¿Puede haber vida en entornos extremos de la Tierra… o fuera de ella?

El sistema Tierra-Luna se formó hace aproximadamente 4500 millones de años, y pensamos que unos 700 millones de años después la vida ya había surgido en nuestro planeta. A partir de las primeras células con capacidad de replicarse y adaptarse al medio, una de las ramas de ese incipiente árbol o arbusto evolutivo dio lugar a un tipo de microorganismos (tal vez, una comunidad de ellos) que conocemos como LUCA (del inglés last universal common ancestor): el antepasado común de todos los seres vivos actuales y de los ya extintos, parte de los cuales nos dejaron sus huellas en forma de fósiles.

Los dos grandes grupos o dominios de microorganismos sin núcleo definido (procariotas) que surgieron a partir de LUCA, las bacterias y las arqueas, fueron inventando todos los metabolismos que han llegado hasta nuestros días. Hace entre 2000 y 1500 millones de años, por combinación de ciertas bacterias y arqueas surgió el tercer dominio de la vida, los eucariotas, y en ese nuevo tipo de organización celular se fueron integrando otras bacterias con capacidades metabólicas que habían triunfado previamente. Así, la internalización o «endosimbiosis» de alfaproteobacterias dio lugar a las mitocondrias de todos los eucariotas y un proceso análogo, a partir de cianobacterias de vida libre, originaría después los cloroplastos de los eucariotas fotosintéticos como las algas y las plantas.

A lo largo de todo ese proceso evolutivo, la vida se ha ido adaptando a los entornos disponibles, cuyas características físicas, geológicas y químicas eran muy variadas. Desde el principio, ha resultado «habitable» cualquier ambiente en el que hubiera alguna fuente de energía, agua líquida y moléculas con carbono y otros elementos esenciales. Y esto es válido tanto en nuestro planeta como fuera de él.

El descubrimiento de los extremófilos

Desde hace más de dos siglos sabemos que existen microorganismos «extremófilos», llamados genéricamente así porque viven en condiciones que consideramos «extremas»… pues suponemos con una cierta arrogancia que las habituales para nosotros son las «normales». Así, en el siglo XVIII ya se conocían microorganismos que vivían en el pescado en salazón (causantes de la entonces conocida como «peste rosa del bacalao») y más tarde también se detectaron en algunas salinas. A todos ellos se los llamó halófilos o «amantes de la sal».

Durante su vuelta al mundo a bordo del Beagle, Charles R. Darwin se sintió impresionado por los salares que pudo visitar en Argentina durante el mes de agosto de 1833. Al observar al microscopio algunas muestras que había tomado en ellos, anotó en su diario: «¡Sí, sin duda, puede afirmarse que todas las partes del mundo son habitables! Lagos de agua salobre, lagos subterráneos ocultos en las laderas de las montañas volcánicas, fuentes minerales de agua caliente, profundidades del océano, regiones superiores de la atmósfera, hasta la superficie de las nieves perpetuas: ¡En todas partes hay seres organizados!». Con ello, el siempre premonitorio y perspicaz Darwin adelantaba muchos de los entornos donde posteriormente se descubriría la existencia de seres vivos, incluyendo las nubes o el subsuelo.

Un siglo más tarde, desde la década de 1940, se fueron caracterizando otros microorganismos que se desarrollaban en aguas ácidas, a los que se denominó acidófilos. En 1965, Thomas D. Brock descubrió en el Parque Yellowstone la primera bacteria termófila, cuya temperatura óptima de crecimiento es de 70 ºC, para la que acuñó el nombre de Thermus aquaticus. Siete años después el propio Brock caracterizaría, en otra zona de esa misma caldera volcánica, el primer microorganismo poliextremófilo, que crece en aguas muy ácidas y a temperatura de 80 ºC: la arquea Sulfolobus acidocaldarius.

