La anomalía de L’Atalante

Los metazoos de L’Atalante, en el Mediterráneo oriental, desafían una vez más los límites de la vida.

Tardigrado u osito de agua, un poliextremófilo extremadamente resistente, incluso al espacio exterior.

El tardígrado u osito de agua, un invitado habitual en este blog. Pese a ser un animal como nosotros, se trata de un poliextremófilo radical capaz de sobrevivir a 6.000 atmósferas de presión, a más de 5.000 grays de radiación (10 grays bastan para aniquilar a los humanos) y hasta en el espacio exterior: en septiembre de 2007, la cápsula rusa Foton-M3 se llevó a unos cuantos de paseo por la órbita terrestre durante 12 días, expuestos al vacío cósmico y la radiación ultravioleta solar. Tras ser rehidratados a su regreso, el 68% revivieron (aunque la mortalidad posterior fue elevada.) Los huevos que llevaban con ellos resultaron esterilizados, pero los que pusieron después eclosionaron con normalidad. Fuente: Jönsson et al, «Tardigrades survive exposure to space in low Earth orbit», Current Biology Magazine vol. 18, nº 17, R729-731.

Me fascinan los extremófilos, esos seres disidentes que por el mero hecho de existir ponen en tela de juicio todas las convenciones sobre lo que es posible en el mundo de los vivos. Desde hace algún tiempo, ya sabemos que existen seres capaces de medrar y tomarse unas cañitas tranquilamente en entornos antiguamente considerados imposibles para la vida. Arqueas que siguen reproduciéndose a 122ºC o sumergidas en ácido sulfúrico, bacterias capaces de sobrevivir a presiones suficientes como para producir diamante artificial (16.000 atmósferas) o a 30.000 grays de radiación gamma (similar a la radiación directa a 590 metros de un arma termonuclear de un megatón), líquenes que mantienen su actividad fotosintética a 20ºC bajo cero, indicios de actividad enzimática en mezclas acuosas a 100ºC bajo cero, y hasta organismos pluricelulares complejos con la habilidad de soportar buena parte de todo esto mientras viajan expuestos al espacio exterior, como nuestro querido osito de agua

Incluso sin salir de aquí, incluso sin abandonar el planeta Tierra, donde la vida ha surgido sometida a unos determinantes físico-químicos muy específicos, estamos rodeados por vivientes que podrían sobrevivir, reproducirse y evolucionar en condiciones alienígenas. De hecho, es incluso posible que la primera vida sobre la faz de la Tierra estuviera constituida por algunos de estos seres extremos, al calor de las fumarolas submarinas. Así pues, con tantas pruebas de que es posible la vida e incluso la vida compleja donde se creía imposible, surge inmediatamente la pregunta de si es posible la vida e incluso la vida compleja como se creía imposible. Por ejemplo, en ausencia de alguno de sus constituyentes fundamentales: carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno, lo que viene a llamarse por el acrónimo CHON.

Bioelementos.

Composición química del ser humano, por masa

Composición elemental del ser humano, por masa. (Clic para ampliar)

En el planeta Tierra, los elementos fundamentales para la vida son el carbono, el nitrógeno, el hidrógeno y el oxígeno. Entre los cuatro, suman entre el 97,9 y el 99,7% de lo que somos. No tiene nada de raro: todos ellos se cuentan entre los elementos más comunes de nuestra galaxia y de la corteza y atmósfera terrestres que nos vieron nacer. También se consideran esenciales el fósforo y el azufre, dando lugar al acrónimo CHONPS. Y resulta difícil imaginar vivientes como los de aquí sin sodio, calcio, potasio, magnesio, cloro, hierro y yodo. Los demás elementos que intervienen en la vida terrestre, hasta unos setenta aproximadamente, aparecen en unos seres vivos y en otros no. (+info: Esta es tu naturaleza)

De todos ellos, la clave de la vida terrestre es el carbono pero su principal componente es el oxígeno: por ejemplo, en un cuerpo humano, asciende al 62,8% de la masa que nos constituye. En las bacterias esta cifra aumenta al 73,7% y en algunas plantas, como la alfalfa, llega al 77,9%. ¿Y dónde está este oxígeno? Bueno, pues mayormente fijado en el agua; entre la mitad y las tres cuartas partes de lo que somos es agua. Pero también en un montón de las demás moléculas que nos dan forma. De hecho, es difícil concebir biomoléculas que no contengan oxígeno. Desde los lípidos más básicos que componen las membranas celulares hasta monstruos como el ADN y el ARN, todos necesitan el oxígeno para existir.

