Ciencia

Todo lo que les debemos a nuestros amigos los microbios

 

La Tierra alberga una inmensa variedad de “vida invisible” que la ciencia apenas está empezando a conocer y que en el futuro ofrecerá inmensas aplicaciones tecnológicas.

                           Imagen aumentada de E-Coli Agricultural Research Service, EEUU

Microbios. Aunque no podamos verlos, somos muy conscientes de su existencia. Pero hasta hace apenas siglo y medio eran prácticamente desconocidos para la ciencia, hasta que Louis Pasteur y otros pioneros de la microbiología comenzaron a desvelar un mundo de vida invisible que está siempre presente a nuestro alrededor, sobre nosotros, incluso dentro de nosotros, y que suma más de la mitad de la biomasa del planeta.

Hoy se diría que los conocemos bien; hemos catalogado los beneficiosos, los indiferentes y los peligrosos. Contra estos últimos hemos obtenido, precisamente gracias a otros microbios, todo un arsenal de antibióticos que han conseguido reducir las enfermedades bacterianas a una preocupación de segundo orden en los países desarrollados. Empleamos jabones antibacterianos, e incluso calcetines antibacterianos. Comemos alimentos esterilizados y dominamos las reglas caseras para protegernos de sus estragos; hasta un niño sabe que una chuche caída al suelo debe desecharse porque se ha contaminado con bacterias.

 

 

 

Y sin embargo, en este siglo XXI estamos descubriendo que nos falta mucho por saber de los microbios. Hace unos días nos sorprendía la noticia de que estábamos completamente equivocados respecto a la cantidad de habitantes bacterianos que albergamos en nuestro cuerpo. Durante décadas hemos manejado el dato de que las células microbianas en nuestro organismo superaban a las nuestras en una proporción de 10 a 1, una estimación elaborada por el microbiólogo Thomas Luckey en 1972 y que nadie se había preocupado de revisar.

Ahora lo ha hecho un equipo de investigadores de Israel y Canadá basándose en el conocimiento actual, y el resultado es que el cálculo de Luckey estaba pasado de rosca: el cuerpo de un hombre de 70 kilos, dice el nuevo estudio, está compuesto por unos 30 billones de células, y contiene unos 39 billones de bacterias. Es decir, que la proporción es solo de 1,3 bacterias por cada célula humana. Las cifras son tan similares, escriben los científicos, que “cada episodio de defecación, que excreta en torno a un tercio del contenido bacteriano del colon, puede desplazar la proporción a favor de las células humanas”. Así que ya lo sabe: usted es más usted después de ese rato íntimo en el baño.

Zombis bajo control bacteriano

Cierto que este descubrimiento es más bien recreativo. En cambio, no lo son los hallazgos más recientes sobre lo que todas estas bacterias hacen por nosotros. Es bien conocido su papel en la digestión, así como las obvias repercusiones de esta función en el bienestar de nuestras tripas. Hasta tal punto nuestra salud depende de la flora microbiana que en los últimos años se ha popularizado una técnica terapéutica tan innovadora como escatológica (y que solo debe ser practicada por especialistas, pese a que algunos vídeos en YouTube pretendan instruir sobre el “hágalo usted mismo”): el trasplante fecal, consistente en repoblar el colon de un paciente con bacterias de una persona sana. Este método ha demostrado gran eficacia en el tratamiento de infecciones resistentes y actualmente se estudia también para la enfermedad inflamatoria intestinal.

Pero lo que hasta hace unos años nadie podía sospechar es que las bacterias del tubo digestivo no solo mandan sobre nuestra salud intestinal. El descubrimiento de que ciertos microbios de la flora producen sustancias con efecto neurotransmisor, cuyo lugar natural de acción son las neuronas, fue en principio considerado como una extravagancia biológica. Hoy ya no lo es; por el contrario, es la base de lo que se ha llamado un nuevo paradigma de la neurociencia: el eje intestino-cerebro.

Las investigaciones recientes muestran que nuestro microbioma intestinal afecta a nuestro órgano sapiente, probablemente a través de mecanismos neuroendocrinos, y que esta insospechada conexión modula “el desarrollo cerebral y los fenotipos de comportamiento”, según una revisión sobre la materia. En concreto, dicen los científicos, “las alteraciones en el microbioma intestinal pueden desempeñar un papel fisiopatológico en enfermedades cerebrales humanas, incluyendo desórdenes del espectro autista, ansiedad, depresión y dolor crónico”.

El poder de nuestra flora intestinal no acaba ahí. Un estudio reciente ha descubierto que las bacterias digestivas controlan incluso nuestro apetito: cuando han obtenido suficientes nutrientes de nuestro almuerzo, producen proteínas que nos envían al cerebro una señal de saciedad; por increíble que parezca, en cierto aspecto somos como zombis bajo su control.

Otras investigaciones han revelado que nuestro microbioma varía con ciertas medicaciones o con enfermedades como la obesidad, la diabetes o la anorexia, y que incluso viene determinado por el hecho de si nacemos por cesárea o parto. Se comprende así que el estudio de nuestros microbios es hoy un área pujante de investigación que ha inspirado ambiciosas iniciativas como el Proyecto Microbioma Humano, lanzado en 2008 por los Institutos Nacionales de la Salud de EEUU.