Tras décadas de investigación en este fascinante campo de la microbiología, hoy conocemos centenares de especies de bacterias y arqueas (y también eucariotas) que viven en ambientes extremos: en salmueras a muy altas concentraciones de sal, en aguas tan ácidas como el ácido sulfúrico o tan alcalinas como la lejía, en presencia de elevadas concentraciones de metales, a temperaturas superiores al punto de ebullición del agua o inferiores al de congelación, en entornos con muy altos niveles de radiación, a presiones de cientos de atmósferas en los fondos marinos, o en las profundidades rocosas del subsuelo. Esto nos ha permitido ampliar el rango de condiciones en las que podemos encontrar seres vivos, estudiar los mecanismos moleculares que les permiten vivir en entornos tan aparentemente inhóspitos… y también plantear cómo podría haberse desarrollado la vida en las condiciones realmente extremas que existen en otros planetas o satélites.

Vida en alta sal

Comencemos nuestro recorrido por los lugares más extremos y maravillosos de la Tierra visitando unas salinas, esos entornos en los que la evaporación del agua salada (en ciertas zonas planas de la costa, o asociados a manantiales ricos en sales) genera salmueras muy densas y finalmente costras de sal (cloruros, sulfatos o carbonatos, entre otros tipos) que habitualmente son aprovechadas comercialmente. En las salinas viven distintas especies halotolerantes (bacterias, pero también pequeños crustáceos y plantas) y arqueas halófilas extremas. Así, se han caracterizado haloarqueas en ambientes hipersalinos con hasta 360 gramos de cloruro de sodio por litro de agua, entre ellas las pertenecientes a los géneros Halobacterium y Haloferax, o al peculiar Haloquadratum, cuyo nombre proviene de la característica forma cuadrada y plana de estas células.

Uno de los varios problemas biofísicos y bioquímicos que deben resolver los microorganismos halófilos es que, en disoluciones muy concentradas o incluso saturadas de sal, la disponibilidad real de agua es muy escasa y eso dificulta la estabilidad tanto de las moléculas como de la propia célula. De hecho, la limitación de agua introduce un factor adicional de extremofilia, definiéndose los microorganismos xerófilos como aquellos que viven en niveles de «actividad del agua» entre 0,6 y 0,8 sobre 1 (por ejemplo, en los desiertos más áridos de la Tierra) y osmófilos como los que crecen en medios con alta presión osmótica (por ejemplo, con alto contenido en azúcares).

En astrobiología conocemos varios entornos extraterrestres en los que podrían desarrollarse microorganismos halófilos, tal vez similares a estos terrícolas o quizá diferentes pero también capaces de lidiar con los problemas derivados de las altas concentraciones de sal. Entre ellos están algunas zonas de la superficie de Marte que (como sabemos gracias a los orbitadores, aterrizadores fijos y las rovers que llevan medio siglo explorándolo) estuvieron cubiertas por un gran océano hace entre 3800 y 3000 millones de años. También las salmueras (o masas de barro húmedo y salado) que se han ido detectando desde el año 2012 en el subsuelo del planeta rojo, cerca de su polo sur y a aproximadamente 1,5 kilómetros de profundidad. Además, se ha propuesto que la superficie de hielo con grietas ricas en sulfatos y cloruros de Europa, el satélite de Júpiter más propicio para albergar algún tipo de vida, podrían ser entornos favorables para ciertos microorganismos halófilos siempre que fueran capaces de resistir temperaturas inferiores a -160 ºC. O quizá el profundo océano de agua líquida que existe bajo esa corteza helada de Europa pudiera albergar microorganismos halófilos que creciesen a temperaturas más moderadas, como podría ocurrir también en el océano subsuperficial de Encélado, satélite de Saturno.

Aguas ácidas y alcalinas

Otro parámetro químico que produce ambientes extremos es el grado de acidez o alcalinidad (basicidad) del agua, lo que corresponde a valores de pH mayores o menores de 7, respectivamente. Hoy conocemos microorganismos que viven a lo largo de toda la escala de pH. El récord de acidofilia lo ostenta hasta la fecha la arquea Picrophilus torridus, que fue aislada en una surgencia hidrotermal ácida (a pH de solo 0,06) en Hokkaido, Japón. También son hiperacidófilas algunas especies del género arqueano Ferroplasma, que crecen a pH entre 0 y 1 en efluentes de minas de hierro y en otras aguas ácidas superficiales. De hecho, dado que las aguas ácidas solubilizan muchos metales presentes en las rocas sobre las que discurren, buena parte de los microorganismos acidófilos son además resistentes a altas concentraciones de cationes metálicos, como ocurre en el caso de Río Tinto. En el extremo opuesto de la escala de pH nos encontramos, por ejemplo, con la bacteria Halomonas campisalis: una halófila y alcalófila que vive en «lagos de soda» con valores de pH hasta 12.

