Las fronteras de la vida (entrevista a John Postgate)
Los seres humanos, así como casi todos los seres pluricelulares complejos, podemos vivir dentro de unos estrechos márgenes ambientales. Las temperaturas tórridas nos secan y nos queman, las heladas nos perturban primero y paralizan después la fisiología y, tras una dura agonía, el cuerpo al completo. Una presión atmosférica elevada nos aplastaría, una leve nos dejaría sin aire. Eso sería terrible porque ese aire contiene oxígeno, del que dependemos para la respiración aeróbica. Pero el nivel de moléculas altamente reactivas de oxígeno en el aire no sólo no debe bajar –en cuyo caso nos asfixiaríamos- sino que tampoco debe elevarse demasiado, porque entonces nos convertiríamos en combustible fácil y arderíamos en su fuego eterno. Nuestros tejidos no resisten el contacto con líquidos que tengan un PH alejado del 7. Ese es verdaderamente nuestro 7º cielo. Tanto por debajo como por encima de él nos consumimos en un infierno de acidez o alcalinidad.
Y, a pesar de lo contrarias que parecen a la vida determinadas condiciones por encima o por debajo de los límites que nuestra naturaleza nos ha asignado, hay vida en ellas. Vida microscópica, una vida que antes del microscopio que en ocasiones le da nombre no contemplábamos. Ni sabíamos de su existencia ni de su importancia. Los microbios (“vida pequeña”) son la vida originaria de este planeta, tanto por su precedencia temporal en miles de millones de años respecto a lo que hasta hace bien poco considerábamos vida, como por su precedencia metabólica. Sin sus procesos actuales tampoco podríamos vivir. Dependemos de ellos entre otras cosas para nuestra tecnológicamente sofisticada agricultura, como fijadores que son –con su aún más sofisticada tecnología evolucionada por selección natural- del nitrógeno para las plantas, y para asimilar correctamente los nutrientes extraídos de la tierra por esa agricultura en nuestro aparato digestivo.
Las bacterias y las arqueas (los dos dominios de vida exclusivamente microbiana) ocupan todos los nichos imaginables y, aunque no las veamos, están en todas partes: encima de nuestros mobiliarios, flotando en el aire y en el agua, tapizando nuestro intestino grueso, en nuestra piel…. siendo casi siempre beneficiosas para nosotros, y haciendo, en general, lo inhóspito habitable. Pero algunas de ellas, dentro del dominio bacteria, se han vuelto patógenos, es decir, se han convertido en pequeños predadores que nos consumen desde dentro. Somos su nicho y su presa. De ahí que gran parte de la historia de la evolución pueda explicarse como una lucha entre los sistemas inmunitarios de los organismos complejos, defendiendo la plaza, y los asediadores bacterianos y víricos (estos últimos quizás no merezcan ser llamados “vida” y de hecho también atacan a las propias bacterias) del ambiente biológico circundante.
Sobre la versatilidad bioquímica de las bacterias y su fundamental importancia como cimentadores y argamasa de la vida nos habla el Profesor ya retirado de la Universidad de Sussex, John Postgate, en su literariamente excelso y científicamente impecable libro (ahora en edición de bolsillo) Las Fronteras de la Vida.
1.-Se dice que la biomasa de los organismos unicelulares es mayor que la de todos los animales y plantas juntos. ¿Cómo podemos estimar esta magnitud?
Esta clase de cálculos implica enormes extrapolaciones y lamentablemente son imprecisos, pero, con todo, proporcionan órdenes de magnitud. Por ejemplo, los suelos agrícolas de buena calidad contienen en su tierra 400 Kg de bacterias observables por hectárea. Agrupando estimaciones comparables para suelos pobres, el permafrost, el suelo profundo, los mares y los ríos del mundo llevaron en 1998 a quienes trabajaban en ello a una estimación global de cinco mil millones de toneladas (5 x 1015 Kg) de bacterias en todo el mundo. Esa cifra es similar a la de las estimaciones de los botánicos de la masa total del planeta de material vegetal orgánica (en comparación con la cual la masa de materia animal es trivial). Sin embargo, sabemos que gran parte de las bacterias y los otros microorganismos han pasado inadvertidos para las viejas técnicas microbiológicas. Por tanto, podemos estar seguros de que la masa terrestre de los microbios excede sustancialmente a la de los organismos superiores -Pero cuán sustancialmente nadie lo sabe todavía.
