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¿Qué son los organismos Extremófilos?

Los extremófilos son organismos que viven en "ambientes extremos", a alta presión y temperatura. Las bacterias a menudo se forman en las rocas cerca de los respiraderos hidrotérmicos. En la foto se encuentra Sully Vent en Main Endeavor Vent Field, NE Pacifico. Un lecho de gusanos tubo cubre la base de una fumarola negro.
Los "extremófilos" son organismos con la capacidad de prosperar en ambientes extremos como los respiraderos hidrotérmicos. Debido a que viven en "ambientes extremos" (bajo alta presión y temperatura), pueden decirnos bajo qué rango de condiciones de vida es posible. Ciertas bacterias pueden vivir en aguas termales o alrededor de respiraderos hidrotermales de aguas profundas, donde el agua puede estar muy caliente. Ciertas plantas crecen bien en marismas donde la concentración de sal es demasiado alta para la mayoría de las plantas. Por ejemplo, el hinojo marino se parece un poco al diente de león pero puede crecer cerca de la orilla del mar.


Sobreviven en ambientes salinos
Miles de moléculas de ácido ribonucleico hacen que los microbios amantes de la sal conocidos como "extremófilos" sean altamente resistentes al fenómeno del estrés oxidativo: la producción incontrolable de formas inestables de oxígeno llamadas "radicales libres", que pueden afectar negativamente el ADN, las proteínas y los lípidos en células.
Estos microbios "florecen" en ambientes muy salados, como en los poros pequeños de las rocas saladas del desierto de Atacama en Chile o en las salinas del Mar Muerto. Soportan la radiación solar intensa, la salinidad y la sequedad que causan el estrés oxidativo masivo y matan a la mayoría de otras formas de vida.

Las enzimas únicas utilizadas por estos organismos, llamadas "extremozimas", permiten que estos organismos funcionen en entornos tan hostiles. Estas criaturas son muy prometedoras para medicamentos genéticamente basados ​​y productos químicos y procesos industriales. Es importante notar que estos organismos son 'extremos' solo desde una perspectiva humana. Mientras que el oxígeno, por ejemplo, es una necesidad para la vida tal como la conocemos, algunos organismos florecen en ambientes sin oxígeno en absoluto.

El estrés oxidativo es la causa subyacente de varias afecciones humanas, desde las enfermedades neurodegenerativas y cardiovasculares hasta el cáncer e incluso el proceso de envejecimiento. Comprender las causas de esta resistencia al estrés exclusiva de Haloarchaea podría ayudar a los investigadores a aprender qué otras especies, como los humanos, necesitan para combatir el daño causado por el estrés oxidativo.

Un fluido de ventilación de una fumarola a 312ºC en el campo hidrotermal de Magic Mountain. Algunos científicos creen que estos respiraderos pueden haber sido el origen de la primera vida en la Tierra. Otros argumentan que debido a que la química que utilizan estos organismos se basa en (SO 4 2- ), no podría haberse desarrollado hasta que la fotosíntesis se haya desarrollado en otra parte de la Tierra, porque fue el desarrollo de la fotosíntesis lo que le dio al océano su actual saturación de oxígeno.

Sobreviven en ambientes ácidos
En 1977, cuando los buzos en el sumergible Alvin encontró las aguas termales de Galápagos llenas de bacterias que se alimentan de azufre, y rápidamente concluyeron que las bacterias quimiosintéticas deben ser el nutriente que sustenta este nuevo ecosistema.
La quimiosíntesis es el proceso mediante el cual los organismos usan moléculas inorgánicas como fuente de energía, en lugar de la luz solar utilizada en la fotosíntesis.

Cuando los científicos examinaron los gusanos tubícolas gigantes Riftia pachyptila, no encontraron ni boca ni intestinos, esto significaba que los gusanos tubícolas gigantes eran un tipo completamente nuevo de organismo.

