3.18.2013

Bacteria descubierta en las profundidades del mar

Vida descubierta en las profundidades del mar .....vida y arsénico.

Microbios sobreviven en el hidrógeno y el dióxido de carbono de la corteza oceánica.

Corteza marina. Foto Créditos: Derek Keats.

Por primera vez, los científicos han descubierto microbios que viven en el interior de la corteza oceánica de la Tierra -la oscura roca volcánica en el fondo del mar-. Esta corteza, de varios kilómetros de espesor cubre el 60% de la superficie del planeta-, es el mayor hábitat de la Tierra.

Los microbios que parecen sobrevivir en gran medida mediante el uso de hidrógeno, formado cuando el agua fluye a través de la roca rica en hierro, que convierte el dióxido de carbono en materia orgánica. Este proceso, conocido como quimiosíntesis, es distinta de la fotosíntesis, que utiliza la luz solar para el mismo propósito.

Quimiosíntesis también da vida a combustibles en otros lugares de aguas profundas tales como las chimeneas hidrotermales, pero que están restringidas a los bordes de las placas continentales. La corteza oceánica es mucho más grande.

Si microbios similares se encuentran a lo largo de ella, la corteza "sería el primer ecosistema importante en la Tierra que funciona con energía química en lugar de la luz solar", explica Mark Lever, ecólogo de la Universidad de Aarhus en Dinamarca, quien dirigió el estudio. Los resultados se publican en Science.

"Este estudio es muy importante porque confirma la existencia de una biosfera profunda del subsuelo que está formada por microorganismos anaerobios," comenta Kurt Konhauser, un geomicrobiólogo de la Universidad de Alberta en Edmonton, Canadá.

La corteza oceánica se forma en las cordilleras entre las placas tectónicas, donde la lava ascendente se encuentra con el agua de mar y se enfría.

La roca recién nacida -en su mayoría basalto- se aparta de las crestas y queda enterrada bajo gruesos sedimentos. Aunque los científicos han sabido por mucho tiempo que los microbios viven en los sedimentos y en basalto expuesto aún no ha sido cubierta las partes más profundas y ocultas de la corteza, las cuales habían sido un misterio. "Hasta nuestro estudio todavía no estaba claro que vida había allí", agrega Lever.


Bajo el mar ( la vida es mas sabrosa)

En 2004, Lever navegado a bordo del buque de investigación JOIDES Resolution de EE.UU. para recoger muestras de una de las regiones mejor estudiadas de la corteza oceánica, al oeste del estado de Washington. El barco lleva generalmente a un equipo de geólogos, pero esta vez, "tuvimos cinco microbiólogos a bordo", reitera Lever.

El equipo, incluyó a científicos de seis países diferentes, quienes perforarons 265 metros de sedimentos y a 300 metros de la corteza recogieron muestras de basalto que se había formado hace 3.5 millones de años. Dentro de sus muestras, los investigadores hallaron genes de microbios que metabolizan los compuestos de azufre y algunos que producen metano.

Para probar si los genes provenían de microbios vivos o muerto hace tiempo, el equipo calentó las muestras de roca a 65° C en agua rica en sustancias químicas que se encuentran en el fondo del mar. Con el tiempo, el metano que producen, muestra que los microbios estaban viviendo y en pleno crecimiento.

Lever está convencido de que los microbios no son residentes de la superficie, son habitantes originales de la corteza. "Cuando fui en esta expedición, pensé que sería imposible obtener muestras libres de contaminación", describe.

Él cambió de opinión después analizar las muestras de grietas abiertas: el equipo añadió pequeñas cantidades de productos químicos marcadores para líquidos que utilizaron para perforar en busca de muestras, pero a pesar de que estos productos químicos untaban el exterior de las rocas, no había casi nada en el interior. Lever planea ahora analizar fragmentos de corteza recolectadas de otros sitios en el Océano Pacífico y el Atlántico norte.

"Dado el gran volumen de la corteza sub-fondo marino, uno no puede dejar de preguntarse cómo la cantidad de biomasa vive allí comparada a la de la superficie de la Tierra", expone Konhauser.

Otros supuestos casos.

Hoy volvimos a discutir acerca de la vida en  arsénico ....aquí la info .

Las aguas del lago Mono en California origen de las bacterias que, según la NASA, pueden arrojar luz sobre la búsqueda de vida en otros planetas. Créditos: NASA.

