DEL DOMINIO ARCHAE A LA TERRAFORMACION

DEL DOMINIO ARCHAE A LA TERRAFORMACION

Por David Serquera Peyró.

El hombre ha soñado siempre con expandir

sus horizontes. Explorar y conocer nuestro

planeta fue la empresa principal hasta el

siglo XX. Habitar otros planetas será la gran

aventura de los siglos futuros.

Cuando en 1977 Carl Woese propuso a la comunidad científica la idea de que la vida conocida sobre la tierra está compuesta por tres dominios en lugar de dos, como hasta entonces se creía, uno de los principios más sólidos de la biología fue ampliado de manera extraordinaria. Nacido en Syracuse (N.Y) Woese se doctoró en 1953 en biofísica por la universidad de Yale y tras pasar nueve años como investigador en distintos laboratorios, finalmente alcanzó en 1964 la universidad de Illinois, donde junto al microbiólogo Ralph S. Wolf desarrollaría su más importante labor científica.

Hasta 1977 se creía que la vida estaba formada por dos dominios, los eucariotas, al cual pertenecían las plantas, los animales y los hongos, y los procariotas, formado por bacterias y archaebacterias, pero Woese desarrolló y perfeccionó un método que le permitió reconstruir la filogenia de estos géneros, obteniendo a su vez un sistema válido de clasificación filogenética que le llevó al sorprendente descubrimiento de que las llamadas hasta entonces Archaebacterias estaban en realidad más cercanas en el árbol genealógico de la vida de los eucariotas que de los procariotas y, por consiguiente, más alejadas de las bacterias que de los hongos, las plantas o los animales.

Fig.1 Arbol filogenético de la vida tras los trabajos de Woese. Podemos observar los tres dominios de la vida con sus géneros y familias, quedando como incógnita todavía sin resolver el antepasado común a todos ellos a partir del que divergieron hace aproximadamente unos 4000 millones de años.

El método utilizado por Woese consistió en la comparación de las secuencias nucleotídicas(unidades constituyentes de los ácidos nucleicos: ADN y ARN) de los distintos ARN ribosómicos, obteniendo así una medida evolucionista válida para la clasificación filogenética de las bacterias y archaebacterias que alcanzan un período evolutivo de unos 4.000 millones de años. El ARN ribosómico (ARNr) forma parte de los ribosomas, organelas celulares clave que podríamos comparar con autenticas fábricas donde se traduce el código genético de todos los seres vivos en código de aminoácidos, principales unidades básicas que forman las proteínas. Más de la mitad del peso de los ribosomas está formado por el ARN ribosómico que realiza funciones estructurales y catalíticas dentro del ribosoma, el resto del peso constituyente del ribosoma corresponde a proteínas. Mientras que las proteínas que forman los ribosomas son muy heterogéneas el ARN ribosómico presenta pequeñas variaciones en su secuencia de unas especies a otras permitiendo mediante comparación de las mismas, la clasificación filogenética de los distintos organismos, las secuencias con mayor similitud se encontrarán más próximas en el árbol evolutivo, siendo las más diferentes más alejadas. Así es como el dominio Archae se separó definitivamente de los procariotas.

Fig.2. Procesos de transcripción y traducción. Vemos como el ARNr forma parte constituyente del ribosoma.

¿Qué es lo que hace especialmente interesante al domino Archae no solo para los biólogos evolucionistas, sino, para las grandes empresas de biotecnología, la NASA, y en general para todos los atrobiólogos y microbiólogos?

