jueves, 29 de abril de 2010

Diálogos con el Universo III.-



Nuestro Planeta, Un Gigantesco Laboratorio.





Hoy la astronomía ha dejado de ser esa ciencia que antiguamente se dedicaba a buscar y contar estrellitas en nuestro cielo nocturno, a buena hora, hoy diríamos que astronomía es una ciencia dedicada a la búsqueda de vida fuera de nuestro planeta y también de escudriñar en los mas recónditos lugares del cosmos buscando los secretos que nuestro universo aun no nos quiere develar.

Para ello, es que hoy, muchas ciencias se han unido a este casi legado Galileano. Ya cada día se nos hace mas común escuchar hablar de astrobiólogos, exoquimicos, geofísicos y muchos otros, y la verdad es que todos apuntan a un solo pistilo, la vida.

Pero si bien hoy existen sondas espaciales visitando planetas y lunas, telescopios dentro y fuera de nuestra tierra, cual gigantescos ojos observando y estudiando nuestros vecinos desde el mas cercano hasta los mas de afuera del vecindario. Es precisamente aquí, en nuestro planeta donde se desarrollan los mayores estudios y experimentos de cómo y que tipo de vida podría haber allí afuera.

Cual gigantesco laboratorio, nuestro planeta contiene los mas diversos hábitat, muchos de los cuales tienen mucha semejanza con los de nuestros primeros candidatos, las lunas de nuestro sistema solar, esto pues, estas han de ser nuestras primeras candidatas a visitar, aunque en ninguna de ellas esperamos encontrar algún tipo de vida muy evolucionada, si podríamos encontrar algunas mas pequeñas, que en definitiva nos develarán, que la vida no es exclusiva de nuestro planeta o mejor dicho que la vida es omnipresente en el universo.

Partiendo de la premisa que los hábitats allá afuera han de contener condiciones muy extremas, todos los tipos de vida que encontraríamos, han de ser con capacidad de adaptarse y cohabitar en ambientes extremadamente calientes o por el contrario, sumidos bajo el más gélido hielo. Para ello, nuestros científicos han debido salir de sus calidos salones para trasladarse a trabajar a lugares tan agrestes como volcanes, cavernas, géiseres, hielo, glaciares, profundidades oceánicas, el fin, no es otro que buscar y estudiar los seres capaces de subsistir en esos inhóspitos parajes. Buscando aquellos PRE bióticos, desde los mares árticos hasta los secos valles antárticos, observando microbios tolerantes a gélidos ambientes, organismos psicrófilos, amantes del frío, capaces de replicarse, o bacterias capaces de adaptarse a -80ºC, tal vez como algunos psicotolerantes como las arqueas. También tenemos los estudios de vida en las fuentes hidrotermales submarinas, los estromatolitos que existen en lugares como Australia, o Cuatro Ciénegas en México. En España, se estudian las bacterias de Río Tinto. Hablamos de los eslabones fundamentales que dieron origen a nuestra biodiversidad.


Visitemos pues algunos de esos Laboratorios naturales.-

Laboratorio 1.- Las Profundidades Oceánicas.-


El océano profundo es un vasto e inexplorado sistema. Es también el mayor hábitat contiguo para la vida en nuestro planeta. Si es tan grande, seguramente también es muy importante en términos del funcionamiento de nuestro planeta y para sustentar la vida en el, incluyéndonos a nosotros. Por lo tanto, si queremos saber sobre la Tierra, entonces los científicos tienen que obtener la mejor información posible acerca del océano profundo. ¿Pero por que del océano profundo específicamente? La mayoría de la gente ha escuchado alguna vez que dos tercios de la Tierra están cubiertos por agua. ¿Pero cuántos saben que mas de la mitad de nuestro planeta esta cubierto por agua de mar con una profundidad mayor a 3000 m? Por lo tanto, un extraterrestre visitando la Tierra por primera vez perfectamente podría pensar que lo que vive en el océano profundo de la Tierra es lo “normal” y todo el resto (lo que vive en la costa y sobre los continentes, incluyendo los humanos) es menos significativo.