La investigación de nuestra vida interior no deja de sorprendernos. Los estudios han determinado que cada uno transportamos nuestra nube personal de microbios, como una huella dactilar microbiana, y que cada persona que visita nuestra casa nos deja como regalo 38 millones de bacterias por hora. Un beso apasionado de diez segundos transfiere de boca a boca unos 80 millones de bacterias; y lejos de resultar asqueroso, algunos microbiólogos sostienen que precisamente este podría ser el motivo por el que los humanos inventamos el beso. Los microbios ahora también pueden servir para determinar la hora y el lugar de un crimen, o para rastrear las antiguas migraciones humanas. Esto último se ha logrado analizando el microbioma de Ötzi, una momia de 5.000 años hallada en el hielo de los Alpes y que llevaba la bacteria Helicobacter pylori, causante de la úlcera gástrica.

Planeta bacteria

Pero naturalmente, fijarnos en nuestra propia flora es solo una minúscula parte de la historia. Los microbios están presentes desde el subsuelo de las fosas oceánicas hasta decenas de kilómetros de alturasobre nuestras cabezas. Los científicos calculan que cada mililitro de agua marina hospeda unos 100.000 microbios, y que un litro puede contener más de 20.000 especies bacterianas distintas.

“Yo calcularía que en la Tierra existen 1.000 millones de especies de bacterias y arqueas, y solo se han nombrado unas 15.000”, expone a EL ESPAÑOL Jonathan Eisen, microbiólogo de la Universidad de California en Davis. “Apenas hemos empezado a tener una ligera idea; hay millones de especies animales, cada una con su propia comunidad de microbios, pero no sabemos casi nada del 99,999% de esos microbiomas”. Una parte del problema a la hora de analizar todo este mundo invisible es que muchas de estas bacterias se resisten al cultivo: menos del 1% de las especies presentes en cualquier muestra crecen en el laboratorio por los métodos tradicionales.

Esta imagen de microscopio muestra algunas de las bacterias que habitan en la placa bacteriana de nuestras bocas.

Hay millones de especies animales, cada una con su propia comunidad de microbios, pero no sabemos casi nada del 99,999% de esos microbiomas

 

Por suerte para los microbiólogos, nuevas tecnologías han venido en su auxilio: la metagenómica consiste en secuenciar en masa el ADN presente en una muestra heterogénea, para después separar las secuencias de cada especie gracias a herramientas bioinformáticas avanzadas. Estas técnicas han permitido avanzar pasos de gigante: “Estamos inmersos en una revolución, pero solo estamos al comienzo de esa revolución”, apunta Eisen. Microbiólogos como Rob Knight, de la Universidad de California en San Diego, hablan de una “edad de oro” de la ciencia microbiana. “La caracterización química nos permite saber también qué están haciendo esos microbios”, señala Knight a EL ESPAÑOL.

          No somos conscientes de lo mucho que les debemos a estos pequeños “seres”

Knight y Eisen son dos de los responsables del Proyecto Microbioma Terrestre (EMP, en inglés), una colosal iniciativa lanzada en 2010 que reúne a 600 científicos de varios países con el fin de secuenciar unas 200.000 muestras tomadas de los rincones más dispares del planeta, para así obtener en torno a medio millón de genomas microbianos. “Queremos comprender las variaciones de las comunidades microbianas a lo largo de las escalas espaciales y temporales, y entender qué motiva estas variaciones”, dice Knight.

El director del EMP, Jack Gilbert, del Laboratorio Nacional Argonne en Illinois (EEUU), explica a este diario que el conocimiento del microbioma terrestre equivale a comprender cómo funciona nuestro planeta: “Su papel global relevante es reciclar los nutrientes y los compuestos químicos; básicamente recirculan toda la materia y la energía de los ciclos globales”. En resumen, el objetivo del EMP no es ni más ni menos que secuenciar la Tierra.

El EMP publicará sus primeros resultados globales a lo largo de este año. Sus responsables, que subrayanla necesidad de aunar esfuerzos para desarrollar nuevas tecnologías microbiológicas aún más punteras, estiman que en diez años podrán llegar las aplicaciones: microbios rediseñados por ingeniería genética que facilitarán avances revolucionarios en la medicina, la industria, la sostenibilidad ambiental o las fuentes renovables de energía, entre otros campos. Las posibles utilidades casi rayan en la ciencia ficción.

Actualmente se habla de bacterias oceánicas capaces de comerse el dióxido de carbono de la atmósfera para combatir el cambio climático; ya se estudia el uso de microbios para producir perfumes y fragancias, o incluso para generar electricidad a partir de la orina con el fin de cargar, por ejemplo, nuestros teléfonos móviles. El mundo de los microbios aún nos reserva extrañas y apasionantes sorpresas. “Y aún hay mucho por descubrir”, concluye Knight.

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Las siguientes tablas muestran moléculas detectadas en el medio interestelar, y se agrupan según el número de átomos que las forman. Si no hay entrada en la columna Molécula, significa que sólo se ha hallado una forma ionizada. Las moléculas que no aparecen en la literatura científica también tienen este campo en blanco.

Moléculas deuteradas

Así, cuando en estas grandesw Nebulosas se forman los nuevos sistemas planetarios (ahora mismo en la Nebulosa de Orión se están formando varios), en los mmundos que lo forman, están presentes todas estas moléculas que son necesarias para la vida que surgirá algunos cientos de miles de años más tarde-

emilio silvera

Fuente de los cuadros: Wikipedia

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El complejo binario Wolf-Rayet BATT99-49, nos muestra como sus energías producen coloridos tonos en la espesas nubes de gas hidrógeno que ocultan las estrellas nuevas de potente radiación que ionizan el lugar. Aquí podemos contemplar la bonita imagen conseguida por la unidad Melipal del telescopio VLT, del Observatorio Europeo del Sur , resuelve con espléndido detalle el complejo BAT99-49 de esta nebulosa. La luz emitida por los átomos de helio se registra en azules, la del oxígeno en verdes y la del hidrógeno en rojos. Una de las estrellas de esta dupla es del tipo enigmático Wolf-Rayet , mientras que la otra es una estrella O masiva. Esta pareja estelar y su nebulosa se encuentran en la Gran Nube de Magallanes , la más grande de las galaxias-satélite de nuestra Vía Láctea . Las estrellas Wolf-Rayet constituyen uno de los objetos más calientes del universo, mientras que las O son las más energéticas y masivas de la secuencia principal de evolución estelar.

