Una nueva investigación sobre microbios amplía los límites conocidos de la vida en la Tierra y más allá

Un estudio de Stanford sobre microbios encontrados en agua hipersalina sugiere que la vida puede sobrevivir en condiciones que antes se consideraban inhabitables. La investigación amplía las posibilidades de encontrar vida en todo nuestro sistema solar y muestra cómo los cambios en la salinidad pueden afectar la vida en los hábitats acuáticos de la Tierra.

Una nueva investigación realizada por científicos de la Universidad de Stanford predice que la vida podría persistir en ambientes hipersalinos, más allá de lo que antes se creía posible.

el estudio, Publicado el 22 de diciembre en la revista Science Advances. (Acceso Abierto), se basa en el análisis de la actividad metabólica en miles de células individuales contenidas en salmueras de estanques artificiales en la costa del sur de California, donde el agua del mar se evapora para recolectar sal. Los resultados amplían nuestra comprensión del espacio habitable en todo nuestro sistema solar y las posibles consecuencias de que algunos hábitats acuáticos terrestres se vuelvan más salados como resultado de la deshidratación y la desviación de agua.

«No podemos mirar a todas partes, por lo que tenemos que pensar mucho sobre dónde y cómo intentamos encontrar vida en otros planetas», dijo la autora principal del estudio, Anne Decas, profesora asistente de ciencia del sistema terrestre en la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford. . «Tener la mayor cantidad de información posible sobre dónde y cómo sobrevive la vida en ambientes extremos en la Tierra nos permite priorizar los objetivos de las misiones de detección de vida en otros lugares y aumenta nuestras posibilidades de éxito».

Los científicos interesados ​​en descubrir vida extraterrestre han estudiado durante mucho tiempo los ambientes salados, sabiendo que el agua líquida es esencial para la vida y que la sal permite que el agua permanezca líquida en un rango más amplio de temperaturas. La sal también puede preservar signos de vida, como los encurtidos en agua salada. «Creemos que los lugares salados son buenos candidatos para encontrar signos de vida pasada o presente», dijo la autora principal del estudio, Emily Paris, estudiante de doctorado en ciencias del sistema terrestre que forma parte del laboratorio de Decas. «La sal podría ser lo mismo que hace que otro planeta sea habitable, aunque también inhibe la vida en altas concentraciones en la Tierra».

La nueva investigación es parte de una gran colaboración llamada Océanos a través del espacio y el tiempo Dirigido por Brittney Schmidt, profesora de la Universidad de Cornell, y financiado por el Programa de Astrobiología de la NASA, que reúne a microbiólogos, geoquímicos y científicos planetarios. Su objetivo: comprender cómo los mundos oceánicos y la vida coevolucionaron para producir signos visibles de vida, pasada o presente. Comprender las condiciones que hacen habitable el mundo oceánico y desarrollar mejores formas de detectar señales de actividad biológica son pasos para predecir dónde podría existir vida en otras partes del sistema solar.

Paris dice que también deberíamos considerar cómo el cambio de salinidad afectará a los ecosistemas aquí en la Tierra. Por ejemplo, el descenso de los niveles de agua en el Gran Lago Salado de Utah ha provocado un aumento de la salinidad que puede afectar la vida a lo largo de la cadena alimentaria.

«Más allá de la perspectiva de detectar vida, comprender el impacto de la salinidad es importante para preservar y sostener la Tierra», dijo Paris. «Nuestra investigación muestra cómo el aumento de la salinidad cambia la composición de la comunidad microbiana y las tasas metabólicas microbianas. Estos factores pueden afectar el ciclo de los nutrientes, así como la vida de los crustáceos e insectos, que son fuentes de alimento esenciales para las aves migratorias y otros animales acuáticos.

Las botellas de salmuera se incuban en una sala del laboratorio con temperatura y luz controladas antes de que los científicos analicen las actividades de los microbios en su interior. (Crédito de la imagen: Anne Decas)

El agua más salada de la Tierra.

Los viajeros que sobrevuelen estanques de sal como los de South Bay Salt Works, donde se recolectaron muestras para este estudio, o a lo largo de la Bahía de San Francisco, pueden descubrir algunos de los microbios más vigorosos de la Tierra brillando en verde neón, rojo oxidado, rosa y naranja. La mezcla de colores refleja una población de microbios acuáticos que se han adaptado para sobrevivir a diferentes niveles de salinidad, o lo que los científicos llaman “actividad del agua”: la cantidad de agua disponible para reacciones biológicas que permiten que los microbios crezcan.