En Chile, el fondo marino profundo es una región de extremos – encontramos bajos niveles de oxígeno, en lo que es conocido corrientemente como la zona de mínimo oxígeno; aguas extremadamente frías y profundas, cerca de 8 Km. de profundidad, sedimentos ricos en sulfuros extremadamente tóxicos y filtraciones de metano. Mucho de estos lugares sustentan hábitats con una gran abundancia de vida animal.
Particularmente llamativo, resulta ser el llamdo Punto Triple Chileno, en donde la plataforma continental sumergida, es interrumpida por la profunda fosa Peru-Chile, en donde las placas de Cocos, Nazca y Antártica convergen y se hunden por debajo de la placa Sudamericana, El Punto Triple Chileno, es el único sitio moderno en la Tierra en donde la cresta de una dorsal oceánica es tragada por una zona de subducción en un margen continental. La geometría única del Punto Triple conduce a la formación de diferentes tipos de fuentes (o respiraderos) hidrotermales. Estas ocurren cuando el agua de mar penetra la corteza o los sedimentos cercanos al eje de un centro de propagación oceánica, siendo calentada por el magma subyacente o por reacciones químicas, y regresa al fondo marino como agua caliente (o tibia), rica en compuesto minerales.

¿Cómo hacen frente los organismos a tales extremos?. La clave esta en un conjunto inusual de procesos microbianos que alimentan el desarrollo de una gran biomasa de la totalidad de la fauna

En la primavera y el verano, el mar costero de Chile experimenta vientos que favorecen la surgencia, una entrada de nutrientes en la zona fótica y una producción extremadamente alta en la superficie. Mucho de este fitoplancton es degradado y remineralizado en la columna de agua, disminuyendo el oxígeno en el agua a concentraciones muy bajas y contribuyendo así a la formación de una zona de mínimo oxígeno. Donde la OMZ cruza el fondo marino, la disminución de la tasa de descomposición de la materia orgánica se asociada con un aumento de esta en el fondo, lo cual fomenta un ambiente reductor dominado por tapetes de bacterias GIGANTES. Thioploca y Beggiatoa, estas son bacterias oxidadoras de azufre comunes en estos lugares, que forman gruesos tapetes en estos ambientes reductores. Dentro de las bacterias grandes mas conocidas, los filamentos gigantes de Thioploca pueden llegar a medir hasta 7 cm. de longitud, permitiendo a las células acceder tanto al sulfuro que esta en el sedimento como al nitrato presente en el agua.

A profundidades mayores de 8.000 m en algunos lugares, excluyen algunos tipos de fauna, pero la densidad de la meiofauna, es decir, pequeños invertebrados y protozoos, eucariontes unicelulares, es varios órdenes de magnitud mayor que en los típicos ambientes abisales, de menor profundidad. La gran biomasa bacteriana en el sedimento (~50 g C/m2) sugiere que el loop microbiano es capaz de remineralizar rápidamente el material orgánico, permitiendo que la energía este disponible para niveles tróficos mas altos.

Laboratorio 2.- las fuentes hidrotermales.-




Las fosas pueden ser más productivas que muchos lugares en las zonas abisales o hadales, pero los verdaderos oasis en el mar profundo son las fuentes hidrotermales y las emanaciones de metano. La quimiosíntesis entrega la energía a estas comunidades únicas, cuya biomasa es comúnmente dominada por especies grandes que tiene relaciones mutualistas con microbios simbiontes, oxidadores de azufre. Compuestos reducidos, tales como sulfuros y metano, sirven como fuente de energía química para bacterias y arqueas, permitiendo que la productividad en estos ambientes del fondo marino compita con aquella que vemos en sistemas marinos menos profundos.

Las comunidades de fuentes hidrotermales no han sido encontradas en el margen chileno hasta ahora, pero su existencia ha sido predicha por el hecho de que suelen ser encontradas en centros de expansión, como es la dorsal mesoceánica Chilena, la cual es subducida por debajo de Chile continental. El agua expulsada desde las fuentes hidrotermales puede variar entre los 20 y 400ºC y es rica en compuestos reducidos como sulfuros y metano. El sustrato rígido esta formado por basalto enfriado, la precipitación de sulfuros metálicos y organismos como gusanos tubulares y bivalvos.