Fuera de nuestro planeta, cuando el hemisferio norte de Marte estaba cubierto por un océano, en su superficie había lagos y por sus cañones y valles circulaban los ríos, gran parte de las surgencias y masas de agua eran ácidas. Por tanto, quizá vivieron allí microorganismos acidófilos y dejaron biomarcadores o «firmas moleculares» que actualmente podamos reconocer. Otro entorno muy peculiar en el que tal vez pudieran vivir (incluso en la actualidad) este tipo de microorganismos es la densa atmósfera de Venus, en concreto su capa media de nubes, que se encuentra entre unos 50 y 60 km de altura, a temperatura entre 40 ºC y -30 ºC, respectivamente. Dado que los aerosoles que forman esa capa de nubes contienen ácido sulfúrico, se ha asumido que si allí existieran microorganismos en suspensión (equivalentes a los que una disciplina llamada aerobiología ha caracterizado en las nubes terrestres) deberían ser acidófilos. En el límite opuesto de la escala de pH, podríamos encontrar microorganismos alcalófilos (que además serían halófilos, como vimos) en el océano subsuperficial de Encélado, cuyo pH se estima entre 11 y 13, y probablemente también en el de Europa.

Temperatura y presión

Una vez repasados los principales parámetros químicos que pueden condicionar el carácter extremo de un ambiente, pasemos a los físicos: temperatura, presión y radiación. Durante las últimas décadas se ha comprobado que, para la vida, los límites superior e inferior de temperatura vienen marcados únicamente por la disponibilidad de agua en estado líquido. Ese rango puede extenderse más allá de los 100 ºC si la presión es mayor de 1 atmósfera (algo garantizado en las profundidades del mar), y por debajo de los 0 ºC si el agua tiene sales u otros compuestos en disolución (que bajan su punto de congelación gracias a una propiedad llamada descenso crioscópico). Así, nos encontramos con microorganismos termófilos, que viven a temperaturas entre 45 y 70 ºC, y con hipertermófilos a los que les gusta aún más el calor, entre 70 y 120 ºC. También con psicrófilos o criófilos, que prefieren el frío y habitan en medios a temperatura menor de 5 ºC, pudiendo desarrollarse hasta a -30 ºC.

Los hipertermófilos más extremos conocidos son las arqueas Methanopyrus kandleri y Pyrolobus fumarii, descubiertas en sendas surgencias hidrotermales submarinas localizadas en el Golfo de California (a 2000 metros de profundidad, lo que equivale a unas 200 atmósferas de presión) y en la dorsal Atlántica (a aproximadamente 4000 metros bajo la superficie oceánica y presión de unas 400 atmósferas). En tales entornos, estos hipertermófilos y además resistentes a altas presiones (llamados por tanto barófilos o piezófilos) pueden llegar a crecer a temperaturas de hasta 121 ºC y 113 ºC, respectivamente.

Sumergiéndonos a una profundidad aún mayor, el récord de vida a altas presiones lo ostenta hasta el momento la bacteria Thermaerobacter marianensis, que como su nombre indica resiste la presión existente en la Fosa de las Marianas (en torno a 1100 atmósferas) y también es hipertermófila. En el límite opuesto de presión, existen algunas bacterias y arqueas (entre ellas ciertas halófilas extremas), y también organismos eucarióticos (como líquenes y además los tardígrados, sorprendentes animales que volverán a aparecer más adelante), que sobreviven a diferentes períodos de exposición al vacío del espacio exterior, según se ha podido demostrar con los experimentos FOTON realizados por la Agencia Espacial Europea en la Estación Espacial Internacional.

