La oscuridad absoluta los envuelve, un frío que cala lo más profundo de su ser, sin olvidar que se encuentran bajo una increíble presión. Estas condiciones parecen adversas, pero no tienen nada de extraordinario en el fondo del mar, donde no sólo habitan, sino que prosperan algunos seres extraordinarios.
Aguas termales de Yellowstone, mostrando en anaranjado a Thermus aquaticus, junto a algas verdes.
Fotografía: Brian W. Schaller bajo licencia de Creative Commons.
Los ingredientes para un próspero caldo vital suelen incluir agua y oxígeno, preparados en rangos intermedios de temperatura, entre 5 y 40 °C, sin pasar por alto el pH, que se refiere a qué tan ácido o alcalino es el ambiente. Esta combinación de condiciones es la que identificamos como ideal para la vida. Además, hoy en día, la atmósfera terrestre nos protege de la radiación solar. Pero no siempre fue así.
Hace tres mil millones de años, los primeros organismos vivieron en un mundo sin oxígeno, con una atmósfera que, al estar compuesta por gases distintos a los actuales, no ofrecía protección. Este paraje estaba plagado de aguas termales ácidas y extremadamente calientes. Los microbios se adaptaron a estas condiciones y fueron algunos de ellos quienes generaron el oxígeno que ahora respiramos. Cambiaron para siempre las condiciones del planeta y dieron cabida a una explosión de diversidad en las formas de vida. Sin embargo, hoy en día podemos encontrar a seres que prosperan en condiciones de calor o frío extremo, ambientes increíblemente ácidos o básicos, con falta de agua u oxígeno, e incluso que pueden tolerar cierto grado de radioactividad. Se les conoce como organismos extremófilos y la mayoría son microscópicos. Demos un paseo por distintos ambientes radicales y veamos qué personajes podemos descubrir.
Primera parada: fuentes hidrotermales ardientes. En este entorno las temperaturas son entre los 60 y 108 °C y aquí prosperan los “amantes del calor” o termófilos, quienes también habitan el sedimento de las islas volcánicas. La más famosa de este grupo es una bacteria que vive en las aguas termales de Yellowstone: Thermus aquaticus. De ella proviene la enzima polimerasa que se utiliza en las pruebas de PCR (que además de utilizarse para la detección de covid-19, sirve para tipificar e identificar personas tanto en criminología como en pruebas de paternidad).
Las enzimas son como pequeñas máquinas moleculares que pueden llevar a cabo distintas funciones, como cortar, pegar, quitar y poner elementos en los componentes celulares. Gracias a la polimerasa, en cuestión de horas se pueden hacer millones de copias de material genético a partir de una pequeña muestra de ADN. Pero éste es sólo un ejemplo de los muchos usos biotecnológicos que se han explorado a partir de las enzimas de los seres termófilos, cuya gran cualidad es mantenerse estables en altas temperaturas. Además, los termófilos nos dan un vistazo a los orígenes de la vida en la Tierra, porque viven en condiciones similares a las que existían en ese momento.
Ahora, vayamos al otro extremo: las regiones del planeta permanentemente heladas y hogar de los psicrófilos. Ellos necesitan estar a no más de 20 °C, pero tienen la capacidad de sobrevivir en temperaturas de hasta -24.4 °C. ¿Cómo lo hacen? Es gracias a que cuentan con las llamadas proteínas anticongelantes, que se unen a los cristales de hielo e impiden que crezcan. Los psicrófilos pueden ser bacterias, hongos (sobre todo levaduras) o microalgas. Pero, si nos damos un clavado a las aguas del polo sur, encontraremos a los dracos o peces de hielo (familia Channichthyidae), que viven a temperaturas de entre −1.8 y 2 °C. El frío hace que el oxígeno se disuelva más fácil en el agua y que puedan obtenerlo del ambiente sin necesidad de transportarlo en su sangre con glóbulos rojos y hemoglobina (lo que le da el color rojo a nuestra sangre). Son los únicos vertebrados que carecen de hemoglobina y, por eso, ¡su sangre es transparente!
Al hablar de formas peculiares de respirar, existen seres vivos que no necesitan transportar oxígeno porque no lo requieren para vivir o incluso, puede llegar a ser tóxico para ellos. Los anaerobios facultativos pueden crecer con o sin oxígeno: no lo necesitan, pero tampoco les afecta si está ahí. Las levaduras, encargadas de fermentar el pan, el vino y la cerveza, son un ejemplo de estos seres. Por otra parte, para los anaerobios obligados, el oxígeno impide su crecimiento o los mata. Entre ellos se encuentran algunas bacterias del género Clostridium, como C. tetani, responsable de la enfermedad tétanos y C. difficile, causante de diarrea y colitis fatales.
