En una investigación publicada en la revista Nature se muestra por primera vez que las primeras bacterias que respiraron oxígeno y prosperaron en la tierra lo hicieron 100 millones de años antes de lo previsto. De esta forma los investigadores demostraron que la forma más primitiva de vida con respiración aeróbica en la tierra existió hace 2480 millones años atrás.

El equipo de investigación de la Universidad de Alberta hizo su hallazgo mediante la investigación del vínculo entre los niveles de oxígeno atmosférico y el aumento de las concentraciones de cromo en la roca de los fondos marinos antiguos.

Los científicos sugieren que el salto en los niveles de cromo fue provocado por la oxidación del mineral pirita (oro falso) sobre la tierra.

La oxidación de la pirita es un simple proceso químico impulsado por dos cosas: las bacterias y el oxígeno. Los investigadores afirman que esto demuestra que los niveles de oxígeno en la atmósfera de la Tierra aumentaron dramáticamente durante ese tiempo.

Las bacterias aeróbicas que se “comen” la pirita producen un ácido que disuelve las rocas y los suelos produciendo un cóctel de metales, como el cromo. Luego estos minerales fueron arrastrados por las lluvias hacia los océanos.

Los examenes de los datos del fondo marino antiguo muestra que los niveles de cromo aumentaron significativamente 2,480 millones de años atrás. Esto nos da una nueva fecha para el Gran Evento de Oxidación, es decir, el momento en que apareció el oxígeno por primera vez en la atmósfera de nuestro planeta.

Por todos es conocido que el aumento de los niveles de oxígeno atmosférico impulsó el desarrollo de nuevas especies de bacterias. Para seguir en ese camino evolutivo las primeras formas de vida capaces de respirar el oxígeno en la Tierra ​​comenzaron en una piscina de agua muy ácida.

Curiosamente, son los parientes modernos de estas bacterias que comen piedra y que todavía están con nosotros hoy dia quienes nos ayudan en las biotecnologías para la obtención de minerales como el cobre en los procesos llamados biolixiviación.

Referencia

Kurt O. Konhauser, Stefan V. Lalonde, Noah J. Planavsky, Ernesto Pecoits, Timothy W. Lyons, Stephen J. Mojzsis, Olivier J. Rouxel, Mark E. Barley, Carlos Rosìere, Phillip W. Fralick, Lee R. Kump, Andrey Bekker. Aerobic bacterial pyrite oxidation and acid rock drainage during the Great Oxidation Event. Nature, 2011; 478 (7369): 369 DOI: 10.1038/nature10511

El descubrimientos de los componentes del ADN en los meteoritos no es nuevo y data desde la década de 1960, pero los investigadores no estaban seguros si en realidad se obtenían en el espacio o si por el contrario llegaron de la contaminación de la vida terrestre. Por primera vez, existen tres líneas de evidencia que juntas dan la confianza de que estos bloques precursores del ADN en realidad fueron creados en el espacio.

El artículo sobre el descubrimiento aparece publicado en los Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América (PNAS).

El descubrimiento se suma a crecientes evidencias de que la química del interior de los asteroides y los cometas es capaz de generar los bloques precursores de las moléculas biológicas esenciales. Por ejemplo, anteriormente, estos mismos científicos del Centro Goddard de Astrobiología habían encontrado aminoácidos en las muestras del cometa Wild 2 por la misión Stardust de la NASA, y también varios meteoritos ricos en carbono. Los aminoácidos se utilizan para fabricar proteínas, otra de las moléculas biológicas esenciales para la vida, que se utiliza en la célula desde en las estructuras como el pelo hasta en las enzimas, los catalizadores que aceleran o regulan las reacciones químicas.

En el nuevo trabajo se muestran doce meteoritos ricos en carbono, de los cuales nueve fueron recuperados de la Antártida. Se extrajeron los compuestos químicos de cada muestra con una solución de ácido fórmico y se analizaron a través de un cromatógrafo de líquidos, un instrumento que separa una mezcla compleja de estos compuestos y permite luego su identificación mediante espectrómetro de masas. Esto ayuda a determinar muy precisamente la estructura química de los compuestos presentes en el meteorito.

