La biosfera Oscura en Condiciones Extremas
Fuente: Colaje imágenes Google
En nuestras categorías “Zona Crítica Terrestre y el Futuro de la edafología” y “Biología y ecología del suelo” hemos venido recopilando algunos ejemplos de lo que se ha convenido en llamar biosfera oscura, cuya definición, según Wikipedia, os mostraremos abajo. Básicamente se trata de indagar acerca de los organismos que habitan en los subsuelos de loS ambientes terrestres emergidos, como también de los fondos oceánicos.
En consecuencia, no reciben luz, habitan en una profunda oscuridad radicalmente diferente a la Biosfera que actualmente conocemos. Tales investigaciones han sido recientemente estimuladas por dos razones: (i) la búsqueda de vida en lo regolitos de otros cuerpos planetarios y (ii) profundizar (nunca mejor dicho) en el conocimiento de como surgieron los organismos vivos en las extremas condiciones acaecidas en los albores de nuestro Planeta.
La bibliografía al respecto aun es muy escasa y discutible, por lo que no me aventuraré a lanzar más conjeturas sin prácticamente base empírica. Ya lo han hecho otros (…). Lo que si es cierto es que según se profundiza en los lechos rocosos, sigue apareciendo más y más vida. Aun teniendo en cuenta que su biomasa sea escasa por unidad de volumen, este último es enorme en comparación con el de suelos y regolitos, por lo que se abre la veda a lanzar conjeturas de toda guisa. Y así, como veréis abajo pueden leerse párrafos como estos: “Como resultado de la investigación ahora sabemos que hay todo un ecosistema que ocupa un volumen de 2,000 y 2,300 millones de kilómetros cúbicos. Eso es el doble de lo que ocupan los océanos del planeta (…) Lo más impresionante es que los investigadores calculan que la biomasa de criaturas que habitan este ecosistema es de 15,000 y 23,000 millones de toneladas (entre 245 y 385 veces mayor que la biomasa que formamos los humanos), y está conformada en su mayoría por bacterias y arqueas, lo que podría suponer el 70% de toda la población bacteriana del planeta. (….). Dadas las condiciones extremas, a nuestros ojos, no debe extrañar que gran parte de esa biota esté compuestas por organismos extremófilos. Añadamos que no solo se han detectado bacterias y arqueas, sino también invertebrados muy abundantes en los suelos, como son los nemátodos, entre otros. Cabría preguntarse, si parte de ella emigró como una lluvia “biológica” desde los suelos de la superficie terrestre y posteriormente se adaptó a estos ambientes extremos.
Lo que sí esta claro es que todo es muy oscuro¿¿?? . En consecuencia, comienzo con un estudio y sus resultados concretos, paras seguidamente añadir material acerca de loque se entiende por vida oscura. No os debe extrañar la escasez de indagaciones debido a lo costoso de las mismas y el complejísimo instrumental requerido. Sea como sea, se trata de una cueva que debemos explorar si o sí. El tiempo dictará sentencia.
Juan josé Ibáñez
Continúa……..
Complejas relaciones microbianas en el subsuelo profundo
La identificación de microorganismos metabólicamente activos en el subsuelo profundo de la Faja Pirítica Ibérica muestra la operación acoplada de los ciclos biogeoquímicos en la denominada Biosfera Oscura
Estudios recientemente publicados en la revista Environmental Microbiology, desarrollados en colaboración por investigadores del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CSIC-UAM) y del Centro de Astrobiología (INTA-CSIC), han permitido identificar los microorganismos responsables del funcionamiento acoplado de los más importantes ciclos biogeoquímicos (C, H, N, S y Fe) operativos en el subsuelo profundo de la Faja Pirítica Ibérica, en ausencia de radiación, lo que se conoce como la biosfera oscura. Este trabajo demuestra el origen microbiológico de las condiciones extremas del cauce del Río Tinto.