«Estamos interesados ​​en saber el punto en el que la actividad del agua disminuye demasiado, la salinidad aumenta demasiado y donde la vida microbiana ya no puede sobrevivir», dijo Paris. El nivel de actividad del agua de mar es de aproximadamente 0,98, en comparación con 1 del agua pura. La mayoría de los microbios dejan de dividirse por debajo de un nivel de actividad del agua de 0,9, y el nivel de actividad del agua más bajo jamás reportado para sostener la división celular en un laboratorio es de poco más de 0,63.

En el nuevo estudio, los investigadores predicen un nuevo límite para la vida. Estiman que la vida puede estar activa en niveles tan bajos como 0,54.

Los científicos de la Universidad de Stanford se asociaron con colegas de todo el país para recolectar muestras de South Bay Salt Works, hogar de algunas de las aguas más saladas de la Tierra. Llenaron cientos de botellas con salmuera de tinas de diferentes niveles de salinidad en salinas y luego las llevaron de regreso a Stanford para su análisis.

Encuentra la vida más rápido

Estudios anteriores que buscaban el límite de la actividad del agua en la vida han utilizado cultivos puros para buscar el punto en el que se detiene la división celular, marcando el punto final de la vida. Pero en estas duras condiciones, la vida se multiplica muy lentamente. Si los investigadores se basan en la división celular como prueba de cuándo termina la vida, se enfrentan a experimentos de laboratorio de años de duración que no son prácticos para estudiantes de posgrado como Paris. Incluso cuando se realizan, los estudios de división celular no indican cuándo muere la vida; De hecho, las células pueden ser metabólicamente activas y aun así sobrevivir en gran medida, incluso cuando no están proliferando.

Entonces Paris y Decas estudiaron microbios en salinas abiertas para determinar un límite diferente para la vida: la actividad celular máxima.

El equipo de investigación realizó tres mejoras principales con respecto a investigaciones anteriores. En primer lugar, en lugar de utilizar cultivos puros, que es la mejor suposición estándar de los científicos sobre qué especie o cepa de microbios en particular será la más resistente, optaron por el ecosistema real. En las salinas, el entorno se selecciona naturalmente para una comunidad compleja de organismos que se adaptan mejor a esas condiciones particulares.

En segundo lugar, los investigadores utilizaron una definición de vida más flexible. Consideraron no sólo la división celular, sino también la construcción celular como un signo de vida. «Es un poco como observar a un humano comiendo o creciendo. Es un signo de vida activa, un precursor necesario para la replicación, pero es mucho más rápido de observar», dijo Dekas.

En cientos de muestras de agua salada (algunas de las cuales eran tan saladas que eran tan espesas como un jarabe) determinaron el nivel de actividad del agua y cuánto carbono y nitrógeno se incorporaron a las células de las salmueras, si es que se incorporó alguna. Con este enfoque, pudieron detectar cuándo una célula aumentaba su biomasa hasta la mitad del 1%. Por el contrario, los métodos tradicionales que se centran en la división celular pueden detectar la actividad biológica sólo después de que las células hayan aproximadamente duplicado su biomasa. Luego, basándose en cómo este proceso se desaceleró a medida que disminuyó la actividad del agua, los científicos esperaban que se detuviera por completo.

En tercer lugar, mientras otros científicos han medido la incorporación de carbono y nitrógeno en salmueras a gran escala, el equipo de Stanford realizó un análisis célula por célula utilizando un instrumento poco común en Stanford llamado nanoSIMS, uno de los pocos en el país. Esta técnica sensible les permitió monitorear la actividad en células individuales en medio de otras células «puntuadas» cuya presencia podría oscurecer la señal de actividad en el análisis agrupado, logrando su límite de detección bajo.

«El análisis de la actividad unicelular de muestras ambientales todavía es muy raro», dijo Dekas. «Esto ha sido fundamental para nuestro análisis aquí y, a medida que se aplique más ampliamente, creo que veremos avances en la ecología microbiana que son ampliamente relevantes, desde la comprensión del clima global hasta la salud humana. Todavía estamos en el comienzo de la comprensión de la microbiota». mundo a nivel unicelular”.

Los coautores del estudio, Emily Paris y Nestor Arandia-Gorostedi, establecieron viveros de agua salada en South Bay Salt Works. (Crédito de la imagen: Anne Decas)

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