Biología y vida extraterrestre

Frecuentemente aparecen nuevas noticias sobre planetas de reciente descubrimiento que podrían albergar vida extraterrestre. El avance científico no para de arrojar nueva información sobre Marte, otros mundos con agua y seres vivos extremadamente resistentes, como los tardígrados. ¿Pero podría existir la vida fuera de la Tierra? ¿Qué es la vida? ¿Qué se necesita para que se mantenga? De ello se encarga la astrobiología. ¡Conócela!

ASTROBIOLOGÍA Y EXOBIOLOGÍA

La astrobiología es un conjunto de distintas disciplinas científicas que estudia la existencia de la vida en el universo. Para ello combina conocimientos de biología, física, química, astronomía, ecología, geografía, geología, ciencia planetaria y biología molecular. Dentro de la astrobiología, la exobiología estudia científicamente las posibilidades de vida fuera de nuestro planeta. No hay que confundirla con la ufología, una pseudociencia. La astrobiología intenta responder a preguntas tan apasionantes como:
– ¿Qué es la vida?
– ¿Cómo apareció la vida en la Tierra?
– ¿Cómo evoluciona, se desarrolla la vida y cuál es su adaptabilidad?
– ¿Cuál es el futuro de la vida en la Tierra y otros lugares?
– ¿Existe vida en otros mundos?

No, ni esto es un marciano ni es astrobiología. Fuente: Quo

¿QUÉ ES LA VIDA?

Aunque parezca una pregunta banal, la vida no es fácil de definir. Aparentemente podemos reconocer si los seres están vivos o no si realizan ciertas funciones y poseen ciertas características:

• Nutrición: obtienen energía del exterior para mantener su medio interno constante (homeostasis).
• Reproducción: pueden crear copias de sí mismos.
• Relación: se relaciona con el medio y otros seres vivos.
• Organización: los seres vivos estan formados por una o más células.
• Variación: la variabilidad entre individuos permite a las especies evolucionar.

Los problemas empiezan cuando encontramos seres que no cumplen todas las características. El ejemplo más clásico serían los virus: son incapaces de reproducirse por sí mismos y carecen de estructura celular. Otro ejemplo serían los eritrocitos (glóbulos rojos) de mamíferos, células sin  material genético ni mitocondrias.

Microfotografía al microscopio electrónico del virus del Ébola (Foto pública de la CDC)

¿QUÉ SE NECESITA PARA QUE EXISTA VIDA?

Sólo conocemos un tipo de vida: el terrestre. Es por ello que los astrobiólogos necesitan tomarlo como referencia para saber qué buscar en otros lugares. ¿Podrían existir otras formas de vida distintas a las terrestres? Quizá, pero sería casi imposible reconocerlas. Si no sabes qué buscas, puede que lo encuentres pero no te des cuenta.

Se considera que para que aparezca y se desarrolle la vida se necesita:

• Un líquido dónde tengan lugar reacciones químicas: en la Tierra, es el agua.
• Un elemento con facilidad para formar compuestos estables: en la Tierra, es el carbono.
• Una fuente de energía: en la Tierra, es el Sol.

Partiendo de esta base, se buscan planetas o satélites con estas características, aunque no se descartan otras posibilidades como metano líquido (es el caso de Titán, satélite de Saturno), etano, ácido sulfúrico, amoníaco o ácido acético como solvente, o formas de vida basadas en otros elementos como el silicio, una constante en relatos de ciencia-ficción.

Representación artística de los lagos de metano de Titán. Crédito: Steven Hobbs

¿QUÉ SE NECESITA PARA QUE SE MANTENGA LA VIDA?

El cuerpo celeste en cuestión también tiene que cumplir una serie de características para que la vida pueda mantenerse:

• Abundancia de elementos químicos como el carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno para formar compuestos orgánicos.
• Que el planeta/satélite se encuentre dentro de la zona de habitabilidad de su estrella. Resumidamente, que orbite a una distancia que permita unas temperaturas ni muy altas ni muy bajas.

Zona de habitabilidad (verde) según la temperatura de la estrella. Rojo: demasiado caliente, azul: demasiado frío. Fuente: NASA/Misión Kepler/D. Berry

• Una fuente de energía suficiente para mantener la temperatura y permitir la formación de moléculas complejas.
• Una gravedad adecuada para mantener una atmósfera y no aplastar a los seres vivos del planeta.
• Que el planeta tenga un campo magnético para desviar la radiación incompatible con la vida proveniente de su estrella.

El campo magnético terrestre protege la vida del viento solar. Fuente: ESA

En nuestro Sistema Solar, los candidatos que posiblemente cumplen estas características son Marte, Europa y Ganimedes (satélites de Júpiter), Encélado y Titán (satélites de Saturno) y Tritón (satélite de Neptuno).

¿POR QUÉ EL CARBONO?

Los seres vivos estamos formados por células, y ésta a su vez, si vamos reduciendo la escala, de moléculas y átomos (como toda la materia). ¿Por qué la vida está basada en el carbono?

En realidad, en la constitución de los organismos intervienen 26 elementos, pero el 95% de la materia viva se compone de carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N), oxígeno (O), fósforo (P) y azufre (S). Podemos imaginarlos como los “ladrillos de la vida”: combinando estas piezas básicas, podemos obtener organismos complejos. Estos ladrillos pueden unirse a otros mediante enlaces covalentes. Metafóricamente, los átomos los podemos imaginar con esferas con manos los cuales se pueden agarrar a otras manos libres. Por ejemplo, la principal molécula de fuente de energía para todos los seres vivos es el ATP (Adenosín trifosfato, de fórmula C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃).