Dos laboratorios revisar el estudio previo: las extrañas bacterias toleran, pero no utilizan el arsénico.

Hace como dos años y medio, un críptico comunicado de prensa de la NASA centró su atención en lo que prometió sería una nueva prueba en la búsqueda de vida en otros mundos. La NASA y la revista Nature sentó los resultados como rumores de construcción.

Finalmente, se publico un estudio: científicos de la NASA habían encontrado evidencia de que la vida en la Tierra podría tener una química alternativa, una sustitución del fósforo utilizado en muchas biomoléculas empleaba un pariente químico que suele ser tóxico: el arsénico.

La controversia no terminó ahí. Los investigadores identificaron rápidamente una serie de agujeros en el análisis inicial, lógico y experimental. En menos de seis meses, la revista Science publicó una serie de respuestas al documento original que planteó importantes preguntas acerca de su exactitud.

Ahora, el tema está de vuelta en las páginas de la misma revista. Dos laboratorios han obtenido las bacterias originales tolerantes al arsénico y han demostrado que algunas de las conclusiones del documento original están totalmente fuera de base.

Las mismas bacterias que se han obtenido originalmente de lago Mono en California, naturalmente contienen altos niveles de arsénico. Durante varias generaciones en el laboratorio, los científicos las obligaron a seguir evolucionando, aumentando de forma gradual las concentraciones de arsénico al tiempo que se reducía la cantidad de fósforo disponible para los organismos.

Después de bastantes generaciones, las bacterias resultantes al parecer poseían algunas propiedades y no excepcionales: podían seguir adelante sin tener ningún fósforo agregado en los medios de su crecimiento, pero sólo si el arsénico se hubiera añadido. Y, posiblemente como parte de esa adaptación, el arsénico comenzó a aparecer en biomoléculas que normalmente contienen fósforo (aunque, como la cobertura inicial, ha señalado, los datos no indican cómo se está utilizando el arsénico).

Las respuestas indicaron un par de problemas con el trabajo. Por razones puramente teóricas, sabemos que los compuestos de arseniato en forma espontánea se desmoronan en el agua. Esto hace que su aparente presencia en biomoléculas sea difícil de aceptar. Y, por razones puramente prácticas, resulta muy difícil deshacerse de todo el fósforo que en otros productos químicos de laboratorio los científicos suelen confiar. Esto sugiere que estas bacterias no estaban realizando tal cosa.

Los nuevos documentos, de los grupos en Zúrich y Vancouver, abarcan un montón de cabos sueltos. El material sugiere que los resultados iniciales fueron un resultado del artefacto empleado y no empujo a los experimentos lo suficientemente lejos.

En primer lugar, la incapacidad para crecer sin fosfato. El grupo Zurich muestra que estos organismos pueden sobrevivir con cantidades muy bajas de fósforo -el equivalente de añadir 0.000162 gramos por cada litro de medio de cultivo líquido-. Pero si usted utiliza materiales ultrapuros que hacen disminuir los niveles de fósforo hasta por debajo de lo que el equipo podría detectar en algún lugar (menos de 20 por ciento de ese nivel), las bacterias no crecen. Ellas todavía necesitan fosfato.

El documento original informó que cuando el fosfato falta en el ambiente, los organismos necesitan de arsénico en sus medios para crecer en absoluto. Sin embargo, el grupo de Vancouver encontró que no era el caso. Ellos sugieren que esto era un artefacto: las bacterias tienen como requisito un aminoácido específico, algo que no se informó en el documento original. Sospechan que la solución de arsénico utilizado en los experimentos originales había sido contaminado con aminoácido, explicando su necesidad aparente.

De esta forma las bacterias no parecen requerir arsénico. Pero, con igual claridad, pueden tolerar niveles extremadamente altos de tal sustancia y no hay evidencia de que se incorporá a las biomoléculas como el ADN. Los nuevos estudios hacen frente a esto. El grupo Zurich utiliza una técnica llamada espectrometría de masas, en la que se separa cada producto químico de la célula basado en la masa de una molécula individual.

Los resultados se pueden comparar con una base de datos de masas conocidas para identificar la mayoría de moléculas. En este caso, los autores actualizan su base de datos para incluir moléculas con fosfato sustituido por arseniato.

