Low Life Vida en Las Profundidades

7/31/2019 Low Life Vida en Las Profundidades

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n febrero, un equipo de oceangrafos americanosy alemanes emprendi viaje hacia un destino pococonocido en mitad del Ocano Atlntico llamadoNorth Pond. Esta parcela de suelo marino yace sobre

el flanco oeste de la Dorsal Mesoatlntica, el sistema mon-taoso ms largo del mundo, en el que la topografa delfondo del ocano desciende para formar una cuenca de 10kilmetros de longitud bordeada por picos submarinos.

Durante dos semanas, Katrina Edwards, geomicrobilogade la Universidad de California del Sur en Los ngeles, y suequipo exploraron North Pond y recogieron muestras delos sedimentos cenagosos que llenan la cuenca. Desde subarco, hicieron descender tubos de extraccin de ncleoshasta 4,5 kilmetros de profundidad y penetraron en elfango del fondo. En los das ms afortunados, el equipoatravesaba directamente el sedimento y golpeaba las rocasque hay debajo, doblando el tubo de extraccin de ncleoscomo si fuera un pltano. Aunque debido a las colisiones

fue necesario sacrificar algunos tubos, tambin consiguie-ron muestras de la delicada frontera entre la roca y el sedi-mento, uno de los mayores objetivos en la lista de deseos delos investigadores.

Edwards ha recorrido 7.000 kilmetros para buscarmicroorganismos intraterrestres, los microbios del interiorde los sedimentos y de las rocas subyacentes, donde, hasta nohace mucho, se pensaba que no poda existir vida. Katrinapertenece a un grupo de cientficos que estn estudiandolo resistente e invasiva que es la vida en las profundi-dades de la tierra, tanto bajo el suelo marino comoen el interior de la corteza continental. Apodada porsus compaeros la doncella de hierro, Edwardsest especialmente interesada en aquellas for-

mas de vida que se alimentan de hierro y quecolonizan algunos de los terrenos msinhspitos de la Tierra: la corteza gnea,que alcanza unos 500 metros bajo elfondo ocenico. Lo que estudiofundamentalmente es la caries dela Tierra, los microbios que habi-tan en lo ms recndito de lasmuelas de la Tierra expuestasen el fondo del ocano, declarEdwards.

Estas reas eranen gran medidainaccesibles hasta

la dcada de losnoventa, en que las

Los lmites de la biologa bajo la superficie terrestre se extienden ms all de lo que se sospechaba.Amanda Leigh Mascarelli indaga en la vida de los microorganismos de las profundidades.

nuevas tcnicas permitieron a los cientficos hacer obse vaciones directas de esta biosfera profunda. En particulalos oceangrafos han desarrollado laboratorios en el subsuelo marino conocidos como sistema de prevencin de la

circulacin entre ocano y pozo (CORK, por sus siglas ingls), en los que los instrumentos cientficos se sellan enel interior de los pozos de perforacin profundos y se reazan mediciones en tiempo real de la vida en las esferas mprofundas y oscuras del subsuelo marino. Hasta la fechalos investigadores han organizado nicamente una misicientfica de perforacin, en 2002, que estuvo dedicada pcompleto a esta biosfera, pero estn a punto de lanzar cuatms en 2013 a travs del Programa Internacional Integradde Perforacin Ocenica. Segn Edwards, que planea vola North Pond en uno o dos aos, estamos directamente la cspide de este importante avance.

Los estudios de North Pond y de otras zonas de todo emundo estn cambiando la forma de pensar de los cient

ficos acerca de la biosfera profunda. Hace diez aos, estmicrobios de los bajos fondos se consideraban en gramedida curiosidades que representaban una de las ltimafronteras de la Tierra. Actualmente, los cientficos han llegado a apreciar a estos organismos como parte integral dlos ciclos del planeta, que ayudan a restablecer los mineralesfundamentales del ocano e incluso intervienen en el clima.A medida que la ciencia madura, se plantea un interrogancontinuo sobre lo que hay ah abajo, pero tambin estamollegando a comprender cmo estn implicados en el ciclbiogeoqumico y en la salud de nuestro planeta, comentRick Colwell, geomicrobilogo de la Universidad del Est

de Oregn en Corvallis (vase el recuadro Valor paraminera de la vida en las profundidades).