El equipo encontró que la adenina y guanina, que son componentes del ADN llamadas bases nitrogenadas, así como la hipoxantina y la xantina.  El ADN se asemeja a una escalera de caracol, y las cuatro bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina y timina) forman los peldaños de la escalera. Ellos son parte del código que le dice a la maquinaria celular que proteínas hacer. Por su parte la  Hipoxantina y la xantina aunque no se encuentran en el ADN, igual son muy importantes en otros procesos biológicos.

Además, en dos de los meteoritos, el equipo descubrió, por primera vez, trazas de tres moléculas relacionadas con las bases nitrogenadas: las purinas, 2,6 diaminopurina-, y la 6,8 diaminopurina; los dos últimos casi no se encuentran en la biología.

Son precisamente estas moléculas análogas de purinas,  las que proporcionan la primera evidencia de que los compuestos en los meteoritos vinieron del espacio y no de contaminación terrestre. No se espera ver estos análogos de bases nitrogenadas si la contaminación de la vida terrestre fue la fuente, porque estos compuestos no se encuentran casi en la células biológicas. Solo hay un informe de que la 2,6-diaminopurina se encuentra en un virus (cyanophage S-2L). Sin embargo, si los asteroides se comportan fábricas químicas de materiales prebióticos, se puede esperar que produzcan muchas variantes de bases nitrogenadas, no sólo las biológicos, debido a la gran variedad de ingredientes y condiciones de cada asteroide.

La segunda pieza de evidencia científica que apunta a un origen en el espacio es la probabilidad de contaminación de la muestra que puede ser estudiada comparando las muestras de los meteoritos con las muestras de hielo de los mismos lugares donde fueron encontrados los asteroides. El equipo analizó un 21,4 kilos de muestras de hielo de la Antártida, donde la mayoría de los meteoritos en el estudio se encontraron, con los mismos métodos utilizados en los meteoritos. Las cantidades de las dos bases nitrogenadas, además de la hipoxantina y xantina, que se encuentró en el hielo eran mucho más baja – partes por trillón – que en los meteoritos, donde se presentan generalmente estos compuestos en partes por mil millones. Más importante aún, ninguno de los análogos encontrados en el meteorito se detectaron en la muestra de hielo.

Hay que señalar que uno de los meteoritos con estas moléculas análogas cayó en Australia, y el equipo también analizó una muestra de tierra recogida cerca del lugar de caída. Al igual que con la muestra de hielo, la muestra de suelo no tenía ninguna de estas moléculas análogas presentes en el meteorito.

Finalmente el equipo encontró que las bases nitrogenadas – tanto las biológicas como las no biológicas – se produjeron de forma no biológica ya que en el laboratorio, un conjunto idéntico de bases nitrogenadas y de los análogos se han generado en las reacciones químicas no biológicas que contienen cianuro de hidrógeno, amoníaco y agua. Esto proporciona un mecanismo plausible para su síntesis en el cuerpo asteroide, y apoya la idea de que son extraterrestres.

Referencia

NASA Researchers: DNA Building Blocks Can Be Made in Space. http://www.nasa.gov/topics/solarsystem/features/dna-meteorites.html

Lo más polémico no era el artículo que prácticamente re-escribía las reglas de la vida, sino que la autora principal se negó a hablar con la prensa, diciendo que preferían limitar el debate a la revisión por sus pares de prensa. Dijo, para ser exactos “Cualquier crítica al artículo tendrá que ser revisada por expertos en la misma manera que nuestro trabajo lo fue, y pasar por un proceso de investigación para que toda la discusión esté bien moderada”

Al parecer, este proceso ahora incluye la conferencia TED de altoperfil, donde el miércoles Wolfe-Simon habló de su polémico artículo científico. Aunque aún no se libera el vídeo ni la transcripción de su conferencia, algunas filtraciones sugieren que habló de su polémico descubrimiento fuera del ámbito de la revisión por pares - de hecho, en el lugar más público que se pueda imaginar, las conferencias TED. Según fuentes que asistieron a la conferencia la autora repitió las afirmaciones explícitas del artículo y particularmente los polémicos resultados acerca de la incorporación de arsénico al ADN.