Representación esquemática de los átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo y sus valencias (enlaces posibles). Producción propia basada en la figura 6.3 de “La vida en el espacio” (ver referencias)

El elemento candidato a sustentar la vida tendría que ser un elemento abundante capaz de formar gran cantidad de enlaces consigo mismo y con otros elementos. De los 5 elementos más abundantes en el universo:

• Helio: no forma compuestos
• Hidrógeno y oxígeno: tienen 1 y 2 manos, por lo que sólo pueden formar compuestos muy sencillos.
• Nitrógeno: puede unirse a 3 átomos, pero no se conocen cadenas de varios átomos de nitrógeno.
• Carbono: tendría 4 manos, con lo que puede unirse fuertemente con otros carbonos con enlaces simples, dobles, o triples. Esto le permite formar cadenas larguísimas y estructuras tridimensionales y aún le pueden “sobrar” manos con los que unirse a nitrógeno, oxígeno y azufre, fósforo, hidrógeno. Esta versatilidad permite construir moléculas químicamente activas y complejas, justamente la complejidad que hace posible la vida.

Estructura química del ADN, donde se puede observar la importancia de la capacidad del carbono de formar largas cadenas y anillos. Fuente

¿Podría haber vida en otro lugar basada en un átomo distinto?

ALTERNATIVAS AL CARBONO

EXTRATERRESTRES DE SILICIO

Como establecer 4 enlaces es tan útil, el silicio es el primer candidato por el que apuestan biólogos y escritores de ciencia ficción, aunque no sea tan abundante como el carbono. El silicio (Si) también puede formar 4 enlaces y es abundante en planetas rocosos como la Tierra, pero…

• El enlace Si-Si es bastante débil. En un medio acuoso, la vida basada en silicio no se mantendría durante mucho tiempo ya que muchos compuestos se disuelven en ella, aunque podría ser posible en otro medio, como nitrógeno líquido (Bains, W.).
• Es muy reactivo. El silano por ejemplo (equivalente del metano, pero con un átomo de silicio en lugar de carbono) se enciende espontáneamente a temperatura ambiente.
• Es sólido a la mayoría de temperaturas. Aunque puede formar estructuras con el oxígeno (sílice o dióxido de silicio), el resultado casi siempre es un mineral (cuarzo): demasiado simple y sólo reacciona fundido a 1000ºC.
• No forma cadenas ni redes consigo mismo, debido a su mayor tamaño respecto el carbono. En ocasiones forma cadenas largas con oxígeno (siliconas), a las que quizá se podrían unir a otros grupos para formar moléculas complejas. Justamente el extraterrestre de la película Alien, el octavo pasajero posee tejidos de silicona. Los seres formados por siliconas serían más resistentes, lo cual lleva a especular qué tipo de condiciones extremas podrían soportar.

Horta, una forma de vida basada en el silicio aparecida en la serie de ciencia ficción Star Trek. Fuente

EXTRATERRESTRES DE NITRÓGENO Y FÓSFORO

Veamos algunas características del nitrógeno y fósforo por separado:

• Nitrógeno: sólo puede formar 3 enlaces con otras moléculas y es poco reactivo.
• Fósforo: sus enlaces son débiles y los enlaces múltiples poco comunes, aunque puede formar largas cadenas. El problema es que es demasiado reactivo.

Combinando los dos, se podrían obtener moléculas estables, pero los seres basados en nitrógeno y fósforo tendrían otros problemas: los compuestos de nitrógeno, de los cuales tendrían que alimentarse, no se encuentran en suficiente cantidad en los planetas y el ciclo biológico no sería favorable energéticamente hablando.

EXTRATERRESTRES DE BORO, AZUFRE Y ARSÉNICO

Las bioquímicas más improbables podrían basarse en estos elementos:

• Boro: puede formar cadenas largas y unirse a otros elementos como el nitrógeno, hidrógeno o carbono
• Azufre: puede formar cadenas largas, pero por su tamaño es altamente reactivo e inestable.
• Arsénico: es demasiado grande para formar compuestos estables, aunque sus propiedades químicas son parecidas a las del fósforo.

En 2010, la revista Science publicó un estudio en el que se afirmaba haber descubierto una bacteria (GFAJ-1) capaz de vivir sólo de arsénico, letal para cualquier ser vivo. Rompía el paradigma de la biología al no usar el fósforo (recordad el ATP y la estructura del ADN) y abría nuevas vidas de estudio para la astrobiología. En 2012, dos investigaciones independientes refutaban la teoría de la investigadora Felisa Wolfe-Simon y su equipo. El fósforo sigue siendo esencial para que los organismos puedan vivir y desarrollarse en la Tierra.

La bacteria GFAJ-1. Fuente

Por el momento, estas bioquímicas hipotéticas no son más que especulaciones, por lo que los astrobiólogos siguen buscando vida basada en el carbono, aunque ya sabemos que la ciencia nunca nos deja de sorprender. Aunque pudiéramos identificar vida basada en otros elementos, si algún día encontramos vida extraterrestre (o viceversa) la revolución será tan grande que aunque sea basada en el carbono, dará mucho que hablar.

