Archaea, ¿el siguiente portal oculto?

Archaea, ¿el siguiente portal oculto?

Por :Sara Benedicta Oyola

Desde las fuentes termales hasta los arrozales, los científicos revelan nuevos indicios sobre la vida secreta de las archaeas.

Ciertas arqueobacterias pueden vivir en algunos de los ambientes más severos de la Tierra y proporcionan señales de cómo la vida podría sobrevivir en otros planetas.

Basado en un comunicado de la Universidad de Stanford

En el mundo de los microbios, como en la política, algunos grupos simplemente no parecen agitar las banderas de “extremistas”. Así pasa con las archaeas (ar-KE-as), una colección de microorganismos parecidos a las bacterias cuya composición genética y estructura química sin igual los separan de todos los otros seres vivos.

Durante años, los biólogos habían encasillado a las archaeas como extremófilos, criaturas que viven en condiciones extremas. En efecto, muchas especies de archaeas se desarrollan en ambientes que matarían a otros organismos, desde las fuentes termales de Yellowstone hasta el hiper- salobre Mar Muerto, pasando por las corrientes contaminadas con residuos mineros donde el nivel de pH es equivalente al del ácido de una batería. Las archaeas incluso habitan en los alrededores oscuros y húmedos de nuestra boca y los intestinos. El estudio de estos organismos puede ayudar a los científicos a descubrir cómo podría sobrevivir la vida en otros sitios en el Sistema Solar, y también de qué manera futuros exploradores robóticos y humanos podrían en algún momento reconocer los signos de vida pasada o presente en planetas como Marte.

Mientas que los extremófilos han sido objeto de intensa investigación, recién ahora los científicos están empezando a enfocarse en el gran número de especies de archaeas que viven en ambientes más mundanos, incluyendo suelos y agua de mar.

Un panel internacional de investigadores presentó nuevos descubrimientos sobre el mundo extremo y no-tan-extremo de las archaeas durante el encuentro anual de la Unión Geofísica Americana (UGA).

“Las archaeas han sido un tema bastante polémico en los campos de la ecología microbiana y la fisiología”, sostuvo Chris Francis, profesor adjunto de ciencias geológicas y medioambientales en la Universidad de Stanford, señalando además que la mayoría de los libros de texto de biología ahora dividen la vida en tres dominios: Archaea, Bacteria y Eukarya, una categoría que incluye a las plantas, los animales, hongos, algas y protozoos.

Los científicos creen que el ancestro común más reciente de los tres dominios era un organismo unicelular que vivía en condiciones extremas cuando la Tierra era muy joven y muy caliente, y la atmósfera contenía grandes cantidades de metano en lugar de oxígeno. Aunque son similares en forma y tamaño a las bacterias, los análisis genéticos indican que las archaeas en realidad están más relacionadas con los humanos y con otros eucariotas.

Antiguos orígenes

Aunque las archaeas son consideradas entre los organismos más antiguos en la Tierra, ha sido casi imposible encontrar evidencias paleontológicas de estos primitivos microbios. En la UGA, G. Todd Ventura, de la Universidad de Illinois, en Chicago, describió lo que sería la evidencia fósil de la archaea más antigua descubierta hasta ahora: se encontró en muestras de rocas de entre 2,71 a 2,65 mil millones de años de edad que fueron recolectadas en una mina de oro profundamente subterránea en Ontario, Canadá. Ventura y sus colegas descubrieron que las rocas contenían un tipo de lípido o compuesto aceitoso que se encuentra solamente en membranas celulares de las archaeas. Este descubrimiento indica que una comunidad de archaeas puede haber habitado la región hace más de 2 650 millones de años, cuando el área estaba sumergida, inundada, y con aberturas hidrotermales que posteriormente produjeron un depósito de oro en lo que ahora es Ontario.

En otra presentación, Roger Summons, del Instituto de Tecnología de Massachussets, informó el descubrimiento de nuevos compuestos orgánicos extractados recientemente a partir de los lípidos de archaeas contemporáneas. Es probable que muchos de estos compuestos tengan “estructuras químicas nuevas para la ciencia”, afirmó.

Karyn Rogers, del Instituto Oceanográfico Woods Hole, disertó sobre el efecto de la temperatura y la química en las comunidades de archaeas que viven en fuentes hidrotermales en la isla de Vulcano, Italia. Varias especies de archaeas termófilas viven en estas aguas poco profundas, donde las temperaturas a veces se acercan al punto de ebullición. Rogers encontró que había más del doble de especies de archaeas a temperaturas relativamente moderadas de 59 C (38 F) que en fuentes más calientes, donde el termómetro alcanzaba los 94 C (201 F).

Cambio climático

Tres presentaciones en la UGA se enfocaron en nuevos descubrimientos acerca del impacto significativo de las archaeas en el clima global y la nutrición. En años recientes, los científicos han descubierto que las archaeas metanogénicas desempeñan un papel importante en el aumento de gas metano en la atmósfera. Según la Agencia de Protección Ambiental, el metano es aproximadamente 20 veces más eficiente en atrapar el calor atmosférico que el anhídrido carbónico, el gas de invernadero más famoso. Un panel de las Naciones Unidas también encontró que los niveles de metano en la atmósfera se han incrementado en un 150 por ciento desde 1750.