Toda una comunidad de animales en simbiosis con bacterias quimiolitotróficas, que se alimentan por medio de la geoquímica, fue un hallazgo nuevo y excitante, y reveló que los organismos extremófilos podrían sobrevivir en ambientes letales para la mayoría de los organismos vivos.

Los termófilos, un tipo de extremófilo, producen algunos de los colores brillantes de Grand Prismatic Spring, Yellowstone National Park. Esta bacteria, thermus aquaticus prospera a temperaturas de 70 ° C (160 ° F) pero puede sobrevivir a temperaturas de 50 ° C a 80 ° C (120 ° F a 175 ° F). 
Adaptados al frío extremo
Otros extremófilos han desarrollado formas de lidiar con el frío. El agua del océano profundo tiene una temperatura bastante constante de 2 ° C, pero debido a su contenido de sal, en las áreas más frías, el agua del océano puede alcanzar temperaturas tan bajas a -12 ° C sin congelarse. Los extremófilos conocidos como psicófilos son conocidos por sobrevivir a estas bajas temperaturas. Diferentes especies han encontrado diferentes formas de sobrevivir a estas bajas temperaturas. Algunos han desarrollado sustancias, como glicerol o proteínas anticongelantes, que reducen el punto de congelación del agua en varios grados. 

El principal peligro para los organismos de congelación es el daño causado por los cristales de hielo a medida que el agua se congela y se expande. Algunas especies de ranas y tortugas tienen proteínas que en realidad facilitan la congelación de líquidos corporales. Si los líquidos corporales del animal comienzan a congelarse, se inicia una reacción en cadena y todos los líquidos corporales se congelan rápidamente. Esto evita la formación de cristales de hielo lo suficientemente grandes como para causar daños. Muchos tipos de microorganismos pueden sobrevivir a la congelación y descongelación, siempre que se evite el problema de los cristales de hielo. Esto se puede lograr en un laboratorio mediante congelación instantánea , congelando los organismos muy rápidamente en nitrógeno líquido. 

Algunos organismos se han adaptado a ambientes fríos formando relaciones simbióticas con otros organismos. Los líquenes son organismos compuestos que se forman cuando los hongos forman asociaciones simbióticas con una pareja fotosintética, ya sea una alga o una cianobacteria. Estos líquenes viven en muchas superficies rocosas en la Antártida, uno de los ambientes más secos y fríos de la Tierra y esta asociación permite que cada especie sobreviva y prospere en estos entornos.

Los ambientes polares congelados y fríos en la Tierra también albergan bacterias extremófilas; Los extremófilos se encuentran en los glaciares y en los picos de gran altura, funcionando completamente en estos ambientes extremos.

Adaptados a la presión extrema
Hay muchos organismos en el fondo del océano, incluso a grandes profundidades. La vida se ha encontrado a 11 km de profundidad en la Fosa de las Marianas. A esta profundidad, los organismos están bajo una presión de 1.100 atmósferas. Estos organismos son difíciles de estudiar porque crear un entorno de alta presión en un laboratorio es extremadamente desafiante.

Adaptados a ecosistemas aislados
Todavía hay ecosistemas en la Tierra que aún no han sido explorados. Algunos muy interesantes son los lagos subterráneos de alta presión bajo la capa de hielo en la Antártida. Estos lagos se mantienen calientes gracias a la energía geotérmica y están aislados por kilómetros de hielo. Estos lagos han estado separados del resto de la biosfera de la Tierra durante millones de años, si no mucho más o tal vez toda su existencia. Los científicos han perforado en uno de los lagos, el lago Vostok , y planean enviar un robot para recolectar muestras de agua. Este entorno puede ser similar a algunas de las lunas de Júpiter por lo que explorar este entorno y otros similares son de particular interés para los astrobiólogos.