Hasta hace poco se pensaba que todos los seres multicelulares complejos necesitamos de la presencia del oxígeno libre (O2) en nuestro entorno para sobrevivir y reproducirnos. Es decir, que somos aerobios obligatorios. Sin oxígeno libre en el aire o en el agua que nos rodea, según tengamos pulmones o agallas o lo que sea, nos asfixiamos y morimos rápidamente. Eso de vivir en ausencia de oxígeno era cosa de seres unicelulares como las bacterias o las arqueas, que usan mecanismos como la fermentación o la respiración anaeróbica para conseguir lo suyo. Pero nada más complejo que un protozoo podía existir sin tirar mano del oxígeno a su alrededor; y aún estos, con dificultades. Eso creíamos.

Buque oceanográfico L'Atalante

Buque oceanográfico L’Atalante, del Instituto Francés de Investigaciones para la Explotación del Mar (IFREMER). Foto: © IFREMER

Los extraños habitantes de L’Atalante.

Cuenca de L'Atalante - Ubicación

Ubicación de la Cuenca de L’Atalante, Mediterráneo Oriental. Mapa base: © Google Maps (clic para ampliar)

Así fue hasta el año 2010, cuando empezaron a llegar noticias sobre unos bichejos francamente extraños que medran a su gusto en la Cuenca de L’Atalante, a su vez un sitio bastante peculiar. La Cuenca de L’Atalante es un lago submarino de salmuera situado en el Mediterráneo Oriental, 192 km al Oeste de Creta, a unos 3.500 metros de profundidad. No es el único; hay bastantes más. En realidad, es el más pequeño de los tres que se encuentran por la zona. Este en particular recibe su nombre por el buque francés de investigación oceanográfica que lo descubrió en 1993.

Este lago de salmuera y sus dos vecinos, Urania y Discovery, se formaron hace no más de 35.000 años, conforme los depósitos de evaporita surgidos durante la Crisis salina del Messiniense (hace algo más de cinco millones de años) fueron disolviéndose y reconcentrándose en las profundidades del Mediterráneo. Así, su salinidad se disparó. Hoy en día es ocho veces superior a la del agua marina corriente, cerca del punto de saturación. Se trata básicamente de un lago hipersalino, pero a gran profundidad.

Estos lagos submarinos de salmuera tienen varias peculiaridades. Una de ellas es que sus aguas se mezclan muy poco con las del resto del mar. Es decir, con las que tienen oxígeno libre disuelto, lo que permite respirar a los peces y demás. Eso significa que éste no puede pasar y, como resultado, son fuertemente anóxicos. Vamos, que prácticamente no hay oxígeno libre en ellos.

Así que durante los siguientes diecisiete años se supuso que en L’Atalante sólo residían los vecinos de turno en semejantes sitios: bacterias y arqueas quimioautótrofas, como las euriarqueotas aficionadas a las fuentes hidrotermales y demás extremófilos a los que sólo les molan los sitios que nos matarían rápidamente a todos los demás. Especialmente, a los metazoos. O sea, a nosotros, los animales.

Spinoloricus nov. sp.

La loricífera Spinoloricus nov. sp. de la Cuenca de L’Atalante, el primer animal encontrado que puede vivir en condiciones totalmente anóxicas. Teñida con Rosa de Bengala. Imagen: Danovaro et al. BMC Biology 2010, 8:30

Hasta que, en 2010, apareció la anomalía. Lo hizo en un paper encabezado por el profesor italiano de biología marina Roberto Danovaro, que lleva por título «Los primeros metazoos viviendo en condiciones anóxicas permanentes.« Es decir, animales viviendo sin presencia de oxígeno libre. Hasta el día anterior tal cosa se consideraba, esencialmente, imposible.

Y sin embargo ahí están, bien sanos y lustrosos. En las fosas hipersalinas del Mediterráneo se han pillado el apartamento al menos tres especies de Loricifera que no necesitan respirar oxígeno libre como todo hijo de madre pluricelular. Los Loricifera son unos bichitos microscópicos o casi, residentes habituales en los sedimentos del fondo marino y evolutivamente próximos a los gusanos gordianos y los gusanos-pene (sí, ese pene en el que estás pensando). Estas tres especies se llaman Spinoloricus nov. sp. (o Spinoloricus Cinzia), Rugiloricus nov. sp. y Pliciloricus nov. sp.

¿Pero cómo son capaces? Bien, según los estudios realizados hasta el momento, resulta que estos tres animalitos carecen de mitocondrias, con lo que no tienen las mismas exigencias de respiración celular que el resto de nosotros. En su lugar parecen poseer hidrogenosomas, algo más propio de ciertos hongos, protistasprotozoos ciliados. El intrincado proceso evolutivo mediante el que tales hidrogenosomas pudieron acabar en un animal pluricelular como tú y como yo es todavía desconocido. Algunos sugieren que podría tratarse de simbiontes, pero esto presenta sus propios problemas.