Las condiciones extremas que caracterizan el Río Tinto (Huelva), una elevada concentración de ión férrico soluble gracias a la presencia de ácido sulfúrico, ambos productos de la oxidación de la pirita (S2Fe), han sido objeto de amplio debate entre los que lo asocian a la actividad minera de la zona y los que defienden un origen natural debido a la actividad microbiana operativa en el subsuelo de la Faja Pirítica Ibérica.
Con el fin de demostrar la existencia de un biorreactor subterráneo capaz de oxidar hierro en ausencia de oxígeno se ha desarrollado el proyecto IPBSL (Iberian Pyrite Belt Subsurface Life Detection), auspiciado por el European Research Council, el cual ha permitido los trabajos de perforación que han dado origen a este trabajo. Del análisis de distintas muestras obtenidas a lo largo de los 620 metros de perforación se han podido identificar los microorganismos más representativos del subsuelo utilizando metodologías complementarias. Se ha podido evidenciar la existencia de actividades metabólicas nobeles en la matriz rocosa del subsuelo como la oxidación anaerobia de amonio y de metano, la operatividad de los ciclos del hierro y del azufre, así como la existencia de biopelículas, consideradas improbables en un ambiente con severas limitaciones energéticas.
Se han desarrollado cultivos de enriquecimiento, lo que ha facilitado el aislamiento de distintos microorganismos y la secuenciación de sus genomas, lo que ha permitido conocer su capacidad genética para mantener operativos, en ausencia de radiación, y de manera acoplada, los ciclos biogeoquímicos del C, H, N, S y Fe en muestras obtenidas a distintas profundidades. Este trabajo ha demostrado la presencia generalizada de bacterias reductores de nitrato capaces de oxidar hierro en condiciones anaerobias, responsables de las condiciones extremas detectadas en el cauce del Río Tinto. Estos resultados permiten subrayar la importancia de la biosfera oscura en nuestro planeta, así como la posibilidad de existencia de vida en el subsuelo de otros planetas, por ejemplo, Marte.
Referencia bibliográfica:
Ricardo Amils, Cristina Escudero, Monike Oggerin, Fernando Puente Sánchez, Alejandro Arce Rodríguez, David Fernández Remolar, Nuria Rodríguez, Miriam García Villadangos, José Luis Sanz, Carlos Briones, Mónica Sánchez, Felipe Gómez, Tania Leandro, Mercedes Moreno-Paz, Olga Prieto-Ballesteros, Antonio Molina, Fernando Tornos, Irene Sánchez-Andrea, Kenneth Timmis, Dietmar H. Pieper, Victor Parro (2023) Coupled C, H, N, S and Fe biogeochemical cycles operating in the deep subsurface of the Iberian Pyrite Belt. Environ. Microbiol. 25: 428-453. doi:10.1111/1462-2920.16291.
FECHA; 13/02/2023
Hay un ecosistema en las profundidades de la Tierra y es mayor que el de los océanos
Científicos de la Universidad de Tennessee calculan que biosfera oscura está poblada de miles de millones de toneladas de organismos. Precisamente como decía Jules Verne en Viaje al Centro de la Tierra: “No hay nada que embriague tanto como la atracción del abismo”. Así lo demuestra un nuevo estudio de la Universidad de Tennessee sobre la biosfera oscura y que demuestra que el tamaño de la misma es del doble que el de los océanos del planeta juntos. ¿Qué significa esto? La biosfera oscura es un ecosistema que se encuentra en la profundidad de la Tierra y que los científicos apenas han comenzado a estudiar recientemente. De hecho, durante 10 años de trabajo 1,000 investigadores han realizado estudios a partir de cientos de muestras obtenidas a gran profundidad (hasta 2.5 kilómetros) en diferentes puntos del globo terráqueo.
