Extremófilos

Summer is coming, se acerca el verano y con él sus altas temperaturas, en Andalucía probablemente tengamos que soportar diariamente temperaturas superiores a los 40ºC, hecho que a muchos nos ha hecho decir alguna vez eso de "aquí no hay quien viva". Esto me ha recordado la existencia de un particular tipo de seres vivos que desarrollan su ciclo vital en un entorno fuera del rango que consideramos "normal" para que se dé la existencia de vida, se trata de los extremófilos. Como su nombre indica, los extremófilos son organismos amantes de las condiciones extremas, que se desarrollan en condiciones físicas y químicas insoportables para el hombre (y, por comparación, para la mayor parte de los organismos vivientes). Por ejemplo se han encontrado microorganismos capaces de sobrevivir en ambientes tan extremos como en los géiseres del fondo de los océanos, en el Mar Muerto, en el interior de los volcanes, en las aguas congeladas de la Antártida, incluso algunos son capaces de metabolizar compuestos de azufre sin necesidad de luz.

Zona de aguas termales del parque de Yellowstone (EE. UU.). Los termófilos que allí viven producen algunos de los vivos colores que se ven en esta imagen aérea

La razón por la que estos bichitos son capaces de vivir en tales entornos es debido a las enzimas (catalizadores biológicos) que les ayudan a funcionar en las condiciones de su alrededor (se las llama "extremoenzimas"). Como los catalizadores sintéticos, las enzimas, que son proteínas, aceleran las reacciones químicas sin alterarse. Las enzimas normales dejan de trabajar cuando se exponen al calor o a otras circunstancias extremas, sin embargo, las extremoenzimas permanecen activas cuando otras fallan.

Existen varios tipos de extremófilos, y dependiendo de las condiciones extremas a las que se adaptan se podrían clasificar dentro de las siguientes categorías:

Psicrófilos: llamados también criófilos, son organismos capaces de vivir a temperaturas por debajo de los 5°C, el rango en el que viven se encuentra de -10°C a 20°C aunque su temperatura óptima suele ser de unos 15ºC. Los océanos, que ocupan gran cantidad de la superficie terrestre, mantienen una temperatura media de 5ºC, y en sus profundidades se han medido temperaturas constantes de 1º-3ºC. Las grandes extensiones polares permanecen congeladas de forma prácticamente continua. En estos ambientes "extremadamente" fríos se pueden encontrar organismos en casi cualquier lugar en el que haya agua líquida, y esto no significa necesariamente estar por encima de los 0ºC, ya que el cambio de estado no depende únicamente de la temperatura, por ejemplo, las bolsas de agua salada inmersas en hielo sólido, pueden mantenerse líquidas hasta los -20ºC. Incluso se han encontrado microorganismos en un túnel de Alaska congelados durante 32.000 años y que "volvieron a la vida" según se iba derritiendo el hielo.

Termófilos e hipertermófilos: Llamamos termófilos a los organismos cuya temperatura óptima de crecimiento está por encima de 45ºC e hipertermófilos a aquellos cuya temperatura óptima está por encima de 80ºC. Aunque hay zonas en la naturaleza en las que se puede alcanzar fácilmente estas altas temperaturas (suelos con alta exposición al sol, pilas de abono, etc), las temperaturas extremas suelen estar asociadas a fenómenos volcánicos. No es difícil que un arroyo caliente llegue a 90ºC, una fumarola volcánica a 200ºC o una fumarola hidrotermal del fondo del océno a 300ºC. El más resistente al calor de estos microbios, pyrolobus fumarii, que crece en las paredes de los fumadores (fumarolas hidrotermales submarinas). Se reproduce mejor en un ambiente de aproximadamente 105ºC y puede multiplicar en temperaturas de hasta 113ºC. Curiosamente, deja de crecer a temperaturas por debajo de 90ºC, ya que le resultan demasiado frías.

Acidófilos: Son organismos que se desarrollan preferentemente en un medio ácido. Los ambientes muy ácidos en los que se pueden encontrar son el resultado natural de actividades geoquímicas (como la producción de gases sulfurosos en las aberturas hidrotermales y en algunas fuentes termales). Las extremoenzimas que pueden trabajar a un pH por debajo de 1 (más ácido que el vinagre o los fluidos del estómago) se han aislado de la pared celular y de la membrana subyacente de algunos acidófilos. Río Tinto, en la provincia de Huelva (imágen de la derecha) tiene una acidez de pH=2,2, y su alto contenido en hierro (el cual le da su color rojizo), además de su contaminación, le hacen aparentemente inviable para mantener en su seno cualquier atisbo de sistema biológico. Sin embargo, alberga una colonia formada por más de 1300 especies distintas de microorganismos que se alimentan de sulfuros polimetálicos. Picrophilus oshimae es el ser vivo capaz de vivir a pH más bajo, su pH óptimo para crecer es de 0,7 (similar al ácido de batería, es decir que puedes quedarte sin dedo si lo sumerges en su interior) y es capaz de multiplicarse a pH = 0,06.

Halófilos: Se desarrollan en ambientes hipersalinos, como en el Mar Muerto. En organismos normales, la sal hace que mueran por deshidratación debido a la ósmosis (proceso por el que el agua tiende a migrar a las regiones con mayor concentración de solutos, es decir, de la más diluida a la menos diluida). Si el entorno es salino, con mucha concentración de sales, el agua del interior de las células tiende a salir hacia su exterior. Es decir, se desecan y mueren. Los halófilos cuentan con mecanismos que albergan en el interior de sus tejidos concentraciones de un soluto, compatible a las sales, mayores que en el exterior. Así, el agua penetra por ósmosis.

