miércoles, 1 de mayo de 2013

Posted: 30 Apr 2013 02:06 PM PDT
Referencia: NewScientist.com .
por Colin Barras, 29 April 2013

Desde los microbios Matusalén a los animales que rehuyen el oxígeno, unos extraños organismos subterráneos están redefiniendo lo que significa estar vivo.

Por las minas de oro de Sudáfrica se arrastran unos demonios, luciendo su cola de látigo y un apetito voraz. Y no es que los mineros estén preocupados. Estos demonios son apenas visibles a simple vista.

Aunque estas son buenas noticias para las personas que estudian la vida en la Tierra, "el descubrimiento me impactó", dijo Tullis Onstott, un geólogo de la Universidad de Princeton, que descubrió a estos gusanos nematodos nadando en las fisuras llenas de agua de la mina de oro de Beatrix en 2011.

El hecho es que, los organismos complejos no sólo deberían ser capaces de vivir tan por debajo de la superficie de la Tierra. El alimento y el oxígeno que necesitan los animales para sobrevivir son escasos tan sólo a decenas de metros de profundidad, y mucho menos a 1,3 kilómetros por abajo. Habida cuenta que los gusanos evitaban la luz como el mítico demonio, el equipo de Onstott los nombró Halicephalobus mephisto, como el Mefistófeles, el demonio personal del Dr. Fausto.

Viajando más profundamente dentro de la corteza de Sudáfrica, se encontraron con más sorpresas. En una caminata hacia abajo de TauTona, una profunda mina de oro del país, se encontraron con otra especie de gusano nematodo a 3,6 kilómetros bajo tierra, esto lo convierte en el animal terrestre más profundo encontrado hasta la fecha (Nature, vol 474, p 79).

De hecho, ahora sabemos que en las profundidades de la corteza terrestre habitan ecosistemas aislados cuyos habitantes desafían muchas de las reglas biológicas establecidas. Hay microorganismos cuyo metabolismo es tan lento que pueden tener millones de años de antigüedad; hay bacterias que sobreviven sin beneficiarse de la energía solar, y animales que hacen lo que ningún otro animal, vivir toda su vida sin oxígeno. Esta extraña colección de animales nos puede dar una visión de dónde se originó la vida y hacia dónde se dirige. Incluso puede ayudar a la búsqueda de vida en otros mundos.

« Gráfico interactivo: ¿Cuán abajo puede funcionar la vida? »

Ironías del destino. Durante la mayor parte del siglo XX, pocos sospechaban que el interior de la Tierra podría albergar alguna vida, y mucho menos retorcidos gusanos o insectos correteando. Los biólogos estaban buscando señales de vida en Marte, mucho antes de dirigir su mirada hacia abajo. "La opinión predominante era que la Tierra profunda era estéril", señala Barbara Sherwood Lollar, geóloga en la Universidad de Toronto en Canadá, que también estudia las minas de oro de Sudáfrica.

Tuvo que venir la carrera armamentística nuclear para revertir esa ortodoxia. Por la década de 1980, los EE.UU. enterraron los contenedores sellados de residuos radiactivos debajo de sus instalaciones de procesamiento nuclear, y al Departamento de Energía le preocupaba que los microbios profundos, si existieran, pudieran comer a través de los sellos. En 1987, para aliviar esos temores, el DoE patrocinó un equipo en busca de vida en los pozos por debajo de las instalaciones del río Savannah, en Carolina del Sur. Para sorpresa general, descubrieron bacterias y organismos unicelulares, llamados arqueas, a 500 metros debajo de la superficie.

No tardaron mucho en descubrir que la vida profunda no sólo era posible, sino muy frecuente. En 1992, John Parkes, ahora en la Universidad de Cardiff en el Reino Unido, descubrió que el sedimento bajo el Mar de Japón, estaba lleno de vida. Incluso a 500 metros bajo el fondo marino, se encontró con 11 millones de microbios por centímetro cúbico de tierra (Nature, vol 371, p 410).


Las implicaciones eran extraordinarias. Aun teniendo en cuenta que el calor que emana del interior de la Tierra mataría nada más superar los 4 kilómetros bajo la superficie, queda espacio suficiente para albergar a una parte considerable de la vida del planeta. Las estimaciones varían desde menos del 1 por ciento de la biomasa del mundo y el 10 por ciento,sería necesaria una exploración más profunda de la corteza terrestre para concretar esa cifra.