Como resultado de la investigación ahora sabemos que hay todo un ecosistema que ocupa un volumen de 2,000 y 2,300 millones de kilómetros cúbicos. Eso es el doble de lo que ocupan los océanos del planeta. Lo más impresionante es que los investigadores calculan que la biomasa de criaturas que habitan este ecosistema es de 15,000 y 23,000 millones de toneladas (entre 245 y 385 veces mayor que la biomasa que formamos los humanos), y está conformada en su mayoría por bacterias y arqueas, mismas que podrían suponer el 70% de toda la población bacteriana del planeta.
Los investigadores también detectaron existen algunos gusanos nematodos y microorganismos extremófilos. Pero no terminamos de saber bien a bien qué tipo de criaturas hay debajo. Ya lo sabemos, a nuestra mente vienen las películas de Terror bajo la Tierra, pero como dice Karen Lloyd de la Universidad de Tennesse a The Guradian:
Biosfera oscura: justo en la punta del iceberg
La ‘biosfera de la sombra’ podría estar escondiendo vida extraña justo debajo de nuestras narices
Los biólogos han propuesto la existencia de una «biosfera en la sombra«, un grupo no descubierto de seres vivos con una bioquímica diferente a la que estamos acostumbrados. La mayor parte de la diversidad de la vida en nuestro planeta es demasiado pequeña para verla, lo que hace que los microbios sean el lugar más probable para buscar estos nuevos tipos de vida. Ya, nuevos descubrimientos están sacudiendo nuestras creencias sobre lo que es la vida. Los virus gigantes que infectan amebas recientemente descubiertos desdibujan la línea entre la vida y la no vida: aunque dependen de sus huéspedes para funciones biológicas esenciales, los virus del tamaño de una bacteria tienen genomas complejos. Tales descubrimientos inesperados sugieren que no debemos definir lo que estamos buscando por lo que sabemos que ya está ahí fuera, dijo Orphan.
Pero es difícil buscar algo si no sabes lo que es (…). La vida absorbe y utiliza energía, alterando su entorno en el proceso. Sin vida, por ejemplo, nuestro planeta no tendría una atmósfera rica en oxígeno, ya que las reacciones químicas tienden a agotar el oxígeno. La proliferación de aminoácidos zurdos es otro ejemplo que vemos en la Tierra; La vida se compone de aminoácidos levógiros, pero no de sus imágenes especulares (…) Sin embargo, lo que podemos buscar también depende de lo que sea práctico. Como resultado, la estrategia de la NASA para buscar vida en otros planetas generalmente ha sido «seguir el agua», buscando vida similar a la de la Tierra, dijo Porco, porque eso es lo que sabemos cómo encontrar. Porco pidió a otros científicos en el panel que presenten una «definición de trabajo» de la vida que pueda dar a los científicos planetarios una guía sobre qué más deberían buscar. Por ejemplo, en otros mundos, la vida podría formarse en hidrocarburos líquidos en lugar de agua, como en la luna de Saturno, Titán. Diferentes marcadores podrían revelar vida en mares de hidrocarburos.
En lugar de buscar nuevas formas de vida en la Tierra o en las estrellas, otros científicos estudian la cuestión de abajo hacia arriba, buscando posibles precursores de la vida. El químico David Lynn de la Universidad de Emory en Atlanta señala que las proteínas mal plegadas, como las implicadas en enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, muestran algunas similitudes con la vida, a saber, que pueden generar diversidad en las diferentes formas en que se pliegan, y pueden sufrir una evolución química, en la que esas proteínas plegadas se seleccionan no genéticamente, sino químicamente. Tales precursores podrían formar redes químicas complejas, que podrían ser la base de una vida radicalmente diferente en otras partes del universo (…).
The deep continental subsurface: the dark biosphere
Dark biosphere: Just at the very tip of the iceberg
Ha pasado casi un siglo desde los primeros estudios de vida en el subsuelo (Bastin et al., 1925; Zobel, 1938). Desde entonces, y especialmente en las últimas décadas, se han incrementado sustancialmente los esfuerzos para comprender cómo prospera la vida a cientos de metros bajo la superficie y qué dinámicas de población operan en este entorno.
