NeoFronteras

Supervivencia a la hipergravedad de los microorganismos

Área: Biología,Espacio — Lunes, 2 de Mayo de 2011

Algunas bacterias sobreviven a condiciones de hiperaceleración equivalentes a 400.000 g, lo que favorecería la idea de que se puede dar la vida en lugares exóticos del Universo y que la panspermia es plausible.

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Bolita (de 3 mm) de E. coli sometidas a hiperaceleración. Fuente: PNAS.

¿Cuales son los límites de la vida? Realmente no lo sabemos. A lo más podemos investigar los límites de la vida tal y como la conocemos, es decir, de la vida en la Tierra. Como no conocemos la vida en otros lugares sólo podemos especular acerca de ella o inventar relatos o novelas de ciencia ficción. Estrictamente, a la Exobiología le pasa igual que a la Teología, que el objeto de estudio no se deja ver. Por tanto, todos los estudios científicos de Exobiología en realidad son sobre extremófilos o, por el contrario, son puras especulaciones basadas en extrapolaciones.
Pero en los últimos años hemos explorado cómo ciertos microorganismos proliferar en ambientes extremadamente ácidos, alcalinos o radiactivos, o a muy alta temperatura y presión. Incluso hay vida en las rocas a miles de metros de profundidad en la corteza terrestre. Básicamente la vida microbiana terrestre parece sobrevivir siempre y cuando haya agua líquida. De hecho, podría sobrevivir en otros sitios del sistema solar, como en el subsuelo marciano.
Pero no hay ningún ambiente terrestre en el que los microorganismos experimenten una aceleración de gravedad distinta a 1 g (≈10 m/s2). Si queremos saber cómo se comportan a otros valores de g no tenemos más remedio que recurrir al laboratorio.
Pues bien, dicho y hecho, Shigeru Deguchi, del la Agencia Japonesa de Tecnología, Ciencias Marinas y de la Tierra, y sus colaboradores se dedicaron a someter a diversos microorganismos a aceleraciones tremendas valiéndose de una centrifugadora.
Encontraron que las bacterias del suelo Paracoccus dentrificans y la habitual de los laboratorios E. coli son capaces de resistir más de 400.000 g de aceleración. Esta característica probablemente sea compartida por muchas otras especies de bacterias. Para hacernos una idea de esa aceleración mencionemos que un objeto material sometido a 4000.000 m/s2 pasa de 0 km/s a 4000 km/s en un segundo. Los resultados han sido publicados en la revista PNAS.
Las bacterias no solamente sobrevivieron, sino que se reprodujeron con normalidad, pese a la “hipergravedad” de 403.627 g a la que estaban sometidas. Esto demostraría que la vida (incluso la terrestre) podría sobrevivir a condiciones de alta gravedad en cuerpos exóticos. Por ejemplo, hay estrellas enanas marrones con muy alta gravedad (100 g) en las que la temperatura es lo suficientemente baja como para que haya moléculas orgánicas estables. Si la vida terrestre puede sobrevivir en una de esas estrellas es más que probable que una vida evolucionada allí prolifere sin problemas. Recordemos que las estrellas enanas marrones son estrellas que no tienen masa suficiente como para producir las reacciones nucleares que tienen lugar en las demás estrellas (aunque en algún momento algunas pueden fusionar deuterio). Estas estrellas emiten principalmente en el infrarrojo.
Además, si alguno de estos microorganismos de este tipo viaja en un meteorito puede sobrevivir a la desaceleración producida por el impacto si el meteorito cae en otro planeta. Por tanto, el resultado apoyaría la posibilidad de la panspermia, que sostiene que la vida puede originarse en un sitio, pero se transportada a otros gracias a cometas u otro tipo de cuerpos. En su caída sobre un planeta sembrarían la vida si dicho planeta reúne las condiciones necesarias.
Según los investigadores la razón por la que estos microorganismos sobreviven a este tipo de gravedad intensa se debería al tamaño y estructura de los mismos. Cuanto más pequeño es un organismo menos masa tiene y es menos sensible a las fuerzas de gravedad (o a la aceleración). Además las bacterias son células procariotas con una estructura interna muy simple que carece de núcleo y otros orgánulos.
Las células eucariotas tienen núcleo, mitocondrias, cloroplastos (en el caso de las plantas) y otros tipos de orgánulos. Los orgánulos, aunque tengan una densidad muy similar respecto al medio tenderán a sedimentarse en el fondo si se somete a la célula a fuertes aceleraciones. Las bacterias no tienen este problema y pueden sobrevivir mejor.
Entre los microorganismos estudiados también estaba Shewanella amazonensis, Lactobacillus delbrueckii o la levadurra Saccharomyces cerevisiae (eucariota). Los investigadores no saben por qué algunas bacterias son más resistentes que otras a la hiperaceleración.
Es casi inevitable que después de este estudio a uno no se le venga a la cabeza la novela de Hal Clement “Mission of Gravity”, un clásico de la ciencia ficción de 1954. Y también “Dragon’s Egg” (de 1980) de Robert L. Forward.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
JAMSTEC.

