Biologia

Bacterias: supervivencia en Liberia.
Autor: Stephen Hart

www.astroseti.org

- 08.04.2002 - 

El concepto de animación suspendida es la base argumental de docenas de películas y libros de ciencia-ficción. Si un proceso así puede llegar a funcionar con humanos, sin duda sea dentro de muchas décadas. Pero los exobiólogos cuentan con la animación suspendida como una de sus mejores posibilidades para encontrar vida en otros planetas, y especialmente en Marte. Esta primavera, Gene D. McDonald y sus colegas les han dado algunos motivos sólidos para la esperanza: las pruebas de que organismos unicelulares como la bacteria, los archaea y los hongos reparan el daño celular sufrido durante decenas de miles de años (y quizá mucho más tiempo) después de haber estado congelados.

Los científicos han sabido desde hace casi un siglo que los microorganismos pueden sobrevivir en el permafrost siberiano. Sin embargo, no se comprende del todo cómo lo hacen. El descubrimiento de McDonald se basa en el hecho de que incluso en el permafrost la animación parece que no se suspende del todo.

Incluso cuando todos los procesos vitales parecen haberse detenido, no lo han hecho todos los procesos que afectan a la vida. Los organismos congelados en el suelo siguen siendo bombardeados por la radiación procedente de los elementos del interior de ese mismo suelo. Y todas las moléculas tienen una cierta vibración a cualquier temperatura por encima del cero absoluto. De ese modo, el ADN y otras moléculas importantes continúan protegiendo frente la amenaza a la vida. Para que los organismos sigan siendo viables durante largos periodos de tiempo, deben mantener de algún modo un nivel mínimo de reparación molecular.

"Una de las razones por las que hemos hecho este trabajo es que se ha venido creyendo que los organismos enterrados en el permafrost durante decenas de miles o centenares de miles de años eran metabólicamente inactivos", dice McDonald. Pero se preguntaba: si permanecen completamente inactivas, ¿cuánta radiación perjudicial podían soportar las células?

Para responder a esa pregunta, McDonald y sus colegas Karen Brinton y Alexandre Tsapin, ambos trabajando con él en el JPL de Pasadena, y David Gilichinsky, de la Academia Rusa de Ciencias en Pushchino, necesitaban un indicador adecuado de la actividad reparadora molecular de las células alojadas en el permafrost siberiano del que obtenían sus muestras.

Uno de esos indicadores es el ritmo al que ciertos fragmentos constitutivos de las proteínas sufren un normal cambio molecular. Al tratarse de moléculas asimétricas, los aminoácidos se presentan en formas "diestras" y "zurdas", etiquetadas como D y L respectivamente. A cualquier temperatura por encima del cero absoluto, cualquier molécula individual de aminoácido cambiará de la forma D a la L y viceversa, en un proceso llamado racemización. Una cantidad de cualquier aminoácido dado, independientemente de sus proporciones iniciales de moléculas D y L, acabará por alcanzar un estado de equilibrio con aproximadamente el mismo número de moléculas de cada una de las dos configuraciones en todo momento.

McDonald dice que la velocidad de este proceso difiere de unos aminoácidos a otros y depende de la temperatura y otros parámetros del entorno. "Literalmente puede ser desde horas en el agua acidulada en ebullición hasta miles de millones de años en un sedimento seco y frío."

Este proceso, aunque normal en química, es contrario a la biología. Las proteínas de los organismos vivos no funcionan si contienen aminoácidos "diestros". Pero el proceso de diestros a zurdos y de zurdos a diestros se da ininterrumpidamente incluso en las células vivas. En consecuencia, explica McDonald, los organismos han desarrollado "encimas que básicamente rondan y rebuscan alrededor de los aminoácidos D, los "diestros", y acaban con ellos. Porque si los aminoácidos D alcanzan un nivel demasiado elevado pueden envenenar la síntesis de proteínas y, esencialmente, matar a la célula."

Estas encimas se muestran tan eficaces que una célula viva mantiene una proporción cercana a cero entre los aminoácidos D y L. Este proceso proporciona una especie de reloj para determinar la edad de las células muertas o de las células con la actividad molecular suspendida. Una vez que se detiene el proceso de reparación el reloj comienza a correr, y el nivel de aminoácidos "diestros" crece lentamente.

"Si sabes cuál es la temperatura del ambiente, y si has medido el ritmo de racemización (el cambio molecular) a esa temperatura, entonces podrás predecir cuál sería la cantidad de racemización para una edad dada", dice McDonald.

Los aminoácidos sufren estos cambios D a L y a D a diferentes ritmos, así que McDonald eligió para su estudio al aminoácido más veloz, el llamado ácido aspártico. Para calibrar el reloj, el equipo estudio el ritmo al que el ácido aspártico cambiaba de "zurdo" a "diestro" a diferentes temperaturas, y aplicó la técnica de datación por carbono 14 a las muestras. Todos los organismos usan carbono del medio ambiente para fabricar sus moléculas con carbono. La cantidad de carbono 14, una forma radiactiva, decrece continuamente desde que la célula deja de construir nuevas moléculas con el carbono atmosférico: cuando muere o se congela, por ejemplo. Al medir la cantidad total de carbono 14 en una muestra, los investigadores tienen una vía independiente para determinar la edad de la muestra.

