Intraterrestres

Una de las obras más famosas de Julio Verne es "Viaje al centro de la Tierra". Para cualquiera que haya leído el libro, o visto una de las muchas versiones cinematográficas, no le costará recordar que los valerosos exploradores se metían por un volcán e iban encontrando formas de vida prehistóricas como los plesiosauros, según iban descendiendo en las profundidades terrestres. Lo cierto es que Verne no parecía andar muy desencaminado. Los volcanes tienen que ver con esta historia. Y si profundizamos en la corteza terrestre vamos encontrando formas vivas, pero no son gigantescas criaturas, sino microorganismos.

Almohadas de basalto de los fondos oceánicos.

Por ahora los microorganismos mejor estudiados son los de la corteza de los fondos marinos que aquellos que viven en la roca profundos. El motivo es simple, son más fáciles de recolectar. Además, en los fondos marinos se encuentran las dorsales oceánicas, los lugares donde se forma la nueva corteza terrestre. Los volcanes submarinos que forman dichas dorsales no paran de vomitar roca fundida que en contacto con el agua se enfría rápidamente y forma las conocidas como almohadas de basalto. Debido al rápido enfriamiento tienen una corteza formada por cristal basáltico. Estas rocas son ricas en compuestos inorgánicos reducidos y eso es una fuente de energía que pueden aprovechar los microorganismos quimiolitotrofos. De hecho, en el laboratorio se pudo comprobar este último aserto. Sin embargo quedaba comprobarlo en el fondo marino. Y claro, no es fácil trabajar a profundidades de más 5.000 metros y con presiones casi 600 veces mayores de la que tenemos a nivel del mar.

Imagen de perforaciones tubulares formadas en la corteza cristalina de una almohada basáltica. Se piensa que estas perforaciones han sido producidas por microorganismos quimiolitotrofos que se "comerían" dicho cristal.

El caso es que se ha podido hacer, aunque indirectamente. En la revista Nature se publicó recientemente un estudio en el cual se demostraba la gran abundancia de microorganismos en las rocas basálticas de dichas dorsales. Los investigadores utilizaron una combinación de tres técnicas: PCR cuantitativo, microscopía e hibridación de ácidos nucleicos in situ. Mediante dichas técnicas han determinado que hay entre 1.000 a 10.000 veces más microorganismos en los fondos basálticos que en el agua que los cubre.

Microscopía de fluorescencia de una muestra con microorganismos endolíticos (endolítico = dentro de la piedra). En verde fluoresce el mineral y en rojo las bacterias

No sólo eso. También han encontrado que la biodiversidad es completamente distinta. En el agua de los fondos marinos hay entre 8.000 a 90.000 microorganismos por mililitro. La mitad de ellos pertenecen al dominio Bacteria y la otra mitad al dominio Archaea. En las rocas basálticas se han encontrado con densidades entre 3 y 1000 millones por gramo de roca. Y más del 90% de dichos microorganismos pertenecen al dominio Bacteria. Y de estas, casi todas son de las gamma-proteobacteria.

¿Y eso es mucho o poco? Pues para hacernos una idea, el número de microorganismos que hay en el suelo agrícola es superior a los 10.000 millones. Así que el basalto quizás no sea un jardín del Edén bacteriano, pero tampoco es un sitio pobre e inhóspito.

¿Y que hay de comer para que haya tantos microorganismos? Pues esa es una buena pregunta pero que todavía no tiene respuesta. Se cree que la base de la pirámide trófica son microorganismos quimiolitotrofos o mixotrofos que oxidarían el azufre, el hierro y el manganeso presentes en el cristal basáltico. En el laboratorio eso está confirmado experimentalmente. Pero en la Naturaleza ... Digamos que por ahora no. De todas formas, se ha calculado el impacto en los ciclos biogeoquímicos de dichos microorganismos intraterrestres y al parecer podrían ser los responsables de la fijación anual de unas 500.000 toneladas de carbono.

No está nada mal para unos seres que hasta hace poco ni siquiera sabíamos de su existencia.

Enlaces relacionados con el tema: Intraterrestres (2ª parte)

Esta entrada ha sido traducida al inglés y seleccionada por el blog de la ASM "Small things considered" a cargo de Moselio Schaeter.

Audio en "El podcast del microbio"

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Las bacterias y la paradoja de Einstein

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Cuando Einstein intentaba explicar su famosa Teoría de la Relatividad a menudo acudía a ejemplos simples y sencillos. Uno de los más famosos es la paradoja del viaje en el tiempo. Más o menos es como sigue:

Una persona descubre como viajar en el tiempo. Con dicha máquina viaja al pasado y mata a su padre antes de que conozca a su madre, por lo cual el viajero temporal no ha nacido. Y si no ha nacido no puede inventar la máquina del tiempo.