A decir verdad, todavía no se sabe gran cosa de ellos. Están en ello. Pero se reproducen por huevos (que nooo, que quiero decir que son ovíparos). Aunque el equipo del Dr. Danovaro no logró llevar a ninguno de estos animales hasta la superficie sin que murieran por el camino, dos de los que obtuvieron contenían huevos. Se los extrajeron y los incubaron en condiciones totalmente anóxicas a bordo del buque, con éxito. Los huevos terminaron abriéndose y dieron lugar a animalitos vivos.

Cada vez más vida, en lugares cada vez más imposibles.

Naturalmente, Spinoloricus nov. sp., Rugiloricus nov. sp. y Pliciloricus nov. sp. incorporan tanto oxígeno en sus moléculas como el resto de los terrestres y lo necesitan para sobrevivir, por mucho que lo obtengan de manera distinta. Toda la vida que conocemos en este planeta procede de un antepasado común; estos Loricifera no son una excepción. Están sujetos a las mismas reglas que todos los demás, y eso incluye ser CHONis –ya sabes, carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno ;-) –. No son animales libres de oxígeno, como se ha dicho por ahí. Simplemente gestionan su oxígeno de una manera distinta, bastante extraordinaria.

Pero también es cierto que la vida no deja de darnos sorpresas. Cada vez que alguien establece un límite sobre los lugares donde es posible la vida, al menos en un entorno planetario como la Tierra, termina apareciendo algún bicho que se lo come. Y algunos, claro, nos preguntamos dónde está el límite. Los más astrobiotrastornados, nos preguntamos lo que podría ser posible con otras biologías, bajo la luz de otros soles.

En este sentido, una de mis rayadas favoritas me la enseñó el astrofísico del pueblo Carl Sagan, y no soy el único que la sufre. Es, por supuesto, lo que llamamos el chauvinismo del agua. En las propias palabras de Carl:

Hay chauvinismo del carbono, chauvinismo del agua… ya sabes, gente que dice que la vida, en todas partes, sólo puede basarse en las mismas bases químicas en que nos sustentamos nosotros. Bien, a lo mejor tienen razón. Pero dado que los mismos tipos que hacen esa afirmación están basados en el carbono y en el agua, a mí me hace sospechar. Si estuvieran basados en alguna otra cosa, me merecerían más credibilidad.

Debo confesar que soy un chauvinista del carbono. Habiendo estudiado las alternativas, me parece que el carbono es mucho más adecuado para crear moléculas complejas, y mucho más abundante que cualquier otra cosa en que podamos pensar. (…) Sin embargo, no soy tan chauvinista del agua. Me puedo imaginar al amoníaco, o combinaciones de hidrocarburos que no son nada raras en el universo, desempeñando el papel del agua.

Luego tenemos a los chauvinistas del tipo espectral G, que dicen que sólo puede haber vida en torno a estrellas como la nuestra. Los chauvinistas planetarios dicen que la vida sólo puede ocurrir en planetas y no, por ejemplo, en estrellas o en el medio interestelar. Soy un chauvinista planetario: parece haber buenas razones para que la vida sólo pueda aparecer en planetas [o lunas].

El chauvinista extremo dice: «si mi abuela estaría incómoda en ese ambiente, entonces la vida es imposible ahí.» Uno se encuentra con eso a menudo. La conocida expresión «la vida tal y como la conocemos» se basa exactamente en esa idea. Pero hay muchos microorganismos exóticos en la Tierra a los que les va bien en soluciones calientes de ácido sulfúrico concentrado y otras muchas cosas. Si no has oído hablar de ellos, te crees que nadie podría vivir en semejante entorno. Pero hay bichos que lo adoran.

Creo que una de las grandes delicias de la exobiología es que nos obliga a enfrentarnos al provincialismo en nuestras suposiciones biológicas. Toda la vida en la Tierra es esencialmente la misma; químicamente, somos idénticos a las bacterias o las begonias. (…) Creo que es ahí donde estará la realidad en la búsqueda de inteligencias extraterrestres. No se va a ajustar a nuestras fantasías, y no se va a ajustar a nuestro chauvinismo.

–Timothy Ferris [1973], entrevista a Carl Sagan en la revista Rolling Stone.

(Recogida por Tom Head [2006], Conversaciones con Carl Sagan, pp. 10-12)

No, por el momento seguimos sin tener el más mínimo indicio de vida extraterrestre, pese a todos los creyentes en los OVNIs y contactados que en el mundo son. Hoy por hoy, la paradoja de Fermi (más o menos: «si la vida es común en el universo, ¿dónde está todo el mundo?») sigue tan en vigor como cuando se formuló.