Como microbiólogo tengo mucha curiosidad por ver el video. Por ahora, estoy algo sorprendido que una colega no haya querido debatir entre sus pares los resultados de una publicación, se niegue a hablar con la prensa, y que luego tome el escenario en TED. Tan pronto esté disponible el video se los haré saber por esta vía.

Referencia

Wolfe-Simon F, Blum JS, Kulp TR, Gordon GW, Hoeft SE, Pett-Ridge J, Stolz JF, Webb SM, Weber PK, Davies PC, Anbar AD, Oremland RS. A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus.Science 2010 DOI: 10.1126/science.1197258

Contrariamente a la creencia popular, el Mar Muerto no está muerto. Es una población de microorganismos, la mayoría de los cuales pertenecen al grupo de las arqueas tolerante a la sal. Las Archaeas (del griego archaios, “arcaicas”) se encuentran entre las formas de vida más primordiales en la tierra y han logrado sobrevivir en particular en los ambientes extremos. Un grupo de investigación en Freiburg ha estudiado los procesos metabólicos de estos microorganismos, que previamente habían sido eludido por los biólogos evolutivos.

Los científicos saben desde hace tiempo que las arqueas tolerante a la sal hacen uso de diversos compuestos orgánicos como fuente de alimento con el fin de sintetizar los componentes celulares necesarios para crecer .

A partir de una de los microorganismos tipo encontrados lograron desentrañar los detalles de esta nueva vía metabólica. En el último número de la revista Science, los investigadores describen cómo fueron capaces de descubrir el ciclo entero de la reacción, incluyendo todos sus pasos intermedios, con la ayuda de una variedad de métodos bioquímicos y microbiológicos. El equipo denominó la vía metabólica completa el “ciclo del metil-aspartato.

El concepto de “bricolaje evolutivo” se refiere a la idea de que la evolución no es un ingeniero perfecto con todos los planes de lo que se quiere crear desde un principio. Más bien, los biólogos comprenden la evolución como el encuentro de soluciones improvisadas para resolver problemas acuciantes de cualquier manera que se pueda. Este concepto reciliente, los microorganismos (bacterias y arqueas) lo dominan a la perfección y por eso se han logrado adaptar a vivir tanto tiempo en la Tierra.

Este principio también está trabajando en la aparición de nuevas rutas metabólicas en condiciones extremas, como demustran estos colegas en microorganismos del Mar Muerto.

Referencia

M. Khomyakova, O. Bukmez, L. K. Thomas, T. J. Erb, I. A. Berg. A Methylaspartate Cycle in Haloarchaea. Science, 2011; 331 (6015): 334 DOI: 10.1126/science.1196544

El fósforo es un componente central de la moléculas que transportan la energía (ATP) en todas las células y de los fosfolípidos que forman todas las membranas celulares. El arsénico, es químicamente similar al fósforo, pero venenoso para la mayoría de las formas de vida en la Tierra ya que altera las vías metabólicas.

Los investigadores encontaron las curiosas bacterias en el duro ambiente del lago Mono en California y descubrieron el primer microorganismo conocido en la Tierra capaz de prosperar y reproducirse utilizando el arsénico en vez del fósforo. En otras palabras se acaba de ampliar la definición de vida en la Tierra.

Mientras muchos tratan de conseguir señales de vida en el sistema solar, tenemos que pensar de manera más amplia, más diversa y considerar la vida como no la conocemos y estas bacterias son una prueba de ello.

Este hallazgo de una composición bioquímica alternativa va a alterar los libros de texto de biología y ampliar el alcance de la búsqueda de vida fuera de la Tierra.

El carbono, el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno, el fósforo y el azufre son los seis elementos básicos de todas las formas de vida conocidas en la Tierra. El fósforo es parte de la estructura básica del ADN y del ARN, las estructuras que portan las instrucciones genéticas para la vida, y son un elemento esencial para todas las células vivas.