Los nuevos hallazgos tambin conducenla comprensin de los orgenes de la vidde la Tierra y de cmo podra existir

vida en otros planetas. Aunque sehan descubierto microbios prc-ticamente en todos los sitiosen los que los cientficos haninvestigado, a menudo pare-

cen subsistir al filo mismode la supervivencia,

con un metabolismotan lento que hasuscitado nuevas ideas sobre

los lmites dela vida. N . S p e N c e r

Geomicrobiologa:los bajos fondos

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LOS OSCUROS SECRETOS DE LAS PROFUNDIDADESSe han encontrado comunidades microbianas subterrneas en los sedimentos delsubsuelo marino, en la corteza ocenica subyacente y muy por debajo de la superficie

de los continentes.

Un sndwich en las profundidades marinasEn 1955, Claude ZoBell, considerado el padre de la micro-biologa marina, investig bajo el suelo marino y encon-tr microbios que disminuan en nmero conforme sedescenda hasta una profundidad de aproximadamente8 metros1. En ese momento, los investigadores pensabanque la vida se extingua en algn punto no muy lejanopor debajo del lecho marino. Posteriormente, a finalesde la dcada de los sesenta, un experimento accidentalapoy la idea de unas profundidades marinas empobre-cidas, cuando el sumergible de investigacin Alvin se hun-di a ms de 1.500 metros tras la rotura de un cable. Lostres tripulantes se pusieron a salvo a travs de la escotilla,pero sus almuerzos cayeron al fondo. Cuando se recuperel recipiente 10 meses despus, la tripulacin se sorprendial encontrar sus sndwiches de mortadela y las manzanasempapados pero en unas condiciones prcticamente idn-ticas a las originales, sin mostrar signos de descomposicinmicrobiana. Como coment John Parkes, geomicrobilogode la Universidad de Cardiff, en Reino Unido, sta era la visin popular de las profundidades marinas, demasiadoextrema incluso para una vida bacteriana significativa.

La nocin de las profundidades marinas como undesierto inhabitable persisti durante dcadas, distor-sionando el pensamiento sobre el suelo marino y lo queyace bajo l. Despus, en las dcadas de los ochenta y noventa, algunas de las primeras misiones del Programade Perforacin Ocenica permitieron a los investigadoresperforar ms profundo de lo que se haba hecho hastaentonces. Cuando en 1990 Parkes y sus colaboradoresintentaron publicar enNature los resultados que demos-

traban que las bacterias podan colonizar profundidades enel subsuelo mayores de lo que previamente se pensaba, setoparon, segn Parkes, con revisiones muy escpticas y elartculo fue rechazado. Pero en 1994 consiguieron publicarsus resultados y describieron microorganismos viables que vivan en los sedimentos ocenicos a profundidades superi-ores a 500 metros por debajo del lecho marino 2.

Bichos activosEste y otros estudios posterioresdemostraron que se podan culti- var microorganismos a par tir demuestras obtenidas muy por debajodel lecho marino. Pero las tcnicas en

ese momento no podan demostrar deforma definitiva que los organismosestaban vivos y con un metabolismoactivo a profundidades tan considera-bles, dejando abierta la posibilidad deque las bacterias profundas estuvieranaletargadas, a duras penas vivas. Peroen 2005, los investigadores dirigi-dos por Axel Schippers, del InstitutoFederal de Geociencias y RecursosNaturales de Hannover, en Alemania,demostraron la presencia de mem-branas y ribosomas intactos3, la pri-mera prueba concluyente de que haba

bacterias creciendo en sedimentos de16 millones de aos de antigedad

a ms de 400 metros de profundidad. El ao pasado sedescribieron microorganismos metablicamente activos ensedimentos de 111 millones de aos de antigedad enterra-dos a una profundidad de 1,6 kilmetros por debajo dellecho marino 4.