Fotografía del exoplaneta Beta Pictoris b

La primera fotografía directa de un exoplaneta: Beta Pictoris b, a 63 años-luz de aquí, Obtenida por el Very Large Telescope (VLT) del European Southern Observatory en Chile. (Clic para ampliar)

Sin embargo, la hipótesis de la Tierra especial, de que la Tierra es un caso excepcional en el universo con una rarísima capacidad para albergar vida, se sostiene cada vez menos. Para empezar, estamos detectando exoplanetas sin parar. En estos momentos, se han confirmado 1.074 en 812 sistemas solares, de los cuales al menos 178 son sistemas múltiples como el nuestro, y hay varios miles de candidatos más. Incluso con nuestras precarias capacidades de detección actuales –los planetas y lunas no emiten luz propia, con lo que requieren instrumentos extremadamente sensibles para captarlos–, vamos estando en condiciones de extrapolar que hay al menos cien mil millones de planetas sólo en nuestra galaxia, un promedio de uno por cada estrella como mínimo. Es de suponer que muchos de estos planetas tendrán lunas, demasiado pequeñas para distinguirlas con nuestra tecnología actual. A poco que los sistemas solares se generen de manera parecida en el universo observable, y no tenemos ningún motivo para sospechar lo contrario, puedes ir multiplicando eso por los al menos cien mil millones de galaxias que hay (probablemente bastantes más.) Eso es un uno seguido de veintidós ceros, sólo para empezar.

Los sistemas solares no son raros en absoluto. Suponiendo que sólo las estrellas de tipo G (como el Sol) y unas pocas de las más parecidas entre las F y las K pudieran albergar vida (el chauvinismo del tipo espectral G que mencionaba Sagan), representarían al menos un 10% de todas ellas. Continuamos teniendo un uno seguido de veintiún ceros. Vamos a descontar también las que pudieran estar fuera de las zonas de habitabilidad galáctica, un concepto en parte controvertido que algunos nos tomamos con un grano de anís. Pero lo daremos por bueno, y además en una de sus variantes más severas: metámosle a la cifra un hachazo de otro 90% (en vez del 60% habitual o el 40% optimista) y seguimos teniendo un uno seguido de veinte ceros de estrellas como la nuestra instaladas en las zonas más habitables de sus respectivas galaxias. Y a cada una de ellas le corresponde un sistema solar como el nuestro, compuesto por planetas y lunas como las nuestras. Si esto de incluir a todas las galaxias te parece demasiado atrevido y sólo quieres contar la nuestra, mil millones.

Y si sólo uno de cada mil planetas son de tipo terrestre y se hallan en las zonas de habitabilidad estelar de sus respectivos soles (una estimación considerablemente estirada a la baja), nos siguen quedando un millón en esta galaxia y cien billones en el universo observable presente. Y aún no hemos empezado a contar satélites, que no se pueden descartar en absoluto, porque algunos de ellos pueden ser de notable tamaño, con atmósfera propia, aunque orbiten en torno a planetas de tipo no-terrestre. Como, por ejemplo, Titán de Saturno, que presenta una densa atmósfera de nitrógeno, agua en forma de hielo e hidrocarburos líquidos superficiales. Sólo en nuestro sistema solar, hay 19 lunas que han alcanzado el equilibrio hidrostático y por tanto se podrían considerar planetas o planetoides si orbitaran directamente alrededor del Sol. Muchos de estos exosistemas solares presentan también grandes gigantes gaseosos, que algunos consideran importantes para el surgimiento de la vida.

Gliese 667C c - impresión artística superficial

Impresión artística de una puesta del sol en la súper-Tierra Gliese 667 Cc. Las estrellas son el sistema ternario Gliese 667 A/B/C; el planeta orbita en torno a esta última. Imagen:
European Southern Observatory / L. Calçada (Clic para ampliar)

En estos momentos, los exoplanetas confirmados que creemos más similares a la Tierra son Gliese 667C c, a 12 años-luz de aquí, y Kepler-62e, a 1.200. Ambos se encuentran dentro de esa supuesta zona de habitabilidad galáctica de nuestra Vía Láctea y en la zona de habitabilidad estelar de sus respectivos soles, si bien al lado caliente, lo que podría hacer de ellos planetas «súper-tropicales» (!). Hay otros candidatos pendientes de confirmación muy interesantes. En general, la probabilidad de que haya otros mundos capaces de albergar vida se multiplica con cada una de estas detecciones. Y no paran de producirse, conforme nuestros instrumentos mejoran más y más.

Por el extremo contrario, descubrimientos como el de L’Atalante nos demuestran que la vida, incluso la vida pluricelular compleja, incluso los animales como nosotros, son posibles en condiciones cada vez más extremas sin ni siquiera salirse de la biología terrestre, ni del ADN ni de los eucariontes. Sin salirse de los que son como nosotros. Con otras bioquímicas, surgiendo y evolucionando a partir de condiciones distintas hacia dominios insospechados bajo presiones evolutivas radicalmente diferentes, las posibilidades son inmensas y están más allá de lo que puede soñar la más desbocada imaginación.