Sabíamos que algunos microbios son capaces de respirar arsénico, pero lo que he encontrado es un microbio capaz de sustituir el fósforo por arsénico en estructuras moleculares esenciales como el ADN y los lípidos. Si en la Tierra podemos encontrar microbios tan inesperados, ¿qué más variantes de vida que no hemos visto todavía existirán?

El microbio descubierto recientemente, fue denominado GFAJ-1, y es un miembro de un grupo común de bacterias, las Gammaproteobacteria. En el laboratorio, los investigadores lograron crecer los microbios del lago en una dieta muy ligera en fósforo, pero que incluía porciones generosas de arsénico. Cuando los investigadores quitaron el fósforo y lo reemplazaron por arsénico los microbios siguieron creciendo. Los análisis posteriores indicaron que el arsénico era utilizado para producir las moléculas que formarían las nuevas células de GFAJ-1. Es decir, cuando el microorganismo se cultivó en arsénico éste se incorporó en la maquinaria de moléculas de los organismos vivos vitales, es decir, el ADN, las proteínas y las membranas celulares.

El equipo optó por explorar el Lago Mono, debido a su composición química inusual, especialmente su alta salinidad y alcalinidad, y por supuesto los altos niveles de arsénico. Esta química es en parte un resultado del aislamiento del lago Mono desde sus fuentes de agua dulce durante 50 años.

Los resultados de este estudio impactará a la investigación en curso en muchas áreas, incluyendo el estudio de la evolución de la Tierra, la química orgánica, los ciclos biogeoquímicos, la mitigación de las enfermedades y la investigación del sistema terrestre. Estos resultados también se abrirán nuevas fronteras de la microbiología y otras áreas de investigación.

Referencia

Wolfe-Simon F, Blum JS, Kulp TR, Gordon GW, Hoeft SE, Pett-Ridge J, Stolz JF, Webb SM, Weber PK, Davies PC, Anbar AD, Oremland RS. A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus. Science 2010 DOI: 10.1126/science.1197258

El Santo Grial y la esencia misma de la Astrobiología son las investigaciones de la posible existencia de vida en otros planetas. La búsqueda de vida particularmente en Marte sigue siendo un objetivo declarado del Programa de Exploración de la NASA. A fin de preservar los ambientes prístinos,  las naves espaciales que visitan Marte están sujetos a una esterilización diseñado para evitar la contaminación de la superficie marciana.

Pese a los esfuerzos de esterilización para reducir la carga biológica en las naves espaciales, algunos estudios recientes han demostrado que diversas comunidades microbianas permanecen en el momento del lanzamiento. La naturaleza estéril de as instalaciones de montaje de la nave garantiza que sólo las especies más resistentes sobreviven, incluyendo Acinetobacter, Escherichia coli, Estafilococos y Estreptococos.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Florida Central replicaron las condiciones de Marte mediante la inducción de la desecación, hypobaria, las bajas temperaturas y la radiación UV. Durante el estudio de una semana se encontraron con que Escherichia coli un contaminante potencial de las naves espaciales, probablemente puede sobrevivir pero no crecer en la superficie de Marte si fuera protegido de la radiación UV por finas capas de polvo o nichos con protección UV en las naves espaciales.

“Si la supervivencia microbiana a largo plazo es posible en Marte, a continuación, pasadas y futuras exploraciones de Marte puede proporcionar el inóculo microbiano para la siembra en Marte de la vida terrestre”, dicen los investigadores. “Por lo tanto, una diversidad de especies microbianas deben ser estudiadas para caracterizar su potencial de supervivencia a largo plazo en Marte”.

Referencia

B. J. Berry, D. G. Jenkins, A. C. Schuerger. Effects of Simulated Mars Conditions on the Survival and Growth of Escherichia coli and Serratia liquefaciens. Applied and Environmental Microbiology, 2010; 76 (8): 2377 DOI: 10.1128/AEM.02147-09

Científicos han descubierto en el fondo del Mar Mediterráneo, unos pequeños animales que viven toda su vida sin oxígeno y rodeados de “venenosos” sulfuros. Los investigadores publicaron sus resultados en el revista de acceso libre BMC Biology para informar de la existencia de los organismos multicelulares (los nuevos miembros del grupo Loricifera), demostrando que están vivos, metabólicamente activos e incluso que la reproducción se lleva a cabo a pesar de la ausencia total de oxígeno.

