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VAMPIRO EN ACCIÓN
Esta fotografía, algo borroza, recoge el momento en que un protozoo del grupo de los suctores ha inmovilizado con sus «tentáculos» a un ciliado, posiblemente Tetrahymenia, que se encuentra bajo él y atrapado y del que succionará su contenido. El vampiro en cuestión es Sphaerophyra. La figura esférica corresponde a él mismo del que parten los radios suctores que se engrosan en el extremo, bajo él y a la izquierda se sitúa su presa, en este caso el ciliado Tetrahymenia que aparece borroso por estar situado en un plano inferior, a la derecha, y también por debajo aparece una forma enquistada, posiblemente de Paramecium, de la que probablemente Sphaerophrya extraiga también su contenido, las pequeñas figuras cilíndricas y curvadas que aparecen en gran número dispersas en la imagen son bacterias, fundamentalmente bacilos y espirilos. La fotografía corresponde a una muestra de la Fuente del Ojo de Ólvega y fue recogida por Mikel Lavilla.
Fuente: http://www.flickr.com/photos/microagua/2437449234/in/photostream
Bacterias de monóxido de carbono y la antigua atmósfera terrestre.
Mediante el estudio de la vida en las aguas termales de un cráter volcánico en Siberia, un grupo de científicos descubrió una bacteria que produce y consume monóxido de carbono. El hallazgo puede proveer una nueva visión de la evolución de la atmósfera primitiva de la Tierra.
( Albert Colman, profesor asistente en ciencias geofísicas en la Universidad de Chicago)
Esta exótica bacteria que no depende del oxígeno, puede haber jugado un papel importante en la determinación de la composición de la atmósfera primitiva de la Tierra, de acuerdo a la teoría que el investigador de la Universidad de Chicago, Albert Colman, está investigando en las aguas termales de un cráter volcánico en Siberia.
Descubrió que tal bacteria consume y produce monóxido de carbono, un giro sorprendente que los científicos deben tener en cuenta en su intento por reconstruir la evolución de la atmósfera primitiva de la Tierra.
Colman, un viejo profesor en ciencias geológicas, se unió al grupo Americano-Ruso en 2005 trabajando en la caldera volcánica Uzon al este de la Península de Kamchatka para estudiar la microbiología y geoquímica de las aguas termales de la región. Colman y sus colegas se enfocaron en carboxidótrofos anaeróbicos –microbios con una fisiología tan exótica como su nombre. Estas usan monóxido de carbón mayoritariamente como energía, pero también como fuente de carbono para la producción de nuevo material celular.
Esta fisiología a base de monóxido de carbono resulta de la producción microbiana de hidrógeno, componente de ciertos combustibles alternativos. El equipo de investigación también trató de probar aplicaciones biotecnológicas para limpiar de monóxido de carbono ciertos gases residuales industriales y para la producción de biohidrógeno.
“Nos enfocamos en los campos geotérmicos”, dijo Colman, “creyendo que tales ambientes podrían resultar el hábitat principal para los carboxidótrofos debido a la ventilación químicamente reducida, o en otras palabras, libre de oxígeno y los gases volcánicos en los manantiales ricos en metano, hidrógeno y dióxido de carbono.
El equipo descubrió una amplia gama de carboxidótrofos. Paradójicamente, Colman encontró que la mayor parte del monóxido de carbono en la zona de Kamchatka no estaba burbujeando con los gases volcánicos; al contrario “se estaba produciendo una comunidad microbiana en dichos manantiales,” dijo. Su equipo empezó a considerar las implicaciones de una poderosa fuente de microbios de monóxido de carbono, tanto en los manantiales locales como en la Tierra primitiva.
La gran oxidación
Los expertos creen que la atmósfera primitiva de la Tierra difícilmente contenía apenas algo de oxígeno, pero sí cantidades relativamente grandes de dióxido de carbono y posiblemente metano. Luego, durante el período llamado “La gran oxidación” hace alrededor de 2,3 a 2,5 mil millones de años atrás, los niveles de oxígeno en la atmósfera aumentaron de pequeñas, ridículas cantidades a concentraciones moderadamente bajas.
