Preguntas talmúdicas: Procariotas en huelga

¿Qué pasaría si todas las bacterias y arqueas de la Tierra decidieran ir a la huelga y parar de golpe su metabolismo? ¿Cúales de los ciclos globales de materia se verían afectados primero? ¿Cúanto tardaría la vida, tal y como la conocemos, en paralizarse?

David Lipson propuso los siguientes escenarios:

Primer Escenario.- Ciclo del nitrógeno. En una semana los seres vivos pluricelulares (plantas y animales) acabarían con las formas asimilables del nitrógeno. Unos datos. La concentración de nitrógeno en el suelo oscila entre 0,1 y 1 g N /m2. El requerimiento de una planta es de 5 a 50 g N/m2/año. Así que en un tiempo de 1/50 año, una planta habría acabado con el nitrógeno y pararía su crecimiento. Eso es una semana.

Sin plantas no habría fotosíntesis, pero si recordamos la pregunta, tampoco habría fotosíntesis oceánica, pues esta es debida sobre todo a las cianobacterias y proclorofitas. Así que los aerobios lo ibamos a tener un poco mal en ese mundo. Los anaerobios eucariotas unicelulares no lo iban a pasar mal inicialmente pues se iban a encontar con un montón de materia orgánica a su disposición. Pero el problema del nitrógeno sigue siendo el mismo porque sólo los procariotas pueden transformar el Nitrógeno gaseoso (N2) en Amonio (NH3). Y luego otros procariotas son los únicos que pueden transformar ese amonio en nitrito (NO2-) y nitratos (NO3-).

Segundo escenario: Las plantas siguen vivas debido a la gran cantidad de fertilizante disponible, pero la respiración microbiana se para. Esto provocaría que hasta unas 60 Gigatoneladas de carbono al año fueran absorbidas desde la atmósfera y quedaran fijadas en la biomasa no descompuesta. En unos 12 años y medio no habría CO2 en la atmósfera por lo que las plantas morirían y se iniciaría una glaciación global conocida como "Tierra Bola de Nieve".

En cualquier caso, creo que los seres humanos lo pasaríamos francamente mal.

Preguntas talmúdicas: Fijación del nitrógeno y Endosimbiosis

La segunda pregunta talmúdica fue:

¿Por qué los endosimbiontes fijadores del nitrógeno no han evolucionado en orgánulos celulares ("azoplastos")?

La sensitividad de la nitrogenasa al oxígeno no es una respuesta satisfactoria. En la simbiosis Rhizobium-leguminosa han resuelto el problema

El resumen de las respuestas es el siguiente:

Una muy breve hablaba de que quizás estemos en "medio del proceso" y que dentro de un millón de años si que se puedan observar los "azoplastos".

Sin embargo otras intervenciones apuntaron diversos datos de interés.

En primer lugar, los eventos de endosimbiosis que dieron lugar a la mitocondria y al cloroplasto sucedieron hace muchísimo tiempo e involucraron a organismos unicelulares. Las endosimbiosis con microorganismos fijadores que conocemos se dan entre un pluricelular y un procariota. Es difícil que el procariota pase a la línea germinal. Pero no imposible, añadiría yo. Recordemos el caso de Wolbachia en invertebrados.

Adicionalmente, la explicación anterior no excluye a los eucariotas unicelulares en los cuales una endosimbiosis con un fijador de nitrógeno podría ser una gran ventaja. De hecho existen endosimbiontes fijadores con dinoflagelados, aunque aun no son orgánulos. Foster, R. A., E. J. Carpenter, and B. Bergman. 2006. Unicellular symbionts in open ocean dinoflagellates, radiolarians and tintinnids: Ultrastructural characterization and immuno-localization of phycoerythrin and nitrogenase. Journal of Phycology 42:453

Finalmente, la evolución desde la endosimbiosis a ser un orgánulo no es un proceso fácil. El huésped siempre pierde parte de su genoma en el proceso. Tan sólo hay que mirar a las mitocondrias y a los cloroplastos. Muchas de sus funciones son adquiridas por el hospedador.

Figura de un artículo de la revista EMBO sobre la evolución de la mitocondria y los organulos conocidos como hidrogenosomas y mitosomas. Inicialmente una proteobacteria estableció una endosimbiosis con un antecesor de los eucariotas. Se desconoce si ese proto-eucariota tenía núcleo o no. Hay dos posible hipótesis. La línea A postula que el hidrogenosoma y el mitosoma provienen de las mitocondrias. La línea B postula que la endosimbiosis entre la proteobacteria y el eucariota fue desplazada por una endosimbiosis con una eubacteria anaerobia que posteriormente dio lugar a dichos orgánulos.

Preguntas Talmúdicas: Los cultivos puros no son naturales

Como estamos en verano se me ha ocurrido dedicar los post del mes de agosto a las "preguntas talmúdicas" (*) que aparecen en el estupendo blog de Moselio Schaechter, "Small things considered". También voy a escribir un resumen de las respuestas obtenidas, pero recomendaría al lector que pensará un poco la pregunta por si mismo antes de lanzarse a leer el resumen de dichas respuestas.


La primera pregunta es:

¿En qué lugar de la Tierra uno podría encontrar un cultivo puro de un microorganismo durante un largo período de tiempo?
Las simbiosis (mutualistas o parasitarias) no cuentan y tampoco las placas de Petri.


Y las respuestas fueron:

A. Danchin comentó dos posibles casos. Uno, la bacteria Photorhabdus luminescens. Esta bacteria se encuentra en tan sólo dos hábtitats. O creciendo como cultivo puro en cadáveres de larvas de insectos o en el tubo digestivo de gusanos nemátodos. P. luminiscens es una bacteria bastante curiosa. En su genoma posee una gran cantidad de genes que codifican para la síntesis de diversas toxinas y antibióticos. Eso podría explicar su "crecimiento puro". Otro que la bacteria Bacillus subtilis crece en cultivos puros a partir del heno, pero habría que demostrar que B. subtilis es el único colonizador de las hojas del heno. Una cosa es aislarla del heno y otra muy distinta que sea la única bacteria presente en el filoplano de dicha planta.

Larvas de insectos con P. luminiscens creciendo en sus tejidos.

Ciclo biológico de P. luminiscens. La bacteria es inoculada en la larva de insecto por un nematodo. La bacteria mata a la larva gracias a una toxina y luego produce enzimas para descomponer los tejidos de la larva y alimentarse. Los nemátodos se alimentan de las bacterias y de los tejidos del animal, reproduciéndose en su interior. Las formas juveniles de los nemátodos abandonan el cadáver portando a P. luminiscens en el interior de su tubo digestivo, buscando nuevas larvas de insecto para infectar. Se está intentando usar como bioinsecticida.

También se habló de los hábitats extremos. En concreto A. J. Cann comentó el caso de un lago hiperalcalino en Mongolia el cual en verano alcanza temperaturas elevadísimas y en invierno se congela. Mediante técnicas moleculares han aislado el DNA de tan solo 10 especies microbianas. Quizás sea el lugar con menos biodiversidad del planeta.

Lago hiperalcalino congelado.

(*) El Talmud (התלמוד) es una obra que recoge las discusiones rabínicas sobre leyes judías, tradiciones, costumbres, leyendas e historias. El Talmud se caracteriza por preservar la multiplicidad de opiniones a través de un estilo de escritura asociativo, mayormente en forma de preguntas, producto de un proceso de escritura grupal a veces contradictorio