1 feb. 2012

Extremòfils sota la pell de l'oceà

El passat dimecres, 25 de gener, va venir Isabel Ferrera, Institut de Ciències del Mar (CSIC) i de la Facultat de Biociències (UAB), per parlar-nos de  la seva recerca, en un cafè científic que vam anomenar: Sota la pell de l’oceà: la vida extrema. Isabel va explicar que va fer recerca sobre extremòfils a la Universitat de Portland, concretament sobre termòfils, durant tres anys; ara que ha retornat estudia ecologia microbiana, perquè en aquí no se’n fa d’aqueixa recerca.
Què són els extremòfils? Els extremòfils són organismes que viuen en condicions extremes de temperatura, aleshores se’n diuen termòfils; de pressió, i se’n diuen baròfils; de pH, i són acidòfils o basòfils, segons el cas.
Els organismes termòfils són principalment bacteris, que poden créixer fins a 80 ó 90°C; però també eucariotes, com ara fongs o algues, que poden créixer fins a 60°C. Hi ha algun cas encara més sorprenent, com alguns bacteris trobats a les fonts termals de Yellowstone, que poden viure a pH 0 i a 121°C.

La descoberta dels extremòfils, el 1977, va comportar una revolució en la concepció evolutiva dels éssers vius; perquè, si bé se sabia que hi havia microorganismes que podien viure gràcies a cicles tròfics que no depenguessin de la llum, com tampoc dels detrits que poden arribar a indrets afòtics de altres que són fòtics; no se sabia que es podien desenvolupar sistemes ecològics de vida abundosa.

Com se classifiquen els organismes vius?
Si les tècniques microscòpiques van deixar enrere els tres regnes, animal, mineral i vegetal, per classificar els organismes vius en cinc regnes animals, vegetals, fongs, protists (organismes unicel·lulars amb nucli diferenciat, és a dir, eucariotes) i moneres (procariotes, és a dir, bacteris en sentit ampli); les noves tècniques moleculars divideixen els éssers vius en tres dominis: dos procariotes (bacteris i arquees, que comprendrien el regne dels moneres anterior i dues terceres parts dels diferents organismes), i un d’eucariotes (que inclouria els altres quatre, i correspondria a una tercera part dels éssers vius).

Els extremòfils
Els arqueobacteris són organismes que viuen bàsicament en l’oceà; abans es creia que eren extremòfils, ara es pensa que poden també viure en condicions estàndard per a nosaltres. D’arquees n’hi ha de marins i de terrestres. Els marins viuen a fonts termals submarines associades als llocs de contacte entre les plaques tectòniques: prop de les Costa Rica, de les Açores, d’Islàndia, prop de l’Etna.

S’estima que no és coneix sinó l’1% dels termòfils submarins, que habitualment són a milers de metres de fondària, llevat de les que creixen prop de l’Etna, que ho fan a 20 ó 30m de fondària; i, amb tota probabilitat, les que viuen prop de les fonts del volcà submarí que creix al sud de l’illa de El Hierro i que està a 140m de fondària. Es desconeix si a l’abisme marí, fora de les dorsals, hi creixen arquees. De termòfils terrestres n’hi ha a Açores, Islàndia, Kamtxatka, Yellowstone, Atacama i altres fonts termals, com ara les de Rio Tinto, d’aigües roges molt acidòfiles, els components de les quals els estudia la NASA i el Centro d’Astrobiologia del CSIC a Madrid.

Els organismes que viuen en condicions extremes de temperatura tenen estructures moleculars especials, proteïnes i àcids nucleics que no es desnaturalitzin. Es coneix que les cadenes d’àcids nucleics, per exemple, tenen una abundància de bases guanina i citosina que s’uneixen amb tres enllaços, cosa que els confereix més estabilitat; ja que adenina i timina s'uneixen amb dos. Els organismes que viuen en condicions acidòfiles, tenen bombes per expulsar ions hidrogen a l’exterior. Ara, tot i haver de destinar molta energia a sobreviure en un ambient que és hostil, en principi, a la vida, els extremòfils tenen la possibilitat d’explotar un ecosistema sense competència.