          Vientos solares que crean burbujas en la Nebulosa

Las estrellas de Wolf-Rayet o estrellas Wolf-Rayet (abreviadas frecuentemente como WR) son estrellas masivas (con más de 20-30 masas solares), calientes y evolucionadas que sufren grandes pérdidas de masa debido a intensos vientos solares.

Este tipo de estrellas tiene temperaturas superficiales de entre de 25.000 – 50.000 K (en algunos casos incluso más), elevadas luminosidades, y son muy azules, con su pico de emisión situado en el ultravioleta. Sus espectros muestran bandas de emisión brillantes correspondientes a hidrógeno o helio ionizado -los cuales son relativamente escasos-. La superficie estelar también presenta líneas de emisión anchas de carbono, nitrógeno y oxígeno.  Constituyen el tipo espectral W, el cual se divide a su vez en tres tipos: WN (si abunda el nitrógeno, que se explica por la presencia en la superficie estelar de elementos que han intervenido en el ciclo CNO),  y WC y WO (si abunda el carbono y si abunda el oxígeno respectivamente; el segundo es mucho más raro y en ambos casos, la presencia de dichos elementos se interpreta como la presencia en la fotosfera de productos del proceso triple alfa). Las estrellas Wolf-Rayet más brillantes son del primer tipo.

  Mediante el proceso Triple Alfa, las estrellas crean Carbono

A menudo suelen formar parte de sistemas binarios en los cuales la otra estrella suele ser también una estrella masiva de tipo espectral O y B, o bien, en unos pocos casos, un objeto colapsado como una estrella de neutrones o un agujero negro.

Estas estrellas masivas tienen una vida más corta que las estrellas como nuestro Sol o las enanas rojas que, llegan a alcanzar edades más largas que la que tiene actualmente nuestro Universo. Lo normal es que una estrella muy masiva, que consume gas hidrógeno en cantidades asombrosas, es decir, que fusiona los materiales más sencillos en otros más complejos, viven unos pocos millones de años hasta que, no puede seguir fusionando material y queda a merced de la Gravedad que la comprime más y más, explota como Supernova para convertirse en un aestrella de neutrones o agujero negro y, las capas exteriores, son eyectadas al espacio interestelar para formar una Nebulosa.

Los agujeros negros, aunque nadie ha podido visitar ninguno hasta el momento, se cree son los objetos más densos del universo y, hasta tal punto es así que el material que los conforma se contrae tanto que, llega a desaparecer de nuestra vista y, estrellas de más de 80 0 100 masas solares, quedan así, convertidas en puntos, o, singularidades de inmensa densidad y energía. Hasta tal punto es así que la gravedad que genera no deja escapar ni a la luz que, como sabéis, camina a 300.000 Km/s.

El Universo amigos míos, como siempre digo: ¡Es asombroso!

emilio silvera

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Galaxias, estrellas, mundos y… ¡Vida! Sabemos que los elementos materiales  la vida fueron creados en las estrellas. A partir del sencillo Hidrógeno, las estrellas, en sus hornos nucleares, fusionaron el helio para fabricar Carbono, Oxígeno, Nitrógeno y todos los demás materiales necesarios para la vida. Más tarde, depositados en un mundo adecuado… Se conformó aquella sustancia, ¡protoplasma vivo! del que surgió aquella primera célula replicante que comenzó la increíble aventura de la vida.

La vida, seguramente, fue el resultado de los mismos procesos químicos y físicos que formaron los océanos y la corteza continental de nuestro planeta. Sin embargo, la vida es distinta porque puede experimentar evolución darwiniana. La selección natural ha desempeñado un papel fundamental en la evolución de plantas y animales durante los primeros tiempos de la historia de nuestro planeta, pero también dirigió la evolución química que hizo posible la propia vida. A grandes rasgos entendemos cómo pueden haber evolucionado las moléculas a partir de precursores simples presentes en la Tierra joven. Sin embargo, sigue siendo un misterio cómo las proteínas, los ácidos nucleicos y las membranas llegaron a interaccionar de  tan compleja.

Según todos los indicios, en los primeros años del planeta, los continentes que hoy conocemos estaban todos unidos formando la denominada Pangea. El movimiento de las placas tectónicas terrestres logró que estos se separaran y, con el transcurso de millones de años, llegaron a adquirir la moderna forma que hoy conocemos. En todo ese transcurrir y, mientras tanto, una serie de  nuevas aparecieron para hacer posible el surgir de la vida.

           Y la materia evolucionó  alcanzar la Conciencia

En la Ciencia, todas las respuestas sugieren nuevas preguntas, así que no es de extrañar que al resolver dos de los grandes enigmas de la biología, Darwin y Pasteur pusieran al descubierto un misterio un misterio aún más profundo. Quizá la vida haya surgido siempre de la vida durante los últimos cuatro mil millones de años, pero en elgún , en algún sitio, en aquellos primeros tiempos de nuestro planeta, nuestros primeros antepasados tuvieron que surgir de alguna otra cosa.