Esta mayor curiosidad sobre el subsuelo no es sorprendente. Mientras que algunas estimaciones recientes de vida subterránea indican que al menos el 20 % de la biomasa procariótica del planeta es subterránea, los cálculos más optimistas elevan el porcentaje al 80 % (Magnabosco et al., 2018). Sin embargo, la mayoría de los datos utilizados en estas estimaciones provienen de muestras de aguas subterráneas y aún se han realizado pocos recuentos de microorganismos que pueblan la roca dura, la matriz principal sobre la que se desarrollan estos organismos (Flemming & Wuertz, 2019). Se necesitan más proyectos que se centren no solo en el muestreo y análisis de muestras de rocas a grandes profundidades, sino también en el desarrollo de técnicas y protocolos para facilitar estas tareas, ya que estos datos son cruciales para estimaciones más precisas de la biomasa del subsuelo de la Tierra. Los ambientes del subsuelo se caracterizan por su heterogeneidad. La geoquímica, la geohidrología, la presencia de materia orgánica o la producción de gases abióticos influyen en gran medida en la biodiversidad y la actividad metabólica de la vida del subsuelo (Flemming & Wuertz, 2019), por lo que puede resultar inexacto extrapolar los escasos datos existentes a un entorno tan vasto y variado como el subsuelo sin una comprensión adecuada de las diferencias entre una amplia gama de ubicaciones geológicas y geográficas. Cuantos más datos, mejor.
Hay, por tanto, multitud de microorganismos bajo nuestros pies y es importante evaluar la influencia de su actividad en los ciclos biogeoquímicos globales. Después de todo, la vida subterránea no parece ser completamente independiente de la superficie, aunque tiene el potencial de persistir aisladamente sin el aporte de energía del sol. Según estudios recientes, aún no está claro si la quimioautotrofia, aunque generalizada, es un metabolismo de apoyo o si las comunidades subterráneas dependen de ella para el aporte de energía a los sistemas (Meyer-Dombard & Malas, 2022; Overholt et al., 2022; Sanz et al., 2021).
Para conocer realmente el ecosistema del subsuelo, se necesitan estudios más holísticos, en los que se analice la producción de gases bióticos y abióticos, la mineralogía, la geohidrología, la diversidad planctónica y de biopelículas, así como las tasas y la actividad metabólica. De hecho, los estudios más recientes van en esa dirección y, gracias a ellos, se ha determinado que los metabolismos relacionados con el Fe y especialmente el N pueden ser clave para la supervivencia de los microorganismos en el subsuelo (Casar et al., 2021; Lau et al. al., 2014; Purkamo et al., 2020). Sorprendentemente, se ha estimado que, en el subsuelo, se puede fijar una mayor cantidad de CO2 que en las aguas superficiales marinas (Overholt et al., 2022). Esto es especialmente relevante para los esfuerzos actuales para mediar contra el cambio climático. ¿Podrían los microorganismos que viven en ambientes subterráneos ocultar la clave para reducir los gases de efecto invernadero?
Sin embargo, los estudios indican que la tasa de actividad metabólica de los microorganismos en el subsuelo es, en principio, significativamente menor que la de la superficie. Conocer la tasa de crecimiento y actividad de los microorganismos subterráneos es, de hecho, otro tema pendiente para los científicos que trabajan en este campo. Al contrario de lo que se pensaba hace unos años, incluso en zonas aisladas, donde el tiempo de residencia del agua es largo, los microorganismos están activos, con su maquinaria de traducción lista y esperando que llegue ese aporte energético (López-Fernández et al., 2018). Futuros estudios que combinen metagenómica, proteómica y transcriptómica junto con estudios de hibridación in situ con fluorescencia utilizando sondas específicas, análisis biogeoquímicos del sistema y experimentos isotópicos serán decisivos para comprender la importancia del subsuelo terrestre en los ciclos biogeoquímicos a escala planetaria.
