Vida Extraterrestre

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Habitabilidad planetaria y extremófilos

Se desconocen los límites físicos y químicos fuera de los cuales no podría persistir ninguna forma de vida concebible.

Puntualización

Sin embargo, los astrobiólogos han buscado los límites de la vida “tal y como la conocemos” en la Tierra, reconociendo al mismo tiempo que estos límites pueden no ser compartidos por otras formas de vida. Así, la “habitabilidad planetaria” (véase más detalles) se ha definido como la capacidad de un entorno para soportar la actividad de al menos un organismo conocido, donde “actividad” significa la supervivencia, el mantenimiento y la reproducción de células vivas. La habitabilidad requiere agua líquida de suficiente actividad termodinámica, carbono biodisponible y otros nutrientes, la disponibilidad de una fuente de energía (por ejemplo, parejas redox), y valores de pH, temperatura, presión, flujo de radiación ionizante y otras tensiones químicas y físicas dentro de los límites fisiológicos conocidos.

Los “entornos extremos”, en los que estos parámetros se acercan a los límites de la habitabilidad, suelen sostener ecosistemas de baja productividad y baja diversidad en los que el coste energético de la homeostasis sólo deja un pequeño margen para el crecimiento y la reproducción. Por ejemplo, los quimiótrofos microbianos que habitan en rocas y sedimentos profundamente enterrados (la “biosfera profunda”) soportan altas temperaturas, altas salinidades y un escaso suministro de energía y, por consiguiente, se reproducen muy lentamente. Estos ejemplos sugieren que el concepto de “extremo” no es excesivamente antropocéntrico, aunque los límites particulares de la vida en la Tierra pueden reflejar restricciones locales de evolución y desarrollo que no se aplicarían a las biosferas extraterrestres. Ningún entorno del universo puede sustentar la vida a menos que proporcione la energía cuantitativamente suficiente para afrontar los retos de sostener la bioquímica (de cualquier sabor local) en ese entorno.

Los extremófilos son organismos que crecen de forma óptima en condiciones extremas. Los mesófilos crecen de forma óptima en condiciones no extremas; los mesófilos extremófilos pueden sobrevivir a condiciones extremas. Los extremófilos definen los límites fisicoquímicos de la vida conocida y, por tanto, la frontera empírica entre los entornos “habitables” e “inhabitables”. Por ello, los estudios de los extremófilos mediante enfoques microbiológicos, moleculares, biológicos y biofísicos han hecho importantes contribuciones a la astrobiología desde que el microbiólogo estadounidense Thomas Brock, como publicó en 1967, aisló bacterias amantes del calor (termófilas) en las aguas termales del Parque Nacional de Yellowstone.

Ahora se han descubierto termófilos en torno a fumarolas volcánicas, respiraderos hidrotermales del fondo marino y fuentes termales de todo el mundo. Se ha observado, en 2008, que un microbio aislado del fluido de las fumarolas hidrotermales del fondo marino se divide a 122 °C. Este organismo, al igual que muchos otros termófilos, no era una bacteria, sino una arquea, es decir, un miembro de un grupo separado y similarmente antiguo de microorganismos unicelulares (arqueas).

El calor desdobla las proteínas, daña el ADN y hace que las membranas celulares sean más fluidas.

Pormenores

Las adaptaciones (hiper)termófilas lo compensan en parte produciendo biomoléculas más termoestables, por ejemplo, proteínas plegadas de forma más compacta.Entre las Líneas En el otro extremo de la escala de temperaturas, los psicrófilos amantes del frío en hábitats (sub)glaciales son valiosos organismos modelo para entender cómo la vida podría adaptarse a mundos fríos como Europa, Encélado y Marte.

Los psicrófilos más extremos que se conocen son las bacterias aisladas de los sedimentos marinos del Ártico, que siguen siendo móviles a -10 °C, se reproducen a -12 °C y mantienen cierto nivel de actividad enzimática a -20 °C. Muchas adaptaciones psicrófilas son funcionalmente inversas a las observadas en los termófilos, por ejemplo, proteínas más flexibles y lábiles, y la incorporación de ácidos grasos insaturados para aumentar la fluidez de las membranas lipídicas. Algunos psicrófilos también producen “proteínas anticongelantes” que impiden la nucleación y el crecimiento de cristales de hielo disruptivos, reduciendo de forma efectiva el punto de congelación del citoplasma. Aunque la congelación detiene la actividad metabólica, diversos organismos pueden resucitar tras largos periodos en estado de congelación e inactividad (criobiosis). Tal como se ha publicado desde el 2007, se han encontrado bacterias viables en el hielo de al menos ~104 años y posiblemente de hasta ~106 años. Todavía no se sabe cuánto tiempo pueden sobrevivir los organismos en estasis, una cuestión de interés clave en relación con la litopanspermia y los entornos con habitabilidad intermitente.