Se sabe tan poco sobre los microbios que habitan en lasprofundidades que los cientficos tienen una ardua tareapara estimar qu fraccin de vida representan. Hace unadcada, las estimaciones derivadas del trabajo de WilliamWhitman, de la Universidad de Georgia en Atenas, y suscolaboradores5 sugirieron que un tercio de la vida totalde la Tierra vive en los sedimentos del subsuelo marino.

Pero la mayora de las muestras de los microorganismosde los sedimentos profundos se han recogido cerca de lacosta, lo que significa que gran parte del ocano no estrepresentado. Steven DHondt, oceangrafo de la Univer-sidad de Rhode Island en Narragansett, tom muestrasrecientemente de los sedimentos de subsuelo marino de losocanos Pacfico Norte y Pacfico Sur. Segn los resultadoque DHondt y sus colaboradores presentaron el pasadodiciembre en una reunin de la Unin Geofsica Nortea-mericana en San Francisco, estos hallazgos sugieren quela riqueza de clulas a nivel global puede ser un orden demagnitud inferior a lo que se estim previamente. Aunquecomo comenta Edwards, las cifras de Whitman no incluanlos microorganismos que viven en la corteza ocenica, qu

tendran que aadirse a los recuentos de clulas estimadosEstos microbios ocultos se estn descubriendo en otroslugares inesperados. A finales de los noventa, los investigadores que medan la profundidad de la corteza continentalen una mina de oro de Sudfrica descubrieron microor-ganismos que vivan a aproximadamente 3 kilmetrosbajo la superficie. Ahora existen planes para comenzar laperforacin de la mina ms profunda de Norteamrica:Homestake, en Dakota del Sur, que alojar el LaboratorioSubterrneo Profundo de Ciencia e Ingeniera de Esta-dos Unidos. La mina alcanza una profundidad de casi 2,5kilmetros y los investigadores esperan perforar la rocadesde esa profundidad con temperaturas que superan los120 C. Tom Kieft, microbilogo medioambiental del Insti-

tuto de Minas y Tecnologa de Nuevo Mxico, en Socorroha comentado que actualmente se desconoce el punto

Katrina Edwards tomamuestras de una rocadel lecho marino delAtlntico.

N . S

p e N c e r

J . S y L v a N

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ms profundo de la biosfera. Siperforamos a la profundidadsuficiente, llegaremos msall del lmite superior detemperatura para la vida,que se cree est alrededorde 121 C.

Los organismos que viven en la biosfera pro-funda tienen poca seme- janza con las bacter iasde la superficie como laEscherichia coli, que se puedecultivar fcilmente en el labora-torio y se divide en pocos minutos.Como afirma Bo Baker Jrgensen,biogeoqumico de la Universidad deAarhus en Dinamarca, en el subsuelo marino,las bacterias y otros grupos de microorganismos llama-dos arqueas son comparativamente lentos. En el casode los organismos enterrados bajo la superficie de loscontinentes, las primeras estimaciones sugeran que sereproducan en una escala temporal medida en siglos6.Y Tullis Onstott, geomicrobilogo de la Universidad dePrinceton, en Nueva Jersey, que fue pionero en muchasde las exploraciones de la vida terrestre profundaen las minas de oro de Sudfrica a finales de ladcada de los noventa, estima que los micro-bios que hay bajo la superficie se puedenreproducir una vez cada 1.000 aos.

Crisis energticaIncluso con estas bajas tasas meta-blicas, sigue sin estar claro cmoestos organismos se mantienen as mismos. Segn Parkes, cuandorealizamos los clculos, no existesuficiente energa ah abajo en abso-luto para estos microorganismos.Deberan estar todos muertos.

El escaso alimento presente en lossedimentos de las profundidades marinasprocede de los estratos iluminados por el sol.Ah, las plantas y algas fotosintticas digieren lamateria orgnica que finalmente precipita en forma

de clulas de algas muertas, materia fecal y detrito marino.Se asienta en el suelo marino y se acumula en los sedimen-tos durante millones de aos. Los cientficos estiman quela mayora de las comunidades microbianas bajo el lechomarino se alimentan de este carbono orgnico enterradoen profundidad, contribuyendo al ciclo del carbono de lasprofundidades. nicamente aquellos microorganismosque estn bajo el suelo marino pueden metabolizar estosresiduos orgnicos arenosos.