REFERENCIAS

• Mix, L.J. 2010. La vida en el espacio. Ed. Crítica
• Giménez A., Gómez, J., Rodríguez E. , Martín, D. (Coordinadores). Astrobiología: sobre el origen de la vida en el universo. 2011, CSIC.
• Apuntes del curso La astrobiología y la búsqueda de vida extraterrestre. Universidad de Edimburgo
• Superlife: el silicio orgánico
• Foto de portada (Face hugger basado en la película Alien)

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Biologia i vida extraterrestre

Freqüentment apareixen noves notícies sobre planetes de recent descobriment que podrien albergar vida extraterrestre. L’avenç científic no para de llançar nova informació sobre Mart, altres móns amb aigua i éssers vius extremadament resistents, com els tardígrads. ¿Però podria existir la vida fora de la Terra? Què és la vida? Què es necessita perquè es mantingui? D’això se n’encarrega l’astrobiologia. Coneix-la!

ASTROBIOLOGIA I EXOBIOLOGIA

L’astrobiologia és un conjunt de diferents disciplines científiques que estudia l’existència de la vida a l’univers. Combina coneixements de biologia, física, química, astronomia, ecologia, geografia, geologia, ciència planetària i biologia molecular. Dins de l’astrobiologia, l’exobiologia estudia científicament les possibilitats de vida fora del nostre planeta. Cal no confondre-la amb la ufologia, una pseudociència. L’astrobiologia intenta respondre a preguntes tan apassionants com:
– ¿Què és la vida?
– Com va aparèixer la vida a la Terra?
– Com evoluciona, es desenvolupa la vida i quina és la seva adaptabilitat?
– Quin és el futur de la vida a la Terra i altres llocs?
– Existeix vida en altres móns?

No, ni això és un marcià ni es astrobiologia. Font

QUÈ ÉS LA VIDA?

Encara que sembli una pregunta banal, la vida no és fàcil de definir. Aparentment podem reconèixer si els éssers són vius o no si realitzen certes funcions i posseeixen certes característiques:

• Nutrició: obtenen energia de l’exterior per mantenir el seu medi intern constant (homeòstasi).
• Reproducció: poden crear còpies de si mateixos
• Relació: es relacionen amb el medi i altres éssers vius
• Organització: els éssers vius estan formats per una o més cèl·lules.
• Variació: la variabilitat entre individus permet a les espècies evolucionar.

Els problemes comencen quan trobem éssers que no compleixen totes les característiques. L’exemple més clàssic serien els virus: són incapaços de reproduir-se per si mateixos i no tenen estructura cel·lular. Un altre exemple serien els eritròcits (glòbuls vermells) de mamífers, cèl·lules sense material genètic ni mitocondris.

Microfotografia amb microscopi electrònic del virus de l’Èbola (Foto pública de la CDC)

QUÈ ES NECESSITA PER QUE EXISTEIXI VIDA?

Només coneixem un tipus de vida: el terrestre. És per això que els astrobiòlegs necessiten prendre-ho com a referència per saber què buscar en altres llocs. Podrien existir altres formes de vida diferents a les terrestres? Potser, però seria gairebé impossible reconèixer-les. Si no saps què busques, pot ser que ho trobis però no te n’adonis.

Es considera que perquè aparegui i es desenvolupi la vida es necessita:

• Un líquid on tinguin lloc reaccions químiques: a la Terra, és l’aigua.
  
• Un element amb facilitat per formar compostos estables: a la Terra, és el carboni.
  
• Una font d’energia: a la Terra, és el Sol.

Partint d’aquesta base, es busquen planetes o satèl·lits amb aquestes característiques, tot i que no es descarten altres possibilitats com metà líquid (és el cas de Tità, satèl·lit de Saturn), età, àcid sulfúric, amoníac o àcid acètic com a solvent, o formes de vida basades en altres elements com el silici, una constant en relats de ciència-ficció.

Representació artística dels llacs de metà de Tità. Crèdit: Steven Hobbs

QUÈ ES NECESSITA PERQUÈ ES MANTINGUI LA VIDA?

El cos celest en qüestió també ha de complir una sèrie de característiques perquè la vida es pugui mantenir:

• Abundància d’elements químics com el carboni, hidrogen, oxigen i nitrogen per formar compostos orgànics.
  
• Que el planeta/satèl·lit es trobi dins de la zona d’habitabilitat de la seva estrella. Resumidament, que orbiti a una distància que permeti unes temperatures ni molt altes ni molt baixes.

Zona d’habitabilitat (verd) segons la temperatura de l’estrella. Vermell: massa calenta, blau: massa fred. Font: NASA / Missió Kepler / D. Berry 

• Una font d’energia suficient per mantenir la temperatura i permetre la formació de molècules complexes.
• Una gravetat adequada per mantenir una atmosfera i no aixafar als éssers vius del planeta
• Que el planeta tingui un camp magnètic per desviar la radiació incompatible amb la vida provinent de la seva estrella.

El camp magnètic terrestre protegeix la vida del vent solar. Font: ESA

 En el nostre Sistema Solar, els candidats que possiblement compleixen aquestes característiques són Mart, Europa i Ganimedes  (satèl·lits de Júpiter), Encèlad i Tità (satèl·lits de Saturn) i Tritó (satèl·lit de Neptú).

PER QUÈ EL CARRBONI?

Els éssers vius estem formats per cèl·lules, i aquestaes al seu torn, si anem reduint la escala, de molècules i àtoms (com tota la matèria). Per què la vida està basada en el carboni?