“Hace unos 3500 millones de años, cuando en los océanos ya existían millones de células vivas, aparecieron los estromatolitos y entre 2500 y 1000 millones de años atrás, los arrecifes de estromatolitos estaban ampliamente expandidos y produciendo oxígeno de forma masiva, causando la primera extinción en masa del planeta y provocando un cambio drástico en la atmósfera terrestre, que perdura hasta nuestros días.”

Durante el proterozoico se produjo la expansión de cianobacterias los estromatolitos alcanzaron su mayor abundancia y variedad. Una vez que se produjo la acumulación de oxigeno  libre se originaron las células eucariotas y pluricelulares. Durante este tiempo se produjo la simbiosis  los proto-eucariotas y mitocondrias (eucariotas) y cloroplastos (plantas y algunos protistas).

Los estromatolitos son estructuras estratificadas en diversas formas, formadas por la fijacion de particulas carbonatadas de las cianobaceria, en aguas de poca profundidad que en la fotosintesis liberan oxigeno y retiran de la atmosfera grandes cantidades de dioxido de carbono. Su espesor no es mas que algunos milimetros y su  es plana a hemisferica y columnar, presenta poros. Las mas antiguas encontrados es el de Australia (Warrawoona), que datan 3500 millones de años. Abajo se contempla una muestra.

            Estromatolitos actuales en la Bahía Shark, Australia.

“Los estromatolitos son estructuras minerales, bioconstrucciones, finamente estratificadas de morfologías diversas, originados por la producción, captura y fijación de partículas carbonatadas por parte de biopelículas de cianobacterias en aguas someras. Las cianobacterias, mediante fotosíntesis, liberan oxígeno y captan de la atmósfera grandes cantidades de dióxifo de carbono para formar carbonatos que, al precipitar, dan lugar a la formación de los estromatolitos.”

Son celulas que se agrupan en colonias formando rocas sedimentarias. Estas rocas se encuentran en mares calidos y son el resultado de la union de seres uni- celulares, cianobacterias. Las rocas se forman muy lentamente, capa sobre capa y  una capa se muere se deposita el carbonato de calcio de sus paredes sobre la capa anterior.

Las cianobacterias, también conocidas  algas verdes-azules, son un grupo de bacterias muy especiales que, hace 3.600 millones de años, inventaron la fotosintesis y cambiaron drásticamente la evolución de la vida. Generaron y mantienen toda la existencia actual del planeta.

CARACTERíSTICAS DE LAS CIANOBACTÉRIAS (CIANOFITAS O ALGAS VERDE-AZULES)

1.  Son procariotas (sin núcleo verdadero)
2. Viven medios húmedos (tierra) o acuáticos (agua dulce o salada), muy adaptables. Son planctónicas.
3. Origen: más de 3000 millones de .
4. Soportan altas temperaturas.
5. Se desarrollan en  eutróficas formando grandes masas llamadas flores de agua.
6. Producen sustancia antibióticas y poseen pigmentos como la clorofila.
7. El 50% de los florecimientos producen toxinas.
8. Se clasifican en varios tipos.

Existen bastantes antecedentes de intoxicaciones en humanos, tanto por consumo de agua, como por el hecho de estar en  con ella (bañarse). Son los invasores invisibles. Las cianobacterias son comunes actualmente en aquellos medios costeros en los que la elevada salinidad del agua u otras condiciones ambientales especialmente duras restringen la colonización por animales.

, sigamos con nuestra historia. Los estromatolitos son estructuras organo-sedimentarias laminadas (CaCO3), que crecen adheridas al sustrato y emergen verticalmente del mismo, produciendo estructuras de gran variedad morfologica, volumen y biogeografica. Su inicial formacion y desarrollo a lo largo del tiempo, se debe a la actividad de poblacion microbianas, dominadas por cianobacterias que facilitan la precipitacion de carbonatos.

                                                          La microflora se presenta de muchas maneras

Ademas de las cianobacterias, la microflora puede incluir algas (verdes y diatomeas), hongos, crustaceos, insectos, esporas, polen, rodofitas, fragmentos y sedimentos de todo tipo. La variedad biologica de cada comunidad estromatolitica dependerá de  ambientales e hidrológicas: hipersalino, dulceacuicola, intermareales, submareales, fuertes corrientes, moderadas nulas, calidos, templado, altitud (afecta a la exposicion de la luz uv). En la superficie, es rugosa, porosa y cubierta por mucilago, filamentos, etc. Las particulas de carbonato van quedadonde atrapadas, hasta que la cementacion por crecimiento de cristales, forma una capa mas, de esta forma la estructura aumenta de tamaño.

Microfósiles de sidimentos marinos. “Microfósil” es un término descriptivo que se aplica al hablar de plantas o animales fosilizados cuyo tamaño es menor de aquel que  llegar a ser analizado por el ojo humano. Normalmente se utilizan dos rasgos diagnósticos para diferenciar microfósiles de eucariotas y procariotas.

A partir de todos los fragmentos que la ciencia ha podido ir acumulando, ¿qué  de planeta podemos recomponer y qué porcesos tuvieron que darse para que, la vida, tal como la conocemos pudiera surgir? Sin temor a equivocarnos podemos afirmar que, cuando se formó el mar de Warrawoona la Tierra ya era un planeta biológico. Además, las mediciones de isótopos de carbono indican que ya podía haber comenzado la gran liberación ecológica de la fotosíntesis. No podemos tener la certeza si entre los microorganismos de aquel entonces había cianobacterias reproductoras de oxígeno, pero la presencia de cualquier tipo de organismo fotosintético en el océano de Warrawoona es de por sí muy informativa, pues nos permite colocar un punto de calibración en el árbol de la vida.

