Extremófilos: la prueba de la extrema resistencia de la vida

A través de la historia los seres humanos siempre nos hemos sentido cautivados y fascinados por ese fenómeno tan peculiar que denominamos vida, y en el cual nosotros mismos estamos incluidos. Estudiando y analizando en detalle al resto de las especies con las que compartimos el planeta hemos llegado a comprender mucho sobre la vida en la Tierra. Hemos dado grandes pasos, como sucedió con el establecimiento (y continua mejora) del sistema de clasificación taxonómico, y también enormes saltos, como el realizado por Charles Darwin con su descubrimiento de la evolución de las especies a través de la selección natural (la cual, me siento tentado de aclarar, es un hecho científico establecido, y no solamente una teoría como muchos quisieran creer).

Siendo nosotros mismos una de las tantas especies que habitan el planeta, cuando tratamos de estudiar y entender a los seres vivos cargamos con un sesgo importante que limita nuestro campo de búsqueda. Durante mucho tiempo hemos creído que la vida solamente podría desarrollarse y proliferar en entornos similares a aquellos que nos resultan tolerantes para vivir a nosotros y a otras formas de vida que se nos parecen. Al mismo tiempo hemos descartado ambientes extremos, como aquellos con muy elevada temperatura, o alta presión, o el vacio del espacio, y los hemos catalogado como imposibles para el surgimiento y sustentamiento de vida. Sin embargo, recientemente hemos descubierto que la imaginación de la naturaleza es impensablemente más grande que la nuestra, y que la resistencia del fenómeno de la vida es realmente extrema.

Se denomina extremófilos a aquellos microorganismos que son capaces de vivir, desarrollarse y prosperar bajo condiciones extremas, o que por lo menos parecen extremas desde nuestro punto de vista. Y parece ser que allí donde miremos en nuestro planeta, allí donde busquemos con la tenacidad suficiente, aún cuando nos parezca imposible, encontraremos vida. Ambientes con temperaturas (bajas o altas) extremas, con altos niveles de acidez, con presiones elevadísimas o increíbles niveles de radiación, entornos con condiciones que matarían en instantes a la mayoría de los seres vivos (incluyéndonos), en todos ellos encontraremos extremófilos viviendo muy a gusto y sin inconvenientes.

Diferentes ejemplos de anhidrobióticos, psicrófilos, termófilos y alcalófilos.

La mayoría de estos microorganismos son unicelulares procariontes, siendo en gran parte miembros de los dominios Arquea y Bacteria; solo unos pocos de estos pertenecen al dominio Eukarya (organismos eucariontes). El hecho de que sean microorganismos relativamente simples es muy importante: su pequeño tamaño y su adaptable metabolismo son factores clave al momento de sobrevivir en lugares que resultarían mortales para organismos pluricelulares. También cabe destacar que las enzimas de los extremófilos, denominadas extremo-enzimas, funcionan como catalizadores de reacciones químicas en condiciones que las enzimas comunes del resto de los seres vivos no lo harían.

A continuación examinaremos de la forma más breve y concisa posible los diferentes tipos de microorganismos extremófilos, de acuerdo a las condiciones extremas en las que se desenvuelven cada uno de ellos.

- Acidófilos: se desarrollan en entornos muy ácidos, donde el nivel de pH es demasiado bajo para la supervivencia del resto de las formas de vida. Un ejemplo son los denominados Picrophilus, pertenecientes al dominio Arquea, que pueden vivir en ambientes con un pH de 0,06 (como referencia, la mayoría de los organismos viven con niveles de pH entre 6 y 7, un nivel de pH entre 1 y 2 corresponde a los ácidos gástricos, y un pH entre 0 y 1 corresponde a suelos y aguas volcánicas). El acidófilo más extremo encontrado hasta el momento es una arquea encontrada en una mina californiana, que se desarrolla en pH negativo.

- Alcalófilos: en oposición con los ya mencionados acidófilos, éstos se desarrollan en entornos muy alcalinos (o básicos), donde el pH es demasiado elevado (mayor que 9). La mayoría de estos pertenecen al género Bacillus y habitan suelos sobrecargados con bicarbonato o lagos extremadamente salados, como los que se encuentran en Egipto, Rift Valley y EE.UU.

Muestras de diversos tipos de microorganismos extremófilos.