“Esta importante transición permitió una amplia diversificación y proliferación de estrategias metabólicas y liberó el camino para una posterior subida de oxígeno a niveles que fueran lo suficientemente altos para sostener vida animal”, agregó Colman.
El procesamiento de monóxido de carbono por la comunidad microbiana puede haber influenciado en la química atmosférica y el clima durante el Arcaico, un intervalo histórico de la Tierra que precede a la Gran Oxidación.
Anterior simulaciones computarizadas se basan en una biósfera primitiva como el único medio para eliminar el monóxido de carbono cercano a la superficie cuando los rayos ultravioletas del Sol dividieron las moléculas de dióxido de carbono. Este disipador teórico en la biósfera habría impedido una acumulación considerable de monóxido de carbono en la atmósfera.
“Pero nuestro trabajo muestra que no puedes considerar comunidades microbianas en un solo sentido, como un disipador de monóxido de carbono. Estas comunidades tanto producen como consumen monóxido de carbono, es un círculo dinámico”, comentó el científico.
Los cálculos de Colman sugieren que el monóxido de carbón puede haber alcanzado concentraciones que se aproximan a 1% en la atmósfera, decenas de miles de veces mayor que las concentraciones actuales. Esto, a su vez, ha ejercido influencia en la concentración de metano en la atmósfera, un poderoso gas relacionado con el efecto invernadero, con consecuencias en las temperaturas globales.
Concentraciones tóxicas
Además, concentraciones tan altas de monóxido de carbono han sido tóxicas para muchos microorganismos, poniendo una presión evolutiva en la primitiva biósfera.
“Una fracción mucho mayor de estas comunidades microbianas han estado expuestas a altas concentraciones de monóxido de carbono y han tenido que desarrollar estrategias para hacer frente a las altas concentraciones debido a su toxicidad”, continuó.
Colman y estudiantes graduados de la Universidad de Chicago, han llevado a cabo trabajo de campo, tanto en Uzon como en Lassen, Parque Nacional Volcánico de California. Recientemente Colman viajó a Kamchatka para realizar trabajos de campo adicionales en 2007 y 2010.
“Este fantástico campo tiene una gran variedad de aguas termales”, dijo. “Diferentes colores, temperaturas, químicas, diversos tipos de microorganismos viviendo en ellos. Es muy parecido a Yellowstone en algunos aspectos”. Los manantiales de Lassen tienen un rango más estrecho de químicos ácidos, aún así, la producción microbiana de monóxido de carbono parece ser de amplia configuración.
Frank Robb, colaborador de la Universidad de Maryland, Baltimore, felicita a Colman por su “entusiasmo ilimitado” y por su “meticulosa preparación”, cualidades completamente necesarias para garantizar la seguridad del transporte de los delicados instrumentos al campo.
“Algunas de estas formas de vida microbianas en el complejo hidrotermal de la caldera pueden sobrevivir en entornos más extremos que los que los científicos han observado en la superficie”, dice Colman. “Una cosa que no sabemos muy bien es la medida en que las comunidades microbianas de debajo de la superficie influye en lo que vemos en la superficie”. “Sabemos, por el cultivo de las aguas profundas de ventilación de microbios, que pueden vivir a temperaturas que exceden las temperaturas que observamos en la superficie, y algunos a su vez metabolizan monóxido de carbono”.
La Fundación Nacional de Ciencia y la Administración Nacional Aeronáutica y Espacial del Instituto de Astrobiología financiaron la investigación de Colman en Kamchatka. El trabajo ofrece herramientas para la astrobiología, el estudio de las posibilidades de vida en otros mundos, mostrando cómo los organismos pueden prosperar en ambientes extremos fuera de la Tierra, incluyendo el subsuelo de Marte, Júpiter, Europa, la luna, o incluso planetas que orbitan otras estrellas.
