La vida en las fisuras del fondo marino puede ser clave para encontrar organismos en otros planetas
Dos biogeocientíficos han abierto nuevas posibilidades para la vida en la oscuridad en el fondo de los océanos de la Tierra, así como en todo el sistema solar.
En el Journal of Geophysical Research:
Biogeosciences, Jeffrey Dick y Everett Shock han determinado que entornos
específicos del fondo marino hidrotermal proporcionan un hábitat único donde
ciertos organismos pueden prosperar.
En el
extraño y oscuro mundo del fondo del océano, las fisuras submarinas, llamadas
respiraderos hidrotermales, albergan complejas comunidades de vida. Estos
respiraderos arrojan fluidos calientes abrasadores al agua de mar extremadamente
fría, creando las fuerzas químicas necesarias para que vivan los pequeños
organismos que habitan este ambiente extremo.
En tierra,
cuando los organismos obtienen energía de los alimentos que ingieren, lo hacen
a través de un proceso llamado respiración celular, donde hay una ingesta de
oxígeno y la liberación de dióxido de carbono. Biológicamente hablando, las
moléculas de nuestra comida son inestables en presencia de oxígeno, y es esa
inestabilidad la que aprovechan nuestras células para crecer y reproducirse, un
proceso llamado biosíntesis.
Pero para
los organismos que viven en el lecho marino, las condiciones de vida son
dramáticamente diferentes.
"En
tierra, en la atmósfera rica en oxígeno de la Tierra, mucha gente está
familiarizada con que fabricar las moléculas de la vida requiere energía",
dijo en un comunicado el coautor Shock de la Escuela de Exploración de la
Tierra y el Espacio y la Escuela de Ciencias Moleculares de la Universidad
Estatal de Arizona. "En contraste asombroso, alrededor de los respiraderos
hidrotermales en el lecho marino, los fluidos calientes se mezclan con el agua
de mar extremadamente fría para producir condiciones en las que las moléculas
de la vida liberan energía".
En los
ecosistemas microbianos de aguas profundas, los organismos prosperan cerca de
los respiraderos donde el fluido hidrotermal se mezcla con el agua de mar
ambiental. Investigaciones anteriores dirigidas por Shock encontraron que la
biosíntesis de bloques de construcción celulares básicos, como aminoácidos y
azúcares, es particularmente favorable en áreas donde los respiraderos están
compuestos de roca ultramáfica (rocas ígneas y meta-ígneas con muy bajo
contenido de sílice), porque estos las rocas producen la mayor cantidad de
hidrógeno.
Además de
los componentes básicos como los aminoácidos y los azúcares, las células
necesitan formar moléculas o polímeros más grandes, también conocidos como
biomacromoléculas. Las proteínas son las más abundantes de estas moléculas en
las células, y la reacción de polimerización (donde las moléculas pequeñas se
combinan para producir una biomolécula más grande) requiere energía en casi todos
los entornos imaginables.
"En
otras palabras, donde hay vida, hay agua, pero el agua debe ser expulsada del
sistema para que la polimerización sea favorable", dijo el autor principal
Dick, quien era un becario postdoctoral en Arizona State cuando comenzó esta
investigación y que actualmente es investigador de geoquímica en la Escuela de
Geociencias e Info-Física de la Universidad Central South en Changsha, China.
"Entonces, hay dos flujos de energía opuestos: la liberación de energía
por biosíntesis de bloques de construcción básicos y la energía requerida para
la polimerización".
Lo que Dick
y Shock querían saber es qué sucede cuando los suma: ¿obtiene proteínas cuya
síntesis general es realmente favorable en la zona de mezcla? Abordaron este
problema utilizando una combinación única de teoría y datos.
Desde el
punto de vista teórico, utilizaron un modelo termodinámico para las proteínas,
llamado "aditividad de grupo", que explica los aminoácidos
específicos en las secuencias de proteínas, así como las energías de
polimerización. Para los datos, utilizaron todas las secuencias de proteínas en
un genoma completo de un organismo de ventilación bien estudiado llamado
Methanocaldococcus jannaschii.
Al ejecutar
los cálculos, pudieron demostrar que la síntesis general de casi todas las
proteínas en el genoma libera energía en la zona de mezcla de un respiradero
alojado en ultramáficos a la temperatura donde este organismo crece más rápido,
alrededor de 85 grados Celsius). Por el contrario, en un sistema de ventilación
diferente que produce menos hidrógeno (un sistema alojado en basalto), la
síntesis de proteínas no es favorable.
"Este
hallazgo proporciona una nueva perspectiva no solo sobre la bioquímica sino
también sobre la ecología porque sugiere que ciertos grupos de organismos son
inherentemente más favorecidos en ambientes hidrotermales específicos",
dijo Dick.
"Los estudios de ecología microbiana han
encontrado que los metanógenos, de los cuales Methanocaldococcus jannaschii es
representativo, son más abundantes en sistemas de ventilación alojados en
ultramáficos que en sistemas alojados en basalto. La energía favorable de la
síntesis de proteínas en sistemas alojados en ultramáficos concuerda con esa
distribución. "
Para los
próximos pasos, Dick y Shock están buscando formas de utilizar estos cálculos
energéticos en el árbol de la vida, que esperan proporcionará un vínculo más
firme entre la geoquímica y la evolución del genoma.
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