De esto se desprende que la demanda internacional de arroz es uno de los principales motores de la producción de metano en el planeta. Los estudios demostraron que la agricultura del arroz contribuye entre un 10 y un 25 por ciento a las emisiones globales de metano, en parte gracias a las archaeas metanogénicas, que liberan toneladas de gas metano cuando descomponen materia orgánica en los campos inundados de arroz. El panelista Ralf Conrad, del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre en Alemania, describió un grupo de archaeas conocido como Rice Cluster I, que junto a sus colaboradores había identificado como los productores de metano predominantes en los arrozales de todo el mundo. El pasado mes de Julio, investigadores del Instituto Max Planck fueron los primeros en mapear el genoma de las especies del Rice Cluster I. Este esfuerzo de secuenciación genética algún día podría servir para encontrar una forma de reducir las emisiones agrícolas de metano por medio de la ingeniería genética.

No-extremófilos en todas partes

“Durante muchos años, se consideraba a las archaeas como extremófilas, halófilas (amantes de la sal), termófilas (amantes del calor), acidófilas (amantes del ácido) o metanógenas (productoras de metano)”, comentó Francis. En efecto, algunas Crenarchaeota son realmente extremas. Las especies Pyrolobus fumarii conservan el record de supervivencia en aguas con temperaturas de 113 C (235 F), muy por encima del punto de ebullición.

“No obstante, a mediados de los `90 se descubrió que las archaeas no-extremófilas era ubicuas y abundantes en el entorno marino, pero no estaba claro exactamente cómo vívían estos organismos”, dijo Francis. “Luego, en el año 2005, nuestras nociones de lo que algunos de estos organismos estaban haciendo en el medio ambiente cambiaron dramáticamente”.

Ese año, Francis y otros científicos llevaron a cabo estudios independientes sobre las Crenarchaeotas, una división del dominio de las Archaea que incluye termófilos y no-extremófilos. “Las Crenarchaeotas están en todas partes, en los suelos, sedimentos, bajo la superficie, y en el océano”, dijo. “Ellas son potencialmente los organismos más abundantes en la Tierra, pero en realidad no teníamos idea de cómo sobrevivían en el océano”.

Las Crenarchaeotas no extremófilas son fascinantes, según Francis, en gran parte por su rol potencialmente vital en el ciclo del suministro global del nitrógeno. Todos los seres vivos necesitan nitrógeno para elaborar proteínas, ADN y otras biomoléculas. Cerca de un 80 por ciento de la atmósfera consiste en gas nitrógeno, que, a diferencia del oxígeno, no puede ser absorbido por la mayoría de los organismos. Obtener nitrógeno utilizable resulta ser un proceso biológico bastante complicado. En primer lugar, una bacteria especial “fijadora de nitrógeno” en el ambiente convierte el nitrógeno atmosférico en amoníaco, que es fácilmente absorbido por plantas o removido por otros microbios. Los animales y los seres humanos, a su vez, obtenemos el nitrógeno al alimentarnos de plantas y de otros animales herbívoros.

Este era el dogma que se enseñó durante décadas en las clases de biología, hasta que en Septiembre de 2005 David Stahl, de la Universidad de Washington, demostró que las bacterias no tienen el monopolio de la nitrificación. En un experimento de laboratorio sin parangón, Stahl y sus colegas demostraron por primera vez que las archaea, en este caso, las Crenarchaeotas marinas, también oxidan amoníaco en nitrito.

Menos de un mes más tarde, Francis y sus colegas publicaron una monografía en los Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), explicando que las Crenarchaeotas oxidantes de amoníaco son predominantes en columnas de agua y sedimentos a lo largo de todo el océano. Posteriormente, en Julio de 2006, la microbióloga alemana Christa Schleper señaló que la eota nitrificante era hasta 3000 veces más abundante en los suelos europeos que sus homólogas bacterianas.

De México a Islandia

En el encuentro de la UGA, Francis y Mike Beman, ex estudiante graduado de Stanford, debatieron sobre el rol de las archaea marinas en el Golfo de México, en California, donde las Crenarchaeota nitrificantes parecen ser extremadamente abundantes, incluso a profundidades de 2000 pies.

En Islandia, Schleper y sus colegas identificaron recientemente los primeros extremófilos oxidizantes de amoníaco, un grupo de Crenarchaeotas que habita en fuentes termales extremadamente ácidas donde las temperaturas alcanzan los 80 C (176 F). “Colectivamente, nuestro estudio proporciona evidencias de que archaeas oxidizantes de amoníaco están presentes en aguas termales y son activamente nitrificantes”, dijo Andreas Richter, ecologista, de la Universidad de Viena.

“Las bacterias oxidantes de amoníaco fueron descubiertas hace más de 100 años, y la oxidación del amoníaco se consideraba que existía solamente en el reino de las bacterias”, dijo Francis. “Nadie jamás se preguntó si los miembros de las Archaeas también estaban involucrados en este proceso. Todavía estamos intentando resolver cómo encajan las piezas entre sí”.