En realitat, en la constitució dels organismes intervenen 26 elements, però el 95% de la matèria viva es compon de carboni (C), hidrogen (H), nitrogen (N), oxigen (O), fòsfor (P) i sofre (S). Podem imaginar-los com els “maons de la vida”: combinant aquestes peces bàsiques, podem obtenir organismes complexos. Aquests maons poden unir-se a altres mitjançant enllaços covalents. Metafòricament, els àtoms els podem imaginar com esferes amb mans els quals es poden agafar a altres mans lliures. Per exemple, la principal molècula de font d’energia per a tots els éssers vius és l’ATP (trifosfat d’adenosina), de fórmula C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃.

 

Representació esquemàtica dels àtoms de carboni, hidrogen,oxigen, nitrogen, fòsfor i les seves valències (enllaços possibles). Producció pròpia basada en la figura 6.3 de “La vida en el espacio” (veure referències)

 

L’element candidat a sustentar la vida hauria de ser un element abundant, capaç de formar gran quantita td’enllaços am si mateix i amb altres elements. Dels 5 elements més abundants a l’univers:

• Heli:  no forma compostos.
• Hidrogen i oxigen: tenen 1 i 2 mans, de manera que només poden formar compostos molt senzills.
  
• Nitrogen: pot unir-se a 3 àtoms, però no es coneixen cadenes de diversos àtoms de nitrogen.
• Carboni: té 4 mans, per la qual cosa pot unir-se fortament amb altres carbonis amb enllaços simples, dobles, o triples. Això li permet formar cadenes llarguíssimes i estructures tridimensionals i encara li poden “sobrar” mans amb les quals unir-se a nitrogen, oxige, sofre, fòsfor i hidrogen. Aquesta versatilitat permet construir molècules químicament actives i complexes, justament la complexitat que fa possible la vida.

Estructura química de l’ADN, on es pot observar la importància de la capacitat del carboni de formar llargues cadenes i anells. Font

Podria haver vida en un altre lloc basada en un àtom diferent?

ALTERNATIVES AL CARBONI

EXTRATERRESTRES DE SILICI

Com establir 4 enllaços és tan útil, el silici és el primer candidat pel qual aposten astrobiòlegs i escriptors de ciència ficció, encara que no sigui tan abundant com el carboni. El silici (Si) també pot formar 4 enllaços i és abundant en planetes rocosos com la Terra, però…

• L’enllaç Si-Si és bastant feble. En un medi aquós, la vida basada en silici no es mantindria durant molt de temps ja que molts compostos es dissolen en ella, encara que podria ser possible en un altre mitjà, com nitrogen líquid (Bains, W.).
• És molt reactiu. El silà per exemple (equivalent del metà, però enlloc de carboni amb un àtom de silici) crema espontàniament a temperatura ambient.
• És sòlid a la majoria de temperatures. Forma molt fàcilment estructures amb l’oxigen (sílice o diòxid de silici), però el resultat gairebé sempre és un mineral (quars): massa simple i només reacciona fos a 1000ºC.
• No forma cadenes ni xarxes amb si mateix, per la seva major grandària respecte el carboni. De vegades forma cadenes llargues amb oxigen (silicones), a les que potser es podrien unir a altres grups per formar molècules complexes. Justament l’extraterrestre de la pel·lícula Alien, el vuitè passatger posseeix teixits de silicona. Els éssers formats per silicones serien més resistents, la qual cosa porta a especular quin tipus de condicions extremes podrien suportar.

Horta, una forma de vida basada en el silici apareguda a la sèrie de ciència ficció Star Trek. Font

EXTRATERRESTRES DE NITROGEN I FÒSFOR

Vegem algunes característiques del nitrogen i fòsfor per separat:

• Nitrogen: només pot formar 3 enllaços amb altres molècules i és poc reactiu.
• Fòsfor:  els seus enllaços són febles i els enllaços múltiples poc comuns, encara que pot formar llargues cadenes. El problema és que és massa reactiu.

Combinant els dos, es podrien obtenir molècules estables, però els éssers basats en nitrogen i fòsfor tindrien altres problemes: els compostos de nitrogen, dels quals haurien d’alimentar-se, no es troben en suficient quantitat en els planetes i el cicle biològic no seria favorable energèticament parlant.

EXTRATERRESTRES DE BOR, SOFRE I ARSÈNIC

Les bioquímiques més improbables podrien basar-se en aquests elements:

• Bor: pot formar cadenes llargues i unir-se a altres elements com el nitrogen, hidrogen o carboni.
• Sofre: pot formar cadenes llargues, però per la seva grandària és altament reactiu i inestable.
• Arsènic: és massa gran pa ra formar compostos estables, tot i que les seves propietats químiques són semblants a les del fòsfor.

El 2010, la revista Science va publicar un estudi en el qual s’afirmava haver descobert un bacteri (GFAJ-1) capaç de viure només d’arsènic, letal per a qualsevol ésser viu. Trencava el paradigma de la biologia en no fer servir el fòsfor (recordeu l’ATP i l’estructura de l’ADN) i obria noves vides d’estudi per a l’astrobiologia. El 2012, dues investigacions independents refutaven la teoria de la investigadora Felisa Wolfe-Simon i el seu equip. El fòsfor segueix sent essencial perquè els organismes puguin viure i desenvolupar-se en la Terra.

El bacteri GFAJ-1. Font

De moment, aquestes bioquímiques hipotètiques no són més que especulacions, de manera que els astrobiòlegs continuen buscant vida basada en el carboni, encara que ja sabem que la ciència mai ens deixa de sorprendre. Encara que poguéssim identificar vida basada en altres elements, si algun dia trobem vida extraterrestre (o viceversa) la revolució serà tan gran que encara que sigui basada en el carboni, donarà molt que parlar.