Original article: http://www.astrobio.net/pressrelease/3934/carbon-monoxide-bacteria-and-earths-ancient-atmosphere
I. ¿CÓMO SABEMOS QUE HA HABIDO EVOLUCIÓN BIOLÓGICA? Las especies del pasado y las actuales no son las mismas(2)
SABER COMER
La célula obtiene la energía del medio ambiente por medio del metabolismo. En la actualidad hay dos tipos principales de metabolismo en nuestro planeta: el primero de ellos consiste en obtener la energía en forma de compuestos químicos; generalmente los organismos que la consiguen de esta manera, la obtienen de otros organismos. El segundo de ellos consiste en adquirir la energía en forma de ondas físicas, o lo que es lo mismo, los organismos que lo hacen así se llaman fotosintéticos y llevan a cabo una reacción que es central en la Tierra. La vida en nuestro planeta depende precisamente de esta reacción. Es más, aquellos organismos que utilizan la energía en forma de sustancias obtenidas de otros organismos (heterótrofos) dependen directamente de la existencia de aquellos que fijan la energía obtenida del Sol (fotosintéticos). Así, la fuente de energía del Sol mantiene la vida sobre la Tierra. La actividad de los organismos fotosintéticos es también la responsable de la alta concentración de oxígeno en nuestra atmósfera desde hace aproximadamente 2.000 millones de años. Si la vida tiene entonces 3.300 millones de años sobre la Tierra y sólo hace 2.000 millones que tenemos este escenario con autótrofos y heterótrofos, ¿cómo era antes? La presencia de una atmósfera reductora impedía la existencia de organismos heterótrofos como los conocemos ahora. Existían entonces y en grandes cantidades organismos quimiosintéticos que, aunque usaban energía química, lo hacían de manera distinta de como lo hacen los actuales heterótrofos; esto es dependían de la fotosíntesis para su existencia. La aparición de la fotosíntesis fue entonces uno de los eventos más importantes de la historia de la vida en la Tierra.
Células de plantas -rodeadas por paredes violetas- y dentro, cloroplastos, donde se da la fotosíntesis.
Euglenoides. Organismos fotosintéticos unicelulares -en ocasiones heterótrofos- con clorofilas a y b.
AMIGOS, MUY AMIGOS, AMIGUÍSIMOS
Las bacterias y algas primitivas (algas verdeazules) son células sin una gran complejidad estructural. Están constituidas por una membrana y una pared celulares que son las estructuras que llevan a cabo la síntesis de proteínas (ribosomas), y por una molécula de ácido desoxirribonucleico. Nuestras células en cambio son bastante más complejas. Entre las características más importantes que las distinguen de las bacterias se encuentra la presencia de un núcleo donde está localizado el ácido desoxirribonucleico, el cual está organizado a su vez en estructuras llamadas cromosomas en las que el ADN se asocia a moléculas de proteína. Otra característica es la presencia de estructuras especiales para llevar a cabo la respiración (Figura 1); estas estructuras llamadas mitocondrias tienen características muy curiosas ya que cuentan con su propio sistema de síntesis de proteínas y su propia molécula de ADN que está organizada en un círculo como ocurre en las bacterias. Parecen ser entonces células dentro de células. De hecho se ha encontrado una gran cantidad de pruebas que sugieren que las mitocondrias son descendientes de bacterias que hace mucho tiempo (aproximadamente 1.500 millones de años) establecieron una relación simbiótica, especializándose en funciones particulares. El mismo fenómeno parece haber ocurrido en el caso de otras estructuras, los cloroplastos, que en las plantas verdes llevan a cabo la fotosíntesis. Éstas también tienen su propia maquinaria de síntesis de proteínas y su propia molécula circular de ADN. Es decir, las dos funciones metabólicas que en la actualidad son las más importantes para la vida, la respiración y la fotosíntesis, se han «encargado» a células que se han asociado con otras.
Figura 1. Una de las revoluciones más importantes a lo largo de la historia de la vida en la Tierra fue la aparición de la célula con un núcleo verdadero (eucarionte). Aquí se compara la complejidad de una célula con núcleo con la de una bacteria (procarionte) sin núcleo.
El resultado de tan importante fenómeno fue una nueva célula (que seguramente como ya dijimos apareció hace 1.500 millones de años) con estructuras descendientes de simbiosis con varios tipos de células. La célula eucarionte (con un núcleo verdadero) había nacido y conviviría por lo menos durante los siguientes 1.500 millones de años con la célula procarionte (sin núcleo verdadero). Pocos cambios han sido tan importantes durante la historia de la vida en la Tierra. En la actualidad se estima que hay un millón y medio de especies de las que el 80% son células eucariontes. Este es un buen ejemplo de cómo un cambio en la organización de los organismos genera lo que se ha llamado radiación adaptativa, esto es, una explosión de especies nuevas después de un cambio estructural que facilita la adaptación de los organismos en ambientes diferentes. Sin duda, la aparición de la célula eucarionte fue una modificación de tal magnitud que determinó el camino que tomaría la evolución de las especies.