Entre tanto, el enfoque ha cambiado en cuanto a responder algunas de las preguntas más apremiantes sobre los desafíos que enfrentan los organismos subterráneos. La primera cuestión que surge es cómo pueden alimentarse en estas regiones áridas. Los microbios bajo el fondo del mar, por ejemplo, deben tener su origen en el fondo marino antes de enterrarse bajo los sedimentos durante miles de años. Quedando sólo pequeñas cantidades de nutrientes en el suelo circundante, y sin ninguna nueva fuente de alimento, los microbios deberían haber muerto de hambre hace mucho tiempo. En hecho, dado que estos microbios son espeluznantes hasta cuando se les observa bajo un microscopio, algunos escépticos argumentaron que eran cadáveres exquisitamente preservados de células muertas hace ya mucho tiempo, en lugar de organismos vivos.

Sin embargo, eso no es lo que Yuki Morono, de la Agencia Japonesa de Ciencia Marina y Terrestre y Tecnología, en Nankoku, encontró en 2011. Su equipo recogió células de unos sedimentos con 460.000 años de antigüedad, situadas a 220 metros por debajo del lecho marino del Océano Pacífico, cerca de Japón, y los expuso a un suministro de abundante alimentos marcados con isótopos estables de carbono y nitrógeno. Dos meses más tarde, Morono encontró trazas de los isótopos en las tres cuartas partes de las células (PNAS, vol 108, p 18295). Todavía estaban vivos, aunque nada podía decirse de su comportamiento.

"Sus vidas son muy lentas comparadas con los nuestras", dice Morono, "que resulta muy difícil distinguir entre células vivas y muertas". La clave para su supervivencia parece ser un metabolismo muy lento, lo que les permite racionar la escasa fuente de alimento durante miles de años.

Microbios Matusalén

Si esto parece un estilo de vida austero, no es nada comparado con el ecosistema descubierto por Hans Roy, de la Universidad Aarhus en Dinamarca y sus colegas. Bajo el Océano Pacífico, se hallaron bacterias y arqueas activas en depósitos sedimentados hace 86 millones años, unos 20 millones de años antes que los dinosaurios se extinguieran. La reducción del metabolismo de estas células sugiere que cada una ha tenido una dieta muy estricta durante todo este tiempo. Bajo tales restricciones, las poblaciones están muy dispersas, con apenas 1.000 células ocupando un centímetro cúbico de sedimento (Science, vol 336, p 922).

La evolución trabaja de manera muy diferente en estas zonas aisladas de sedimentos. "Sin apenas energía suficiente para satisfacer los requisitos de una sola célula, sería un suicidio para dicha célula dividirse", dice Roy. Lo microbios de tan antiguos sedimentos han concentrado sus esfuerzos en la reparación de su propia maquinaria en lugar de molestarse con la actividad que la mayoría de los otros organismos, la reproducción.

Si estas ideas son correctas, entonces algunos de estos organismos podrían estar entre las criaturas más antiguas del planeta. "Las células en estos ambientes podrían tener millones de años, por lo que sabemos", apunta Katrina Edwards, de la Universidad del Sur de California.

Tan extraños como son, los microbios Matusalén que viven bajo el mar, son bastante convencionales en comparación con algunos de los organismos hallados por debajo de los continentes de la Tierra. Por ejemplo una especie de bacterias que viven abajo en la mina de oro de Mponeng de Sudáfrica, cuya cadena de alimentos comienza con la desintegración radiactiva de minerales de las rocas circundantes.

Sólo llegar a estos microbios puede ser físicamente agotador, comenta Sherwood Lollar, que ayudó a descubrir las bacterias. "Se puede meter en un jaula con el equipo de la minería a las 7 de la mañana, y no llegar al sitio hasta las 10,30". Con una temperatura y humedad casi insoportablemente altas, los investigadores tienen unas pocas horas como máximo para recolectar muestras de las fisuras llenas de agua de los pozos de la mina. "Entonces debes parar y hacer el viaje de vuelta."