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Vida arsénica

Habrá quien sufra una decepción. Pero si se confirma, es un descubrimiento muy, muy notable.

Convocatoria de prensa de la NASA sobre un descubrimiento en astrobiología.

Convocatoria a la conferencia de prensa de la NASA para "comentar un hallazgo en astrobiología que tendrá impacto en la búsqueda de pruebas de vida extraterrestre". A pesar del ruido generado, eso no son "pruebas de vida extraterrestre". (NASA) (Clic para ampliar)

Como es bien sabido, hace unos días la NASA anunció una conferencia de prensa en su sitio web y en notas dirigidas a los medios de comunicación, donde se decía lo siguiente:

La NASA ofrecerá una conferencia de prensa a las 2 p.m. EST el jueves, 2 de diciembre, para comentar un hallazgo en astrobiología que tendrá impacto en la búsqueda de pruebas de vida extraterrestre. La astrobiología es el estudio del origen, evolución, distribución y futuro de la vida en el universo.

Sobre esta base, como suele resultar inevitable, pronto surgieron las primeras especulaciones sobre el hallazgo de vida extraterrestre; e inmediatamente a continuación, toda clase de suposiciones amplificadas por Internet, incluyendo los delirios habituales en estos casos.

A pesar de tanto ruido, la redacción de la nota de prensa –bastante común entre las que proporciona la NASA a menudo– parece cuidadosamente formulada para rechazar estas especulaciones: «un hallazgo en astrobiología que tendrá impacto en la búsqueda de pruebas de vida extraterrestre» no son «pruebas de vida extraterrestre». El embargo sobre su contenido terminó por alimentar aún más el bombo del asunto; no obstante, este embargo venía impuesto por Science –que es quien publica el paper– y constituye una práctica habitual para proteger la exclusiva.

No voy a decir que la NASA ignore la clase de efecto que un texto así tiene en la sociedad, e incluso que lo utilice para atraer atención, pero, honestamente… ¿de qué otra forma lo podrían decir? ¿Utilizando lenguaje abstruso que sólo entiendan los iniciados? Yo creo que esa sería una solución peor. Uno dice lo que tiene que decir, y lo que digan los demás ya es asunto de ellos. Nadie puede actuar pensando constantemente en quién sacará una conclusión inoportuna o exagerada de lo que hace; por ese camino, nunca se haría nada.

Arsénico.

Arsénico.

Del fósforo, del arsénico, de la vida y de la muerte.

Dicho esto, vamos al asunto, que tiene miga. Aunque a muchos pueda resultarles decepcionante (al menos en comparación con las expectativas generadas por gente que NO es de la NASA ni del equipo investigador), el descubrimiento de vida arsénica tiene un alcance extraordinario en «la búsqueda de pruebas de vida extraterrestre» y también en nuestra comprensión de la vida terrestre. ¿Por qué?

En primer lugar, porque el arsénico es un conocido veneno. Dicho en términos sencillos, un antagonista de la vida, y además uno de los más poderosos (no mezclar con el concepto bioquímico de antagonista). Se supone –se suponía hasta hace un rato– que allá donde hay mucho arsénico y no hay nada de fósforo, no puede haber vida. ¿A qué se debe esto? Fundamentalmente, a que el arsénico tiene un comportamiento bioquímico muy parecido al fósforo; tanto como para confundir a los seres vivos. En palabras de la doctora Felisa Wolfe-Simon, una de las participantes en la conferencia de prensa de la NASA:

Toda la vida que se conoce requiere fósforo (P), en forma de fosfatos inorgánicos (PO43– o Pi) y moléculas orgánicas que confienen fosfatos. El Pi sirve como columna vertebral de los ácidos nucleicos que constituyen el material genético y como el mayor almacén de energía química para el metabolismo, en los enlaces de polifosfatos.

El arsénico (As) se encuentra inmediatamente por debajo del fósforo en la tabla periódica, y por ello ambos elementos comparten muchas propiedades químicas, aunque la diferencia es lo bastante grande como para que el arsénico no pueda reemplazar directamente al fósforo en la bioquímica moderna. El arsénico es tóxico porque resulta lo bastante parecido al fósforo como para que los organismos intenten esta sustitución.

–Wolfe-Simon, Felisa; Davies, Paul C.; Anbar, Ariel D. (2009), «Did nature also choose arsenic?»,
en International Journal of Astrobiology, Volumen 8, Número 2, págs. 69-74.

Efectos del arsénico en el agua potable.

