El Ecosistema Más Simple del Planeta se Encuentra Bajo Nuestros Pies: Los Límites de los Conceptos
Ya os comentaba que la investigación del el universo invisible bajo nuestros pies nos deparará muchas sorpresas, tarde o temprano. Como veréis en la noticia que hoy nos ocupa y “preocupa”, aparecida en EurekAlert, y reproducida en octubre de 2008 por la versión electrónica del rotativo ABC, nos informa que se ha descubierto el ecosistema más simple del Planeta a 2,8 Km. de profundidad en la corteza terrestre. Este consiste de una sola especie. ¡Un momento! ¿Una sola especie?. ¿Puede constituir esta un ecosistema? ¿Qué es un ecosistema? Ya comenzamos con los problemas conceptuales. Ahora que todo iba bien…. Veamos antes de narraros esta historia, y las tribulaciones que me genera este último interrogante, que se entiende actualmente por ecosistema. De acuerdo a Wikipedia, por citar tan solo un ejemplo, un ecosistema es:
Foto: aption: The rod-shaped D. audaxviator was recovered from thousands
of liters of water collected deep in the Mponeng Mine in South Africa.
Credit: Micrograph by Greg Wanger, J. Craig Venter Institute, and
Gordon Southam, University of Western Ontario, used with permission
Usage Restrictions: Only by permission of Greg Wanger and Gordon Southam
Related news release: Bold traveler’s journey toward the center of the Earth
El ecosistema es un sistema formado por una comunidad natural que se estructura con los componentes bióticos (seres vivos) del ecosistema, y los componentes abióticos (el ambiente físico). El concepto, que empezó a desarrollarse entre 1920 y 1930, tiene en cuenta las complejas interacciones entre los organismos por ejemplo plantas, animales, bacterias, algas, protistas y hongos (entre otros) que forman la comunidad (biocenosis) y los flujos de energía y materiales que la atraviesan.
Veis por algún lado el singular, es decir ¿“especie”?. ¡Yo no! Se trata de una definición muy manida, pero bastante clara y aceptada por la mayor parte de la comunidad científica. Cuando se analiza el comportamiento de una especie se habla de autoecología (en caso contrario de sinecología), pero siempre se da por hecho de que interacciona con otros seres vivos de distintas especies. Por tanto, una de dos, o debemos redefinir el concepto de ecosistema o los autores del trabajo desbarran a la hora de publicitar su descubrimiento. Analicemos la noticia en castellano y suahili y luego os mostraré el dilema que genera tal aserción. Porque no nos confundamos: ¿estamos hablando de Robinson Crusoe? Pues no precisamente, ya que debía alimentarse de seres vivos. Como veréis se trata más bien de algo parecido a aquél personaje de “El Señor de los Anillos” que hasta que la incomodaron los malditos humanos estaba tan tranquila exclamando ¡Mi Tesoro….!.
Hallan bajo tierra el primer ecosistema formado por una única especie
Es el primer ecosistema jamás encontrado que conste de una sola especie. Fue hallado bajo 2.800 metros de sólida roca, en el corazón mismo de una mina de oro sudafricana, cerca de Johannesburgo. Su habitante único es una bacteria en forma de bastoncillo, bautizada como Desulforudis audaxviator y que es capaz de vivir en el más completo aislamiento, en la más total oscuridad, sin oxígeno y a una temperatura de 60 grados centígrados, alimentándose del hidrógeno y los sulfatos producidos por la desintegración radiactiva del uranio del terreno que la rodea.
FUENTE | ABC Periódico Electrónico S.A.; 10/10/2008.
Debido a su tremenda soledad (no se ha relacionado jamás con ningún otro ser vivo), esta auténtica heroína de la vida ha tenido que ingeniárselas para construir por sí misma las moléculas de su organismo. Y lo ha hecho sin agua, a base de carbono inorgánico y otros elementos que ha conseguido aprovechar (como el amoniaco) de las rocas de alrededor.