Tardígrados
Los tardígrados son organismos impresionantes. También conocidos como osos de agua debido a su apariencia, tienen dos estrategias para sobrevivir en ambientes extremos. En caso de inundación, estos animales microscópicos pueden inflarse a sí mismos en forma de globo y flotar a la superficie del agua para obtener oxígeno. Tienen otra estrategia que los hace uno de los organismos más sabios conocidos. En el caso de la sequía o el frío, estos pequeños animales pueden reemplazar la mayor parte del agua en sus cuerpos con un azúcar llamado trehalosa. Estas soluciones de azúcar no forman dañinos cristales de hielo cuando se congelan, y los tardígrados han sobrevivido durante más de un siglo en muestras de museo, y muchos tardígrados sobrevivieron a un viaje de 12 días en el vacío frío del espacio a bordo del FOTON M3 . Tardígrados protegidos por un filtro UV casi todos sobrevivieron. La mayoría de los que no tenían el filtro no lo hicieron.

Un tardígrado o “barba de agua”

Vida debajo de la superficie de la tierra
El astrofísico Thomas Gold creía que el carbón y el petróleo debajo de la superficie de la Tierra no son los restos muertos de la materia vegetal y las algas, sino que se incorporaron a la corteza terrestre durante la acreción. Él creía que estos hidrocarburos proporcionan el carbono para un ecosistema subterráneo, tal vez completamente aislado de nuestra biosfera. 

Varios grupos han descubierto microbios cavando muchos kilómetros en la corteza terrestre y el manto. Algunos de estos organismos fueron luego probados para ver si podían sobrevivir en esas condiciones subterráneas, lo que demostraría que no fueron el resultado de la contaminación durante el proceso de perforación. Algunos de estos microbios se colocaron en un matraz sellado con agua caliente, dióxido de carbono y basalto durante un año, y no solo sobrevivieron, sino que prosperaron en estas condiciones. 

Cualquiera que sea la fuente del petróleo, (y la mayoría de los geólogos todavía creen que fue formado por los restos de materia vegetal) parece haber al menos algunas formas de vida que viven y prosperan en él.

Adaptaciones diversas
La variedad de adaptaciones que hacen los organismos (a temperaturas extremas y otros extremos, como condiciones muy ácidas o muy alcalinas) es muy diversa. Biológicamente, generalmente es más fácil para los organismos adaptarse a extremos químicos que a extremos físicos como la temperatura y la alta presión. 


Una cosa a tener en cuenta es que incluso si se encuentra la vida en una ubicación tan extrema en la Tierra, bajo una gran presión, a altas temperaturas, dentro de una roca sólida, esto no es evidencia de que la vida pueda formarse bajo estas condiciones. Muchos científicos creen que se necesitaría un entorno más agradable que incluye agua líquida, presión moderada y temperaturas similares a las que se encuentran en la superficie de la Tierra para que surja la vida.

Vida en las Lunas de Saturno: Encelado, Titán y en Europa de Júpiter
Comprender las rarezas de la vida en nuestras regiones más extremas nos lleva a preguntarnos: ¿es posible la vida en Encelado, Titán o Europa? Encelado es la luna más brillante de nuestro sistema solar. Está compuesto completamente de hielo, reflejando completamente la luz. En 2005, la nave espacial Cassini fotografió géiseres de hielo y vapor de agua que fueron expulsados ​​al menos 300 km en el espacio, por lo que debe haber agua líquida debajo de la superficie helada de la luna y suficiente calor interno para impulsar el hielo hacia el vapor de agua.

Titán es la única luna en nuestro Sistema Solar que tiene una atmósfera sustancial (es principalmente nitrógeno). Cuando la nave espacial Cassini dejó caer la sonda Huygens en la atmósfera de Titán, la sonda encontró amoníaco y metano. Los lagos de metano son claramente visibles, como se puede ver en la imagen de arriba. El amoníaco y el metano podrían teóricamente combinarse, en un entorno con carga eléctrica, para producir compuestos orgánicos, y las bacterias extremófilas, similares a las que se encuentran en las aguas termales oceánicas profundas, podrían sobrevivir en este sistema metanológico. Europa, la segunda luna de Júpiter, tiene una superficie helada con un presunto océano líquido debajo de la superficie. La vida similar a la de las regiones subglaciales es posible en Europa también.