Volviendo a la temperatura, ahora la de los ambientes más fríos, se han podido caracterizar microorganismos de los tres dominios de la vida en todos los glaciares muestreados, en las cumbres más elevadas del Himalaya, o en los terrenos congelados del Ártico y en la Antártida. Entre ellos destaca la bacteria halófila Planococcus halocryophilus, que además es psicrófila y se mantiene metabólicamente activa en el permafrost del Ártico, a temperaturas tan bajas como -25 ºC.

Radiación

Los niveles elevados de radiación también producen ambientes extremos para la vida, ya que el ADN y otras biomoléculas son dañados y se requiere la acción de mecanismos celulares de reparación muy activos. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), el gray (Gy) es una unidad derivada de la dosis de radiación ionizante, que se define como la absorción de un julio de energía de radiación por kilogramo de masa. En general, dosis mayores de 10 Gy son letales para los humanos y casi todos los animales, con excepciones como algunos insectos que resisten hasta 1800 Gy… y por supuesto los tardígrados, fascinantes invertebrados poliextremófilos que se mantienen en un estado de «vitalidad suspendida» pero reversible en un sorprendente rango de condiciones extremas: temperaturas entre -250 ºC y +150 ºC, presiones de hasta 6000 atmósferas, períodos de congelación de 30 años, deshidratación casi total durante 10 años, y exposiciones temporales a 5000 Gy. Lógicamente, existen ejemplos de microorganismos aún más radiotolerantes, como la bacteria poliextremófila Deinococcus radiodurans, que puede vivir en ambientes muy diversos incluyendo el agua de refrigeración de los reactores nucleares y soporta hasta 15 000 Gy, o la arquea hipertermófila Thermococcus gammatolerans, que crece en surgencias hidrotermales y resiste hasta 30 000 Gy de radiación gamma.

Los microorganismos citados en los dos últimos apartados nos ofrecen ejemplos del tipo de vida poliextremófila que podría encontrarse en numerosos entornos extraterrestres caracterizados por las temperaturas muy altas (como capas de nubes de la atmósfera venusiana más inferiores y calientes que las comentadas anteriormente) o muy bajas (la desértica superficie de Marte, con temperaturas medias de -55 ºC, y las cortezas heladas de satélites como Europa, Encélado o Titán), presiones altas (en las atmósferas de Venus o Titán) o muy bajas y además asociadas a altas dosis de radiación (en todas las demás superficies de los planetas, satélites y cuerpos menores del Sistema Solar).

El fin del viaje

A lo largo de estas páginas hemos ido visitando un buen número de ambientes extremos de nuestro planeta, en los que viven microorganismos (y a veces también eucariotas pluricelulares) extremófilos. Muchos de ellos son poliextremófilos ya que se han adaptado a entornos con valores muy altos o bajos de dos o más parámetros químicos y/o físicos. Precisamente, la existencia simultánea de varios extremos en un mismo entorno puede marcar el auténtico límite para la vida en nuestro planeta… y tal vez fuera de él. Un buen ejemplo lo encontramos en el espectacular complejo hidrotermal de Dallol (depresión de Danakil, Etiopía), que contiene fumarolas y volcanes cerca de manantiales ácidos, con alto contenido en metales e hipersalinos. Aunque en ciertos puntos de esa zona se han detectado diferentes arqueas, en otros lugares muestreadas parece no vivir ninguna especie de microorganismos ya que no han sido capaces de adaptarse simultáneamente a combinaciones de parámetros incompatibles para la bioquímica: muy alta salinidad (debida sobre todo a la concentración de cationes monovalentes como el Na+) unida a acidez extrema (pH cercano a 0), o bien alta temperatura combinada con elevada salinidad (en esta ocasión, producida por cationes divalentes como el Mg2+ y el Ca2+).

Por tanto, se ha encontrado vida en casi todos los entornos de la Tierra donde se ha buscado, y en cada uno muestra distinto grado de biodiversidad. Además, aunque aquí no hemos hablado sobre ellos, se han podido detectar gran número de virus que infectan a las bacterias, arqueas y eucariotas extremófilas. En función de estos hallazgos, quizá la vida también haya triunfado en algunos de los ambientes (siempre extremos) presentes en otros planetas o satélites. Merece la pena seguir explorándolos.