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11 Comentarios

  1. joabbl:

    Un pequeño error : 1 g=10m/s/s (más o menos) en vez de 1. El resultado es muy interesante. Quizá podrían existir organismos más complejos que puedan soportar, digamos, docenas de g. La panspermia es una idea muy interesante. Si los metales pesados de la corteza terrestre vienen de explosiones de lejanas supernovas, ¿por qué la vida no puede venir también de lugares exóticos y ajenos a la Tierra?

    Saludos

  2. NeoFronteras:

    Gracias. Sí, se había escapado un cero. Ya está corregido.

    En cuanto a la panspermia, el problema es la supervivencia de esos microorganismos al vacío espacial y, sobre todo, a la radiación que impera allí. Cualquier viaje de ese tipo es milenario como mínimo y a la llegada cualquier sustancia orgánica estará muy degradada por la radiación. Quizás, a nivel de un mismo sistema solar, no sea tan descabellado.

  3. pvl:

    Cada vez estoy más convencido que la panspermia es la explicación más factible para el surgimiento de vida en la Tierra. Estoy casi convencido que en un planeta habitado entre otras formas de vida por microbios como los que habitan a Km de profundidad bajo la superficie terrestre que se vea sometido a un cataclismo tipo impacto de asteroide con partes del mismo expulsados al espacio (como pudo ser el impacto que pudo originar la Luna), esos microorganismos ni se enterarían.

  4. NeoFronteras:

    La panspermia no resuelve el problema del origen de la vida, simplemente lo traslada.

  5. Nemo:

    Efectivamente, la fuerza neta debida a la aceleración sufrida por la membrana de una bacteria -de interior líquido-, a su vez en un medio líquido, no es proporcional a la masa de la bacteria sino a la diferencia de densidad de la misma respecto al medio. Lo mismo para cualquier estructura interna. Pero en un viaje espacial, a parte de la radiación y la desaceleración del impacto, está la cuestión del calor generado en la colisión. Si la bacteria proviene de un planeta sólido en el interior de un cuerpo de gran volumen (única manera de tener una inercia térmica que la proteja) dificilmente sobrevivirá en el centro de otro gaseoso, y si cae en un uno rocoso ese escudo se romperá y se calcinará. No parece fácil.

  6. NeoFronteras:

    Si las bacterias están sumergidas en un líquido (como parece en este caso), sea agua o caldo de cultivo, hay otro efecto sobre ellas. Bajo una aceleración de gravedad tal la columna de líquido ejerce una presión enorme igual a p=ρgh. Por un lado tiende a cohesionar la bacteria y por otro puede estrujarla demasiado.
    Esto tendría importancia sobre todo en la primera generación, es de suponer que según se reproducen sería distinto.
    Fundamentalmente el límite está en que sus estructuras internas aguanten, porque esa diferencia de densidad puede tornarse importante a ese nivel de g.

  7. tomás:

    Creo que, si no hay ninguna vacuola de gas en el interior de la bacteria, el aumento de la presión exterior sobre la membrana será compensado fácilmente por el citoplasma que, al ser líquido, será poco comprensible por lo que la seguridad de la membrana es muy alta. Los orgánulos internos, como ribosomas e incluso el nucleoide, son de textura más bien gelatinosa, por lo que también tendrán mucha estabilidad. Pero claro, si consideramos altísimas presiones, es muy posible que el diferente aumento de densidades, -porque algo han de aumentar- y la distinta resistencia cohesionada de cada uno de los distintos orgánulos, no soporten por igual los cambios, lo que daría lugar a roturas. Por tanto parece muy posible alta resistencia, como dice el artículo, a un cambio súbito de velocidad, que se traduce en incremento de presión. Otra cosa es la temperatura, donde las variaciones no pueden ser grandes: como mucho unos pocos cientos de ºC.

  8. Nemo:

    Con respecto a los cambios de presión, sobre todo con vacuolas o sistemas abiertos con gases, la resistencia al aumento es superior en varios órdenes al descenso en la mayoría de organismos vivos, incluso en nuestro caso. Se supone que una bacteria simple podría vivir a 10 ó 100 veces la presión de su medio original, pero ¿podría hacerlo a 0,10 veces? En el espacio estaría a presión 0. Además, está la cuestión de la congelación, que puede destruir membranas y otras estructuras si se forman cristales.

  9. tomás:

    Pues sí, Nemo. Incluso a muy baja presión podrían crearse esas vacuolas, lo que podría ser impedido por una casi-congelación que no llegase a estropear las estructuras.

  10. Nemo:

    El problema son las vacuolas y su aumento de volumen al descender la presión. Incluso sin haberlas, se forman burbujas a partir de los gases disueltos en el interior líquido de las bacterias. El resultado es la destrucción de la membrana y otras estructuras cerradas.

  11. tomás:

    Es lo que quería decir y que tú has desarrollado.

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