El estudio que se lleva a cabo en múltiples Laboratorios repartidos por todo el mundo y que están centrados en la evolución molecular, microbiana, la extremofilia e incluso sobre la bioinformática y unidades de secuencia genómica, nos están llevando  nuevos conocimientos que confirman la evolución en el pasado.

En la nueva concepción de la evolución microbiana que simboliza el árbol, los organismos fotosintéticos aparecen relativamente tarde y se diversifican mucho después del origen de la vida y de la divergencia de los principales dominios de la biología. Si la materia orgánica de Warrawoona es producto de la fotosíntesis, hay que concluir que  entonces la evolución de la vida ya debía llevar en marcha un buen tiempo.

Sin embargo hoy, la actividad humana está causando estragos.  De pronto una parcela del mar se queda prácticamente sin vida. Son las llamadas zonas muertas, y en ellas la supervivencia está casi enteramente reservada a algunos arcaicos y privilegiados microorganismos, fósiles vivientes de la Tierra primigenia.

Los científicos llevan observando este fenómeno cerca de un siglo. Pero lo que era un problema esporádico se ha ido convirtiendo en una plaga: desde los años 60, el  de zonas muertas crece exponencialmente.

“No existe otra variable de tanta importancia ecológica para los ecosistemas marinos costeros que haya cambiado tan drásticamente y en tan poco tiempo como el oxígeno disuelto”. Para estos científicos, la hipoxia en el mar, es decir, la caída de los niveles de oxígeno disuelto, es “uno de los mayores problemas ambientales de hoy”.

 

 

 

 

El origen está en la actividad humana (al menos en las zonas muertas registradas recientemente; también las ha habido naturales). Los residuos ganaderos, las emisiones de los automóviles, la quema de combustibles fósiles y principalmente los fertilizantes agrícolas liberan grandes cantidades de fosfatos y nitratos, importantes nutrientes, que llegan arrastrados hasta el mar a través de los ríos y los vertidos, como muchos otros residuos.

Una vez en el agua, esta materia orgánica provoca una eutrofización: fertiliza y nutre a las algas microscópicas y provoca un aumento descontrolado de su población. Pero el proceso sólo acaba de empezar. El fitoplancton, al morir, cae al fondo marino, y allí se convierte en un copioso banquete para las bacterias. éstas, para descomponer su comida, absorben grandes cantidades del oxígeno circundante, lo que hace que quede menos cantidad de este gas disponible para los animales vecinos.

La consecuencia más inmediata es una elevada mortandad de las especies bentónicas (del fondo marino). Pero éstas no siempre mueren por asfixia. A veces, si tienen la suerte de poder desplazarse, pero no la suficiente como para desplazarse muy lejos, optan por romper todas las reglas y abandonan, desesperadas, sus aguas frías y profundas para poder respirar en las aguas más cálidas de la superficie.

“No existe otra variable de tanta importancia ecológica para los ecosistemas marinos costeros que haya cambiado tan drásticamente y en tan poco tiempo como el oxígeno disuelto”. Para estos científicos, la hipoxia en el mar, es decir, la caída de los niveles de oxígeno disuelto, es “uno de los mayores problemas ambientales de hoy”.

 

 problema me lleva apensdar que las observaciones geológicas indican que hace tres mil quinientos millones de años la atmósfera de la Tierra contenía nitrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua, pero muy poco oxígeno libre. La mayoría de las inferencias acerca de ambientes antiguos se realizan a partir de pistas sutiles que nos proporcionan la geoquímica; la signatura sedimentaria del oxígeno, sin embargo, es muy llamativa: bandas de color rojo vivo en rocas con silex ricos en hermatita (Fe₂ O₃), un mineral de óxido de hierro.

Esta excavación al aire libre, en las Minas de Rio Tinto (Huelva) nos deja al descubierto los estratos en distintas capas a lo largo de miles de millones de años. El mineral de óxido de hierro está presente formando el llamado hierro en bandas (FHB)no se forman en los acéanos actuales. De hecho, salvo una importante excepción, no se acumulan  hace 1.850 millones de años. Durante la primera mitad de la historia de la Tierra, en cambio, las FHB fueron un componente común en los sedimentos marinos..

La razón por la cual las FHB no se forman en la actualidad es que el hierro que llega a los océanos se encuentra de inmediato con el oxígeno y precipita en  de óxido de hierro; en consecuencia, la concentración de hierro en el agua de mar de los océanos actuales es extraordinariamente baja. En los mares del eón Arcaico, las FHB de las sucesiones sedimentarias debieron formarse por reacción del hierro con el oxígeno, ayudadas quizá por bacterias. Alternativamente, es posible que el hierro fuese oxidado por la radiación ultravioleta ya que ésta, al no existir un escudo de ozono eficaz, penetraba hasta la superficie del océano. Todo esto nos lleva a saber que, en el pasaso, la atmósfera y los océanos contenían mucho menos oxígeno que en la actualidad.

Todavía los expertos de la NASA, se preguntan como pudieron hallar múltiples formas de vida en estas aguas de Rio Tinto, cargadas de elementos pesados con un PH imposible para la vida, y, sin embargo, ahí están. Ricamente instalados en un entorno imposible que nada le  que envidiar a cualquier paraje de Marte.

En la actualidad, nuestros conocimientos de la vida y ambientes arcaicos son a un tiempo frustrantes y emocionantes: frustrantes por las pocas certezas que tenemos y, sólo muchas hipótesis a partir de los  dispersos que se van obteniendo, emocionante porque sabemos algo, por poco que esto pueda ser, es estimulante contar con un punto de partida que nos permita continuar en el estudio y la observación, seguir experimentando para que, algún día, sepamos a ciencia cierta, de donde pudo venir la vida.