Los investigadores pueden extraer los resultados del reloj de aminoácidos de diversos modos. Como el proceso depende de la temperatura, McDonald comparó la temperatura prevista para la cantidad de aminoácidos "diestros" de la muestra con la temperatura media del permafrost a la profundidad de esa muestra.

El reloj de aminoácidos sugería que las muestras habían estado expuestas permanentemente a temperaturas de -19ºC. Pero la temperatura obtenida en el permafrost es entre 6 y 8 grados más alta. Cuando los resultados del reloj se muestran como temperatura, más frío significa menor cantidad de ácido aspártico "diestro".

¿Qué podía explicar la discrepancia?

"Si hay menos cantidad de la forma "diestra" de lo que sería de esperar si no hubiera tenido lugar actividad biológica", dice McDonald, "entonces la única explicación real para ello es que los organismos detectan estos aminoácidos D y lo eliminan". Las encimas convierten los aminoácidos D en la forma L, o bien los descomponen y reciclan partes de su molécula.

McDonald y sus colegas sugieren dos posible modos por los cuales los organismos del suelo han continuado con este mantenimiento molecular. Primero, el permafrost puede que haya sido calentado con cierta periodicidad, deshelando los organismos congelados. Pero una investigación independiente muestra solamente muy bajos niveles de actividad molecular en las muestras de permafrost.

La segunda posibilidad es que el organismo siga detectando ácido aspártico "diestro" incluso a las temperaturas del permafrost. Este proceso sería lento pero estable. Y si los organismos están llevando a cabo este mantenimiento relacionado con el ácido aspártico, argumenta McDonald, puede darse también un mantenimiento relacionado con el ADN y con otras biomoléculas esenciales (aunque no hay todavía prueba directa de esto). Los resultados de McDonald sugieren que los organismos que habitan en el permafrost pueden continuar con esta labor durante por lo menos 30.000 años.

"En absoluto podemos probarlo, pero la suposición es que, esencialmente, no hay división celular. Así que estamos hablando acerca de una población celular que básicamente ha estado ahí desde que se depositó el permafrost", dice McDonald.

Hacia Marte

"Se publican un montón de noticias sobre exobiología, pero muy pocas tienen relación auténtica con los objetivos de la exobiología", dice E. Imre Friedmann, un ecólogo microbiólogo y astrobiólogo en el Ames Research Center de la NASA.

"Esta es una de esas que tienen auténtica relación con los fines de la exobiología. Es un posible método para documentar la actividad microbiana en el permafrost marciano."

Mientras que los expertos en Marte han ido reuniendo pruebas de presencia de hielo en Marte durante algún tiempo, los resultados de mayo de la nave Odyssey muestran grandes cantidades de hielo subterráneo.

Friedmann dice que el reloj aminoácido podría ayudar a determinar si alguna vez existió vida en Marte, o incluso si en la actualidad reside algún organismo vivo en el permafrost marciano.

"Una vez dicho eso, no es algo que vayamos a conseguir mañana. Porque para usar este método tenemos que ir a Marte y hacer calas en su superficie para alcanzar el permafrost y extraerlo. No es algo que se vaya a hacer el próximo año. Pero la técnica es una preparación muy importante para etapas más avanzadas de la exploración marciana".

Calar la superficie sería un primer paso imprescindible porque la superficie de Marte no puede albergar agua líquida. "Las condiciones a mucha profundidad bajo la superficie pueden ser más aptas para la vida", dice Friedmann. "Pero desde luego se trata de algo desconocido".

Friedmann afirma que el permafrost marciano es el lugar en el que es más probable encontrar vida en ese planeta. Pero para que haya sobrevivido la vida, incluso en su forma de más suspendida animación, los organismos tendrán que haber sobrevivido durante mucho más tiempo que en la Tierra.

"El más antiguo permafrost siberiano es de unos tres millones de años de edad", dice Friedmann. "En Marte, la vida, si la hubo, probablemente desapareció hace unos tres mil millones de años. Miles de millones. Así que hay una enorme diferencia entre las condiciones de la Tierra y las de Marte. Aunque no es imposible que lleguemos a encontrar bacterias vivas, no cerca de la superficie sino a bastante profundidad".

¿Y qué más?

McDonald diseña diversos usos para el reloj de aminoácidos en la Tierra y en Marte. Aquí, planea obtener muestras del permafrost de Alaska, y del más profundo del subsuelo siberiano. Igual que en Marte, dice, "hay varios instrumentos en desarrollo que medirían la proporción de aminoácidos D y L en Marte desde una nave o un vehículo." Y el Mars Lander previsto para el 2009 puede tener una sonda capaz de obtener muestras de permafrost, si es que una nave puede alcanzar las zonas del planeta susceptibles detener ese permafrost, lo que no es tan fácil. Si esos instrumentos funcionan, tendrían que salvar el considerable problema de transportar las muestras de permafrost marciano de vuelta a la Tierra.

En el laboratorio. McDonald espera examinar la utilización de encimas de los organismos para mantener una proporción de aminoácidos viable. "Me interesan como van estos organismos hacia delante y hacia atrás, por ejemplo, entre las encimas que necesitan oxígeno y otras encimas que no lo necesitan para sus trabajos de reparación", dice. "No sabemos en realidad cómo funcionan estas encimas. Podría tratarse de las mismas encimas que usarían a altas temperaturas, o quizá podrían haber desarrollado una encima diferente, o un diferente modo de usarla. No lo sabemos. Es una de esas cosas que nos gustaría observar".