El Polo Sur de Titán muestra claramente un lago de metano. NASA / JPL Space Science Institute
Los extremófilos proporcionan información sobre formas potenciales de vida fuera del planeta. Las aguas termales oceánicas profundas y las regiones subglaciares albergan bacterias extremófilas, y Encelados, con abundantes géiseres de vapor de agua; Titán, con una atmósfera de metano y nitrógeno; y Europa, con su superficie helada, teóricamente podrían albergar extremófilos también. La misión continua de Cassini para fotografiar la superficie de Titán puede proporcionar más información con el tiempo.



Los extremófilos se "comen" el Titanic
El RMS Titanic se hundió el 15 de abril de 1912, después de chocar contra un iceberg por la noche. El barco fue descubierto en 1985, a más de dos millas por debajo de la superficie del Atlántico Norte, por un equipo de exploradores submarinos. En ese momento, se sorprendieron al encontrarlo en un notable estado de conservación, mejor protegido que la mayoría de los barcos que se encuentran en aguas menos profundas. El barco fue descubierto en un buen estado de conservación, debido a la profundidad inhospitalaria que ayudó a frenar la corrosión. Pero una "bacteria extremófila" recién descubierta se comerá los restos del enorme barco para 2030, según un nuevo estudio.

Halomonas titanicae puede producir un osmolito llamado ectoína para regular la salinidad y mejorar los enlaces de hidrógeno beneficiosos con el agua circundante, informa un equipo internacional en un artículo publicado en la revista Scientific ReportsEl equipo, del Institut Laue-Langevin, el Instituto de Bioquímica Max Planck y el Instituto de Biología Estructural, observaron los neutrones en la bacteria recientemente descubierta.
Descubrieron que el organismo había desarrollado una adaptación evolutiva sorprendente para hacer frente a un entorno hostil.
"Aunque (muchas) investigaciones espectroscópicas y termodinámicas se han realizado anteriormente en ectoína, estamos orgullosos de que mediante el uso de neutrones este sea el primer estudio que ha permitido una caracterización experimental directa de las estructuras de ectoína-agua-proteína y ectoína-membrana de agua para explicar el modo de acción de esta molécula tan interesante y útil ", dijo Joe Zaccai, científico emérito del ILL.

La ectoina permite que ciertos organismos sobrevivan en ambientes extremos, al regular el equilibrio de líquidos y el volumen de las células, incluso a presiones y salinidades alrededor del Titanic . El estudio encuentra que Halomonas titanicae produce suficiente ectoína para representar el 20 por ciento de su masa seca celular.

El agua de mar promedio tiene una concentración de sal del 3.5 por ciento. Pero los niveles elevados de ectoína en las células de la bacteria la permiten sobrevivir a concentraciones de salinidad en cualquier lugar del 0,5 por ciento al 25 por ciento. Zacccai explicó que los neutrones son el mejor indicador de las propiedades de ectoína, ya que penetran bien sin crear daños por radiación y son extremadamente sensibles.
La bacteria está oxidando las superficies metálicas de la nave legendaria en las profundidades extremas.
La proa del destruido RMS Titanic, fotografiado en junio de 2004 Cortesía de NOAA / Institute for Exploration / University of Rhode Island (NOAA / IFE / URI)


Fuentes:
- Diego R. Gelsinger, Jocelyne DiRuggiero. Transcriptional landscape and regulatory roles of small non-coding RNAs in the oxidative stress response of the haloarchaeon Haloferax volcanii. Journal of Bacteriology, 2018; JB.00779-17 DOI: 10.1128/JB.00779-17

- Johns Hopkins University. "How extremophiles flourish in stressful environments." ScienceDaily. ScienceDaily, 2 March 2018. <www.sciencedaily.com/releases/2018/03/180302124842.htm>.

- NASA. Misión del Solsticio de Cassini. (2012) 

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