Es verdad que las rocas más antiguas que podemos identificar nos indican la presencia de organismos complejos ¿qué clase de células vivían en aquellos tiempos aún más lejanos? En última instancia, ¡cuál será el verdadero origen de la vida?

Cuando se formó el Sistema solar y con él la Tierra, los ingredientes de la vida ya estaban allí presentes. La energía de la Naturaleza llevó a las moléculas simples a combinarse y recombibarse, incrementando así la complejidad química  el punto en que surge un sistema eficaz y capaz de replicarse así mismo. La idea es poderosa y atractiva: La vida, aparentemente tan distinta del agua y la piedra, surgió por la acción de los mismos procesos planetarios que conformaron los rasgos físicos de la Tierra…Nos falta demostrarlo.

La Tierra es el tercer planeta del Sistema Solar. Esta situación orbital y sus características de masa la convierten en un planeta privilegiado, con una temperatura media de unos 15º C, agua en forma líquida y una atmósfera densa con oxígeno,  imprescindibles para el desarrollo de la vida.

Hace unos 4.600 millones de años la corteza de la Tierra comenzó a consolidarse y las erupciones de los volcanes empezaron a formar la atmósfera, el vapor de agua y los océanos. El progresivo enfriamiento del agua y de la atmósfera permitió el nacimiento de la vida, iniciada en el mar en  de bacterias y algas, de las que derivamos todos los seres vivos que habitamos hoy nuestro planeta tras un largo proceso de evolución biólogica.

Volvamos al tema principal: ¡La Vida!

Aun los organismos más simples son máquinas moleculares extraordinariamente sofisticadas. Las primeras formas de vida tenían que ser muchísimo más sencillas. Necesitamos encontrar una familia de moléculas lo bastante simples como para formarse por procesos químicos y lo bastante complejas como para servir de cimiento a la evolución de las células vivas. Una molécula capaz de contener información yb estructura suficientes como para replicarse a sí mismas y, al cabo, param dirigir la síntesis de otros componentes que puedan canalizar la replicación con una eficiencia  vez mayor.

ESTRUCTURA DE LA CELULA BACTERIANA

Unas moléculas, en fin, que pudieran  una trayectoria evolutiva que permitiera a la vida emanciparse de los procesos físicos que le dieron nacimiento, sintetizando las moléculas necesarias para el crecimiento en lugar de incorporarlas de su entorno y captando energía química o solar para alimentar el funcionamiento de la célula.

El descubrimiento de las enzimas de ARN, o ribosomas, realizado de forma independiente y aproximadamente al mismo tiempo por el bioquímico de Yale Sidney Altman, tuvo un efecto catalítico sobre el pensamiento acerca del origen de la vida.

Los enzimas de ARN (llamadas “ribozimas” o “aptazimas”) son moléculas de ARN capaces de autorreplicarse a temperatura constante en ausencia de proteínas. Utilizan la llamada replicación cruzada, en la que dos enzimas se catalizan el uno al otro de  mutua. Este proceso permite entender cómo surgió la vida, pero los biotecnólogos las usan para algo mucho más prosaico. Estos enzimas de ARN pueden ser utilizados para detectar una gran variedad de compuestos, incluyendo muchos relevantes en diagnóstico médico. El compuesto orgánico se liga al aptazima, que se replica exponencialmente, amplificando exponencialmente la concentración del compuesto hasta permitir que sea fácilmente detectado.

En palabras del filósofo de la biología Iris Fry,  extraordinaria molécula se alzó como “el huevo y la gallina al mismo tiempo” en el rompecabezas del orgien de la vida.

Sabemos que, en ciertas  prebióticas, los aminoácidos se forman fácilmente, así quedó demostrado por Stanley Miller en su gamoso experimento. Como los ácidos nucléicos, pueden unirse para formar péptidos, las cadenas de aminoácidos que se pliegan para formar proteínas funcionales.

“Una de las mentes más originales del mundo”.

The Times.

 

¿Quién es  rebelde extraordinario? Se llama Freeman Dyson

Hay teorías  todos los gustos, y, el afamado Freeman Dyson, un renombrado físico que ha pensado profundamente sobre el origen de la vida, sugiere que en realidad la vida comenzó en dos ocasiones, una por la vía del ARN y otra vez por vía de las proteínas. Las células con proteínas y ácidos nucleicos interactivos habrían surgido más tarde en función protobiológica.  Y, está claro que, la innovación por alianzas es uno de los principales temas de la evolución.

                        En el árbol de la vida, nosotros (tan importantes), sólo somos una pequeña ramita.

Hay muchos procesos que son de una importancia extrema en la vida de nuestro planeta y, dado que los organismos fotosintéticos (o quimiosinteéticos) no pueden fraccionar isótopos de carbono en más de unas treinta parte por 1.000, necesitamos invocar la participación de otros metabolismos para poder explicar los resultados de las mediciones que se han realizado. Los candidatos más probables son bacterias que se alimentan de metano en los sedimentos. Estas bacterias obtienen tanto el carbono como la energía del gas natural (CH₄) y, al igual que los organismos fotosintéticos, son selectivos con los isótopos. A causa de su preferencia química por el ¹²CH₄ frente al ¹³CH₄, los microbios que se alimentan de metano fraccionan los isótopos de carbono en unas veinte o veijnticinco partes por 1.000 en los ambientes donde el metano es abundante. ¿Habeis pensado en la posibilidad de que esos organismos fotosintéticos estén presentes en Titán? ¡El fetín está servido!

