La palabra extremo viene del latín extrēmus, superlativo de exterus, que significa ‘fuera de’. Y resulta curioso que la exploración sistemática de ambientes extremos haya permitido descubrir que la vida es capaz de adaptarse y evolucionar en condiciones consideradas más allá de sus límites hasta hace muy pocos años. Como consecuencia de esto, ha surgido un inusitado interés por conocer los límites de la supervivencia, sin olvidar sus posibles aplicaciones biotecnológicas.
Además, los extremófilos, especímenes aptos para desarrollarse en esta clase de escenarios, han tenido un papel fundamental en el avance de la astrobiología. Tal y como podemos ver en el mapa de ruta de la NASA, uno de sus objetivos prioritarios es el aislamiento y la caracterización de los seres que pueblan entornos extremos y sus mecanismos de adaptación. El propósito no es otro que evaluar la posibilidad de que, en algún punto del cosmos, existan organismos de origen extraterrestre.
Una dosis de optimismo en Marte
Las misiones Viking, consideradas las primeras dedicadas a la búsqueda de señales de vida fuera de la Tierra, concluyeron a finales de los años setenta que aquella tenía muy pocas posibilidades de desarrollarse en Marte, debido a las condiciones extremas de radiación, oxidación, sequedad y baja temperatura detectadas en su superficie.
Sin embargo, en los últimos años, se han realizado progresos importantes en microbiología que permiten cuestionar este punto de vista pesimista, basado fundamentalmente en principios antropocéntricos. Hoy sabemos que la vida es tenaz, robusta y que puede adaptarse a muy diversas condiciones, lo que ha aumentado la probabilidad de encontrar su rastro en otras partes del universo.
Por ejemplo, a mediados del siglo XX, se constató que, en las condiciones tradicionales de conservación del pescado en salmuera, proliferaban microorganismos resistentes a la presión osmótica generada por concentraciones saturadas de sal. Se los llamó halófilos, esto es, que aman la sal, y fueron un problema para la industria conservera porque estropeaban el bacalao.
La extremofilia en los años sesenta
El boom de la extremofilia no estalló hasta los años setenta, con los estudios pioneros de ecología microbiana encabezados por el profesor Thomas Dale Brock en las humeantes pozas volcánicas del Parque Nacional Yellowstone, en Estados Unidos. La publicación de sus observaciones sobre microorganismos termófilos capaces de subsistir a un calor infernal chocó con las reticencias de quienes aseguraban que la vida a esas temperaturas era imposible, debido a que los componentes celulares se desnaturalizan y pierden sus propiedades por encima de 70 ºC.
Sin embargo, hoy, conocemos una arquea metanogénica, que produce metano a partir de H2 y CO2, capaz de desarrollarse a 122 ºC. Methanopyrus kandleri, aislada de las paredes de una chimenea volcánica submarina, posee un lípido inusual en su membrana que probablemente le permite sobrellevar la elevada temperatura.
Las arqueas
Más tarde, el biofísico norteamericano Carl Woese concluyó que los seres más extremos –halófilos, hipertermófilos, metanógenas anaerobias estrictas– pertenecían a un nuevo grupo de microorganismos distintos de las bacterias comunes. Los denominó arqueobacterias, porque pensó que, por su fisiología, correspondían a los descendientes de los seres vivos más antiguos que habitaron el planeta.
No obstante, estudios posteriores han corregido esta idea. Sabemos que las arqueas, la nueva denominación taxonómica de este tipo de microorganismos, son más recientes, evolutivamente hablando, que las bacterias y mucho más próximas a los eucariotas –entre los que nos encontramos los animales–.
A partir de ahí se inició una carrera competitiva para buscar el más difícil todavía. Se han explorado muy distintos hábitats, y las portadas de las revistas más importantes de ciencia se han visto cubiertas por fotografías de ambientes extremos, cada vez más inhóspitos, que albergan vida. Es el caso del fondo de las simas oceánicas, los lagos subterráneos de la Antártida y la central nuclear de Chernóbil.
Vida en condiciones extremas: ¿hasta dónde puede llegar?
¿Cuáles son, entonces, los límites biológicos? Dar una respuesta precisa a esta pregunta es imposible. Cada vez que se establece un listón, en pocos años se demuestra que existe algún espécimen listo para superarlo.
Por el lado de la baja temperatura, se ha aislado en el permafrost –capa de hielo permanente– del Ártico la bacteria Planococcus halocryophilus, que es capaz de crecer a -15 ºC y permanecer metabólicamente activa a -25 ºC. Una mayor proporción de ácidos grasos saturados en su membrana celular y una composición de aminoácidos que facilita la flexibilidad de las proteínas son las claves de su adaptación al frío.