Incluso en cantidades bajas, la presencia de arsénico en los alimentos o el agua constituye un grave problema de salud pública. En la foto, un paciente bangladesí muestra los efectos de la intoxicación por esta sustancia en el agua de boca durante la reciente "crisis del arsénico" ( http://bicn.com/acic/ ). El desarrollo de agentes biorremediadores es de gran interés para combatir estos desastres.

En otras palabras: el cuerpo de los seres vivos absorbe arsénico creyendo que es fósforo, lo incorpora y entonces se encuentra con que el arsénico no le sirve para seguir desempeñando sus funciones biológicas. Como resultado, la actividad biológica queda interrumpida o alterada, la homeostasis se desarticula rápidamente y el ser vivo muere.

Suele decirse que la vida terrestre está basada en el agua, o en el carbono. O en el ADN-ARN. Pero, de la misma manera, podríamos afirmar que la vida terrestre está basada en el fósforo. Este no-metal con quince protones en su núcleo (y normalmente dieciséis neutrones, lo que suele resultar en el isótopo estable 31P) se presenta en varios alótropos de propiedades muy diferentes: fósforo blanco, fósforo rojo, fósforo violeta, fósforo negro, difósforo y nanopolímeros. Por su gran reactividad y su capacidad de interactuar agradable o desagradablemente con las cosas vivas, el fósforo blanco es muy conocido en la industria armamentística.

El fósforo forma parte esencial de la estructura del ADN y el ARN. Los fosfolípidos constituyen la sustancia fundamental de las membranas celulares activas. Por tanto, estamos ante uno de los materiales estructurales de la vida. Pero no sólo eso. Prácticamente todos los procesos celulares que consumen energía lo hacen a través de una molécula llamada adenosín-trifosfato (ATP), el vehículo de la energía vital. La fosforilación es, con mucha probabilidad, el mecanismo de regulación enzimática y metabólica más importante de todos. Sin fósforo, nunca habríamos llegado a ser. Sin fósforo, tú y yo no existiríamos. Y cuando el fósforo se ve reemplazado por el arsénico o cualquier otra cosa parecida, morimos sin remisión.

O, al menos, eso pensábamos hasta ayer.

Vida extraña.

Postulamos la hipótesis de que sistemas bioquímicos antiguos, análogos pero distintos a los conocidos hoy en día, podrían haber utilizado arseniatos en un papel biológico equivalente al de los fosfatos. Los organismos que utilizaran estos caminos bioquímicos de «vida extraña» podrían haber sustentado una «biosfera en la sombra» durante los tiempos del origen y la evolución temprana de la vida en la Tierra o en otros planetas. Estos organismos podrían incluso mantenerse en la Tierra hoy en día, no detectados, en nichos inusuales.

–Wolfe-Simon, Felisa; Davies, Paul C.; Anbar, Ariel D. (2009), «Did nature also choose arsenic?»,
en International Journal of Astrobiology, Volumen 8, Número 2, págs. 69-74.

Pteris vittata, un hiperacumulador de arsénico.

Pteris vittata, un hiperacumulador de arsénico.

Se conocían ya algunos organismos capaces de absorber arsénico e incluso incorporarlo parcialmente a sus funciones biológicas. Por ejemplo, el helecho Pteris vittata es un hiperacumulador del arsénico presente en algunos suelos (incluyendo suelos contaminados), lo que permite su uso en fitorremediación. Algunas bacterias y archaeas, como la Sulfurospirillum arsenophilum o varias crenarqueotas, pueden obtener energía de compuestos arsénicos mediante unas enzimas conocidas como arseniato-reductasas (Arr), reduciendo los arseniatos a arsenitos en lo que viene a constituir un mecanismo respiratorio.

Hace un par de años se descubrieron otras bacterias capaces de realizar algo muy parecido a la fotosíntesis en ausencia de oxígeno, utlizando arsenitos como donantes electrónicos y generando arseniatos en el proceso (exactamente igual que, en la fotosíntesis «normal», el agua actúa como donante de electrones para producir oxígeno); entre estas, parece encontrarse la cepa PHS-1 relacionada con la gamma-protebacteria Ectothiorhodospira shaposhnikovii. Por su parte, el moho Scopulariopsis brevicaulis puede metabolizar cantidades significativas de arsénico inorgánico mediante metilación y algunos peces, crustáceos del tipo del marisco, algas y hongos procesan el arsénico ambiental de forma parecida para dar lugar a la arsenobetaína (que constituye una parte significativa del arsénico presente en la sangre humana, sobre todo después de zamparse una cierta cantidad de estos seres).