El equipo de la Universidad Politécnica de Marche, Ancona, Italia, trabajaron para recuperar muestras de los sedimentos de una cuenca profunda, anóxica (sin O2) e hipersalinas del Mar Mediterráneo y las estudiaron para detectar señales de vida. “Estos ambientes extremos se han pensado puedan ser habitado exclusivamente por virus, bacterias y arqueas. Los cuerpos de los animales multicelulares que han sido previamente descubiertos en estos sedimentos se creen que se han hundido allí desde la parte superior y oxigenada. Sin embargo, estos resultados indican que los huevos de los animales que fueron recuperados con vida. Incluso algunos organismos de hecho, también contenían huevos”.

Mediante el uso de Microscopia electrónica mostraron que, en lugar de la mitocondria aeróbica, estos animales poseen orgánulos parecido a los hidrogenosomas encontrado previamente en los organismos unicelulares (protozoos) que habitan en los ambientes anaeróbicos.

Las implicaciones de este hallazgo puede llegar mucho más allá de las partes más oscuras del Mar Mediterráneo, según Lisa Levin de la Institución Scripps de Oceanografía. En uno de los dos comentarios que acompañan a esta investigación, dijo, “El descubrimiento ofrece la promesa seductora de que la vida en otros entornos anóxicos, por ejemplo, en el océano bajo la superficie de las fuentes hidrotermales o en las zonas de subducción u otras cuencas anóxicas”.

Referencia

1. Roberto Danovaro, Antonio Dell’Anno, Antonio Pusceddu, Cristina Gambi, Iben Heiner and Reinhardt Mobjerg Kristensen. The first metazoa living in permanently anoxic conditions. BMC Biology, 2010; 8: 30 DOI: 10.1186/1741-7007-8-30
2. Lisa A Levin. Anaerobic Metazoans: No longer an oxymoron. BMC Biology, 2010; 8: 31 DOI: 10.1186/1741-7007-8-31

Estos termófilos existen en los sedimentos del Océano Ártico como esporas – formas latentes que pueden soportar condiciones adversas durante largos períodos, a la espera de tiempos mejores. Incubaciones experimentales a temperaturas de 40 a 60 grados Celsius revivieron las esporas del Ártico, que parecen haber sido transportadas desde los puntos más calientes.

“Las similitudes genéticas a las bacterias de los yacimientos de petróleo en alta mar caliente son sorprendentes”, dice Hubert. Después de completar su doctorado en microbiología del petróleo en la Universidad de Calgary, Hubert viajó a Bremen, Alemania, para estudiar estos termófilos hayados en el renombrado Instituto Max Planck de Microbiología Marina. “Esperamos que los estudios en curso expliquen la fuente de estos microbios fuera de lugar. Esto podría tener aplicaciones interesantes si realmente están subiendo desde los reservorios de petróleo con fugas.”

Debido a que estas bacterias son anaeróbicas, su abundancia y el suministro constante en los sedimentos indican que vienen de un gran hábitat libre de oxígeno. Hubert, dice que una fuente probable puede ser un profundo depósito de aceite a presión hacia arriba que puede llevar a fugas de los hidrocarburos que recubren a las bacterias en el agua de mar. Otra causa podría estar relacionada con la circulación de los fluidos a través de la corteza oceánica caliente en las crestas de expansión en la que “los fumadores” y otras fuentes hidrotermales están presentes. Los termófilos deben dejarse llevar desde uno de estos puntos calientes abisales y puede ser dispersados por las corrientes del océano antes de acabar como esporas de hibernación en los sedimentos del frío, donde fueron descubiertos.

“Esperamos que otros experimentos genéticos y la medicina forense revelarán la fuente de calor”, añade el Director del Max Planck  Prof. Bo Barker Jørgensen.