Como las lombrices que socavan el suelo y reciclanlos minerales y nutrientes, estos microbios del subsuelomarino producen dixido de carbono y metano y liberanelementos clave como nitrgeno, azufre y fsforo a partirde los sedimentos. Y cuando los fluidos circulan a travs

de la corteza, transportan microbios que pueden erosio-nar la roca, liberando hierro y otros elementos. Los fluidos

que circulan devuelven estos nutrientes al ocano, dondpueden alimentar el crecimiento de nueva biomasa. Comcomenta Andreas Teske, microbilogo de la Universidad Carolina del Norte, en Chapel Hill, el ciclo del carbono delos ocanos y del planeta Tierra llega hasta la profundidadde la biosfera bajo la superficie y no puede entenderse sinla contribucin del subsuelo.

Los descubrimientos de la pasada dcada apoyan unparte de la hiptesis de la biosfera profunda caliente, prpuesta en 1992 por Thomas Glod, astrnomo de la Unive

sidad de Cornell, en Nueva York. En un famosoartculo7, Gold argumentaba que el sub-

suelo soporta una masa y volumen de vida que rivalizan con los presente

en la superficie. Pero Gold fue mlejos al especular que la biosferaprofunda subsiste gracias a loshidrocarburos que surgen delmanto de la Tierra, una vastafuente de energa que rellenacontinuamente los depsitosde petrleo. Esta sugerenciano est ms aceptada ahora delo que estuvo en su momento.

Conexin con el climaIncluso cuando ayudan a reciclar

los nutrientes, los microorganismosque hay bajo el suelo marino tambin

pueden tener efecto sobre el clima deplaneta. Las arqueas denominadas metange-

nas producen metano como subproducto desu metabolismo. Colwell trabaja en la cuantificacin de las tasas de esta produccin de metany afirma que a veces estn por debajo del lmitde deteccin8. Aunque el metano se acumulaen escalas temporales geolgicas y contribuya la formacin de hidratos, jaulas heladas d

molculas de agua que rodean al metano y ququedan encajados en los sedimentos marinos, s

cree que la mayora de los hidratos de metano sgeneran por procesos microbianos 9.Aparentemente, estos depsitos se han desestabilizad

en varias ocasiones en el pasado de la Tierra, liberando suciente metano (un gas invernadero mucho ms potente qu

el CO2) para calentar sustancialmente el planeta10

. Cuandoel planeta se calienta debido a la polucin humana, locientficos cada vez estn ms preocupados acerca de posible rotura de los hidratos de metano que estn atrapa-dos en el interior de la tundra del rtico en deshielo y losedimentos marinos poco profundos.

Mientras que la inmensa mayora de microorganismos dla biosfera profunda dependen de la materia orgnica redual para alimentarse, otros parecen conseguir el sustentoa partir de una fuente inorgnica. DHondt est investigando si los microbios del subsuelo marino pueden obtenenerga a partir del hidrgeno que se produce cuandodurante la descomposicin radiactiva de elementos naturales como uranio, torio y potasio, las molculas de agua

disocian en hidrgeno y oxgeno. El mismo proceso habocurrido en la Tierra primitiva hace ms de 4.000 millon

Microfotografas demicroorganismosprocedentes de debajodel suelo marino enel Ocano Pacfico(superior), de lacorteza continental deSudfrica (central) ybajo el lecho marinodel rtico (puntoverdes, inferior).

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de aos y debe estar ocurriendo actualmente en Marte,comenta DHondt. Hemos encontrado algunos indiciosde que en estos ecosistemas [subsuelo marino] se introducetanta energa procedente de la disociacin del agua como dela materia orgnica enterrada. Aun as, DHondt opina que,hasta el momento, no est clara la identidad de cualquiermicrobio que se gane la vida de este modo.