 
- Anhidrobióticos: organismos capaces de vivir en ausencia total de agua y en estados de deshidratación extremos. Uno de los casos más curiosos es la Selaginella Lepidophylla, habitante de zonas desiertas y secas. Esta particular planta puede perder hasta el 95% de su agua sin sufrir ningún daño, permaneciendo en un estado de desecación por periodos de hasta varios años, y lo más impresionante de todo es que cuando se la vuelve a hidratar su metabolismo se reactiva, sus hojas que parecían muertas se vuelven verdes y continúa su ciclo vital con total normalidad.

- Barófilos: se desarrollan en ambientes con presión muy alta, generalmente representados por los fondos oceánicos. Se han encontrado microorganismos en la fosa oceánica más profunda del planeta, que viven con presiones de 70.000 a 80.000 kPa, presiones increíblemente extremas comparadas con la presión de solamente 100 KPa que existe al nivel del mar.

- Endolitos: son organismos que habitan dentro de las rocas, corales o minerales, ya sea colonizando fisuras y grietas, o penetrando en el interior de las rocas, formando túneles. Su alimentación se basa principalmente en trazas de hierro, potasio o azufre, aunque también se han descubierto algunos ejemplares fotosintéticos. Debido a la escasa disponibilidad de agua y nutrientes de los ambientes que habitan, estos poseen un ciclo reproductivo y un metabolismo muy lento; en los casos más extremos, solo se produce el proceso de división celular una vez cada cientos de años.

Diferentes ejemplos de lugares donde existen (y podrían existir) organismos extremófilos.

 
- Halófilos: viven en medios sobrecargados de sales, como zonas litorales, salinas y lagunas salobres. Mientras que en organismos normales el exceso de sal provoca la muerte por deshidratación debido a la ósmosis, los halófilos han desarrollado una variedad de adaptaciones fisiológicas que les permiten retener el agua y así evitar la deshidratación. Un ejemplo común es el género Halobacterium, que habita entornos tan salinos como el Mar Muerto.

- Psicrófilos: habitan entornos con temperaturas muy bajas, encontrándose sus temperaturas óptimas para el desarrollo y crecimiento entre los 10° C y 20° C. Aunque ese es el rango de temperaturas óptimas de los psicrófilos, la mayoría puede vivir sin inconvenientes a cero grados centígrados e incluso temperaturas negativas. Un ejemplo de éstos son las bacterias llamadas Flavobacterium. Pero eso no es todo; en este caso, existen también los denominados psicrófilos extremos, los cuales tienen temperaturas óptimas de 4° C y no sobreviven en temperaturas mayores a los 14° C. Como ejemplo encontramos al género Polaromonas Vacuolata, habitante de las aguas heladas de la Antártida.

- Termófilos: en contraposición a los mencionados arriba, éstos habitan entornos con muy altas temperaturas, siendo su temperatura óptima para el crecimiento superior a los 45° C. Al igual que sucede con los psicrófilos, aquí encontramos también organismos aún más extremos, denominados hipertermófilos, los cuales encuentran óptimas temperaturas superiores a los 80° C. La mayoría de estos microorganismos se desarrollan en sitios con alta actividad volcánica, como son las fumarolas y chimeneas hidrotermales de las profundidades oceánicas. Poseen enzimas y otras proteínas mucho más estables, que pueden operar con normalidad a temperaturas que destrozarían a organismos comunes. El denominado Thermus Aquaticus es el ejemplo de termófilo por excelencia, principalmente porque su descubrimiento ha servido a los humanos para el perfeccionamiento de la técnica de biología molecular conocida como reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Un ejemplo de hipertermófilo es el Pyrococcus Furiosus, que tiene una temperatura de crecimiento optimo de 100° C y se caracteriza por ser uno de los pocos organismos que tiene enzimas formadas por tungsteno, un elemento rara vez encontrado en moléculas orgánicas.

Microbios que sobreviven en condiciones extremas. Créditos: NASA.