Imaginemos un día duro en nuestras vidas, a alguno de nosotros se le ha ocurrido, casi por azar, realizar una expedición al Kurdistán para observar un eclipse total de sol, es una oportunidad única que solo los más intrépidos podrán superar tras recorrer un desierto abrasador en un Ford Escort sin noción alguna de mecánica. Hagamos un pequeño esfuerzo más y pensemos que por una fatalidad nuestro vehículo nos deja tirados en medio de un desierto a las doce del mediodía a unos 50-60ºC bajo un sol abrasador y, para colmo de nuestras desgracias, no nos queda agua para poder hidratarnos. A pesar de todo, nuestro coraje nos hace caminar en busca de un manantial. Uno de nosotros divisa a lo lejos una extensa superficie de lo que sin lugar a dudas es agua, corremos desesperadamente agotando nuestras últimas energías zambulliéndonos sin pensarlo en su interior, solo uno de nosotros, desgraciadamente agotado, deshidratado y sometido a una hipertermia, se queda a los pies del manantial, sus proteínas comienzan a desnaturalizarse, su ADN sufre fracturas que irremediablemente no pueden ser reparadas y los procesos bioquímicos celulares se paralizan provocando una lenta agonía que, afortunadamente, permiten a nuestro compañero ser el único superviviente de nuestra expedición. ¿Qué pasó con el resto? Cuando creíamos que ellos serían los únicos que podrían salvarse, se sumergieron en un ambiente extremo: la temperatura del agua alcanzaba los 65ºC en el momento de la inmersión, poco después una emanación de ácido sulfúrico disminuyó el PH por debajo de 5 y al parecer el fondo del manantial estaba contaminado por desechos radiactivos del orden de 5.000 Gy ( no hay ningún ambiente natural terrestre que genere un flujo radiactivo por año superior a 200mGy) y metales pesados como el mercurio iónico. A pesar de todo, y de nuestros compañeros, en nuestro manantial existe vida, y esta vida pertenece al dominio Archae

Fig.3. Arbol genealógico del dominio Archae

El dominio Archae proporciona dos características de especial interés, en primer lugar son microorganismos muy antiguos, se estima que ya estaban presentes en la superficie terrestre hace unos 4.000 millones de años y en segundo lugar presentan un desarrollo óptimo de sus funciones biológicas en condiciones ambientales extremas, esto, por un lado nos permite el estudio del desarrollo de la vida en etapas muy tempranas de la tierra, donde las condiciones geológicas y atmosféricas eran muy similares a la de los ambientes extremos de hoy y a la de otros planetas y satélites de nuestro sistema solar como Marte, Io o Europa, y por otra parte, nos abren un sinfín de posibilidades dentro del campo de la bioremediación, la biotecnología aplicada a los procesos industriales y la terraformación. Como dice Robert Richmond de la NASA's Marshall Space Flight Center: "Siempre tienes que pensar en la utilidad de un microorganismo para remediar un hábitat, después solo tienes que ponerlo y que trabaje por ti".

Fig.4. Imagen de Deinococcus radiodurans.Microorganismo perteneciente al dominio Archae dentro de la familia DeinococcaceaeSu característica principal es la de sobrevivir a los efectos letales de las radiaciones ionizantes . El hábitat natural de este microorganismo no se ha determinado con exactitud habiendo sido encontrado en lugares muy dispares entre sí como puedan ser los excrementos de animales o los tanques de refigeracion de las centrales nucleares. Recientemente se ha secuenciado completamente su genoma que puede ser consultado en http://www.tigr.org/ . Tambien ha sido geneticamente alterado para la detoxificación de metales pesados y disolventes orgánicos en ambientes radioactivos.

Existen varias definiciones de terraformacion, si hablamos de ingeniería planetaria como la capacidad de alterar el medio ambiente de un planeta para posibilitar el crecimiento y desarrollo de los organismos terrestres, entonces podremos dividir este proceso en dos fases, la ecopoiesis, creación de una biosfera anaeróbica autoregulada, y la terraformación, creación de un clima habitable para el hombre. Para los científicos este concepto ha evolucionado recientemente de la ciencia ficción a una posibilidad teórica, de hecho la NASA está considerando lanzar pruebas de biomicroterraformación a sitios específicos de la superficie marciana. Todo gracias al descubrimiento de diferentes microorganismos Archae.

Pongamos el ejemplo del planeta Marte: con una superficie rica en metales pesados y óxidos, junto con elevados niveles de radiación ultravioleta ionizante, a pocos de nosotros se nos ocurriría pasar siquiera unos minutos en el Ares Vallis sin una protección extrema, sin embargo, es posible que uno de los más antiguos microorganismos que pueblan la superficie terrestre pudiera ser el primer viajero interplanetario en colonizar la superficie marciana, su nombre: Deinococcus radioduranas.

