Se ha demostrado que ciertas formas de vida habitan los entornos más extremos del planeta Tierra, como las salinas y los ambientes de calor y frío extremos.
Los extremófilos son microorganismos que viven y prosperan en estas condiciones extremas.
Comprender estos microorganismos puede ayudar a impulsar descubrimientos científicos en la atención sanitaria y en otros ámbitos.
Con las famosas palabras del consultor de Parque Jurásico, el doctor Ian Malcolm, “la vida encuentra un camino”. En las profundidades del océano, en manantiales volcánicos, bajo cuatro metros de hielo: casi en cualquier lugar donde los científicos puedan pensar para buscar vida en la Tierra, la hemos encontrado.
Los métodos que estos organismos emplean para sobrevivir en condiciones extremas nos han enseñado a proteger mejor nuestros cuerpos, a copiar el ADN para diagnosticar mejor las enfermedades y cómo la vida sobrevivió a 100 millones de años de una edad de hielo.
A lo largo de mi carrera, he estado recolectando organismos de entornos extremos. El primero fue un alga unicelular conocida como Dunaliella salina, que habita en las salinas: extensiones de terreno amplias y planas donde el agua se ha evaporado dejando concentraciones de sal muy elevadas. La sal puede no parecer una causa evidente de estrés biológico, pero puede extraer suficiente humedad de una célula como para hacerla estallar, matando al organismo.
Mi trabajo tenía como objetivo determinar si D. salina es un “extremófilo” (un amante de las condiciones extremas) o simplemente tolerante a condiciones muy salinas, con preferencia por menos sal. Lo segundo ciertamente no era el caso: de hecho, nunca encontré su estado óptimo, ya que cuanta más sal se añadía, más crecía. Era un auténtico extremófilo.
D. salina compensa el estrés salino manteniendo altos niveles de glicerol (un compuesto químico líquido de sabor dulce) dentro de su célula, equilibrando la dirección en la que el agua es atraída para evitar que salga de su célula por ósmosis. También debe hacer frente a niveles increíblemente altos de radiación UV en las salinas secas y expuestas en las que vive. Por eso contiene altas concentraciones de beta-caroteno – una forma de vitamina A, que la protege de los daños de los rayos UV.
En uno de los mayores éxitos de la biotecnología de la historia, D. salina se cultiva ahora comercialmente para suplementos dietéticos y productos para el cuidado de la piel: especialmente para bases de maquillaje y cremas faciales que protegen la piel de la radiación UV. En efecto, los científicos han robado el “superpoder” de estos microbios –la capacidad de sobrevivir a la radiación UV– para proteger nuestra piel.
Pero quizás los descubrimientos aún más significativos han surgido de los “termófilos”, u organismos amantes del calor. Es a partir de estos microorganismos termófilos que los científicos han extraído proteínas termoestables capaces de mantener su forma molecular por encima de 60 °C, la temperatura necesaria para separar y replicar el ADN con el fin de examinarlo. Si alguna vez te has realizado una prueba PCR de COVID, por ejemplo, tu muestra de ADN ha pasado por este proceso. Esta capacidad de replicar, o “amplificar”, el ADN hasta niveles que podemos detectar ha revolucionado la ciencia biológica y médica.
En la Universidad de York, estudié los mecanismos celulares de un microorganismo hipertermófilo conocido como Sulfolobus. Estos asombrosos microbios pertenecen al dominio Archaea, la tercera rama de la vida junto con las bacterias y los eucariotas.
Los Sulfolobus no solo viven a gusto con el calor de 75-80 °C de los volcanes activos, sino que también pueden prosperar en el entorno altamente ácido de pH 2-3 de los manantiales volcánicos – aproximadamente el mismo nivel que el zumo de limón o el vinagre. Conocer sus secretos puede ayudarnos a descubrir moléculas que se mantengan estables a temperaturas aún más altas, lo que proporcionaría análisis aún más versátiles que podrían contribuir a avances en la atención sanitaria, la genética y la investigación ambiental.
De lo caliente a lo frío
Desde que trabajo con termófilos, mi investigación me ha llevado al otro extremo de la vida en nuestro planeta. Durante los últimos cuatro años he estudiado los microorganismos que viven en el Ártico y la Antártida. Aunque a distancia los polos de la Tierra puedan parecer prístinos e intactos por la vida, los microorganismos persisten e incluso prosperan.
Muchos de estos microorganismos añaden manchas de color vivo al paisaje, gracias a sus llamativos pigmentos fotosintéticos. Un ejemplo son las floraciones de nieve de algas rosas y verdes conocidas como “nieve sandía”. Si perforas la superficie de lagos helados como el lago Untersee, en la Antártida, encontrarás tapetes de color morado intenso formados por cianobacterias fotosintéticas, que adquieren ese color por los bajos niveles de luz bajo el hielo. Su pigmento púrpura les permite absorber la luz verde –la longitud de onda principal que penetra en aguas profundas y en hielo grueso– de forma más eficiente.
Sorprendentemente, a pesar de la escasa disponibilidad de luz y nutrientes, las cianobacterias verdeazuladas pueden encontrarse incluso adheridas a pequeños poros dentro y debajo de las rocas en las regiones polares. En un entorno tan hostil, con tan poca vida fotosintética que produzca energía para alimentar la cadena trófica, estas cianobacterias constituyen una base fundamental del ecosistema local.
Mientras mis colegas del Museo de Historia Natural de Londres estudian esas comunidades coloridas, yo he estado investigando los “agujeros negros de la criosfera” (zonas de agua congelada) conocidos como agujeros de criocono. Los agujeros de criocono son pequeñas bolsas de agua de deshielo que contienen sedimento oscuro y dan a las zonas de fusión de los glaciares un aspecto moteado. Aunque a menudo solo tienen entre 5 y 20 cm de ancho, mis colegas y yo hemos encontrado cientos de especies de organismos microscópicos en cada uno.
Se ha propuesto que estos focos de diversidad de especies podrían haber servido de refugio para diversos microorganismos durante el período de la Tierra bola de nieve, una edad de hielo global que ocurrió hace entre 720 y 635 millones de años, justo antes de la aparición de los animales en el registro fósil. Nuestro planeta ha soportado muchos períodos de glaciación, pero la Tierra bola de nieve criogénica fue especialmente severa, con hielo que alcanzó hasta el ecuador.
Para comprobar la capacidad de los organismos de los agujeros de criocono de sobrevivir a la Tierra bola de nieve, comparamos el crecimiento de organismos de criocono incubados a una temperatura constante de verano antártico (0,5 °C) con crioconos congelados a -5 °C durante 12 horas en cada período de 24 horas. Tras un mes, nuestros resultados iniciales mostraron que no había diferencia observable entre los grupos de 0,5 °C y -5 °C. Sorprendentemente, el hecho de congelarse por completo cada noche ni siquiera ralentizó el crecimiento de estos organismos.
Esperamos que esta investigación nos ayude a conocer no solo cómo sobrevivió la vida a los climas extremos del pasado, sino también cómo funcionan hoy en día las conexiones entre el clima y los ecosistemas microbianos.