Las respuestas celulares y evolutivas a las presiones extremas han recibido menos atención que las de las temperaturas extremas. Aunque no son esterilizantes, las presiones ultrabajas son incompatibles con la presencia de agua líquida y, por tanto, no pueden soportar el crecimiento microbiano.

Pormenores

Las altas presiones, al igual que las bajas temperaturas, disminuyen la fluidez de las membranas lipídicas y son contrarrestadas por los organismos amantes de la presión (barófilos o piezófilos) de forma muy parecida a los psicrófilos: introduciendo ácidos grasos insaturados. Los efectos de la alta presión compensan parcialmente los efectos de la alta temperatura; así, el hipertermófilo más extremo conocido es también piezófilo y no puede crecer a presiones ambientales.

La vida requiere fluidos acuosos con pH ~0-13 y con una “actividad del agua” suficientemente alta (aw, la fracción molar de agua en el fluido multiplicada por su coeficiente de actividad). La actividad del agua disminuye cuando el agua líquida se retira del fluido (por ejemplo, por evaporación o cristalización del hielo), se diluye por sales u otros solutos, o se secuestra en conchas de hidratación molecular.

Las respuestas bióticas a la baja disponibilidad de agua son de especial interés en el estudio de la habitabilidad de Marte, cuya superficie está desecada y cuyas aguas subsuperficiales pueden ser altamente salinas. La mayoría de los organismos requieren actividades de agua > 0,9, pero las excepciones (xerófilos) son muy diversas; algunos pueden reproducirse con actividades de agua tan bajas como 0,605. La deshidratación prolongada afecta a los mecanismos normales que protegen las proteínas y los ácidos nucleicos de los efectos dañinos de las especies reactivas del oxígeno (ROS-peróxido de hidrógeno y radicales de oxígeno). Por ello, muchos xerófilos producen fuertes antioxidantes que eliminan las ERO. Algunos organismos pueden sobrevivir a periodos de deshidratación en estado latente sustituyendo el agua intracelular por pequeñas moléculas orgánicas que estabilizan las proteínas y los lípidos y se vitrifican cuando se secan. Este proceso se ha observado en diversas bacterias, hongos, plantas y microanimales, incluido el famoso tardígrado (“oso de agua”), un microinvertebrado muy resistente.

La retención de agua es importante tanto para los xerófilos como para los halófilos, es decir, los organismos que crecen en fluidos con al menos un 15% de NaCl(aq). Muchos halófilos obligados bombean iones de potasio adicionales en la célula, equilibrando la osmolaridad interna con el medio ambiente para evitar la pérdida de agua por ósmosis; otros acumulan pequeñas moléculas orgánicas solubles dentro de la célula que son más compatibles que los iones de potasio con el metabolismo celular normal. Las sales también pueden debilitar a los organismos por varias razones, además del simple estrés osmótico o la reducción de la actividad del agua; los iones cargados, como se ha publicado desde el año 2016, interfieren directamente con las biomoléculas y perturban la red de moléculas de agua unidas por hidrógeno en la célula. Las sales de perclorato, como las que se dan en Marte, son especialmente dañinas.

Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):

Es interesante observar que algunos de los efectos nocivos de la desecación -en particular el daño al ADN y la acumulación de ROS- también son inducidos por la radiación ionizante. Por tanto, las adaptaciones evolutivas para tolerar la deshidratación pueden mejorar la supervivencia bajo la irradiación. Esto puede explicar por qué algunos organismos terrestres, como la conocida bacteria xerófila Deinococcus radiodurans, pueden soportar dosis de radiación mucho más altas de las que ellos o sus antepasados probablemente hayan encontrado en cualquier momento en la Tierra, cuya atmósfera y campo magnético atenúan y desvían la dañina irradiación cósmica y solar. De hecho, la adaptación a un factor de estrés suele conferir resistencia a otros, y muchos extremófilos son poliextremófilos por esta razón.

Algunas respuestas genéricas al estrés son compartidas por organismos muy diversos, tanto mesófilos como extremófilos. Un ejemplo es la rápida producción de proteínas protectoras de choque térmico por parte de todas las células vivas en respuesta no sólo al calor, sino también a muchos otros factores de estrés; otro es la formación de esporas o “quistes” robustos y altamente resistentes al estrés que se observa en muchas algas, hongos y bacterias.

Datos verificados por: Dewey

Recursos

Véase También

Análogo a la Tierra
Astrobiología
Astrofísica
Bioquímicas hipotéticas
Ciencia Planetaria
Definición de planeta
Ecuación de Drake
Gliese 667 Cc
Origen de la vida
Paradoja de Fermi
Planeta superhabitable
Sistema solar
Terraformación
Zona habitable
Biofirma
Neocatastrofismo
Panspermia
Astrobiología
Colonización del espacio
Geoingeniería

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