 
- Radiófilos: pueden vivir, prosperar y soportar elevadas cantidades de radiación sin inconvenientes. Mientras que una dosis de 10 Gy de radiación es suficiente para matar a un ser humano y una dosis de 60 Gy sería capaz de exterminar todas las células de una colonia de E. Coli, las bacterias radiófilas Deinococcus Radiodurans soportan dosis de hasta 5000 Gy sin experimentar perdida de viabilidad. Pero el caso más extremo de microorganismo radiófilo es la arquea Thermococcus Gammatolerans, descubierto en el año 2003 en chimeneas hidrotermales submarinas en la Cuenca de Guaymas, que además de sentirse a gusto en temperaturas superiores a los 80° C (hipertermófilo) puede resistir dosis de rayos gamma de hasta 30.000 Gy. También se han encontrado microbios en ciertos acantilados de Inglaterra que sobrevivieron aproximadamente 600 días expuestos a rayos cósmicos y sin oxígeno.

- Tardígrados: conocidos comúnmente como “osos de agua” (debido a su peculiar apariencia) y clasificados como animales invertebrados microscópicos, estos poseen varias características que los hacen realmente increíbles. A nivel estructural, carecen de aparato circulatorio, respiratorio y excretor, además de poseer células específicas gracias a las cuales pueden sobrevivir en cualquier medio, como ser el aire, agua, e incluso en el vacío. La cualidad más increíble de estos organismos es la criptobiosis: a través de un proceso de deshidratación, en el cual sus cuerpos pasan de tener un 85% de agua a solamente un 3%, entran en un estado de animación suspendida donde su crecimiento, reproducción y metabolismo cesan temporalmente y en el cual pueden permanecer durante cientos o hasta miles de años. En este estado, los tardígrados se vuelven sumamente resistentes a condiciones de temperatura, sequedad, radiación y polución extremas; llegan incluso a resistir temperaturas que varían entre los -272° C y los 149° C. De manera increíble, si se los hidrata tras el estado criptobiosis, estos despiertan y continúan viviendo con total normalidad. Para probar el grado de resistencia de estos organismos, en el año 2007 se pusieron un grupo de tardígrados en la nave FOTON-M3 lanzada por la ESA, comprobándose que sobreviven a las condiciones y el vacío del espacio exterior, manteniendo incluso sus capacidades reproductivas; a partir de esto se los considera como el ser vivo más resistente del planeta.

Un tardígrado (conocido como “oso de agua”) en todo su esplendor.

Como vemos, son muchas las condiciones que nos parecerían insostenibles para el desarrollo de la vida, y sin embargo en todas ellas encontramos vida naciendo, creciendo, reproduciéndose y prosperando. Parece ser que esos maravillosos agrupamientos de moléculas complejas funcionando al unísono a los que llamamos vida pueden desarrollarse bajo prácticamente cualquier condición y adaptarse a las situaciones más adversas.

Más allá de las importantes aplicaciones prácticas que los extremófilos han proporcionado a los humanos, como el desarrollo industrial de diversas biotecnologías y el perfeccionamiento de técnicas en el área de genética, el estudio de los extremófilos debe ayudarnos a comprender algunas cuestiones muy importantes para la ciencia.

Por un lado, el estudio de los extremófilos tiene increíbles implicaciones en nuestra incesante búsqueda de vida fuera del planeta Tierra, a través de la ciencia de la astrobiología. Muchas de las condiciones extremas en las que properan estos organismos se asemejan a los ambientes de otros planetas y lunas del Sistema Solar, como pueden ser las altas temperaturas y presiones de Venus, las bajas temperaturas de Marte o los océanos con posibles fumarolas hidrotermales de Europa. Y si encontramos vida prosperando en dichos ambientes aquí, nada debería impedirnos pensar que también pueden hacerlo en otros mundos.

Por otro lado, debemos aprender a aceptar que cargamos con un gran sesgo que limita nuestra percepción y conocimiento de todo lo que nos rodea, que tendemos a ajustar mentalmente todo aquello que estudiamos a los parámetros que nos resultan normales o comunes a nosotros, y que en nuestra búsqueda por entender el Universo en que vivimos nos vamos a sorprender, asombrar y maravillar con frecuencia; la naturaleza siempre tendrá a mano un nuevo truco para eliminar nuestros preconceptos y permitirnos abrir los ojos para observar el Universo como realmente es.

Fuentes:

• Extremophile Research. Idaho National Laboratory.
• Eukaryotes in extreme environments. Natural History Museum.
• Endoliths General Collection. Microbial Life Educational Resources.
• Vida, tal como no la conociamos. Ciencia@NASA.

Este artículo es la primer participación de Ciencia Limada en el Primer Carnaval de Biología que organiza Micro Gaia.