La fotosíntesis anoxigénica se da en los organismos que utiliza la energía de la luz del sol, dióxido de carbono (sustrato a reducir) y sulfuro de hidrógeno (en lugar del agua)  dador de electrones que se oxida, se fabrican glúcidos y se libera azufre a el medio acuoso donde habitan o se aloja en el interior de la bacteria.

Otra característica es que los organismos fotosinteticos anoxigénicos contienen bacterioclorofila, un tipo de clorofila exclusiva de los foto-organotrofos, usan longitudes de onda de luz que no son absorbidas por las plantas. Estas bacterias contienen también carotenoides, pigmentos encargados de la absorción de la energía de la luz y posterior transmisión a la bacterioclorofila. El color de estos pigmentos dan el  a estas bacterias: bacterias púrpuras del azufre y bacterias verdes del azufre. En las cianobacterias los pigmentos captadores de luz son las ficobilinas, por lo tanto se les nombra, bacterias azules.

Cualquiera de estas imágenes de arriba nos cuenta una larga y compleja historia de cómo, se pudieron formar  uno de los ahí representados, y, en cualquiera de sus fases, formas y colores, es toda una gran obra de la Ingenieria de la naturaleza.

No pocas veces he dejado aquí constancia de que, el Universo, en todas sus regiones (por muy alejadas que estén), se rige por unas leyes que están presentes en todas , y, así lo confirman mil observaciones y mil proyectos que a tal efecto se han llevado a buen término. Por ejemplo, mediaciones precisas de isótopos de azufre en muestras de Marte traídas a la Tierra por meteoritos demuestran que muy pronto en la historia del planeta vecino el ciclo del azufre estaba dominado por procesos atmosféricos que producían un fraccionamiento independiente de la masa.

Valles en Marte. (ESA) La región de Valles Marineris, que  una longitud de 4.000 kilómetrosy una anchura de 600 kilómetros, es el sistema de cañones más grande conocido en el sistema solar, con profundidades que llegan a los diez kilómetros.

Basándose es ente descubrimiento del fraccionamiento independiente de la masa, se dirigió la atención sobre las rocas terrestres más antiguas.  sorpresas de muchos geoquímicos, lo que se hayó fue que el yeso y la pirita de las sucesiones sedimentarias más antiguas de la Tierra  también  en Marte, han dejado constancias del fraccionamiento independiente de la masa de los isótopos de azufre. Al igual que en Marte, en la Tierra primitiva la química del azufre se encontraba al parecer influenciada por procesos fotoquímicos que sólo pueden producirse en una atmósfera pobre en oxígeno. La oxígeno comenzó a acumularse en nuestra atmósfera a comienzos del eón Ptoterozoico. En suma, todos los caminos de la biogeoquímica llevan a Roma.

Dos equipos de investigadores descubren que el oxígeno gaseoso apareció en la atmósfera terrestre unos 100 millones de años  del evento de la gran oxidación de hace 2400 millones de años.

El oxígeno es un gas muy reactivo, no existe de manera libre durante un largo período de tiempo, pues óxidos o reacciona con otras sustancias de manera rápida. Si está presente en la atmósfera es porque las plantas lo reponen continuamente. Antes de la invención de la fotosíntesis y durante muchos cientos de millones de años no había oxígeno libre en la Tierra.

En los estratos geológicos se pueden encontrar pruebas de la existencia de un momento en el que se produjo una gran oxidación mineral, prueba de que el oxígeno se encontraba ya libre en la atmósfera terrestre por primera vez y en gran cantidad. A este hecho se le ha denominado evento de gran oxidación, o GOE en sus siglas en inglés, y fue un hecho dramático en la historia de la Tierra. Este oxígeno permitió más tarde la aparición de vida animal compleja. Los geólogos creían que durante el GOE los niveles de oxígeno subieron rápidamente  niveles prácticamente despreciables.

¿Cómo respondió la vida a la revolución del oxígeno? Podemos imaginar, un “holocausto de oxígeno” que habría llevado a la muerte y la extinción a innumerables linajes de microorganismos anaeróbicos. Pero hace dos mil doscientos millones de años los ambientes anóxicos no desaparecieron; simplemente, quedaron relegados bajo una capa oxigenada de agua y sedimentos superficiales.

Aquello permitió a la Tierra dar cobijo a una diversidad biológica sin precedentes. Los microorganismos anaeróbicos mantuvieron un papel esencial en el funcionamiento de los ecosistemas, igual que en la actualidad.

En la primera fase de cualquier ejercicio aeróbico, el oxígeno se combina con la glucosa procedente del glucógeno. Al cabo de unos minutos, cuando el cuerpo nota que escasea el azúcar, empieza a descomponer las grasas. Entonces disminuye un poco el rendimiento, mientras el cuerpo se adapta al cambio de origen de su energía. Superado  punto, se vuelve a los niveles y sensaciones normales, pero se queman grasas en lugar de glucosa.

De otro lado, los organismos que utilizan, o al menos toleran el oxígeno se expandieron enormemente. La respiración aeróbica se convirtió en una de las formas principales de metabolismo en las bacterias, y las bacteria quimiosintéticas que obtienen energía de la reacción entre oxígeno e hidrógeno o iones metálicos se diversificaron a lo largo de la frontera ente ambientes ricos en oxígeno y ambientes pobres en oxígeno.  ese momento, la Tierra comenzó a convertirse en nuestro mundo.