Un inciso, el autor de esta versión en español desbarra: “heroína”, “jamás se ha relacionado con otro ser vivo”, “construye por si misma sus moléculas”, “total oscuridad”. Si narráramos un ciento a nuestros hijos pequeños antes de acostarse valdría, pero como noticia para adultos……. ¡Qué barbaridad y que incultura!. Hablamos del ABC, no de una librito infantil. La madre que le trajo al mundo. Por ejemplo, si jamás se ha relacionado con otro ser vivo: ¿nació por generación espontánea? Sigamos.
Durante su largo viaje de miles de años hacia las profundidades de la tierra, la evolución ha ido dotando a este extraordinario organismo con una serie de genes que le han permitido desarrollar capacidades únicas, gracias a las que ha conseguido hacer frente a un amplio abanico de condiciones hostiles.
UN ORGANISMO APARTE
Muchos de esos genes son del mismo tipo de los que se encuentran en «archaea», un dominio de la vida recientemente descubierto, y por completo diferente a los otros dos (bacteria y eukaria, al que pertenecen todas las criaturas formadas por células con núcleo). El estudio, que se publica en la revista Science, ha sido dirigido por Adam Arkin y Terry Hazen, del Berkeley Lab y por el Instituto de Astrobiología de la NASA.
El microorganismo fue descubierto en una muestra de roca obtenida de la mina de Mponeng, y su extraordinario genoma secuenciado y analizado con una técnica denominada «genómica medioambiental» o «metagenómica».
Una de las cuestiones que surgen al considerar la capacidad de otros planetas para albergar vida es precisamente la de saber si es posible la existencia de organismos que vivan completamente aislados e incluso sin acceso a la luz del Sol. A partir de ahora se puede responder a la pregunta con un «sí». Varios de los investigadores que han tomado parte en el estudio se han mostrado entusiasmados con la idea de que todo lo necesario para la vida pueda estar «empaquetado» dentro del genoma.
Autor: José Manuel Nieves
¿Por qué buscamos agua entonces en otros planetas? ¿No habitan en la tierra otros miles de organismos en absoluta oscuridad? Pero esas son otras cuestiones. Simplemente la nota de prensa es totalmente impresentable. En consecuencia, vayamos a analizar la nota en un blog, antes de comenzar a exponeros la original en Suahili que seguro que su redactor es menos timorato y sabe algo más de ciencia. Luego los periodistas dicen que la información de los blogs no es fiable. Vamos si a este tan solo le hace falta canonizarla y organizar una ONG que la sirva de guardia pretoriana. Es la primera especie encontrada así, pero ya veréis como a la postre aparecerán otras muchas. El blog del que “secuestro” esta otra versión que os ofrezco abajo es uno de los que se encuentra en posiciones muy elevadas del ranking Technorati, por algo será.
Una especie descubierta en una profunda mina de oro y apodada “el audaz viajero” ha tenido a los astrobiólogos con una creciente animación. Su capacidad única para vivir en un completo aislamiento de otras especies vivas sugiere que podría ser la clave para la vida en otros planetas.
Una comunidad de bacterias Candidatus Desulforudis audaxviator ha sido descubierta a 2,8 kilómetros bajo la superficie de la Tierra en las grietas repletas de fluido de la mina de oro de Mponeng en Sudáfrica. Su hogar está a 60ºC aislado por completo del resto del mundo, y carece de luz y oxígeno.
Dylan Chivian del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, estudió los genes encontrados en las muestras del fluido para identificar a los organismos que vivían en él, esperando encontrar una mezcla de especies. En lugar de esto, encontró que el 99,9 por ciento del ADN pertenecía a una bacteria, una nueva especie. El ADN restante se debía a la contaminación de la mina y del laboratorio.
“El hecho de que la comunidad contenga sólo una especie pone de cabeza los principios de la ecología microbiana”, dice Carl Pilcher, director del Instituto de Astrobiología de la NASA, que no estuvo implicado en el análisis de ADN de Chivian. Un equipo del Instituto liderado por científicos de la Universidad de Indiana y de la Universidad de Princeton hizo el descubrimiento inicial de que había microbios viviendo en estas grietas concretas hace unos dos años.