Bart se multiplicará por cero si viaja al pasado y evita que Homer conozca a Marge

Dejando aparte universos paralelos, líneas temporales, supercuerdas y con el permiso de Stephen Hawking, al parecer las bacterias "han solucionado" la paradoja arriba indicada.

Un grupo de la Universidad de Rutgers (New Jersey) ha realizado un curioso experimento. En su universidad guardaban congeladas cepas aisladas de suelos recogidas entre 1960 y los 70. En concreto usaron dos cepas de Klebsiella pneumoniae y una del género Alcaligenes. Hasta ahí nada raro, cualquier estudiante de Biología sabe que los microorganismos pueden permanecer congelados durante largos períodos de tiempo. Es decir, esos microorganismos estaban metabólicamente activos cuando la gente ya había visto la película "La maquina del tiempo" y escuchado cantar a los Rolling Stone decir que no estaban satisfechos. En esos años en el mundo de la medicina se empleaban los antibióticos casi sin restricciones y el problema de la resistencia a dichos compuestos aun no preocupaba a las autoridades sanitarias. De hecho, muchos antibióticos sintéticos que utilizamos actualmente ni siquiera existían.

Ciprofloxacina, un inhibidor de la DNA girasa

Pues bien, a dicho grupo se le ha ocurrido poner a los microorganismos de dicha época en medios de cultivo conteniendo antibióticos sintéticos desarrollados a finales de los años 80 como la ciprofloxacina. Y lo que han encontrado es que muchos de ellos son resistentes a dichos antibióticos. Volviendo al ejemplo de la paradoja de Einstein, es como si el viajero en el tiempo se encontrara con que su padre utiliza una armadura que su arma no puede atravesar.

Si lo pensamos un poco esto no debería de ser tan sorprendente. Los antibióticos son una especie de "arma química" desarrollada por muchos microorganismos que viven en el suelo. Es una forma de eliminar a la competencia por los nutrientes. Por ello no es de extrañar que se hayan desarrollado defensas contra ellos como una parte de la carrera de armamentos evolutiva entre los microbios del suelo (algunas de esas defensas consisten en comerse al antibiótico). Y esas defensas antiguas bien pueden funcionar con antibióticos nuevos. El siguiente paso será caracterizar los genes responsables de dichas resistencias. Teniendo en cuenta como actua la ciprofloxacina mi apuesta es por una resistencia basada en bombas de expulsión, pero ya veremos.

Distintos mecanismos de resistencia a los antibióticos: Degradación, alteración y expulsión.

Para que luego digan que las bacterias son simples.

Audio relacionado en "El podcast del microbio"

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Número especial de la revista Science dedicado a la Ecología Microbiana

El ejemplar del 23 de mayo de la revista Science contiene una serie de artículos relacionados con la Ecología Microbiana. La revista es de pago, pero es posible acceder a ella desde los ordenadores de la biblioteca de la UMH (y probablemente también desde otras instituciones educativas o científicas). Aquí dejo una pequeña guía de los mismos.

• Perdidos en el Espacio Microbiano. Artículo de introducción.

• Las vidas interiores de las esponjas. Relaciones simbiónticas, compuestos bioactivos y la misteriosa distribución de bacteria en el interior de estos invertebrados.

• Relaciones confusas. El entendimiento de la evolución y la ecología microbiana se basa principalmente en un buen sistema de clasificación de los microorganismos, pero es difícil llegar a uno cuando no podemos dar una respuesta simple a la pregunta ¿Qué es una especie microbiana?.

• Los motores microbianos que impulsan los ciclos biogeoquímicos terrestres. Virtualmente todas las transferencias de electrones que se dan en la Tierra se dan gracias a un conjunto de nanomáquinas biológicas que conocemos por proteínas y grupos prostéticos. Esas nanomaquinas evolucionaron exclusivamente dentro de los microbios en una etapa muy temprana de la historia de este planeta y los genes que las codifican se han mantenido muy conservados. Cuanto mayor sea nuestro conocimiento de su evolución, funcionamiento y control mejor entenderemos su papel a escala planetaria.

• Biogeografía Microbiana. De la taxonomía a los caracteres. La variación biogeográfica de los seres vivos se ha estudiado tradicionalmente usando la taxonomía. Pero esto está cambiando en el campo de la microbiología. Las pautas de variación de determinados caracteres -tamaño del genoma, número de ribosomas, tamaño celular- está comenzando a dar respuestas a las preguntas de porqué un ser vivo vive en un determinado lugar y cómo responde a un cambio ambiental.