La relíquia
Arquees i bacteris eren també els organismes que van canviar l’atmosfera reductora de la Terra i la van tornar oxidant, com és ara, generant oxigen com a molècula de desfet del seu metabolisme. Eren bacteris anaeròbics i fotosintètics, com els cianobacteris. Tots ells van permetre l'evolució de la vida com la coneixem.

Ecosistemes extremòfils
Entorn les fonts termals submarines hi creix una sèrie de vida que, com hem apuntat, sorprèn per la quantitat i la diversitat. Hi creixen microorganismes en un estret espai en què el gradient de temperatura canvia molt: la fumarola surt a més de 400°C, però els gasos que emet canvien ràpidament de temperatura quan es troba amb la de l’oceà, que està a 2°C de mitjana. I, aprofitant els microorganismes, hi creixen també macroorganismes que se n’alimenten, com ara bivalves (musclos i cloïsses, bàsicament); cucs ploma, que poden arribar a mesurar fins a 2 metres (només vistos al Pacífic), i artròpodes (com crancs i gambes, aquestes darreres només a l’Índic). També hi pot haver peixos en aquests ecosistemes que es generen exclusivament a partir d’aquest fluid. La diversitat és enorme, es poden comptabilitzar fins a 20.000 espècies en una font hidrotermal.

Composició de la biomassa terrestre:
     Fitoplàncton: 3%
     Procariotes: 3 al 4%
     Humans: 0,03%
     Balenes: 0,004%
     Virus: 0,003

Ara, els números són una altra cosa. Els virus, en realitat, són els organismes, si es pot dir així, més abundants a l’oceà. Se’n calcula que hi ha deu vegades més que microorganismes. Els humans, per exemple, estem plens de microorganismes, s’estima que, per cada cèl·lula pròpia (amb el nostre DNA), hi ha deu bacteris; el pes, n’és un altre: potser els nostres microorganismes pesen un o dos quilos, només.

Estudiar els extremòfils
Hi ha tres submarins que poden baixar a prendre mostres a 4.000 m de fondària: Alvin, que va trobar el Titànic; que pot dur tres persones, el pilot i dos científics (o tècnics, en general), habitualment. Però, abans ha calgut fer un estudi de prospecció amb un vehicle que duu sensors de gasos, a veure on es troba exactament la fossa i la ploma hidrotermal. Un cop localitzada, es planifica el viatge exploratori.

Isabel ha estudiat els bacteris que hi ha a l’oest de Costa Rica, a la dorsal del Pacífic oriental, on s’ajunten les plaques de Cocos i del Carib. Les expedicions oceàniques poden durar un parell de setmanes; surten en el barco fins a la zona que volen estudiar, i el submarí se submergeix vuit hores diàries durant onze dies, per a prendre mostres, que seran estudiades per geòlegs, micro i macrobiòlegs. El submarí té braços articulats des de dins la cabina, pren les mostres, i les deixa en una cistella, fins que puguin ser recuperades de nou a la superfície.

Desconeixent inicialment l’aplicabilitat de l’estudi d’extremòfils, s’han pogut després trobar molts enzims que s’apliquen en biotecnologia. Un bon exemple n’és la Taq polimerasa, un enzim del bacil Thermus aquaticus, descrit per Thomas Brock el 1967, base de la PCR (reacció en cadena de la polimerasa), que ha permès, entre altres coses, seqüenciar genomes.

Per acabar...
En acabar, Isabel ens explica que va anar a Portland a estudiar extremòfils, perquè allà era on s’estudiava; i ho va fer perquè, va tenir-ne curiositat des del moment que va conèixer aquests fascinants éssers vius. A través de les seves paraules hem vist que realment desconeixem la gran part dels organismes que viuen en el món marí, i, més, del món microscòpic. I hem vist que hi ha vida en condicions on semblaria impossible. La dels extremòfils.

Ferrera (2010). omniscellula (25): Vida extrema a les fumaroles termals oceàniques.
Portland State University: The Ocean Floor is a Scientific Frontier
¿Cuántos cambios genéticos hacen falta para evolucionar?
Claudia Dreifus (NYT): Entrevista: Cindy Lee Van Dover, ecóloga Marina: Las chimeneas submarinas son jardines de criaturas exóticas. El País (21/11/2007).

No hay comentarios:

Publicar un comentario