El biólogo evolutivo E. O. Wilson dice que el descubrimiento es tan importante que lo mencionará una vez que comiencen sus charlas sobre biodiversidad.
Bacteria aislada
Una comunidad de especies únicas es algo casi insólito en el mundo microbiano. Significa que la única especie del ecosistema debe extraer todo lo necesario a partir de un entorno muerto. “Virtualmente todos los ecosistemas conocidos en la Tierra que no usan luz solar directa usan algún producto para la fotosíntesis”, dice Pilcher.
Las comunidades de las profundas fumarolas marinas, por ejemplo, están demasiado abajo para usar directamente la luz solar, en lugar de esto usan el oxígeno disuelto en el agua del mar, y el oxígeno es producido por la fotosíntesis del pláncton de la superficie.
El análisis de Chivian demuestra que D. audaxviator logra su energía a partir del decaimiento radiactivo del uranio de las rocas de alrededor. Tiene genes para extraer el carbono del dióxido de carbono disuelto y otros genes para fijar el nitrógeno, el cual procede de las rocas de alrededor. Tanto el carbono como el nitrógeno son bloques básicos esenciales para la vida tal y como la conocemos, y se usan como ladrillos para las proteínas y aminoácidos. D. audaxviator tiene genes para producir todos los aminoácidos que necesita. D. audaxviator puede también protegerse de los peligros de la radiación formando endoesporas – duras coberturas que protegen su ADN y ARN de sequías, químicos tóxicos y hambrunas. Tiene un flagelo que le ayuda a navegar.
¿Orígenes antiguos?
“Una cuestión que ha surgido al considerar la capacidad de otros planetas de dar soporte a la vida es si los organismos pueden existir independientemente, incluso sin acceso al Sol”, dice Chivian. “La respuesta es sí, y aquí está la prueba. El filosóficamente apasionante saber que todo lo necesario para la vida puede empaquetarse en un único genoma”.
Chris McKay, del Centro de Investigación Ames de la NASA dice que D. audaxviator es un descubrimiento sorprendente, y representa el tipo de organismo que podría sobrevivir bajo la superficie de Marte o de la mayor luna de Saturno, Encelado.
Algunos de los genes de la bacteria parece ser heredado de otras especies relacionadas. Otros se han encontrado en las arqueas, grupos de organismos evolutivamente distintos de las bacterias. Chivian dice que D. audaxviator puede haber evolucionado conforme viajaba a través de las grietas en las rocas, y adquirió los genes de las arqueas a través de una transferencia horizontal de genes a partir de poblaciones con las que se cruzó en su camino hacia abajo.
“No puede manejar el oxígeno”, comenta. Esto sugiere que no ha estado expuesta al oxígeno puro durante mucho tiempo. El agua en la que vive D. audaxviator no ha visto la luz del sol en 3 millones de años, y este podría ser un indicador de cómo de vieja es la especie.
De hecho, las especies toman su nombre de su largo viaje hacia el centro de la Tierra. En la novela del mismo nombre de Julio Verne, el viaje ficticio del Profesor Lindenbrock es disparado por el siguiente mensaje el latín: “descende, Audax viator, et terrestre centrum attinges” – que significa “desciende, audaz viajero, y alcanza el centro de la Tierra “.
Foto de loa Autores Caption: Among the Berkeley Lab researchers
who studied the genome of D. audaxviator were (from left) Eoin Brodie,
Gary Andersen, Terry Hazen, Dylan Chivian, Paramvir Dehal, and
Adam Arkin. Credit: Photo Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley National Laboratory
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Bold traveler’s journey toward the center of the Earth
Es obvio que podría discrepar de algunos de los comentarios vertidos en el blog Ciencia Kanija (recomendable), ahora bien ¡que diferencia con la nota rosa proporcionada por el periodista de ABC. Digamos que este blog “parece” se dedica a traducir novedades de la ciencia, no a redactar disquisiciones como lo hacemos en esta bitácora, por lo que queda totalmente exculpado. Veamos ahora la nota oficial en suahili y luego ya desbarramos con más conocimiento de causa.