Marte posee una atmósfera muy fina compuesta mayoritariamente por CO2 (95.3%); N2 (2.7%); Argón (1.6%) y trazas de O2 (0.15%) y H2O (0.03%). La superficie marciana está formada mayoritariamente por SiO2 y FeO junto con porciones menores de óxidos de Mg y AL (Tabla.1.). Esta composición atmosférica y del suelo es tremendamente nociva para los seres vivos tal y como han evolucionado sobre la tierra, ya que se facilita la desnaturalización de las proteínas (pérdida de su estructura secundaria) y por otra parte el DNA resulta fracturado.

Tabla.1. Composición de distintos suelos recogidos por la sonda Mars Pathfinder.

¿De qué forma podríamos transformar la superficie marciana para que sus suelos fueran menos tóxicos? Necesitamos un organismo resistente a la oxidación, la desecación y las radiaciones ionizantes, tres características que cumple con creces Deinococcus Radiodurans, después solo tenemos que introducir en su genoma los genes necesarios para la detoxificación del medio, y por último, adaptar y extraer mediante selección natural aquellas cepas más aptas para la supervivencia en el planeta Marte (Diagrama.1.).

Recientemente Hassan Brim, Sara C. McFarlan y sus colegas han conseguido crear con éxito, mediante la incorporación en el genoma de Deinococcus radiodurans de un gen de la bacteria Escherichia coli, distintas cepas para la reducción del mercurio iónico( altamente tóxico) en ambientes radiactivos. También demuestran como puede ser utilizado el mismo microorganismo para la detoxificación de mercurio y tolueno, abriendo así la puerta a la creación de microbiofábricas de descontaminación y transformación múltiple.

Aislamiento de microorganismos candidatos

Selección direccional de subpoblaciones en criaderos marcianos.

Algunos microorganismos sufren modificaciones genéticas para alterar tolerancias fisiológicas o expresar determinadas propiedades útiles.

Los organismos genéticamente modificados sufren selección en criaderos marcianos.Los organismos genéticamente modificados sufren selección en criaderos marcianos.

Introducción en ambiente marciano.

Diagrama.1. Pasos teóricos para la creación de microbiofábricas de terraformación marciana. En el momento actual se contempla como una posibilidad teórica no exenta de riesgos.Por supuesto la escala de microbioterraformación se reduciría como máximo a un pequeño espacio cerrado.

Ante todo esto existe una premisa esencial al margen de las dificultades técnicas y/o económicas que puedan surgir al emprender la terraformación planetaria, y es la constatación de la ausencia de vida antes de la invasión masiva por colonias de microrganismos geneticamente modificados, ya que la idea de una infección interplanetaria genera serios problemas éticos. Otro de los riesgos a minimizar sería la posibilidad de evolución de estos microorganismos hacia formas patógenas para el hombre. Todo esto ha hecho que el comité de protección planetaria de la NASA haya desarrollado unas normas estrictas para prevenir la contaminación de otros planetas

Desde el punto de vista amateur el campo de la bioterraformación permite el desarrollo de diversas actividades interesantes. Entre las más atrayentes figura la catalogación y descripción geológica de los ambientes extremos terrestres y su comparación con ambientes similares extraterrestres que podamos encontrar en planetas como Marte, Io o Europa y la ubicación y caracterización de los extremófilos(microorganismos que viven en codiciones extremas de temperatura, presión, pH, salinidad y radiación) en sus hábitats terrestres como base de datos para la selección de objetivos y candidatos para una futura colonización planetaria. Otro de los trabajos factibles es la comparación tridimensional y secuencial mediante software de visualización proteica de las distintas extremoenzimas (enzimas extremófilas) entre sí y con las enzimas con el fin de descubrir las bases estructurales y químicas que permiten a estos microorganismos sobrevivir bajo condiciones que para nosotros resultan letales.

Quedan todavía muchos problemas por resolver pero el viaje acaba de comenzar, quizás hoy pueda parecer lejano el día en el que el hombre pueda habitar otros planetas pero fue hace menos de medio siglo cuando logró salir de la tierra y ya no nos acordamos.