En la biosfera terrestre, los microbios encontrados en lamina de oro de Sudfrica a casi 3 kilmetros de profundi-dad tienen una forma similar de metabolismo, Subsistengracias al sulfato y el hidrgeno producidos geolgica-

mente, exentos de cualquier dependencia de la energaderivada del sol11.

La Tierra primitivaLos geomicrobilogos que trabajan en Sudfrica tam-bin han descrito el primer ecosistema que comprendeuna nica especie bacteriana,Candidatus Desulforudisaudaxviator , que pasa su vida en oscuridad extrema a60 C, a unos 2,8 kilmetros por debajo de la superficiede la Tierra12. Estos microorganismos parecen obtener suenerga reduciendo el sulfato que se forma indirectamentepor la descomposicin radiactiva del uranio y puedenextraer carbono y nitrgeno de las rocas circundantes.

Dylan Chivian, bioinformtico del Laboratorio Nacional

de Lawrence Berkeley, en California, y el primer autor delestudio, comenta que este ecosistema de una nica espe-cie apunta a un modo de vida como el que posiblementepodra haber sido la Tierra primitiva, antes de que la atms-fera contuviera tanto oxgeno.

Los microbios de las profundidades descubiertos en lasminas se encuentran a veces en bolsillos de agua que hanestado aislados durante millones de aos, haciendo que losorganismos que viven all sean prcticamente fsiles. Lasfracturas de las rocas se abren y cierran peridicamentedebido a la deriva tectnica, atrapando el agua y los micro-bios dentro de lo que Barbara Sherwood Lollar, geoqumicade la Universidad de Toronto en Ontario, llama una seriede cpsulas del tiempo. En estos sistemas hidrogeolgica-

mente aislados muy ancestrales surgen toda clase de pre-guntas fascinantes sobre cunto tiempo han permanecido

Este sndwich permaneci meses en el fondo del ocano.

a r c h i v O S d e L i N S T i T u T O O c e a N O G r f i c O w

O O d S h O L e los microbios ah, cmo han evolucionado y qu significa

para nuestro conocimiento sobre los orgenes de la vida eel planeta, nos comenta.

Puesto que los microbios que colonizan la biosfera pro-funda han dominado el arte de vivir marginados, la comunidad de astrobilogos tambin se ha tomado muchointers en ellos. Como dice Teske, la limitacin energties, por supuesto, algo casi comn en los hbitats extraterrestres. Y aade que las reacciones metablicas anaerobias quutilizan los microbios que habitan las profundidades sonlas mismas reacciones qumicas que con ms probabilidadapoyan la vida en otros planetas.

Es fascinante que toda esta microbiologa y estosprocesos que se haban considerado pertenecientes a laesfera de la geologa estn realmente sustentando una partimportante de la vida en la Tierra, opina Jrgensen. Escomo descubrir un nuevo continente.

Ese sentido de potencial es lo que motiv a Edwardsy a sus colaboradores durante su reciente viaje a NorthPond. En los ltimos das de la expedicin, el equipo mantena un ritmo frentico recogiendo ncleos de fango y almacenndolos en refrigeradores para el regreso a casaSe puede decir que esta expedicin era una misin dereconocimiento, que permitir establecer el escenariopara futuras expediciones. Edwards planea volver en 201o 2011 a bordo del barco de perforacin JOIDES Resolu-tion , el cual puede perforar rocas y profundizar unos 500metros dentro de la corteza. Una vez ah, piensan insta-lar un observatorio CORK que examinar el submundointraterrestre y controlar ese entorno durante una dcada.Edwards espera que esta y otras misiones finalmente arro

jen luz sobre la oscura y profunda biosfera y los lmites mbajos de la propia vida.Amanda Leigh Mascarelli es una escritora cientficaautnoma de Denver Denver, Colorado.