REFERÈNCIES

• Mix, L.J. 2010. La vida en el espacio. Crítica
• Giménez A., Gómez, J., Rodríguez E., Martín, D. (Coordinadors). Astrobiología: sobre el origen de la vida en el universo. 2011, CSIC.
• Apunts del curs L’astrobiologia i la recerca de vida extraterrestre . Universitat d’Edimburg
• Superlife: el silicio orgánico
• Foto de portada (Face hugger basat en la pel·lícula Alien)Save </ span>  

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Tardígrados: Animales con superpoderes

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Los osos más pequeños del mundo tienen capacidades dignas de superhéroes. En realidad, no son osos propiamente dichos: los osos de agua en realidad son los tardígrados. Son animales invertebrados prácticamente indestructibles: sobreviven décadas sin agua ni alimento, a temperaturas extremas e incluso han sobrevivido al espacio exterior. Conoce al animal que parece llegado de otro planeta y aprende a observarlo en tu casa si dispones de un microscopio.

¿QUÉ ES UN TARDÍGRADO?

Oso de agua (Macrobiotus sapiens) en musgo. Foto coloreada tomada con microscopio electrónico de barrido (SEM): Foto de Nicole Ottawa & Oliver Meckes

Los tardígrados u osos de agua, son un grupo de invertebrados de 0,05-1,5 mm que viven preferiblemente en lugares húmedos. Son especialmente abundantes en la película de humedad que recubre musgos y helechos, aunque no faltan especies oceánicas y de agua dulce, por lo que podemos considerar que viven en cualquier parte del mundo. Incluso a escasos metros de ti, en el hueco entre baldosa y baldosa. En un gramo de musgo se han llegado a encontrar hasta 22.000 ejemplares. Se han encontrado en la Antártida bajo capas de 5 metros de hielo, en desiertos cálidos, en fuentes termales, en montañas de 6.000 metros de altura y a profundidades oceánicas abisales. Se trata pues de animales extremófilos. Se calcula que existen más de 1.000 especies.

MORFOLOGÍA

Su nombre popular hace referencia a su aspecto y el científico a la lentitud de sus movimientos. Tienen el cuerpo dividido en 5 segmentos: el cefálico, donde tienen la boca en forma de trompa (probóscide) con dos estiletes internos y en ocasiones ojos simples  (omatidios) y pelos sensoriales,  y los 4 restantes con un par de patas por segmento. Cada pata posee unas garras para anclarse al terreno.

Vista ventral de un tardígrado donde se observan los cinco segmentos del cuerpo. Imagen coloreada de microscopio electrónico de barrido (SEM). Foto de Eye Of Science/Science Photo Library

Tardígrado (Echiniscus sp.) en el que se le pueden observar las garras. Imagen coloreada de microscopio electrónico de barrido (SEM). Foto de Eye Of Science/Science Photo Library

Observa en este vídeo de Craig Smith los movimientos del tardígrado con más detalle:

ALIMENTACIÓN

Gracias a los estiletes de su boca, perforan los vegetales de los que se alimentan y succionan los productos de la fotosíntesis, pero también pueden alimentarse absorbiendo el contenido celular de otros organismos microscópicos como bacterias, algas, rotíferos, nematodos… Algunos son depredadores y pueden ingerir microorganismos enteros.

Su aparato digestivo es básicamente la boca, una faringe con potentes músculos para hacer los movimientos de succión que se abre directamente al intestino y el ano. Algunas especies sólo defecan cuando mudan.

Detalle de la boca de un tardígrado. Imagen coloreada de microscopio electrónico de barrido (SEM). Foto de Eye Of Science/Science Photo Library

ANATOMÍA INTERNA

No poseen aparato circulatorio ni respiratorio: el intercambio de gases se hace directamente por la superficie del cuerpo. Están cubiertos por una cutícula rígida que puede ser de distintos colores y que van mudando a medida que crecen. Con cada muda, pierden los estiletes bucales, que serán segregados de nuevo. Son organismos eutélicos: para crecer solamente aumentan el tamaño de sus células, no su número, que permanece constante a lo largo de su vida

REPRODUCCIÓN

Los tardígrados en general tienen sexos separados (son dioicos) y se reproducen por huevos (son ovíparos), pero también hay especies hermafroditas y partenogénenéticas (las hembras se reproducen sin ser fecundadas por ningún macho). La fecundación es externa y su desarrollo es directo, es decir, no presentan fases larvarias.

Huevo de tardígrado. Imagen coloreada de microscopio electrónico de barrido (SEM). Foto de Eye of Science/Science Photo Library

LOS RÉCORDS DE LOS TARDÍGRADOS

Los tardígrados son animales increíblemente resistentes que han superado las siguientes condiciones:

• Deshidratación: pueden sobrevivir durante 30 años en condiciones de laboratorio sin una sola gota de agua. Hay fuentes que aseguran que resisten hasta 120 años o que se han encontrado en hielos de 2000 años de antigüedad y han podido revivir, aunque probablemente sean exageraciones.
• Temperaturas extremas: si hierves un tardígrado, sobrevive. Si lo sometes a temperaturas de casi el cero absoluto (-273ºC), sobrevive. Su rango de supervivencia va de -270ºC a 150ºC.
• Presión extrema: son capaces de soportar desde el vacío hasta  6.000 atmósferas, es decir, 6 veces la presión que hay en el punto más profundo de la Tierra, la Fosa de las Marianas (11.000 metros de profundidad).
• Radiación extrema: los tardígrados pueden soportar bombardeos de radiación en una dosis 1000 veces superior a la letal para un humano.
• Sustancias tóxicas: si se les sumerge en éter o alcohol puro, sobreviven.
• Espacio exterior: los tardígrados son los únicos animales que han sobrevivido al espacio exterior sin protección alguna. En 2007 la ESA (Agencia Espacial Europea), dentro del proyecto TARDIS (Tardigrades In Space) expuso tardígrados (Richtersius coronifer y Milnesium tardigradum) durante 12 días en la superficie de la nave Foton-M3 y sobrevivieron al viaje espacial. En 2011 la NASA hizo lo propio colocándolos en el exterior del transbordador espacial Endeavour y se corroboraron los resultados. Sobrevivieron al vacío, a los rayos cósmicos y a una radiación ultravioleta 1000 veces superior a la de la superficie terrestre. El proyecto Biokis (2011)  de la Agencia Espacial Italiana (ASI) estudió el impacto de estos viajes a nivel molecular.

¿CÓMO LO HACEN?

Los tardígrados son capaces de resistir estas condiciones tan extremas porque entran en estado de criptobiosis cuando las condiciones son desfavorables. Es un estado extremo de anabiosis (disminución del metabolismo). Según las condiciones que tienen que soportar, la criptobiosis se clasifica en:

• Anhidrobiosis: en caso de deshidratación del medio, entran en “estado de tonel” ya que adoptan forma de barril para reducir su superficie y se envuelven en una capa de cera para evitar la pérdida del agua por transpiración. Para evitar la muerte de las células, sintetizan trehalosa, un azúcar que sustituye al agua de su cuerpo y mantiene intacta la estructura de las membranas celulares. Reducen el contenido de agua de su cuerpo hasta sólo un 1% y seguidamente detienen su metabolismo casi por completo (0,01% por debajo de lo normal).

  

  Tardígrado deshidratado. Foto de Photo Science Library

• Criobiosis: en caso de someterse a bajas temperaturas, el agua de casi cualquier ser vivo cristaliza, rompe la estructura de las células y el ser vivo muere. Pero los tardígrados utilizan proteínas que congelan bruscamente el agua de las células en forma de pequeños cristales, con lo que logran evitar su rotura.
• Osmobiosis: se da en caso de aumento de la concentración salina del medio.
• Anoxibiosis: en caso de falta de oxígeno, entran en un estado de inactividad en el que dejan su cuerpo totalmente estirado, por lo que necesitan agua para mantenerse turgentes.

En el caso de las exposiciones  a las radiaciones, que destruirían el ADN, se ha observado que los tardígrados son capaces de reparar el material genético dañado.

Estas técnicas ya han sido imitadas en campos como la medicina, conservando órganos de ratas para posteriormente “revivirlos” y pueden abrir otras vías de conservación de tejidos vivos y trasplantes. También abren nuevos campos en la exploración espacial de vida extraterrestre (astrobiología) e incluso en la exploración humana del espacio para resistir largos viajes interplanetarios, en ideas por el momento, más cercanas a la ciencia ficción que a la realidad.

¿SON EXTRATERRESTRES?

El escaso registro fósil, su parentesco evolutivo poco claro y su gran resistencia, provocaron hipótesis que especulaban con la posibilidad que los tardígrados hayan venido del espacio exterior.  No se trata de una idea descabellada, aunque altamente improbable. La panspermia es la hipótesis por la cual la vida, o mejor dicho, las moléculas orgánicas complejas, no se originaron en la Tierra, sino que llegaron gracias a meteoritos durante los inicios del Sistema Solar. De hecho, se han encontrado meteoritos con aminoácidos (moléculas indispensables para la vida) en su composición, por lo que la panspermia es una hipótesis que no se puede descartar todavía.

Foto de Eye Of Science/Photolife Library

Pero no es el caso de los tardígrados: su ADN es igual al del resto de seres vivos terrestres y los últimos estudios filogenéticos los emparentan con los onicóforos (animales parecidos a gusanos), asquelmintos y artrópodos. Lo fascinante es que es el animal con más ADN ajeno: hasta el 16% de su genoma pertenece a hongos, bacterias o arqueas, obtenidos por un proceso llamado transferencia genética horizontal. La presencia de genes ajenos en otras especies animales no suele ser más del 1%. ¿Será esto lo que le ha permitido desarrollar esta gran resistencia?

¿QUIERES BUSCAR TARDÍGRADOS POR TI MISMO Y OBSERVARLOS EN ACCIÓN?

Al ser tan comunes y habitar potencialmente casi cualquier lugar, si dispones de un microscopio, por sencillo que sea, puedes buscar y ver tardígrados vivos con tus propios ojos:

• • Coge un trozo de musgo de una roca o muro, mejor si está un poco seco.
  • Déjalo secar al sol y límpialo de tierra y otros restos grandes.
  • Ponlo al revés en un recipiente transparente (como una placa de Petri), empápalo con agua y déjalo reposar unas horas.
  • Retira el musgo y busca los tardígrados en el agua del recipiente (ponlo en un fondo negro para ver más fácilmente). Si hay suerte, con una lupa podrás verlos moverse.
  • Cógelos con una pipeta o cuentagotas, colócalos en el portaobjetos y a ¡disfrutar! Podrías ver cosas parecidas a ésta:

REFERENCIAS

• Pequeños pero invencibles
• Revelan más secretos del indestructible tardígrado
• Meet the miniature water bear: nature’s ultimate survivor or an alien from another planet?
• Tardígrados, los animales que desafían toda preconcepción biológica
• Tardigrada.es
• Los tardígrados, ositos de agua
• Tiny animal survive exposure to space
• Anhydrobiosis in invertebrates
• “Alien” water bears amaze scientists
• Tardigrada (Astronoo)
• La criptobiosis en el phylum Tardigrada
• El animal “más resistente de la Tierra” se prueba en el espacio
• Foto de portada de Oliver Meckes

Tardígrads: Animals amb superpoders

Els óssos més petits del món tenen capacitats dignes de superherois. En realitat, no són óssos pròpiament dits: els óssos d’aigua en realitat són els tardígrads. Són animals invertebrats pràcticament indestructibles: sobreviuen dècades sense aigua ni aliment, a temperatures extremes i fins i tot han sobreviscut a l’espai exterior. Coneix l’animal que sembla arribat d’un altre planeta i aprèn a observar-lo a casa teva si disposes d’un microscopi.

QUÈ ES UN TARDÍGRAD?

Ós d’aigua (Macrobiotus sapiens) a sobre de molsa. Foto acolorida presa amb microscopi electrònic d’escombratge (SEM): Foto de Nicole Ottawa & Oliver Meckes

Els tardígrads o óssos d’aigua, són un grup d’invertebrats de 0,05-1,5 mm que viuen preferiblement en llocs humits. Són especialment abundants en la pel·lícula d’humitat que recobreix molses i falgueres, encara que no falten espècies oceàniques i d’aigua dolça, per la qual cosa podem considerar que viuen arreu del món. Fins i tot a escassos metres de tu, entre rajola i rajola. En un gram de molsa s’han arribat a trobar fins a 22.000 exemplars. S’han trobat a l’Antàrtida a sota de capes de 5 metres de gel, en deserts càlids, en fonts termals, en muntanyes de 6.000 metres d’altura i a profunditats oceàniques abissals. Es tracta doncs d’animals extremòfils. Es calcula que existeixen més de 1.000 espècies.

MORFOLOGIA

El seu nom popular fa referència al seu aspecte i el científic a la lentitud dels seus moviments. Tenen el cos dividit en 5 segments: el cefàlic, on tenen la boca en forma de trompa (probòscide) amb dos estilets interns i en ocasions ulls simples (ommatidis) i pèls sensorials, i els 4 restants amb un parell de potes per segment. Cada pota té urpes per ancorar-se al terreny.

Vista ventral d’un tardígrad on s’observen els cinc segments del cos. Foto acolorida presa amb microscopi electrònic d’escombratge (SEM). Foto de Eye Of Science/Science Photo Library

Tardígrad (Echiniscus sp.) en el que es poden observar les urpes. Foto acolorida presa amb microscopi electrònic d’escombratge (SEM). Foto de Eye Of Science/Science Photo Library

Observa en aquest vídeo de Craig Smith els moviments dels tardígrads amb més detall:

ALIMENTACIÓ

Gràcies als estilets de la seva boca, perforen els vegetals dels quals s’alimenten i succionen els productes de la fotosíntesi, però també es poden alimentar absorbint el contingut cel·lular d’altres organismes microscòpics com bacteris, algues, rotífers, nematodes… Alguns són depredadors i poden ingerir microorganismes sencers.

El seu aparell digestiu és bàsicament la boca i una faringe amb potents músculs per fer els moviments de succió que s’obre directament a l’intestí i l’anus. Algunes espècies només defequen quan muden.

Detall de la boca d’un tardígrao. Foto acolorida presa amb microscopi electrònic d’escombratge (SEM). Foto de Eye Of Science/Science Photo Library

ANATOMIA INTERNA

No posseeixen aparell circulatori ni respiratori: l’intercanvi de gasos es fa directament per la superfície del cos. Estan coberts per una cutícula rígida que pot ser de diferents colors i que van mudant a mesura que creixen. Amb cada muda, perden els estilets bucals, que seran segregats de nou. Són organismes eutèlics: per créixer només augmenten la mida de les seves cèl·lules, no el seu número, que roman constant al llarg de la seva vida

REPRODUCCIÓ

Els tardígrads en general tenen sexes separats (són dioics) i es reprodueixen per ous (són ovípars), però també hi ha espècies hermafrodites i partenogénenètiques (les femelles es reprodueixen sense ser fecundades per cap mascle). La fecundació és externa i el seu desenvolupament és directe, és a dir, no presenten fases larvàries.

Ou de tardígrad. Foto acolorida presa amb microscopi electrònic d’escombratge (SEM). Foto de Eye Of Science/Science Photo Library

ELS RÈCORDS DELS TARDÍGRADS

Els tardígrads són animals increïblement resistents que han superat les següents condicions:

• Deshidratació: poden sobreviure durant 30 anys en condicions de laboratori sense una sola gota d’aigua. Hi ha fonts que asseguren que resisteixen fins a 120 anys o que s’han trobat en gels de 2000 anys d’antiguitat i han pogut reviure, tot i que probablement siguin exageracions.
• Temperatures extremes: si bulls 1 tardígrad, sobreviu. Si el sotmets a temperatures de gairebé el zero absolut (-273ºC), sobreviu. El seu rang de supervivència va de -270ºC a 150ºC.
• Pressió extrema: són capaços de suportar des del buit fins a 6.000 atmosferes, és a dir, 6 vegades la pressió que hi ha al punt més profund de la Terra, la Fossa de les Marianes (11.000 metres de profunditat).
• Radiació extrema: els tardígrads poden suportar bombardejos de radiació en una dosi 1000 vegades superior a la letal per un humà.
• Substàncies tòxiques: si se’ls submergeix en èter o alcohol pur, sobreviuen.
• Espai exterior: els tardígrads són els únics animals que han sobreviscut a l’espai exterior sense cap protecció. El 2007 l’ESA (Agència Espacial Europea), dins del projecte TARDIS (Tardigrades In Space) va exposar tardígrads (Richtersius coronifer i Milnesium tardigradum) durant 12 dies a la superfície de la nau Foton-M3 i van sobreviure al viatge espacial. El 2011 la NASA va fer el mateix col·locant-los a l’exterior del transbordador espacial Endeavour i es van corroborar els resultats. Van sobreviure al buit, als rajos còsmics i a una radiació ultraviolada 1000 vegades superior a la de la superfície terrestre. El projecte Biokis (2011) de l’Agència Espacial Italiana (ASI) va estudiar l’impacte d’aquests viatges a nivell molecular.