El subsuelo esconde también otros misterios que han fascinado a la comunidad científica. Los estudios se han centrado generalmente en la microbiología de los organismos procariotas, pero tanto los microeucariotas como los virus, que son igualmente activos (Lopez-Fernandez et al., 2018), parecen jugar un papel importante en el medio ambiente. En el caso de los primeros, se ha constatado la presencia de hongos potencialmente anaeróbicos o aerobios, que pueden vivir en sintrofia con comunidades bacterianas formando parte de biopelículas. Su papel en la movilización de materia orgánica y la transformación de minerales los convierte en parte fundamental de la movilización de elementos esenciales para la vida (Ivarsson et al., 2017). De hecho, su biodiversidad es curiosamente alta, e incluso se han descubierto nuevas ramas hace muy poco tiempo. En cuanto a los virus, estudios recientes indican que se debe considerar el estilo de vida lítico a pesar de que los pensamientos iniciales consideraron el ciclo de vida lisogénico como la única posibilidad debido a la falta de energía y la supuesta baja
Biosfera oscura traducción de la Wikipedia en Inglés
Una biosfera en la sombra es una hipotética biosfera microbiana de la Tierra que utilizaría procesos bioquímicos y moleculares radicalmente diferentes de los de la vida actualmente conocida. Aunque la vida en la Tierra está relativamente bien estudiada, si existe una biosfera en la sombra, aún puede pasar desapercibida, porque la exploración del mundo microbiano se dirige principalmente a la bioquímica de los macroorganismos.
La hipótesis
Se ha propuesto que la Tierra primitiva albergaba múltiples orígenes de la vida, algunos de los cuales produjeron variaciones químicas en la vida tal como la conocemos. [1] [2] Steven A. Benner, Alonso Ricardo y Matthew A. Carrigan, bioquímicos de la Universidad de Florida, argumentaron que, si alguna vez existieron organismos basados en ARN, podrían estar vivos hoy, sin ser notados porque no contienen ribosomas, que generalmente se usan para detectar microorganismos vivos. Sugieren buscarlos en ambientes bajos en azufre, ambientes que están limitados espacialmente (por ejemplo, minerales con poros menores de un micrómetro) o ambientes que alternan entre calor y frío extremos. [3]
Otros candidatos propuestos para una biosfera en la sombra incluyen organismos que usan diferentes conjuntos de aminoácidos en sus proteínas o diferentes unidades moleculares (por ejemplo, bases o azúcares) en sus ácidos nucleicos,[4] que tienen una quiralidad opuesta a la nuestra, usan algunos de los aminoácidos no estándar o usan arsénico en lugar de fósforo,[5] que tienen un código genético diferente. , o incluso otro tipo de producto químico por su material genético que no son cadenas de ácidos nucleicos (ADN ni ARN) o biopolímeros. [6] Carol Cleland, filósofa de la ciencia de la Universidad de Colorado (Boulder), argumenta que el barniz del desierto, cuyo estatus como biológico o no biológico ha sido debatido desde la época de Darwin, debería investigarse como un candidato potencial para una biosfera en la sombra. [7][2][síntesis inadecuada?]
La existencia de una biosfera en la sombra podría significar que la vida ha evolucionado en la Tierra más de una vez, lo que significa que pueden existir microorganismos en la Tierra que no tienen conexión evolutiva con ninguna otra forma de vida conocida. [6] [8] [9] Se sugiere que, si se descubre una forma alternativa de vida microbiana en la Tierra, las probabilidades son buenas de que la vida también sea común en otras partes del universo. [6] [8]
Crítica
Los métodos utilizados por los defensores y las conclusiones extraídas de experimentos que pretenden mostrar evidencia de biosferas en la sombra han sido criticados. Por ejemplo, la evidencia que alguna vez pareció apoyar el arsénico como sustituto del fósforo en el ADN podría haber resultado de la contaminación de laboratorio o de campo, y el ADN que incluye arsénico es químicamente inestable.