Bold Traveler’s Journey Toward The Center Of The Earth
Desulforudis audaxviator is an organism that lives independently in total darkness and at high temperature by reducing sulfate and fixing carbon and nitrogen from its environment, deep within the Earth. It constitutes the first known single-species ecosystem. Credit: Illustration 2008 Thanya Suwansawad
The first ecosystem ever found having only a single biological species has been discovered 2.8 kilometers (1.74 miles) beneath the surface of the earth in the Mponeng gold mine near
D. audaxviator survives in a habitat where it gets its energy not from the sun but from hydrogen and sulfate produced by the radioactive decay of uranium. Living alone, D. audaxviator must build its organic molecules by itself out of water, inorganic carbon, and nitrogen from ammonia in the surrounding rocks and fluid.
During its long journey to the extreme depths, evolution has equipped the versatile spelunker with genes – many of them shared with archaea, members of a separate domain of life unrelated to bacteria – that allow it to cope with a range of different conditions, including the ability to fix nitrogen directly from elemental nitrogen in the environment.
D. audaxviator was captured and its unusual genome sequenced and analyzed using the techniques of environmental genomics, also called metagenomics, by scientists from the U.S. Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), Joint Genome Institute (JGI), and Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), working with colleagues from Princeton University, Indiana University, National Taiwan University, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Florida State University, the Desert Research Institute, and the University of Western Ontario.
The work was a project of the Virtual Institute for Microbial Stress and Survival (VIMSS), supported by DOE and directed by Berkeley Lab’s Adam Arkin and Terry Hazen, and the Indiana Princeton Tennessee Astrobiology Initiative (IPTAI) of NASA’s Astrobiology Institute, directed by Tullis Onstott of
The researchers report their results in the
«Almost all organisms live in communities with subdivided roles within their ecosystems. By extracting DNA from environmental samples, the various players in these microbial communities and the abilities of their dominant members can be identified, even if complete genomes of most of them are impossible to sort out.»
It was such a collection of organisms that the researchers expected to find when they painstakingly filtered some 5,600 liters of fluid collected by Onstott and coworkers from fractures in the rock of the site tagged MP104, a newly opened section of the Mponeng Mine’s level 104. Presence of the species later to be named D. audaxviator was a safe bet; although its genome had never been sequenced, the organism had been identified at MP104 by Onstott, Li-Hung Lin of National Taiwan University, and their coworkers in 2006, and it was known to be the most common microbe found living more than 1.5 kilometers deep in South Africa’s Witwatersrand mining district.
«We knew from previous work in these mines, using molecular biology techniques, that there seemed to be very simple communities living down there,» says Fred Brockman of the Biology Department of PNNL in
The sequencing effort at DOE’s JGI was led by Alla Lapidus of Berkeley Lab’s Genomics Division; even before the analysis was complete it was evident that the lone species’s genome was remarkable.
The genome was not as streamlined as might be expected of an organism living in what is presumably a very stable environment. Such streamlined bacteria typically have about 1,500 genes, whereas D. audaxviator has 2,157 protein-coding genes – slim, but hardly stripped. What this not-quite-minimal gene package can do was revealed by the genome analysis done by Chivian, Arkin, and Paramvir Dehal of PBD, and Eric Alm of MIT: the genome contained everything needed for the organism to sustain an independent existence and reproduce, including the ability to incorporate the elements necessary for life from inorganic sources, move freely, and protect itself from viruses, harsh conditions, and nutrient-poor periods by becoming a spore.