COM HO FAN?

Els tardígrads són capaços de resistir aquestes condicions tan extremes perquè entren en estat de criptobiosi quan les condicions són desfavorables. És un estat extrem d’anabiosi (disminució del metabolisme). Segons les condicions que han de suportar, la criptobiosi es classifica en:

• Anhidrobiosi: en cas de deshidratació del medi, entren en “estat de barril” ja que adopten aquesta forma per reduir la seva superfície i s’emboliquen en una capa de cera per evitar la pèrdua de l’aigua per transpiració. Per evitar la mort de les cèl·lules, sintetitzen trehalosa, un sucre que substitueix a l’aigua del seu cos i manté intacta l’estructura de les membranes cel·lulars. Redueixen el contingut d’aigua del seu cos fins a només un 1% i seguidament detenen el seu metabolisme gairebé per complet (0,01% per sota del normal).

  

  Tardígrad deshidratat. Foto acolorida presa amb microscopi electrònic d’escombratge (SEM). Foto de Eye Of Science/Science Photo Library

• Criobiosi: en cas de sotmetre’s a baixes temperatures, l’aigua de gairebé qualsevol ésser viu cristal·litza, trenca l’estructura de les cèl·lules i l’ésser viu mor. Però els tardígrads utilitzen proteïnes que congelen bruscament l’aigua de les cèl·lules en forma de petits cristalls, de manera que aconsegueixen evitar el seu trencament.
• Osmobiosi: es dóna en cas d’augment de la concentració salina del medi.
• Anoxibiosi: en cas de manca d’oxigen, entren en un estat d’inactivitat en el que deixen el seu cos totalment estirat, de manera que necessiten aigua per mantenir-se turgents.

En el cas de les exposicions a les radiacions, que destruirien l’ADN, s’ha observat que els tardígrads són capaços de reparar el material genètic malmès.

Aquestes tècniques ja han estat imitades en camps com la medicina, conservant òrgans de rates per posteriorment “reviure’ls” i poden obrir altres vies de conservació de teixits vius i trasplantaments. També obren nous camps en l’exploració espacial de vida extraterrestre (astrobiologia) i fins i tot en l’exploració humana de l’espai per resistir llargs viatges interplanetaris, en idees de moment, més properes a la ciència ficció que a la realitat.

SÓN EXTRATERRESTRES?

L’escàs registre fòssil, el seu parentiu evolutiu poc clar i la seva gran resistència, van provocar hipòtesis que especulaven amb la possibilitat que els tardígrads hagin vingut de l’espai exterior. No es tracta d’una idea sense cap ni peus, encara que altament improbable. La panspèrmia és la hipòtesi per la qual la vida, o millor dit, les molècules orgàniques complexes, no es van originar a la Terra, sinó que van arribar gràcies a meteorits durant els inicis del Sistema Solar. De fet, s’han trobat meteorits amb aminoàcids (molècules indispensables per a la vida) en la seva composició, de manera que la panspèrmia és una hipòtesi que no es pot descartar encara.

Foto acolorida presa amb microscopi electrònic d’escombratge (SEM). Foto de Eye Of Science/Science Photo Library

Però no és el cas dels tardígrads: el seu ADN és igual al de la resta d’éssers vius terrestres i els últims estudis filogenètics els emparenten amb els onicòfors (animals semblants a cucs), asquelmints i artròpodes. El que és fascinant és que és l’animal amb més ADN aliè: fins al 16% del seu genoma pertany a fongs, bacteris o arquees, obtinguts per un procés anomenat transferència genètica horitzontal. La presència de gens aliens a altres espècies animals no sol ser més de l’1%. Serà això el que li ha permès desenvolupar aquesta gran resistència?

VOLS BUSCAR TARDÍGRADS TU MATEIX I OBSERVAR-LOS EN ACCIÓ?

En ser tan comuns i habitar potencialment gairebé qualsevol lloc, si disposes d’un microscopi, per senzill que sigui, pots buscar i veure tardígrads vius amb els teus propis ulls:

• Agafa un tros de molsa d’una roca o mur, millor si està una mica sec.
• Deixa’l assecar al sol i neteja’l de terra i altres restes grans.
• Posa’l a l’inrevés en un recipient transparent (com una placa de Petri), mulla’l amb aigua i deixa-ho reposar unes hores.
• Retira la molsa i busca els tardígrads a l’aigua del recipient (posa-ho en un fons negre per veure més fàcilment). Si hi ha sort, amb una lupa els podràs veure movent-se
• Agafa’ls amb una pipeta o comptagotes, col·loca’ls en el portaobjectes i a gaudir! Podries veure coses semblants a aquesta:

REFERENCIAS

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