Los gusanos tubulares que tienen una tasa más rápida de crecimiento en el mundo, Riftia pachyptila, se asientan en lugares en donde tienen un acceso directo a un flujo de agua tibia, rica en sulfuros, la cual absorben en sus rojas plumas branquiales.

El mar profundo es frío, oscuro e inhóspito para el hombre y todavía tiene nuevas y desconocidas formas de biodiversidad. La palabra biodiversidad nos evoca exuberantes bosques tropicales y arrecifes de coral, pero una gran riqueza de especies habita en las profundidades del fondo del mar y particularmente en los ecosistemas reductores. En estos ambientes se encuentran densas agrupaciones de gusanos de más de 2 metros sin boca ni ano, almejas que tienen sangre azul y mejillones que viven en conjunto con otros animales como las lapas y caracoles. Todos estos animales existen a más de 1000 metros de la superficie, muy lejos de la energía del sol. Estos ecosistemas reductores son alimentados por la energía química de la Tierra y su diversidad biológica no sólo es única, sino también frágil

Frente a Nueva Zelanda en el 2006, nueve filtraciones de metano fueron descubiertas. Más de 15 fuentes hidrotermales han sido descubiertas en los últimos 5 años. A través de la exploración de estos hábitats en los últimos 30 años, 600 nuevas especies han sido encontradas y muchas permanecen aún sin ser conocidas. Algunas de estas especies son tan extrañas que inicialmente se pensaba que pertenecían a nuevos filos (el nivel más alto de la clasificación de los animales) antes de que los científicos analizaran el ADN para encontrar su emplazamiento en el árbol de la vida.




Camas de poliquetos siboglinidos que proporcionan un hábitat para muchos animales. Estos siboglinidos han perdido su boca y el ano y viven de la energía que proporcionan las bacterias simbióticas. Esta cama particular, se encontró fuera de Costa Rica, a 1.700 m

El Metano, un componente esencial.-


El metano se produce en el océano en dos formas principales, termogénicamente y biogénicamente. El metano termogénico se produce en lo profundo de los fondos marinos, cuando la materia orgánica es degradada por el calor de la Tierra. El metano biogénico se produce como un producto cuando un microorganismo llamado Archaea metanogénicas remineralizan la materia orgánica, estos microorganismos sólo puede producir metano en ambientes reductores.

Gran parte del metano (>80%) que esta siendo generado en los océanos de hoy es consumida por los microorganismos antes de que alcance la atmósfera. De esta manera, los microbios ayudan a la Tierra a mantener su equilibrio térmico. Hay dos grupos de microorganismos que se alimentan de metano, los dos son metanótrofos, pero hay algunas diferencias muy importantes. Las arqueas metanótrofas sólo pueden consumir metano donde no hay oxígeno disponible (por ejemplo, los ecosistemas reductores del fondo marino y la columna de agua en zonas de mínimo oxígeno) y debe tener un socio bacteriana que consume sulfato Metanótrofos bacteriana sólo pueden consumir el metano donde hay oxígeno disponible (la mayoría del agua en el océano y la capa superior de sedimentos), y funcionan en forma independiente. Las arqueas y las bacterias son organismos unicelulares, pero representan dos ramas separadas en el árbol de la vida.



. Grupo de arqueas anaeróbicas que consumen metano (rojo) y las bacterias reductoras de sulfato (verde). Este grupo de células ha sido marcado con dos sondas de ARN ribosomal, a las cuales se asocian a dos grupos específicos de moléculas fluorescentes y al asociarse al ARN aparecen como diferentes colores cuando se ve con un microscopio especial.



Tapices de comunidades microbianas quimiosintéticos asociadas a hidratos de metano frente a Santa Mônica, Califórnia. Los tapetes microbianos blanco y naranja contienen metanótrofos aeróbicos junto con otras bacterias quimiosintéticas. El espacio entre los tapíces está poblado de mejillones



Hidrato de metano en el fondo marino; las burbujas muestran que el metano está continuamente escapando. Si se calientan las aguas del fondo, se puede producir una desestabilización masiva.