«One question that has arisen when considering the capacity of other planets to support life is whether organisms can exist independently, without access even to the sun,» says Chivian. «The answer is yes, and here’s the proof. It’s sort of philosophically exciting to know that everything necessary for life can be packed into a single genome.» Previous work had identified sulfates as the most readily available energy source in D. audaxviator ‘s environment. D. audaxviator not only has the equipment to reduce sulfates, this capacity is backed up by additional genes that appear to have been borrowed from archaea by horizontal gene transfer, the incorporation of genetic material from an unrelated species. Archaea, a domain distinct from bacteria, first attracted attention as extremophiles, although many other kinds of archaea have been found since. Some 280 types of bacteria and 44 types of archaea have been found in microbial communities in the South African mines.
D. audaxviator can get its carbon from a number of sources, depending on the local surroundings. It can digest sugars and amino acids, suggesting that one source of carbon might be the dead cells of other microbes in locations where the concentration of cells permits.
But in the fluid from level 104, where biodensity is low, D. audaxviator is able to survive because its genome also contains genes equipping the organism to get carbon from carbon monoxide, carbon dioxide, bicarbonate, formate, and other nonbiological sources. Its nitrogen comes from ammonia released from rocks and dissolved in the fluid at level 104, but D. audaxviator also has a gene for a nitrogenase that could, if necessary, extract nitrogen from its surroundings after first converting it to ammonia – a gene that also appears to be shared with high-temperature archaea.
Other genes shared with archaea confer such traits as defense against viruses, but one system of self-protection is unique to D. audaxviator ‘s bacterial phylum, Firmicutes: the ability to form endospores, tough structures that shield DNA and RNA from drying out, and from heat, starvation, and chemical attack.
Like many bacteria, D. audaxviator is equipped with a flagellum, a whiplike structure that allows it to swim toward sources of nourishment such as might be found in pores in the rock and other mineral surfaces. About the only thing D. audaxviator can’t do is resist oxygen, which suggests it hasn’t been exposed to pure oxygen for a very long time. For D. audaxviator to have evolved its remarkably versatile genome, key parts of which are shared with archaea, it must have been on its deep journey for many generations, perhaps as long as the water in the fracture from which it was captured, which has not seen the surface for millions of years.
«Part of the strength of comparative genomics comes from the fact that we now have the genomes of over a thousand bacteria and archaea and we know what many of these genes can do,» says Chivian. «At a simple level, it allows us to look at a new genome and put Humpty Dumpty’s metabolism back together again, based on the similarity to genes in the genomes of these more well-studied microorganisms. This is particularly powerful for understanding novel bugs from the environment that are otherwise not well characterized.»
D. audaxviator ‘s remarkable capabilities gave rise to its remarkable name. The genus name Desulforudis was coined by Tullis Onstott from the Latin for «from sulfur» and «rod,» noting its shape and its ability to get energy from sulfates. And audaxviator?
Dylan Chivian found the clue in Jules Verne’s Journey to the Center of the Earth, in a message – «Conveniently in Latin,» says Chivian — deciphered by Verne’s protagonist, Professor Lidenbrock, which reads in part, «descende, Audax viator, et terrestre centrum attinges.» It means «descend, Bold traveler, and attain the center of the Earth.»
Pues bien, podemos concluir que la traducción de Canijo es más que aceptable (mientras la del periosista de ABC deplorable), si bien no contempla todos los detalles de la nota de prensa original. Dicho de otro modo, tanto el “Kanijo” (con todos mis respetos) como EurekAlert ofrecen más pistas para poder desbarrar más y mejor. Ahora bien, no cabe la menor duda de la autopropaganda de los autores originales, algunos de cuyos comentarios son totalmente ingenuos y fuera de lugar. De genómica sabrán mucho pero del resto parare que se esfuerzan por demostrar todo lo contrario. Sin pretender ser exhaustivo mostraré algunos ejemplos.
Ya desde hace tiempo se piensa que la vida primitiva debió producirse fuera del alcance le la luz solar, debido a que la falta de ozono la dejaba desamparada de la acción de la radiación ultravioleta. Del mismo modo, el oxígeno les era mortífero, ya que su acumulación en la atmósfera debe entenderse como la primera gran contaminación que sufrió la tierra de origen biológico. Siguen habitando en la biosfera bacterias anaerobias en abundancia, por lo que su intolerancia al mencionado gas, ni es un acontecimiento extraordinario, ni no nos dice nada de nada de la antigüedad de esta especie, al menos por si sola. Existen otros deslices de los autores que pasaré por alto, con vistas a no extenderme demasiado.