Mientras que las esporas pueden proporcionar una oportunidad no solo para seguir estos puntos marinos calientes, sino que también ofrecen una nueva visión para la comprensión de la diversidad biológica y la biosfera oculta. Las especies dominantes de bacterias en un ambiente oscuro determinado son grupos menores que no parecen participar en el funcionamiento del ecosistema. Los termófilos hayados en el océano frío podrían ser un modelo útil para la comprensión de cómo la biodiversidad es mantenida por la dispersión pasiva de las células pequeñas a grandes distancias. “El termófilos Ártico podría contener claves importantes para la solución de los enigmas más amplios de la bio-geografía”, dijo Hubert.

Referencia

asey Hubert, Alexander Loy, Maren Nickel, Carol Arnosti, Christian Baranyi, Volker Brüchert, Timothy Ferdelman, Kai Finster, Flemming Mønsted Christensen, Júlia Rosa de Rezende, Verona Vandieken, and Bo Barker Jørgensen. A Constant Flux of Diverse Thermophilic Bacteria into the Cold Arctic Seabed. Science, September 18, 2009

Una nueva bacteria, atrapada más de tres kilómetros bajo el hielo glacial de Groenlandia de más de 120.000 años,  podrá ser esencial en las pistas sobre lo posible existencia de formas de vida en otros planetas.

La Dra. Jennifer Loveland-Curtze y un equipo de científicos de la Universidad Estatal de Pennsylvania encontraron un nuevo microorganismo, que han llamado Herminiimonas glaciei, en la actual edición de la Revista Internacional de Microbiología Sistemática y Evolutiva. El equipo mostró una gran paciencia en el “despertar” al microorganismo para volverlo a la vida. Primero incubaron las muestras a 2 ˚ C durante siete meses y luego a 5 ˚ C durante un período suplementario de cuatro meses y medio.Luego de ese tiempo observaron unas colonias bacterianas muy pequeñas de color morado marrón.

H. glaciei es muy pequeño,  de 10 a 50 veces más pequeña que la E. coli. Su pequeño tamaño, probablemente la ayudó a sobrevivir en el líquido de los cristales de hielo en las venas y la delgada película líquida en sus superficies. Las células de tamaño pequeña se consideran ventajosas para una más eficiente absorción de nutrientes, la protección contra depredadores y la ocupación de las micro-nichos y además se ha demostrado que ultramicrobacteria son dominantes en muchos suelos y del medio ambiente marino.

La mayor parte de la vida en nuestro planeta siempre ha consistido en microorganismos, por lo que es razonable considerar que esto podría ser cierto en otros planetas también. El estudio de los microorganismos que viven en condiciones extremas en la Tierra puede proporcionar información sobre qué tipo de formas de vida podrían sobrevivir en otros lugares del sistema solar.

“Estos ambientes extremadamente fríos son los mejores análogos de posibles hábitats extraterrestre”, dijo el Dr. Loveland-Curtze, “Las excepcionalmente bajas temperaturas pueden preservar células y ácidos nucleicos, incluso millones de años. H. glaciei es una de un puñado de bacterias descritas como ultra especies ultrapequeñas y el único hasta la fecha econtrado a partir de la placa de hielo de Groenlandia. El estudio de estas bacterias puede proporcionar ideas sobre cómo las células pueden sobrevivir e incluso crecer bajo condiciones extremadamente severas, tales como temperaturas de hasta -56 ˚ C, muy poco oxígeno, bajos nutrientes, alta presión y un espacio limitado”.

“H. glaciei no es un agente patógeno y no es perjudicial para los seres humanos”, el Dr. Loveland-Curtze añadió, “pero puede pasar a través de un filtro de 0,2 micrones, que es el tamaño de poro del filtro utilizado en la esterilización de los líquidos en los laboratorios y hospitales. Sí existen otras ultra pequeñas bacterias que son patógenos y, por sonsiguiente, que podría estar presentes en las soluciones que se presume estéril. En una solución muy pequeña de células podría crecer, pero no crear la densidad suficientes para que la solución se torne turbia”.

Referencia

Loveland-Curtze et al. Herminiimonas glaciei sp. nov., a novel ultramicrobacterium from 3042 m deep Greenland glacial ice. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2009; 59 (6): 1272.