1. ZoB ll, c. e. & Mo t , r. y.Deep-Sea Res. 3, 6673 (1955).2. p k s, r. J.et al. Nature 371, 410413 (1994).3. S s, a.et al. Nature 433, 861864 (2005).4. ro ss l, e. G. et al. Science 320, 1046 (2008).5. w tm n, w. B. col m n, d. c. & w b , w. J. Proc. Natl Acad. Sci. uSa 95,

65786583 (1998).6. p l s, T. J., M , e. M., p n , S. M. & w t , d. c.Microb. Ecol. 28,

335349 (1994).7. Gol , T.Proc. Natl Acad. Sci. USA 89, 60456049 (1992).8. col ll, f. S. et al. Appl. Environ. Microbiol. 74, 34443452 (2008).9. Kv nvol n, K. a. & Lo nson, T. d.Geophys. Mono. 124, 318 (2001).10. K nn tt, J. p., c nn to, K. G., h n , i. L. & B l, r. J.Methane Hydrates

in Quaternary Climate Change: The Clathrate Gun Hypothesis (am nG o s l un on, 2002).11. L n, L.et al. Science 314, 479482 (2006).12. c v n, d.et al. Science 322, 275278 (2008).13. w mo , r. a. et al. Bioremed. J. 11,125139 (2007).14. in g k , f.et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 103, 1416414169 (2006).

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Los m oo g n smos q n m y od b jo d l s d l T os n

lg n s t st s n s l s q lomb s x lot . el Gob no d

S d , o j m lo, l nz n og m n2007 x lo l s os bl s l on s

nd st l s d los m oo g n smos yod tos d l b os o nd . como

om nt est n h d n, b oq m o d lun s ty o t f St t d Blo m ont n,S d , t lm nt s stn l ndo

t o od tos l m do.L s nz m s y l s s st n snt m ob n s y nt l s sl d s

t d los m oo g n smos d l s bs loson om t do s l nd st d lb ot nolog . un d st s nz m s d toxd o m n t l n mb nt ng no

ons n d l x lot n m nd l omo x l nt . ad ms, lg nosm ob os od n nz m s q d nd os t m t l s omo o o, l t y l t no n

o m d n no t l s. S gn v n h d n,st s n no t l s os n o d d s

t s y m gnt s n s q d n st l s l dm n st n d m os yot s l on s.

r k col ll, g om ob logo d lun s d d d l est do d O gn n co ll s,

y s s ol bo do s stn n st g ndol ot n l d los m oo g n smos d lb os o nd l m ont m n nt s

mb nt l s omo l t lo o t no, nsol nt lo do q s lt n n od l s d st d id o omo ons n dlos s d os nd st l s. un om n d dd m oo g n smos s nt s d o mn t l n l o b slt o t l z lm t no d l s bs lo omo nt d n gy om t bol z l ont m n nt , l m ndo d

st modo l g 13. col ll s q stosm ob os y ot s om n d d s n t l sd l o q m t bol z n om stoso gn os, d z n los ost s d l m z

nos 7 m llon s d dl s n l s x m sd d s.

alg n s om n d d s m ob n s d l so nd d d s od n n l so y d lomb ont l obl m d l mb ol mt o. en n g n ol n m nt t

x m T n, x st n l go l dd x do d bono lq do b jo n l o ds d m ntos n l s o nd d d s m n s,

ons n d l s s on s xt m s 1.380 m t os b jo l s d l m . f m oin g k , d l ag n J on s d c n yT nolog M n y T st n Ko , y s s

ol bo do s n n ont do n om n d ddom n nt d m ob os n ob os qm t bol z n m t no y z y s m l n lcO 2 d l nto no

14. in g k om nt q st

om n d d s n to l bo to o n t l st d l ot n l l l m n nd l cO 2 d l s bs lo m no.

col ll y no d s s ol bo do s,l g logo m no M t n f sk, stnn st g ndo l s om n d d s

m ob n s q x st n n l s o sol n s o nd s n l st d lst do d w s ngton, dond sny t cO 2 omo t d n oy to

loto d t . col ll q s bmo s ond n l s om n d d s

m ob n s l cO2 ny t do y sd n t l z s omo y d

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Rick Colwell (arriba) recoge microbios detoxificantes (derecha) de un acufero de Idaho.

S . O c O N N e L L

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