2.-¿Cuáles son las fronteras de la vida, dónde están sus límites de salinidad, presión, temperatura…?
En mi opinión, el tipo de vida terrestre puede existir dentro de toda temperatura, presión y salinidad en la que el agua permanezca en estado líquido. Hay quienes sostienen que la estabilidad térmica del ATP o del ADN, esencial para el metabolismo y la genética en este planeta, establecen límites térmicos en torno a los 170oC, pero sospecho que estos elementos son necesarios local más que universalmente. El agua líquida es, creo, verdaderamente esencial.
3.-¿Cree que la vida es un fenómeno probablemente muy extendido en el Universo o, por el contrario, que es algo muy improbable? ¿Y la vida pluricelular?
Muy probable. El agua es abundante en todo el universo y en el sistema solar hay varios lugares (por ejemplo, Europa, Marte), donde parece haber, o haber habido, líquido. Sería sorprendente que no hubiera surgido allí alguna forma de vida basada en el agua, así como en otras partes de la Vía Láctea y en otras galaxias. Dado que la cooperación, el comensalismo y la simbiosis, que llevaron a la multicelularidad, han sido una parte esencial de la evolución biológica aquí, parece probable que la vida extraterrestre evolucionara del mismo modo hacia formas pluricelulares o cenocíticas.
4.-¿En qué medida somos los organismos complejos comunidades de organismos más pequeños? ¿Cuántas especies podemos albergar en nuestro seno, sin darnos cuenta?
Me complace mucho la evidencia de la Profesora Margulis sobre la emergencia de la célula eucariota a partir de la adición evolutiva de ciertas bacterias y arqueas cooperativas para formar una unidad celular. Pero sería claramente incorrecto afirmar que las eucariotas siguen siendo todavía comunidades de sus protistas ancestrales de la misma forma que un liquen es una comunidad de un hongo y un alga.
Sin embargo, todos los metazoos existen en estrecha asociación comunal con los microbios. Por ejemplo, los microbios habitan en las rizosferas y filosferas de las plantas; las bacterias operan en la rumia de los rumiantes y benefician al colon humano; las micro-algas camuflan al perezoso de árboles verdes, y así sucesivamente.
En lo que se refiere a los seres humanos, en un reciente estudio en el que se extrajeron y analizaron, para un ADN bacteriano específico, muestras de las manos de 57 estudiantes, se revelaron unas 150 especies putativas por mano, y en torno a 1400 especies distintas dentro del conjunto completo. ¡Una gran biodiversidad de la que nadie era consciente!
5.-Los microorganismos comenzaron a ser mejor conocidos y estudiados a través de sus representantes patógenos. Pero los patógenos, pese a su importancia entre nosotros, son sólo una ínfima fracción de todos los microorganismos existentes ¿Cómo dan forma a nuestro ambiente? ¿Podría hacer un elogio de los microorganismos?
Esta es una gran pregunta. La mayor parte de los microbios son, en efecto, neutrales o beneficiosos. Ellos conforman y han conformado profunda y completamente nuestro medio ambiente. Las históricamente primitivas bacterias fotosintéticas iniciaron la transformación de la atmósfera terrestre desde su casi nulo contenido de oxígeno originario a la composición rica en él que ha hecho posible la evolución de plantas y animales que respiran aire. Desde entonces las bacterias han mantenido los ciclos terrestres de carbono, nitrógeno, oxígeno, azufre y algunos elementos menores de los que la agricultura, y nuestras vidas, dependen. También han generado y concentrado minerales como hierro, azufre, pirita, cobre y petróleo. Promueven la formación del suelo y benefician la nutrición de animales y plantas tanto directa como indirectamente. Tienen efectos aparentemente negativos en la contaminación, la corrosión y el deterioro, pero pueden ser explotadas con fines benéficos, como en el tratamiento de aguas residuales, depuración de aguas y similares. Inciden sobre casi todos los aspectos de nuestra vida, sociedad y medio ambiente.