Laboratorio 3.-Los Géiseres.-



En los géiseres del parque Yellowstone se estudian unos microorganismos que proliferan, las llamadas arqueas. Termo.acidífilos, estas necesitan temperaturas de más de 60 a 80 °C, y algunas especies también de un pH bajo, de 1-3., estas oxidan el azufre y vive en las fuentes termales del parque, las.Thermoplasma se encuentra en escombreras de carbón encendidas. Algunas especies son hipertermófilas y pueden sobrevivir y prosperar a temperaturas ligeramente superiores a los 100 °C y se las encuentra en géiseres, fuentes hidrotermales y pozos de petróleo.3 Otras extremófilas se encuentran en agua hiper-salina, ácida o alcalina. Sin embargo, otras son mesófilas o psicrófilas y prosperan en ambientes tales como marismas, aguas residuales, agua de mar y el suelo.

Laboratorio 4.- El Ártico.-



un lugar único donde vivir. Es el océano más frío de la Tierra y se encuentra frecuentemente cubierto de hielo. Durante los fríos meses del invierno hay muy poco o nada de luz solar penetrando el agua. Durante los meses de verano, el Sol brilla hasta 24 horas al día..
Los animales que pueden sobrevivir en el Océano Ártico están adaptados a este medio ambiente extremo. Algunos tienen en sus cuerpos substancias especiales que ayudan a prevenir que la sangre se congele. Otros están cubiertos por gruesas capas de grasa y pelaje que los mantiene calientes. Observa algunos de los animales que sobreviven en el Ártico.



Vez la banda anaranjada en el núcleo del hielo. El hielo anaranjado está lleno de diatomeas. Las diatomeas viven en los espacios porosos existentes entre los cristales de hielo y el agua salobre en el hielo. Parte del zooplancton del océano es capaz de alimentarse de diatomeas desde la parte inferior del hielo.



La imagen de este pez rosado fue obtenida mediante un vehículo sumergible de control remoto (llamado ROV) en el fondo del Océano Ártico. Esta fotografía fue entregada a los científicos de la Institución Smithsoniana para que pudieran identificar la especie del pez.




Laboratorio 5.- los volcanes.-



Negro fumador
Porque Pyrodictium abyssi es un anaerobio estricto, puede ser más a menudo en lo profundo del océano en rejillas de ventilación denominada fumadores negro. Estos respiraderos son el resultado de la actividad volcánica que ocurre bajo el suelo de tierra de acogida y temperaturas extremadamente altas Uniendo Pyrodictium abyssi perfectamente. Estas temperaturas empujar el límite en el que la vida puede crecer y puede ayudar a los investigadores a entender cómo este límite existe en otros planetas y por nuestra cuenta. Estos microorganismos también son muy importantes debido a las enzimas que poseen como proteínas chaperonas y ATP sintasas que seguir funcionando correctamente sin desnaturalización. Hipertermófilos también puede ser de uso significativo en la industria, ya que permitiría a las funciones para operar tan baratas porque requeriría menos enzimas para llevar a cabo los mismos procesos.

Hacia donde vamos.Principalmente a estudiar, bacterias u otros organismos microscópicos. Como no se tienen "muestras" de vida extraterrestre, lo que se hace es estudiar algunos de los organismos de la Tierra, conocidos como extremófilos. Algunos extremófilos viven en lugares muy calientes como Pyrodictium una bacteria que vive en el suelo marino, a una temperatura de 105 °C, mientras que otros viven dentro de las rocas, en sitios muy fríos, o bien se alimentan de azufre o hierro.

Extraña o maravillosamente, cada vez que buscamos en los hielos mas gélidos, en los lugares mas calientes y sin oxigeno o en la oscuridad mas profunda del fondo marino, allí, siempre encontramos algún ser vivo, feliz, capaz de cohabitar en los lugares mas inhóspitos de nuestro planeta. Ellos han de ser una prueba palpable que la vida puede ser Omnipotente y omnipresente en todo este casi infinito universo.