Los resultados en gran medida han dejado en blanco. Algunos compuestos de arseniato se asociaron con azúcares, pero estos aparentemente se forman espontáneamente, sin la necesidad de cualquier actividad bioquímica. Si se deja que el estándar de laboratorio de las bacterias crezcan en un medio que contiene algo de arsénico, formarán todos estos compuestos también. Esto sugiere que no tienen nada que ver con una tolerancia de reciente evolución al arsénico.

El grupo de Vancouver se centró en la asociación de arsénico con el ADN, una molécula rica en fosfato. Eso hace que el ADN sea un gran candidato para detectar incluso una sustitución excepcional de arseniato de fosfato, un cambio que debe hacer el ADN sensible a romperse en una solución simple de agua. Pero, incluso después de un almacenamiento prolongado en agua, el ADN obtenido a partir de estas bacterias era tan estable como la obtenida de la misma cepa que creció sin arsénico.

Con base en las mediciones de los grupos, lo que significa que menos de uno de cada 25,000 fosfatos podría ser intercambiado.

Teniendo en cuenta todos estos datos, es difícil discutir la conclusión del equipo de Vancouver: "El resultado final es que los biopolímeros fundamentales se conservan a través de todas las formas de vida, en términos de estructura química".

Sin embargo, un argumento puede ser la fabricación de cerveza. Alan Boyle de MSNBC ha sido la comunicación con el equipo detrás de los hallazgos originales y sugieren que hay un papel en las obras que respalda sus conclusiones iniciales. A pesar de ello las dos nuevas publicaciones parece ser la última palabra sobre el tema, más parece ser inminente.

Arsénico y ciencia abierta

El investigador que dirigió el grupo de Vancouver, Rosie Redfield, merece una mención especial en esta saga. Redfield ha adoptado los blogs como parte del proceso científico, fue uno de los primeros investigadores en plantear públicamente dudas sobre los resultados originales del estudio de arsénico. Su duda llamó la atención de los periodistas científicos y llevó a algunos de los escépticos cobertura de primera.

Una vez que se obtuvieron las bacterias y comenzaron a trabajar en ellos, subió los resultados en su blog, mientras preparaba el artículo para su publicación, subiendo los borradores a arXiv. Algo común en la física y la astronomía, pero casi inaudito en la biología.

No sólo Redfield animo a sus colegas biólogos a una mayor apertura, al parecer ha convocado a los periódicos también. Science normalmente distribuye los estudios que se darán a conocer en la semana a la prensa el domingo por la noche, pero pide a la prensa mantenerlos con restricción hasta su publicación. Redfield tenía programado hablar en una reunión sobre la evolución y permitir que los editores de Science saber que el tema sería su trabajo de arsénico (por supuesto, ella escribió en su blog acerca de su propuesta). En respuesta, Science permitió que tales documentos estuvieran disponibles sin restricciones la noche anterior.

Science había sido igualmente responsable con el embargo de los resultados iniciales de la NASA, algunas de las exageraciones que se desarrolló en respuesta a la incertidumbre que tal vez nunca se hubieran convertido en un problema en el primer lugar.

En su famosa conferencia, “Vida en el Universo“, Stephen Hawking observó que lo que normalmente consideramos como “vida” se basa en cadenas de átomos de carbono, además de unos pocos átomos, tales como nitrógeno o fósforo. Aun así, nos podemos llegar a imaginar otras formas de vida basadas en otros elementos químicos, como por ejemplo el silicio, pero el carbono parece ser la mejor base desde la que construir la vida, además de ser un elemento mucho más común en el universo.

Aunque algunas voces señalan lo contrario, que la vida en el universo podría tener un gran número de posibles bases bioquímicas, la vida podría aprovechar el amoniaco, los hidrocarburos o el silicio. Los silicatos tienen una rica química y son propensos a crear cadenas, anillos, e incluso capas.

Uno de los fundadores de la genética moderna, Alexander Graham Cairns-Smith (nacido en 1931), químico orgánico y biólogo molecular de la Universidad de Glasgow, argumentó que las capas de los silicatos cristalinos trabajan como lo haría una forma de vida primitiva en la Tierra primitiva, antes de que se desarrollase las primeras formas de vida basadas en el carbono. Cairns-Smith es más famoso por su polémico libro, Siete pistas sobre el origen de la vida, que popularizó la hipótesis de que la auto-replicación de los cristales de arcilla en una solución podría proporcionar un simple paso intermedio entre la materia inerte y la vida orgánica.