También podemos encontrar otros casos que nos enseñan que la luz del Sol no es la única fuente de energía para la vida. Por ejemplo, los radiófilos se desarrollan en entornos radiactivos, como un hongo negro que vive en las paredes de Chernobyl. Y en 2008 se descubrieron bacterias a 3,2 kilómetros de profundidad asentadas en rocas de uranio, de manera que se alimentaban de su radiación, además de elementos químicos similares a la lejía y de la roca sólida de su entorno. Los xerófilos son microorganismos capaces de sobrevivir en ambientes extremadamente secos, como en el desierto de Atacama, un caso muy curioso es selaginella lepidophylla, que es capaz de perder hasta un 95% de agua y al rehidratarse retorna a su metabolismo normal.

Pero todo esto no es nada comparado con una criatura que se ha ganado el sobrenombre de "animal más resistente del mundo", lo más parecido a Superman que pueda existir, se trata de los tardígrados, también llamados osos de agua (por su similitud al desplazarse y física en general). Y digo que esta preciosidad de bichito (el de la imagen de abajo) es lo más parecido a Superman porque son capaces de resistir temperaturas muy altas (151ºC durante algunos días) y muy bajas, pueden soportar temperaturas de -200ºC, mediante la criobiosis, un proceso por el cual una especie de anticongelante natural evita que se formen cristales de hielo que pueden romper sus células, e incluso aguantan temperaturas de -272 ºC (un grado por encima al cero absoluto) durante algunas horas.

Sobreviven al contacto con disolventes orgánicos y las radiaciones ionizantes, así como a alta presión o al vacío, incluso sobrevivieron a un experimento en el que se expusieron al espacio exterior, es decir, nada de oxígeno, presión nula, y sin atmósfera que protegiera de la intensa radiación solar. Es más, son capaces de sobrevivir a una exposición radiactiva mil veces mayor que la que sería mortal para los seres humanos. Se piensa que esto se debe a su capacidad de reparar el ADN dañado. Descubrir cómo funcionan sería un gran avance para nuestro conocimiento sobre los tardígrados, pero también sería de gran interés para muchos otros campos de la biología y la medicina, donde la reparación del ADN juega un papel fundamental.

Una de sus características más destacables es su capacidad para deshidratarse completamente cuando las condiciones del entorno se secan, y permanecer en ese estado sin ningún tipo de metabolismo durante muchos años o incluso décadas. Pueden llegar a perder el 99% del agua de su cuerpo y sobrevivir gracias a un estado de suspensión inanimada o anhidrobiosis. En este estado reduce su metabolismo en un 99’99%, resucitando literalmente cuando vuelve a tener agua aunque sea solo una gota. Es decir, que esto es posible al haber desarrollado estrategias de inactividad que les permiten cerrar todos los procesos biológicos que no son esenciales cuando las condiciones no son propicias para sostener la vida.

Pero todo este rollo de los extremófilos, aparte de ser una serie de datos más que curiosos, también tiene sus aplicaciones prácticas para los humanos, por ejemplo, la thermus aquaticus es una bacteria termófila cuya resistencia al calor permitió la creación de la técnica de reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Este sistema permite hacer copias de ADN, fundamental para el desarrollo de la investigación biológica y genética (por ejemplo, para detectar genes de cáncer), el diagnóstico médico o los análisis forenses. En el otro extremo, los organismos psicrófilos, han dado lugar a mejoras en sectores relacionados con el frío, como las industrias del procesado de alimentos, los fabricantes de perfumes y fragancias o los de detergentes para lavado en frío; los acidófilos permiten mejorar la digestibilidad de granos en el estómago de los animales; los halófilos, propios de ambientes hipersalinos, se utilizan para aumentar la cantidad de crudo extraído de los yacimientos petroleros.

Además, el estudio de los extremófilos ha hecho aumentar considerablemente el convencimiento de los científicos hacia la posibilidad de vida extraterrestre, puesto que las condiciones extremas no suponen un obstáculo para la actividad biológica. Su hallazgo ha derrumbado nuestra concepción de lo habitable y ha obligado a replantear cuáles son los requerimientos ambientales mínimos para la vida: agua líquida, nutrientes y una fuente de energía bastan, aunque quizá un disolvente apropiado pueda sustituir al agua, y la química de los nutrientes o la forma de energía que la vida utiliza pueden tener un origen diverso. Para buscar vida más allá de La Tierra ¿siempre hemos de pensar en planetas de características similares al nuestro?, ¿la vida en otros planetas debe estar basada en la química del carbono y depender de ácidos nucleicos y las proteínas? La biología extraterrestre puede sustentarse en principios distintos, como, por ejemplo reacciones químicas del silicio o del fósforo, sustituyéndose el agua por otros disolventes como amoníaco o metano.

En definitiva, los microorganismos extremófilos nos han enseñado que las condiciones de vida tal y como las conocemos van más allá de los límites de nuestra forma de pensar homocéntrica, que es posible la existencia de vida incluso en las condiciones más extremas.

Esto es todo por hoy, espero que hayáis disfrutado aprendiendo con los extremófilos. Hasta la próxima entrada aquí, en Ciencia Bizarra.