• Ecología Microbiana de la Biogeoquímica Oceánica. La perspectiva de la comunidad. La diversidad microbiana de los océanos es enorme. Diferentes grupos funcionales compuestos de bacterias, arqueas y protistas dominan diversos hábitats e impulsan ciclos biogeoquímicos. Las comunidades planctónicas cambian continuamente debido a la mortalidad, relaciones simbióticas y otros procesos por lo que hay una gran presión de selección sobre los distintos microorganismos.

También aparecen unos artículos publicados exclusivamente en internet que serán accesibles a partir del 27 de mayo.

• Un nicho a la medida. Dedicado al estudio de los mecanismos de señalización entre los microorganismos -benignos o patógenos- y sus hospedadores.

• Diversificación de la función de la señalización Célula-a-Célula en la regulación de la virulencia en Xanthomonadas, un grupo de patógenos de plantas bacterianos.

• Modulación por bacterias de las rutas de señalización celular en la homeostasis intestinal

• ETosis: Una nueva ruta de Muerte Celular

Un artículo en español sobre el mismo tema: "Metagenómica, genómica y ecología molecular: la nueva ecología en el bicentenario de Darwin".

Mareas rojas y pie de atleta.

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Marea roja en la playa californiana de La Jolla. El muelle Scripps tiene unos 300 metros de largo.

Si a día de hoy a un ciudadano medio le pregunáramos su opinión sobre la "marea roja" es probable que respondiese algo relacionado con la selección de fútbol seguido de algún comentario sobre su incapacidad manifiesta de hacer un buen papel. Pero sin embargo el término "marea roja" hace referencia a un fenómeno biológico en el que un determinado tipo de algas microscópicas, comienzan a proliferar sin control tiñendo las aguas marinas de un color rojizo. Lo malo es que estas algas rojas suelen estar cargadas de toxinas y dichas explosiones poblacionales suelen producir graves daños en las piscifactorías, en diversas especies marinas e incluso pueden provocar la clausura de playas con el consiguiente daño económico.


Hay varios grupos que las estudian para intentar prevenirlas o controlarlas y evitar dichos efectos perjudiciales. Uno de esos grupos es el del Dr. Takuji Nakashima del Instituto Nacional de Tecnología y Evaluación en la ciudad de Chiba. Este grupo ha investigado el efecto de compuestos antifúngicos en dos especies de microalgas muy comunes en esas mareas rojas: Chattonella marina (Raphidophyceae) y Heterocapsa circularisquama (Dinoflagellata).

Chatonella marina

Los ciclos de vida de dichos dinoflagelados son bastante similares a los de los hongos dermatofitos que causan el pie de atleta, así que se decidió estudiar el efecto de los antifúngicos bifonazol y terbinafina en dichas algas. En el laboratorio se establecieron cultivos de dichas algas y se les añadió dichos compuestos. Se encontró que con dosis de 1 miligramo por litro podían acabar con el 50% de dichas microalgas. Dichos compuestos parecen inhibir la síntesis de esteroles esenciales para la integridad de las membranas celulares del alga.

Ahora viene la segunda parte. ¿Servirán estos compuestos para evitar las mareas rojas?. En principio se ha encontrado una forma de controlar dichas poblaciones, pero eso implica liberar grandes cantidades de dichos compuestos antifúngicos en el medio ambiente. Ambos son de la familia de los imidazoles y su permanencia en el medio ambiente es elevada. Luego eso implica que podrían tener algún efecto secundario sobre otros seres vivos. Una forma de solventar este problema es el desarrollo de nuevas moléculas que tengan un efecto similar. Se ha encontrado una diana, ahora hay que mejorar el proyectil.

Otro problema es el de las cantidades a usar. Supongamos una marea roja que ocupe una pequeña bahía. Estaríamos hablando de un volumen de agua de unos 10 kilómetros de largo por 1 kilómetro de ancho y 1 metro de profundidad. Es decir, 10 millones de metros cúbicos o lo que es lo mismo 10.000 millones de litros (ver plano de abajo). Teniendo en cuenta la dosis arriba indicada necesitaríamos 10 toneladas de dichos productos para producir un 50 % de mortalidad en dichas especies de microalgas. Y tengamos en cuenta que otras especies de microalgas pueden no verse afectadas por dichas sustancias.

Finalmente está el problema de como liberar dichos compuestos en el ambiente marino. En la revista Nature hablan de una máquina movida por energía solar y guiada por satélite. Las mareas rojas se pueden seguir muy bien mediante satélites artificiales gracias a los pigmentos fotosintéticos de las algas. Dicha máquina portaría un tanque con el compuesto y lo liberaría en determinadas zonas en las cuales se detectase esas explosiones de microalgas.

De todas formas es un paso más y quizás sea el inicio de una nueva forma de evitar dichas mareas.

Audio en "El podcast del microbio"

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