A primera vista, las rocas cristalinas de ahí abajo parecen ser un hogar aún más desolado que los sedimentos del océano, formado en lo profundo de la prehistoria, no han recibido casi nada de materia orgánica, tan siquiera en el lejano pasado. Sin embargo, aunque parece imposible encontrar comida aquí, las bacterias han logrado conservar una existencia precaria. ¿Su secreto? El uranio. Conforme este elemento se desintegra, la radiación resultante divide las moléculas de agua, liberando hidrógeno libre, a través de un proceso llamado radiolysis. Las bacterias entonces combinan el hidrógeno con iones de sulfato de la roca, produciendo suficiente energía para mantener la vida (Science, vol 314, p 479).

Con tamaña energía, estas bacterias son parte del selecto club de las especies que sobreviven sin ninguna entrada de Sol. "Yo diría que las fuentes de energía son independientes de las fuentes fotosintéticas," añade Li-Hung Lin, de la Universidad Nacional de Taiwan en Taipei, que dirigió el equipo que descubrió la bacteria.

Mientras que tales descubrimientos ampliaron los límites conocidos de la vida en la Tierra, durante mucho tiempo parecía que los organismos que habitan en lo profundo estarían limitados a formas de vida unicelulares: bacterias, arqueas y algunos hongos un tanto más sofisticados y amebas. Si bien todos ellos son organismos fascinantes en sí mismos, no son muy animados.

Entonces, los gusanos demonio de Onstott, demostraron que otros animales pueden vivir a kilómetros debajo de la superficie. Pueden ser de sólo medio milímetro de largo, pero aun así les hace cientos de veces más grandes y mucho más complejos que otros habitantes de la profundidad. "La diversidad en la corteza terrestre es mayor de lo que jamás imaginé", apunta Onstott.

No obstante, los gusanos demonio probablemente llegaron a la mina hace relativamente poco tiempo. La datación isotópica del agua circundante sugiere que llegaron a las profundidades quizá hace sólo 12.000 años, probablemente a caballo del agua subterránea que corría hacia el interior de la Tierra. Es importante destacar que esta agua todavía contiene oxígeno, desde la última vez que tuvo contacto con la atmósfera. Una vez que el oxígeno se agota, los gusanos morirán, por lo que su estancia es fugaz en términos evolutivos.

Sin embargo, algunos animales han evolucionado para sobrevivir en estas condiciones asfixiantes a largo plazo, si eldescubrimiento en las profundidades del mar Mediterráneo es tal como dicen. Descubierto en 2010, estos inusualesLoricifera parecen minúsculas plantas de interior muertas. Estos animales de 250 micrómetros de largo tienen forma de vaso blindado o armadura, y un lío desordenado de proyecciones, como tentáculos, que salen de su apertura (en la foto, arriba).


Pero, no se trata de su apariencia lo que causa sensación a los biólogos. Antonio Pusceddu, de la Universidad Politécnica delle Marche en Ancona, Italia, y sus colegas, han encontrado que estos Loricifera se han desarrollado con un método único de metabolismo que no se basa en el oxígeno, a diferencia de todos los demás animales. De hecho, sus células carecen completamente de mitocondrias, los orgánulos que alimentan a otros animales. En vez de eso, generan energía a partir del sulfuro de hidrógeno utilizando orgánulos llamados hidrogenosomas (BMC Biology, vol 8, p 30).

Sin oxígeno, no hay problema

Para William Martin de la Universidad de Dusseldorf, Alemania, las loricifera son la evidencia de que el oxígeno no es la clave para la vida animal compleja. Sin embargo, señala que su débil comportamiento ha hecho que algunos escépticos cuestionen el hallazgo, al igual que algunos críticos creyeron que los microbios subterráneos inactivos estaban muertos. "Algunos investigadores les gustaría corroborar de forma independiente que las loricifera están realmente vivas", dice.

Si viene esta verificación, aumentaría la esperanza de que la vida profunda puede ser mucho más sofisticada de lo que nadie había imaginado. Eso sería una buena señal para dos nuevos proyectos, el Census of Deep Life y el Center for Dark Energy Biosphere Investigations, establecidos para catalogar la vida bajo tierra en los próximos años.

Además de darnos una mejor comprensión de la vida en la Tierra hoy en día, los resultados también pueden ofrecernos una idea de nuestros primeros orígenes. Por lo menos, las bacterias con energía de la radiolysis de Sudáfrica pueden darnos un nuevo punto de vista sobre la maquinaria molecular, que permite que la vida florezca antes que la fotosíntesis reformara el planeta. Algunos van más allá, y sugieren que la vida misma se inició a gran profundidad.

