23 julio 2008

Sobre la biosfera profunda

Varios estudios ponen de manifiesto la riqueza y singularidad de la biosfera profunda.

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Barco perforador. Foto: IODP.

Una de las grandes sorpresas recientes de la Microbiología moderna ha sido el descubrimiento de microorganismos vivos que proliferan dentro de la corteza terrestre. Durante mucho tiempo se pensó que las condiciones reinantes en el interior del lecho marino, como la alta presión y la ausencia de oxígeno, nutrientes y energía, lo harían inhabitables para cualquier forma de vida. Pero las investigaciones recientes han demostrado la existencia de esta biosfera profunda. Dos estudios recientes ponen de manifiesto su interés y su importancia.
Según el primer estudio, realizado por científicos pertenecientes a varias instituciones, los microorganismos que viven por debajo del lecho marino son genéticamente distintos de aquellos que viven en la superficie y podrían representar además un décimo de la biomasa total del la Tierra. Sin embargo, muchas de estas criaturas viven en una escala de tiempo que se podría adjetivar como geológica.
Ahora, gracias a esta investigación, se dispone del primer estudio extenso de la genética de estos microbios.
Los investigadores echaron un vistazo a las muestras geológicas tomadas a distintas profundidades en la costa de Perú. Los resultados salieron publicados el 22 de julio en Proceedings of the National Academy of Sciences.
El margen peruano es una de las regiones del mundo más activas en corrientes superficiales y los científicos están interesados en saber las diferencias entre las poblaciones de microbios desde el subsuelo marino a las aguas superficiales.
Las muestras del lecho marino se tomaron a 1, 16, 32, y 50 metros de profundidad del lecho marino. Para analizar la genética de estas poblaciones usaron una aproximación metagenómica, que a partir de muestras en bruto se hace una secuenciación sin separar las distintas especies. Esto permite la detección de nuevos organismos y saber así la composición del ecosistema.
Los resultados muestran que este ambiente subterráneo es un ecosistema único entre los estudiados por la aproximación metagenómica hasta el día de hoy.
El mundo biológico es allí muy diferente del de la superficie. Aunque hay algunos fragmentos genéticos procedentes de estos seres subterráneos que flotan en el agua, una gran proporción de los que están enterrados son muy distintos de los demás y se han adaptado a las condiciones especiales de su mundo.
Un gran porcentaje de estos microbios son arqueas, seres unicelulares en apariencia similares a las bacterias, pero muy distintas a ellas a nivel genético y metabólico. Las arqueas representan un dominio distinto al de los otros dos que hay en el sistema biológico. Se cree que las arqueas constituyeron una de las primeras formas de vida que aparecieron en este planeta. Cada grupo puede ser identificado, por ejemplo, por los lípidos que forman sus membranas.
El porcentaje de arqueas aumenta con la profundidad, de tal modo que a la máxima profundidad perforada por este grupo de investigadores (50m) representan un 90% de los individuos.
El número total de organismos decrece con la profundidad, pero aún así hay una gran cantidad, quizás 100 millones de células por centímetro cúbico. Si el resto del mundo es como este emplazamiento estudiado, un décimo de toda la biomasa de la Tierra estaría representada, como mínimo, por este tipo de microorganismos.
En otro estudio, publicado en Nature por científicos del Integrated Ocean Drilling Program Management International, se calcula también la cantidad de estos seres.
Éstos estiman que debe de haber unas 90.000 millones de toneladas (expresado en masa en carbono) de microbios subterráneos en esta biosfera profunda. Aunque, en realidad, la estimación es sólo aproximada y va de 60.000 a 300.000 millones de toneladas de estos seres repartidos en unas 200.000 millones de toneladas de sedimentos marinos.
Calculan que el 87% de estos microbios son arqueas. Las muestras se tomaron a cientos de metros de profundidad en el lecho marino del Atlántico, Pacífico y Mar Negro.
Este grupo de investigadores también ha realizado un análisis genético llegando a conclusiones similares a las del primer grupo.
Estos microorganismos han estado influyendo sobre el ciclo del carbono a lo largo de millones de años y algunos son increíblemente primitivos.
Pero estas poblaciones viven a un ritmo muy distinto al habitual. Un microorganismo consume nutrientes y energía, pero en lugar de crecer sin límites se divide en dos para reproducirse. Así la E. coli (una bacteria ordinaria) se divide cada 20 minutos. Pero las arqueas encontradas probablemente doblan su número cada cientos o miles de años, consumiendo muy pocos recursos.
Bajo nuestros estándares se podría decir que estos seres están muertos, pero en realidad viven en una escala de tiempo ralentizada en relación al resto. Metabolizar a un ritmo así de bajo es lo que se puede esperar de hipotéticos microorganismos en otros lugares del sistema solar. Quizás organismos similares viven en Europa al abrigo de fuentes hidrotermales bajo la capa de hielo o en acuíferos subterráneos en Marte. Aunque este tema es altamente especulativo.
Estos microbios pueden sobrevivir a impactos de asteroides, por lo que los ecosistemas de este tipo que hay en la Tierra podrían haber sido un refugio frente a las extinciones masivas.
Desde el punto de vista práctico estos seres podrían servir como fuente de material genético novedoso.
Todavía hay preguntas que no saben contestar, como por ejemplo cómo o cuándo mueren.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa de Penn State.
Nota de prensa del IODP.
Artículo original en pdf (gratuito).

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