En relación al pH, la plusmarca de acidez la ostenta la arquea Picrophilus oshimae, que, además de ser acidófila, es termófila moderada, pues crece a 60 ºC. Este microorganismo se aisló de suelos volcánicos en Japón, y posee una pared celular inusual y una membrana impermeable a la concentración elevada de protones.
Extremofilos felices en ácido sulfúrico
Comparte el récord con miembros del género Ferroplasma aislados de la mina Iron Mountain, en California (EE. UU.). Debido a su actividad quimiolitótrofa, es decir, que obtienen energía a partir de compuestos inorgánicos reducidos, estas arqueas pueden subsistir oxidando sulfuros metálicos y producir ambientes ácidos con un pH cercano a cero.
Pero los procariotas no son los únicos que resisten la acidez extrema. Existen por los menos dos algas –Cyanidium caldarium y Dunaliella acidophila– y varios hongos de los géneros Acontium, Cephalosporium y Trichosporon preparados para crecer a pH cero. Parece que adaptarse a vivir dentro de una botella de ácido sulfúrico 0,5 M es más sencillo que hacerlo a elevadas temperaturas, que de momento está vedado a los microorganismos eucariotas, quizá por la complejidad de las membranas de sus compartimentos intracelulares.
En el límite alcalino, encontramos bastantes candidatos que están en su salsa a pH 10,5. Entre ellos se encuentran arqueas del género Natronobacterium; la Spirulina y otras algas; diversos protistas; e incluso animales como los diminutos rotíferos. El récord actual es para la bacteria Bacillus firmus, aislada en 1933, que puede vivir en un pH 11. Al igual que al bajo pH, parece que la vida es capaz de adaptarse relativamente bien a un elevado pH.
Es importante subrayar que tanto los acidófilos como los alcalófilos mantienen un pH intracelular cercano a la neutralidad. Eso quiere decir que sus estrategias de adaptación requieren mantener a raya la elevadas concentraciones de H+ –en el caso de los acidófilos– y de OH- –en el caso de los alcalófilos–, que reinan en el exterior celular.
Otro ambiente clásico de la extremofilia
Por otra parte, la ya mencionada presión osmótica creada por las elevadas concentraciones de sales es otro ambiente clásico de la extremofilia. Hay un importante grupo de bacterias, arqueas –haloarqueas– y algas –Dunaliella salina– que no se inmutan ante concentraciones saturadas. Su estrategia es acumular en el interior celular alguna molécula soluto compatible a una concentración que iguale la presión osmótica creada por la elevada concentración de sales del medio.
La radiación también se une al clan de los factores ambientales extremos. Por un lado, origina mutaciones y, por lo tanto, favorece la evolución. Por otro, cuando el número de mutaciones es excesivo, puede producir descendencia no fértil e incluso la muerte.
Durante años, el liderazgo en este campo lo ha ostentado la bacteria Deinococcus radiodurans, resistente a dosis de radiación de 15.000 grays, 3.000 veces superior a la letal para humanos. Pero, hace poco, se ha aislado de una chimenea volcánica submarina la arquea Thermococcus gammatolerans, que dobla dicho nivel de tolerancia.
Agua limitada
La limitación de agua es otra circunstancia hostil a tener muy en cuenta. Los organismos que toleran condiciones extremas de desecación entran en un estado conocido con el nombre de anhidrobiosis, que se caracteriza por una baja cantidad de agua intracelular –un 80 % de los seres vivos somos agua– y ausencia de actividad metabólica.
Pueden sobrevivir en este estado una gran variedad de bacterias, levaduras, hongos, plantas, insectos, tardígrados, nematodos e, incluso, el crustáceo Artemia salina.
Asimismo, es necesario mencionar un escenario del que no podemos decir mucho por falta de conocimiento, donde sobrevivir resulta un milagro por su baja concentración de nutrientes. La primera publicación que demostraba vida en el subsuelo, en el interior de las rocas duras, acaba de cumplir veinte años. El interés de este tipo de criaturas es que no pueden depender, como los que vivimos en la superficie del planeta, de la radiación de una estrella.
Biosfera muy oscura
Así, esta biosfera oscura terrestre alienta la posibilidad de que exista o haya existido vida en Marte, por ejemplo, a cierta profundidad, donde el agua esté en estado líquido, convenientemente protegida de las condiciones esterilizantes de la superficie. A pesar de las enormes dificultades técnicas del estudio extremófilo del subsuelo, en los últimos años se han cosechado notables progresos.
