Incluso podríamos estar ante una expresión moderna de la forma de vida original, quizás surgida en las fumarolas hidrotermales submarinas ricas en arsénico y otras sustancias antiguamente consideradas «no prebióticas«.

A falta aún de verificar y explorar todo esto, la enseñanza profunda de lo sucedido ayer es que la ciencia ha hecho una vez más lo que mejor sabe hacer: desafiarse, corregirse, ampliarse a sí misma bajo el poder del estudio y la razón. No tenemos ninguna otra vía de adquisición del conocimiento capaz de hacer semejante cosa, constantemente. Por eso la ciencia es tan poderosa y nos ha dado tantas cosas en tan poco tiempo. Mañana, aunque no genere tanto impacto mediático, volverá a ocurrir. Y pasado. Y el día después de pasado. Y así sucesivamente, en un camino siempre ascendente, siempre mejor que difícilmente se acabará. La ciencia no contiene la verdad absoluta, pero sí nos proporciona lo más próximo a la verdad que la especie humana puede alcanzar en cada instante de su historia, ayer, hoy y por siempre jamás.

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Hola, GFAJ-1

Science ha levantado el embargo hace unos minutos.

Se trata de una cepa bacteriana relacionada con la familia de las Halomonadaceae, llamada GFAJ-1, que parece sustituir el fósforo por el arsénico en buena parte de su composición.

Próximamente, más información. ;-)

Actualización: Como (según algunos) la ciencia «no interesa», el servidor se Amazings se ha saturado. Estamos en ello. ;-)

Sigue en: Vida arsénica.

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Esta tarde me voy de visita a casa de los amigos de Amazings…

…a seguir en directo la conferencia de prensa de la NASA sobre astrobiología. ;-)

Habrá streaming y chat simultáneo.

Como sabréis, a pesar del embargo de Science ya se ha filtrado mucho al respecto. Sin embargo, aún quedan algunas preguntas interesantes que responder. Entre otras, qué es lo que han encontrado exactamente.

Así pues, a partir de las 19:00 CET de hoy (aproximadamente) en amazings.es – la conferencia de prensa como tal está programada para las 20:00 nuestras (14:00 EST).

Y después, escribiremos alguna cosita al respecto. ;-)

Sigue en: Vida arsénica.

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