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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), EncéladoTitán (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).

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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, moléculas
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

Mireia Querol Rovira

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Tardígrados: Animales con superpoderes

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
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 seobservan los cinco segmentos del cuerpo. Foto de Eye Of Science/Photo LIbrary
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
Tardigrade. Coloured scanning electron micrograph (SEM) of a freshwater tardigrade or water bear (Echiniscus sp.). Tardigrades, are tiny invertebrates that live in coastal waters and freshwater habitats, as well as semi-aquatic terrestrial habitats like damp moss. They require water to obtain oxygen by gas exchange. In dry conditions, they can enter a cryptobiotic tun (or barrel) state of dessication to survive. Tardigrades feed on plant and animal cells and are found throughout the world, from the tropics to the cold polar waters.
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. Foto de
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.

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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
    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
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:

Mireia Querol Rovira

REFERENCIAS