Según los expertos, la biosfera oscura es igual o más importante en cuanto a su biomasa que la que conocemos y apreciamos sobre la corteza.
Una mina de sorpresas
En este caso, el factor limitante es la profundidad, su relación con la presión y, sobre todo, con la temperatura. El organismo hallado a mayor profundidad es la bacteria Desulforudis audaxviator, aislada a partir de un reservorio de agua en una mina de oro sudafricana, a más de 3 km de profundidad; y un nematodo en muestras de agua antigua en otra mina sudafricana, a 3,6 km de la superficie.
Como hemos visto, muchos de los ejemplos citados corresponden a lo que denominamos poliextremismos, ya que en la mayoría de ambientes se dan combinaciones de condiciones extremas que dificultan la identificación de los mecanismos adaptativos a cada una de ellas. Por ejemplo, los entornos con una elevada fuerza iónica y un pH alcalino, o la geomicrobiología del subsuelo que combina al mismo tiempo el efecto de la presión, la temperatura y la oligotrofia.
El tinto sulfuroso
Otra apreciación interesante es que la mayoría de los casos explorados corresponde a lo que llamamos constricciones geofísicas planetarias; por ejemplo, la elevada temperatura de las zonas volcánicas, la baja temperatura de las zonas polares y la elevada fuerza iónica producto de la evaporación de aguas marinas.
En otras palabras, condiciones extremas patrocinadas por el planeta y a las que la vida se ha adaptado. Pero también conocemos un tipo de escenario donde la condición extrema es debida a la actividad biológica.
A esta categoría corresponden los ambientes ácidos producidos por el metabolismo de microorganismos que obtienen energía oxidando sulfuros metálicos –quimiolitótrofos– y, con ello, originan un ecosistema con muy bajo pH, como ocurre en la cuenca del río Tinto, en Huelva. Este posee un pH constante de 2,3, debido a la capacidad tampón del ion férrico producto de la oxidación de la pirita, un mineral también conocido como el oro de los locos.
¿Y qué tiene que decir la extremofilia en el campo de la astrobiología?
En este sentido, se ha forjado en los últimos años el concepto de habitabilidad de un cuerpo planetario ligada a la existencia de agua en estado líquido. Eso requiere una adecuada distancia a la estrella para que el planeta no esté demasiado caliente o frío. Sin embargo, la exigencia de que haya una fuente de energía, que hace pocos años se relacionaba con la radiación de la estrella, para hacer fotosíntesis y asimilar anhídrido carbónico para generar compuestos reducidos de carbono, no es indispensable.
Se han descubierto gran cantidad de productores primarios no fotosintéticos que utilizan como fuente de energía minerales reducidos, fáciles de encontrar en un planeta rocoso. Además, este tipo de vida se puede dar debajo de la corteza, lo que la protege de los aspectos negativos de la radiación y de los impactos meteoríticos esterilizantes.
El resto de las condiciones no se consideran tan críticas, y la existencia de los elementos esenciales –sobre todo, carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y azufre– no parece ser un problema, ya que se han detectado en los confines más remotos del cosmos.
Queda claro pues que la presencia de criaturas en condiciones extremas ha aumentado la posibilidad de encontrar seres vivitos y coleando fuera del planeta azul. Pero, como el método científico requiere demostración, dependemos de las misiones de recogida de datos dentro del Sistema Solar.
En el caso de los exoplanetas, tenemos que contentarnos con las observaciones a distancia, lo que incluye conocer su tamaño, su densidad y su composición; o si su atmósfera alberga agua, oxígeno, ozono o metano, ingredientes esenciales para la vida.
Los lagos de Europa
Dentro del Sistema Solar, el planeta que de momento ha recibido mayor atención por parte de las distintas agencias espaciales ha sido Marte, con una composición geoquímica y mineralógica parecida a la de la Tierra. El desarrollo de la extremofilia permite pensar en otros escenarios donde futuras misiones podrían buscar rastros alienígenas, como su subsuelo.
Mientras tanto, es fundamental estudiar en profundidad los denominados análogos terrestres de planetas o cuerpos planetarios, como lo es la cuenca del río Tinto para Marte y los lagos subterráneos antárticos para la luna Europa. El objetivo es hacernos una idea sobre qué tipo de seres podrían crecer en estos sistemas. Ello permite, por otra parte, el diseño de la instrumentación que deberán portar los próximos programas de exploración, que esperemos no sean muy lejanos.
Cortesía de Muy Interesante
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