6.-Las relaciones evolutivas entre los distintos seres parecen dividir la vida en tres dominios: Arqueas, Bacterias y Eucariotas. Sin embargo el dominio eucariota parece derivarse de uno de los otros dos o de ambos por alguna extraña combinación. ¿Cuál es su hipótesis al respecto? ¿Cómo surgió la célula eucariota? ¿Qué es lo que hace a esta tan distinta que es capaz de construir organismos pluricelulares complejos?
Vea mi respuesta a la pregunta 4. La asociación de archaea y bacterias generaron a los eucariotas. La fusión efectiva de dos bioquímicas llevó a células con una pluripotencia sin precedentes, capaces de combinar muchas funciones bioquímicas y de colonizar nuevos ambientes, así como de competir de una forma impresionante en las más antiguas.
A menudo me he preguntado por qué los protistas sólo muestran los tipos más simples de multicelularidad. Sospecho que tiene que ver con la pluripotencia: los eucariotas emergentes encontraron que era posible sobrevivir y florecer fuera del agua, donde había una ventaja selectiva en la cooperación y diferenciación multicelulares, ninguna de las cuales tenía mucha ventaja selectiva para los protistas totalmente envueltos por agua.
7.-Frente a la exuberante variedad de formas, funciones y tamaños de los animales y las plantas las bacterias parecen muy iguales. Y, sin embargo, hay en ellas una enorme diversidad, pero de tipo bioquímico. ¿Podría explicarnos en qué consiste esa diversidad?
No veo ninguna correlación entre diversidad bioquímica y forma. Las bacterias reductoras de sulfato, que son bioquímicamente muy parecidas, presentan todas las formas, menos una, de las bacterianas conocidas – barras, esferas, ovoides, comas, espirales, cadenas, etc- en E. coli, normalmente una barra corta, la forma está determinada por el estado nutricional. Crece como un filamento cuando está baja de magnesio, es casi esférica, cuando está hastiada de hidratos de carbono, y asume una variedad de formas pleomórficas cuando envejece. También pierde su flagelos cuando crece en medios turbulentos.
La celebrada biodiversidad de las bacterias es consecuencia de inusuales propiedades que fueron injertadas en un patrón bioquímico básico común a todos los seres vivos. Las vías del catabolismo de nutrientes, de síntesis de proteínas y lípidos, de expresión y regulación genéticas, son esencialmente similares en bacterias, archaea y eucariotas, pero en las bacterias y arqueas pueden ser emparejadas con propiedades exóticas tales como la fijación de nitrógeno, el catabolismo de cianuro, la oxidación de hierro ferroso, la reducción de sulfatos, la oxidación del azufre, la fotosíntesis ligada al azufre y diversas síntesis de poco comunes productos químicos, antibióticos, toxinas, etc
8.-¿Cuál es la importancia de los microorganismos en la evolución de las especies? ¿Qué clase de evolución hubo en el ancestral mundo previo a los metazoos?
En lo que se refiere a la evolución de las especies de metazoos, los microbios han influido en ésta como agentes de la selección natural (a través de enfermedades) y por sus actividades medioambientales a las que me refería a la respuesta a la pregunta 5.
En cuanto a la evolución anterior a los metazoos, habría estado basada en la reproducción asexual; la selección natural habría operado a través de mutaciones durante las divisiones celulares individuales, con transferencia de genes entre células (transducción, transformación o conjugación) provocando raros pero abruptos saltos evolutivos.
9.-¿En qué trabaja ahora?
En seguir vivo y aprender. Soy jubilado hace tiempo y mi actividad microbiológica se ha reducido a ocasionales escritos y conferencias.