Lo que nunca se había manifestado es lo que aparece en el escrito para Science que se ha dado a conocer con esta conferencia de prensa:

La vida está fundamentalmente compuesta por los elementos carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo. Aunque estos seis elementos forman los ácidos nucleicos, las proteíanas y los lípidos, y por tanto constituyen el grueso de la materia viva, es teóricamente posible que otros elementos de la tabla periódica puedan desempeñar las mismas funciones. Describimos una bacteria, la cepa GFAJ-1 de las Halomonodaceae, que sustituye el fósforo por arsénico para mantener su crecimiento. Nuestros datos muestran pruebas de arseniatos en macromoléculas que habitualmente contienen fosfatos, y muy notablemente en los ácidos nucleicos y las proteínas. El intercambio de uno de los bio-elementos principales podría tener un significado evolutivo y geoquímico profundo. […]

Notificamos el descubrimiento de un microbio inusual, la cepa GFAJ-1, que excepcionalmente puede variar la composición elemental de sus biomoléculas básicas sustituyendo fósforo por arsénico. La manera en que el arsénico se incorpora a la estructura de estas biomoléculas no está clara, y los mecanismos mediante los que operan las mismas son desconocidos.

–Wolfe-Simon et al. (2010), «A bacterium that can grow by using arsenic instead of phosporus»,
en Science Express, 2 de diciembre de 2010.

El Lago Mono es un lago alcalino (pH =10) de muy alta salinidad situado en el extremo oriental del estado norteamericano de California, en la Sierra Nevada estadounidense. Aunque el lago en sí no debe alcanzar el millón de años de antigüedad, y seguramente se formó durante la erupción volcánica de Long Valley, la estructura geológica bajo la capa de cenizas apunta a fechas muy anteriores; podría tratarse de uno de los lagos más antiguos de los Estados Unidos. Aunque el nombre Mono también se nos antoja español –y sería exquisitamente adecuado–, en realidad procede de los anteriores habitantes de esas tierras.

Lago Mono, California.

El lago Mono, en la Sierra Nevada de California (EEUU), presenta una elevada concentración de sales de arsénico. Este ha sido el lugar del descubrimiento.

Forma parte de una cuenca endorreica, es decir, sin salida al mar. Esto significa que todos los materiales arrastrados por la lluvia y demás quedan concentrados en el lago, mientras el agua se va evaporando lentamente. Esto forma lagos con gran densidad de sales, que en el caso del Mono tienen un importante componente de arsénico. A pesar de ello, se trata de un espacio de alto valor ecológico, clave para la migración de numerosas aves. No obstante, como vivir, en él sólo viven algunas especies muy especialitas como el crustáceo de aguas salobres Artemia monica, las «moscas alcalinas» Ephydra hians y una serie de algas y bacterias de rasgos extremófilos adaptadas a semejante ambiente.

Lo que han hecho la Dra. Wolfe-Simon y su equipo ha sido tomar una bacteria de características extremófilas que ya había demostrado su resistencia al arsénico en este Lago Mono y cultivarla artificialmente en distintas etapas, con una cantidad cada vez menor de fósforo y mayor de arsénico en los nutrientes. El propósito de estas acciones era provocar tanta sustitución de fósforo por arsénico como fuera posible en el microorganismo. Cuando finalmente lo introdujeron en un medio sin ningún fósforo añadido, sino sólo con un arseniato (AsO43–) y glucosa, ocurrió lo siguiente:

GFAJ-1 creció a un promedio μmax de 0,53 días–1 bajo +As/–P, multiplicando el número de células más de veinte veces después de seis días. Crecía más deprisa y más extensamente al añadirle [fosfato] […] Pero de todos modos, cuando no se añadió [ni arsénico ni fósforo], no se observó ningún crecimiento. Incluímos tanto la densidad óptica como el recuento de células para demostrar sin ambiguedad alguna el crecimiento utilizando dos métodos independientes.

Dicho en cristiano: GFAJ-1 seguía reproduciéndose en el arsénico, sin fósforo alguno (aunque al añadir fósforo lo hacía más rápido y mejor). Según la doctora Wolfe-Simon y sus colaboradores, esto significaría que esta bacteria es capaz de utilizar el arsénico como sustitutivo del fósforo para una diversidad de sus estructuras y procesos biológicos:

Aproximadamente el 96% del fósforo está presumiblemente distribuido entre las fracciones «lípidas» y «proteínicas». Si el AsO43– reemplaza el papel biológico del PO43–, entonces el [arsénico] debería estar actuando en muchos papeles bioquímicos análogos, incluyendo el ADN, la fosforilación de las proteínas […] y los fosfolípidos.

La cepa bacteriana GFAJ-1 (NASA TV).

La cepa bacteriana GFAJ-1, cultivada en arsénico (NASA TV).