La vida sin oxígeno es extraordinaria, pero existe una habilidad aún más sorprendente: la supervivencia sin agua. Uno pensaría que ésta es la necesidad más básica de todo ser vivo, uno podría creer que es imposible realizar funciones vitales sin ella. Los seres humanos solamente podemos sobrevivir sin agua por un máximo de alrededor de cien horas. Sin embargo, algunos organismos tienen la capacidad de la “anhidrobiosis”, que en griego significa “vida sin agua”. Bacterias, levaduras, algas, musgos, esporas y algunas semillas de plantas, además de animales —tales como las artemias (los famosos “sea monkeys”), nemátodos (gusanos redondos), rotíferos y las larvas del insecto Polypedilum vanderplanki— pueden vivir sin ella. Básicamente, este proceso consiste en deshidratarse y quedarse en un estado metabólico muy bajo, similar a la hibernación. El metabolismo es el conjunto de reacciones que lleva a cabo nuestro cuerpo para mantenerse vivo. En anhidrobiosis se puede alcanzar incluso el 0.01 % de los niveles normales de actividad metabólica.
Nuestro viaje está por terminar, pero no sin antes hacer notar que en todo el camino hubo un ser que siempre estuvo presente. Ha colonizado el planeta entero, ya que vive en todos los continentes, incluyendo la Antártida, y en todos los ecosistemas. Desde desiertos hasta glaciares, en agua dulce y en el mar, en la selva o la cima de una montaña e incluso en tu jardín lo puedes encontrar. De hecho, las poblaciones se han adaptado a tantos ambientes distintos, ¡que actualmente se han descubierto más de 1100 especies! Como su tamaño es el ancho de tres cabellos humanos juntos (200 micras), por lo que fue sencillo pasarlo por alto, pero en realidad es uno de los organismos más impresionantes, un extremófilo. Es Prácticamente indestructible, este animal microscópico es un “poliextremófilo”, lo que quiere decir que puede soportar hasta temperaturas que sobrepasan el hervor del agua hasta ambientes congelados, puede tolerar altos niveles de radiación e incluso sobrevivir en el vacío del espacio exterior. Visualmente parece un pandita, como esos dulces de gomita, pero con ocho patas. De ahí su nombre: osito de agua o tardígrado. Los tardígrados pueden hacer anhidrobiosis metiendo su cabeza y recogiendo sus ocho patas para hacerse bolita. A este estado se le conoce como “tun” y pueden mantenerse en él por décadas. Se piensa que una vez que entran en él, producen una matriz: un material que mantiene todo el contenido de sus células fijo en su posición y como si estuviera congelado en el tiempo. De este modo, se impide que los componentes se degraden o fusionen entre sí. Si el tardígrado se rehidrata, la matriz se disuelve, y como las células se mantienen intactas, vuelven a funcionar.
Además de asombrarnos con sus extraordinarias capacidades, tenemos mucho que aprender de los organismos extremófilos. La información acerca de cómo sobreviven los tardígrados en el espacio podría usarse para proteger a los astronautas de la radiación en misiones futuras. Comprender el estado de anhidrobiosis puede ayudarnos a estabilizar las vacunas.
Estudiar a esta clase de seres vivos nos ha permitido obtener enzimas y proteínas con toda una gama de usos en el área biotecnológica y clínica. En el futuro, puede servir para desarrollar cultivos de plantas tolerantes al estrés ambiental, resultado del cambio climático, e incluso a buscar vida fuera de la Tierra, sabiendo que es posible que ésta prospere en condiciones diferentes a las que los seres humanos necesitamos y consideramos normales. Con esto terminamos nuestro recorrido por el mundo extremófilo, pero estos fascinantes seres nos dejan la puerta abierta a todo un universo de posibilidades por explorar.
Mariana Castro Azpíroz
Bióloga Molecular por la Universidad Autónoma Metropolitana y divulgadora científica en Ciencia en un clic.
Referencias
Science Education Resource Center (SERC). “Microbial Life in Extreme Environments”. Carlton College, 2020. Consultado el 12 de agosto de 2021.
David A. Wharton, D. A. “Anhydrobiosis”. Current Biology 25(23), 2015.
D’Amico, S., y otros. “Psychrophilic microorganisms: challenges for life”, 2006. EMBO Gabrielli, A. “Extremophiles 101”. National Geographic Society, 2019, consultado el 11 de agosto de 2021.
Boothby, T. “Meet the tardigrade, the toughest animal on Earth”. TED Ed, 2017.