Nuestro mundo, rico en agua líquida que cubre el 71% de la superficie del planeta, y, su atmósfera con un 78% (en volumen) de Nitrógeno, un 21 de Oxígeno y un 0,9 de Argón, además de dióxido de carbono, hidrógeno y otros gases en cantidades mucho menores que, permiten que nuestros organismos encuentren el medio indóneo  poder vivir. Otros muchos factores presentes en la Tierra contribuyen a que nuestra presencia aquí sea posible.

Algas Verdeazules (Cyanophyta).

Las algas verdeazuladas también son llamadas bacterias verdeazuladas porque carecen de membrana nuclear  las bacterias. Sólo existe un equivalente del núcleo, el centroplasma, que está rodeado sin límite preciso por el cromatoplasma periférico coloreado. El hecho de que éstas se clasifiquen como algas en vez de bacterias es porque liberan oxígeno realizando una fotosíntesis similar a la de las plantas superiores. Ciertas formas tienen vida independiente, pero la mayoría se agrega en colonias o filamentos. Su color varía desde verdeazulado hasta rojo o púrpura dependiendo de la proporción de dos pigmentos fotosintéticos especiales: la ficocianina (azul) y la ficoeritrina (rojo), que ocultan el color verde de la clorofila. Mientras que las plantas superiores presentan dos clases de clorofila llamadas A y B, las algas verdeazuladas contienen sólo la de tipo A, pero ésta no se encuentra en los cloroplastos, sino que se distribuye por toda la célula. Se reproducen por esporas o por fragmentación de los filamentos pluricelulares. Las algas verdeazuladas se encuentran en hábitats diversos de todo el mundo. Abundan en la corteza de los árboles, rocas y suelos húmedos donde realizan la fijación de nitrógeno. Algunas coexisten en simbiosis con hongos para formar líquenes. Cuando hace calor, algunas especies forman extensas y, a veces, tóxicas floraciones en la superficie de charcas y en las costas. En aguas tropicales poco profundas, las matas de algas llegan a constituir unas formaciones curvadas llamadas estromatolitos, cuyos fósiles se han encontrado en rocas formadas durante el precámbrico, hace más de 3.000 millones de años. Esto sugiere el papel tan importante que desempeñaron estos organismos cambiando la atmósfera primitiva, rica en dióxido de carbono, por la mezcla oxigenada que existe actualmente. Ciertas especies viven en la superficie de los estanques formando las “flores de agua”.

Ya hemos comentado que, si el oxígeno trajo consigo un cambio revolucionario, las heroínas de la revolución fueron las cianobacterias. Fósiles extraordinarimente bien conservados en síles de Siberia de mil quinientos millones de años de edad demuestran que las bacterias verdeazuladas se diversificaron tempranamente y se han mantenido hasta la actualidad sin alterar de manera sustancial su forma. La capacidad de cambiar con rapidez, pero persistir indefinidamente, compendia la evolución bacteriana.

La resistencia general de las bacterias a la extinción es bien conocida. Las bacterias poseen tamaños poblacionales inmensos y pueden reproducirse rápidamente: no importa que por la mañana nos lavemos los dientes meticulosamente; a media tarde, las bacterias que hayan sobrevivido al cepillo se habrán multiplicado hasta el extremo de recubrir nuevamente el interior de la boca. Además, las bacterias saben habérselas muy bien con medios cambiantes. El aire, por ejemplo, está lleno de bacterias; un plato de leche colocado en el alfeizar de la ventana no tarda en fermentar. Lo que es más, las bacterias son muy buenas a la hora de resistir perturbaciojnes ambientales. Aunque la mayoría crece especialmente bien dentro de unos márgenes ambientales estrechos, son capaces de tolerar  extremas, al menos durante un tiempo.

Si miramos el tiempo que llevan aquí, como se pueden adaptar a condiciones que, ni en sueños podríamos hacerlo nosotros, y, sobre todo, si pensamos en la diversidad y en la inmensa cantidad y en que están ocupando (prácticamente) todas las reguiones del planeta, tendremos que convenir que, es necesario saber cuanto más mejor de ellas y, es necesario que nos sumerjamos en los reinos de las pequeñas criaturas que, de una u otra , serán nuestra salvación o, podrían provocar nuestra extinción.

También, en lugares como , pueden estar presentes esos pequeños seres.

En este lugar, donde abundan los mundos…¿qué seres habrá? Ahí están presentes todos y cada uno de los elementos necesarios para la vida, y, simplemente con que uno sólo de  una infinidad de planetas se encuentre dentro de la zona habitable, podría contener un sin fin de formas de vida que, como aquí en la Tierra, hayan evolucionado y, ¿quién sabe? hasta es posible que esa clase de vida, pueda haber logrado los pensamientos, la imaginación, la facultad de ser conscientes.

De todas las maneras…seguimos sin saber, de manera consistentemente científica, como pudo surgir las vida. Sólo tenemos vestigios que nos acercan a esa posible fuente, y, son muchas, las zonas oscuras que no dejan ver lo que allí ocurrió, lo que hizo la evolución o dejó de hacer y, las  primigenias que, posibilitaron que, en este pequeño planeta rocoso, emergieran formas de vida que evolucionadas han podido salir al exterior para ver lo que hay fuera.

¡Seguiremos buscando respuestas! Hay misterios del Universo inalcanzables para nosotros… ¡Por el momento!

¡La Vida! Ese misterio, esa maravilla…que, cuando no podemos afirmar que sea sólo materia… Cuando en ella aparecen algunos ingredientes peculiares que, como la intuición, la imaginación, la curiosidad, y, ¡el Amor! Uno llega a sospechar que, seguramente hay algo más, mucho más que desconocemos sobre nosotros mismos y sobre otras criaturas que pueblan el nuestro y otros muchos mundos que en el Universo son.

emilio silvera

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