O sea: que por primera vez tendríamos un microorganismo funcionando con un elemento distinto de los seis constituyentes básicos de la vida conocidos hasta ahora; elemento que, en otras condiciones, resulta un poderoso enemigo de la vida. Es decir: no se trataría de un extremófilo corriente que tolera la presencia del arsénico o incluso lo incorpora en algún proceso biológico, sino de un organismo capaz de abandonar el fósforo para pasar a constituirse con arsénico. Llevamos décadas especulando con posibles formas de vida extraterrestre no sustentadas en los bioelementos de la vida terrestre; esta sería la primera prueba de que tal cosa resulta verdaderamente posible. Nos hallaríamos al principio de una nueva bioquímica, de un nuevo ámbito de la vida.

La cosa tiene sus críticos (aparentemente minoritarios), que afirman que el experimento no ha demostrado fehacientemente (aún) la sustitución integral o mayoritaria del fósforo por arsénico en la GFAJ-1. Sin embargo, los autores del experimento han dado varios pasos significativos para demostrar este reemplazo; y aunque ciertamente no son definitivos por completo, sí apuntan con claridad a un descenso muy notable del fósforo y un incremento igualmente importante del arsénico en las biomoléculas del microorganismo. A falta de los siguientes estudios –que, visto el revuelo y la relevancia, seguramente no tardarán mucho– no resulta imprudente afirmar que se ha hallado una vida distinta de como la conocíamos.

Las implicaciones.

Si estos resultados se confirman, la importancia y el alcance del experimento anunciado ayer es colosal. Como ya he mencionado, nos hallaríamos ante una nueva bioquímica, algo muy distinto de lo conocido hasta ahora. Mil preguntas se agolpan: ¿cómo es un ADN que incorpora arsénico en vez de fósforo? ¿Cómo funciona la transferencia de energía, considerada hasta ahora competencia exclusiva del ATP? ¿Qué sustituye a la fosforilación, y de qué manera? ¿Qué otras sustituciones resultan posibles, y en qué combinaciones? Hay curro para generaciones enteras de biólogos y bioquímicos. :-D Y, por cierto, habrá que empezar a plantearse las posibles tecnologías derivadas, en medicina, en farmacología y en una multitud de campos. ;-)

Fumarola hidrotermal

Una fumarola hidrotermal submarina. Desde hace tiempo se postula que la vida pudo surgir en torno a ellas; este descubrimiento podría reforzar esta hipótesis.

Por otra parte, tal y como prometió la NASA, el impacto sobre la astrobiología es muy profundo. Si esto es lo que parece ser, estaríamos ante la demostración palmaria de que son posibles otras formas de vida no sustentadas en los bioelementos tradicionales, ampliando enormemente las posibilidades en otros mundos; hasta ahora sólo teníamos especulaciones, pero ahora comenzamos a disponer de hechos probados (siempre dependiendo de las correspondientes verificaciones). Si es posible una vida que utiliza arsénico en vez de fósforo… pues compi, entonces casi todo es posible. Silicio en vez de carbono. Metano en vez de agua. Vete tú a saber. (Insisto: sí, ya sé que sobre todo esto se ha especulado mucho. Pero una cosa es la especulación y otra muy distinta las pruebas.)

También se abren otras posibilidades fascinantes en el ámbito de la abiogénesis, es decir, la manera como surgió la vida; otro campo estrechamente relacionado con la astrobiología. Si son posibles otras formas de vida no sustentadas en los bioelementos tradicionales, ¿se dieron? ¿Pudo haber un segundo génesis (o un tercero, o un cuarto…) de cosas hasta ayer inimaginables, aunque sólo sobreviviera la vida terrestre que conocemos ahora? ¿Realmente sólo sobrevivió la vida que conocemos, o queda algo de esos «otros génesis» en algún rincón de la realidad? Incluso podríamos estar ante una expresión moderna de la forma de vida original, quizás surgida en las fumarolas hidrotermales submarinas ricas en arsénico y otras sustancias antiguamente consideradas «no prebióticas«.

A falta aún de verificar y explorar todo esto, la enseñanza profunda de lo sucedido ayer es que la ciencia ha hecho una vez más lo que mejor sabe hacer: desafiarse, corregirse, ampliarse a sí misma bajo el poder del estudio y la razón. No tenemos ninguna otra vía de adquisición del conocimiento capaz de hacer semejante cosa, constantemente. Por eso la ciencia es tan poderosa y nos ha dado tantas cosas en tan poco tiempo. Mañana, aunque no genere tanto impacto mediático, volverá a ocurrir. Y pasado. Y el día después de pasado. Y así sucesivamente, en un camino siempre ascendente, siempre mejor que difícilmente se acabará. La ciencia no contiene la verdad absoluta, pero sí nos proporciona lo más próximo a la verdad que la especie humana puede alcanzar en cada instante de su historia, ayer, hoy y por siempre jamás.

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¡Qué malo!Pschá.No está mal.Es bueno.¡¡¡Magnífico!!! (116 votos, media: 4,96 de 5)
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