"Hubo procesos geológicos tumultuosos que direccionan el tiempo cuando apareció la vida", insiste Sherwood Lollar. "Hay un fuerte argumento para considerar que la vida surgió en una pequeña fractura tibia, protegida de los fuertes bombardeos de asteroides o la letal luz ultravioleta que bañaba la Tierra primitiva". Esto no es de ninguna manera la teoría dominante: la mayoría cree que los respiraderos hidrotermales del océano han sido la cuna de la vida.

Pero incluso si estas fisuras en la corteza no presenciaron el nacimiento de las primeras formas de vida, es casi seguro que serán el último refugio para los organismos al final de la vida de nuestro planeta. El año pasado, Jack O'Malley-James, de la Universidad de St Andrews, Reino Unido, y sus colegas, modelaron el destino probable de la vida en la Tierra cuando el envejecimiento del Sol haga que las condiciones sean cada vez más hostiles (ver diagrama). El modelo sugiere que después de mil millones de años desde ahora los océanos comienzarán a evaporarse, y la única vida capaz de sobrevivir serán los microbios muy por debajo de la superficie de la Tierra, donde podrían mantenerse durante otros mil millones de años (International Journal of Astrobiology, doi.org/ktf). Para toda la grandeza de las selvas tropicales, sabanas y arrecifes de coral, la vida profunda es probablemente una de las características más persistentes de nuestro planeta.

Esto mismo puede ser también el caso de otros mundos. "Los resultados de la biosfera profunda están cambiando por completo la estrategia de exploración de vida en otros planetas", añade Sherwood Lollar. "Las expediciones del Viking a Marte en la década de 1970 intentaron buscar la vida en la superficie. Ahora sabemos que los signos de vida son mucho más probables que se encuentren en el subsuelo". Y tras el descubrimiento de la Loricifera, se renuevan las esperanzas de formas de vida complejas.

Por el momento, sin embargo, muchos ojos están mirando hacia abajo. "Este es el último rincón inexplorado de nuestro planeta", dice Pusceddu. "Podemos esperar aún más emocionantes descubrimientos de animales y organismos unicelulares en el futuro". Parece que apenas hemos arañado la superficie.

ANEXO - Donde el sol no brilla

A treinta metros bajo la superficie del sur de Rumania hay una cripta secreta, conocida como la cueva Movile, que se ha estado aislada del resto de la Tierra durante millones de años. Los crustáceos y arañas que viven en sus oscuros y húmedos recovecos se parecen a los camarones, pero su ecosistema está construido sobre bases completamente diferentes.


Mientras que la mayor parte de la vida depende de algún modo de la energía solar, los animales de la cueva Movile están casi completamente al margen de su influencia. No sólo viven en la oscuridad más absoluta, sino que prácticamente ninguno de los nutrientes creados sobre la superficie se filtra a través de las rocas hacia la cueva.

En cambio, las bacterias rebuscan en el sulfuro de hidrógeno, liberado en el acuífero por las rocas circundantes, usándolo para producir energía vivificante. Dichas bacterias entonces pasan a ser presa de muchos otros animales, creando una red alimentaria compleja sin necesidad de la fotosíntesis.

Ya hace tiempo que se sabe del poder vital de esta "quimiosíntesis" en los alrededores de los respiraderos hidrotermales del océano, donde la actividad tectónica libera los minerales de las rocas. Pero la cueva Movile demuestra que no se limita a las profundidades del mar. Mecanismos similares podrían también impulsar complejos ecosistemas en lo profundo de la corteza terrestre, a cientos de kilómetros por debajo de nuestros pies.


- Imagen 1: Duane Moser en la mina de oro de Sudáfrica. Por Li-Hung Lin. NewScientist.com 
- Imagen 2: Gusano C. elegans hermaphrodite. Wikipedia.
- Imagen 3: Estructura de la Tierra.
- Imagen 4: Hans Roy en su recogida de muestras. Aarhus University.
- Imagen 5: Gusanos demonio. NewScientist.com
- Imagen 6: Loricifera. Wired.com
- Imagen 7: Muestras fondo marino. Deep Carbon Observatory/Nature
- Imagen 8: Airbell in Movile Cave, Romania, con esteras y muros flotantes (recuadro araña). The PVC pipes are 10 cm on a side.(foto 1998).
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FUENTE:  Pedro Donaire , BITNAVEGANTES