La Tierra se formó en gran parte de elementos más pesados, incluyendo el carbono y el oxígeno. De alguna manera, señalo Hawking, algunos de estos átomos se fijaron para formar moléculas de ADN. Una posibilidad es que la formación de algo parecido al ADN, que pudiese replicarse a sí mismo, es extremadamente improbable. Sin embargo, debido a que el algo tremendamente gigantesco, casi infinito, con un elevado número de estrellas, es probable que esta ‘casualidad’ se diese a lugar en unos cuantos sistemas solares, pero precisamente esta misma casualidad nos indica que la vida estaría muy separada en el cosmos.

También existen algunos que señalan que los seres humanos podríamos estar ‘cegados’ por nuestra familiaridad con el carbón y las condiciones similares a la Tierra. En otras palabras, lo que estamos buscando ni siquiera tiene por que encontrarse en la ‘zona habitable’ de su estrella. Después de todo, incluso aquí en la Tierra, nuestra ‘zona habitable’ puede resultar ser la peor pesadilla para otras especies.

En cualquier caso, no está más allá del ámbito de la viabilidad de que el primer encuentro con la vida extraterrestre no sería una fiesta exclusivamente para seres basados en el carbono.

El carbono funciona perfectamente en las condiciones existentes en nuestro mundo, así que especulamos que esto mismo habrá ocurrido en todo el universo, pero esta alternativa especula que existen otros compuestos químicos y solventes naturales que tienen el potencial necesario para formar organismos vivos.

Pero, en realidad, hay muchos elementos que podrían realizar el mismo trabajo, incluso los elementos que podríamos pensar que son los menos indicados, como el arsénico, puede ser capaz de permitir la existencia de la vida bajo las condiciones adecuadas. Incluso en la Tierra algunas algas marinas incorporar arsénico en sus moléculas orgánicas complejas como arsenoazúcares y arsenobetaina.

También existen varias otras pequeñas formas de vida que utilizan el arsénico para generar energía y facilitar el crecimiento. El cloro y el azufre también son perfectos sustitutos del carbono. El azufre puede llegar a formar largas cadenas de moléculas como lo hace el carbono. En la actualidad hemos descubierto algunas bacterias que sobreviven en ambientes ricos en azufre, reduciendo este compuesto en sulfuro de hidrógeno.

El nitrógeno y el fósforo también tienen el potencial para formar moléculas bioquímicas. El fósforo es similar al carbón ya que puede formar largas cadenas de moléculas por sí solo, algo que, posiblemente, permitiría la formación de macromoléculas complejas. Cuando este es combinado con el nitrógeno, se pueden crear toda una amplia gama de moléculas, incluyendo anillos.

Pero ¿Qué pasa con el agua? Pensamos que el agua indispensable para la vida, pero ¿es verdad?

No necesariamente. El amoníaco, por ejemplo, tiene muchas de las mismas propiedades que el agua. El amoniaco, o una mezcla de este con el agua, se mantiene en estado líquido a temperaturas mucho más frías que el agua. Esta bioquímica podría existir fuera de la convencional ‘zona de habitabilidad’ donde el agua sea el elemento primordial, en realidad tenemos un ejemplo muy cerca de nosotros, sin salir del sistema solar, en la superficie de la luna más grande de Saturno, Titán.

Son múltiples los compuestos los sugeridos como solventes adecuados que, teóricamente, podrían ayudar a la aparición de formas de vida alternativas, como el sulfuro de hidrógeno, el cloruro de hidrógeno y la formamida. Todos estos ‘sustitutos del agua’ tienen sus pros y sus contras cuando se considera el medio ambiente terrestre. Si bien hay que tener en cuenta que, con un ambiente radicalmente diferente, se generan reacciones radicalmente distintas. El agua y el carbono podrían ser las últimas cosas aptas para la vida en algunas condiciones planetarias extremas.

Aunque algunos de estos escenarios pueden parecer algo de ciencia ficción, es importante tener en cuenta que los fundamentos para la vida en la Tierra, la asociación de una proteína con un ácido nucleico aparentemente abstracta, nos ha permitido crear autenticas maravillas.

Dentro de mil millones de años, nuestros descendientes podrían descubrir otros sistemas donde pueda existir vida, quizás aprovechando el plasma del interior de nuestro sol que se basaría en la influencia recíproca de los patrones de la fuerza magnética y el movimiento ordenado de partículas cargadas. De hecho, la vida, bien puede existir dentro de las estrellas.

Referencia:


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