Se nos comenta que en las mismas minas se han detectado otras bacterias y arqueas, si bien no tan singulares. Por tanto el hábitat alberga vida en sus proximidades. El hecho de que D. audaxviator atesore genes de arqueas y bacterias por flujo horizontal nos informa de que han vivido, en un futuro más o menos lejano en verdaderas comunidades, interaccionando con otras especies. etc. etc. Del mismo modo, he entendido que se encuentran protegidas contra infecciones de virus. Este hecho es singular y quizás (a riesgo de meter la pata) pudiera dar pistas sobre mecanismos de lucha contra las enfermedades causadas por estos agentes. Pero si tal propiedad (lo desconozco) es una señal de contactos precedentes con virus……
Resumiendo, el descubrimiento es efectivamente singular, mientras que la propaganda desproporcionada. Con el análisis de una sola muestra, a pesar de haberse procesado muchos litros de agua (en de ABC ni se entera), no debe inducirnos a aseverar la existencia de este “presunto y extraordinario ecosistema”. Se requieren más datos.
Conforme la vida desciende a través de la litosfera, los datos de que dispongo me inducen a pensar en el siguiente paisaje mental. La superficie del suelo es como un vergel repleto de actividad biológica y biodiversidad. Sin embargo, al ir descendiendo en el subsuelo, ambas variables descienden, las comunidades comienzan a ser más pobres y aisladas, a modo de oasis en medio de un desierto. A más de dos kilómetros de profundidad, las separaciones entre biocenosis deben ser grandes (en proporción a sus tamaños). No obstante, la distribución de los organismos vivos tiende a agruparse en clusters, denominándose contagiosa. Por tanto, cabría esperar encontrar otras poblaciones o ecosistemas en sus proximidades. De cualquier modo, y aun reconociendo que este estudio algo aporta a la astrobiología, las proclamas de los autores son tan exageradas que bordean la falacia.
¿Ecosistemas de una Especie?
En términos rigurosos deberíamos señalar que lo que ha detectado este equipo de investigadores es la población de una especie, no un ecosistema propiamente dicho. Si lo calificamos como tal habría que cambiar la definición actualmente aceptada de ecosistema. Estos poseen redes tróficas, redes metabólicas y otros atributos de los que carece la muestra analizada. Pero del mismo modo, no se ha estudiado el ambiente lo suficiente como para aseverar que tal población no esté vinculada “de alguna manera” con otras próximas, o que otras muestras puedan demostrar que puede cohabitar con diferentes especies. Resumiendo, de una forma prosaica podemos terminar señalando que se ha cazado un buen ejemplar, pero no es tan excepcional como el minotauro. A falta de investigaciones adicionales me inclino a pensar que los autores “se han pasado tres pueblos” en sus afirmaciones sobre el ecosistema más simple del planeta. Aprender un poco de ecología no les vendría mal. ¿Verdad? Dudo que en otros posibles mundos habiten poblaciones aisladas de una sola especie (¿sin especiaciones, por ejemplo?; ¿Un ecosistema de riqueza 1 y diversidad 0?), a no ser que sean reliquias de una previa exhuberancia extinguida.
Juan José Ibáñez
[…] por una única especie”. Mi replica y objeciones aparecieron en la siguiente contribución: “El Ecosistema Más Simple del Planeta se Encuentra Bajo Nuestros Pies: Los Límites de los Conceptos”. Jamás puede hablarse de un ecosistema si tan solo alberga una especie. Ahora bien, en la […]
[…] Un nuevo ecosistema. Investigadores hallaron un nuevo ecosistema lleno de vida en las profundidades de una mina de oro en Sudáfrica que se encuentra a casi tres kilómetros de profundidad de la superficie de la […]
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