AMIGOS, MUY AMIGOS Y YA
La mayoría de las plantas y de los animales que vemos todos los días no están compuestos por una sola célula. Se llaman organismos multicelulares. Son organismos que tienen un nivel de complejidad mayor que el de los organismos de una sola célula. Estos seres, formados por la «cooperación» de muchas células, se originaron hace aproximadamente 1.000 millones de años y representan otra gran revolución de la vida sobre la Tierra. Células de un mismo organismo se especializaron en diferentes funciones. Unas en la reproducción, otras en la respiración y otras más en diferentes aspectos del metabolismo y la estructura de los organismos. La formación de tejidos y órganos había comenzado.
Figura 2. Entre los organismos multicelulares más sencillos se encuentra la esponja. Cuenta con células con cilios que mueven el agua donde se encuentra el alimento, así como células que lo absorben. La división del trabajo fue sin duda una de las revoluciones más importantes en la historia de la vida en la Tierra.
Las esponjas marinas son de los animales multicelulares más sencillos, ya que sólo están formadas por tres tipos de células. Éstas están organizadas de tal manera que cada una de de ellas lleva a cabo funciones de absorción del alimento, su metabolismo y la excreción del material residual. Su forma de comer consiste simplemente en hacer circular agua por un conducto central (Figura 2), siendo las células que están en contacto con el conducto las absorbentes, las intermedias las que metabolizan y las más externas al conducto las excretoras. Ésta es una forma muy sencilla de aumentar la complejidad incrementando la eficiencia con la que se utilizan los recursos del medio ambiente.
Recordemos que para cuando aparecieron los primeros seres multicelulares (hace aproximadamente 1.000 millones de años) la vida ya llevaba alrededor de 2.500 millones de años de existencia en la Tierra. Durante estos años predominaron solamente los organismos unicelulares (tanto procariontes como eucariontes). La Tierra fue entonces propiedad exclusiva de los organismos durante el 71% de la historia de la vida. el mundo que hoy vemos es desde luego muy diferente de aquel reino, durante esos 3.000 millones de años nuestro planeta adquirió una nueva fisionomía, con organismos muy diferentes de los que hasta entoces habían poblado nuestro planeta: una nueva radiación adaptativa se había iniciado.
Figura 3. La configuración de las masas terrestres hace aproximadamente 150 millones de años. Había dos grandes masas, Laurasia y Gondwana que empezaban a dividirse.
Daniel Piñero, De las bacterias al hombre: La evolución, Fondo de Cultura Económica, 1996.
I. ¿CÓMO SABEMOS QUE HA HABIDO EVOLUCIÓN BIOLÓGICA? Las especies del pasado y las actuales no son las mismas(1)
HISTORIA DE LA VIDA EN LA TIERRA
Cuando en la escuela nos enseñan historia lo que hacen es enseñarnos la historia de la civilización. El hombre ha vivido en diferentes sociedades organizadas por aproximadamente 10.000 años, con una civilización basada en la cultura. Pero la historia que nos enseñan sólo cubre una parte de ese periodo, esto es, los últimos 2.000 años. Para la historia de la vida en la Tierra este lapso es muy pequeño, puesto que ésta tiene 400.000 «historias» de nuestra civilización. Así pues, lo que aprendemos no es más que el último acto de una historia que incluye la historia de la Tierra, o en forma más general, la del Universo. A veces un número no refleja la idea que quisiéramos transmitir. Para imaginarnos el periodo de tiempo que incluye la historia de la vida se ha comparado la historia del hombre con el último minuto y medio de un día de 24 horas, o con la última página de un libro de 4.000 hojas. Esto es, hemos leído una página de un relato del cual desconocemos 3.999 de ellas. Un sentimiento de insignificancia recorre entonces nuestro cuerpo. No parece que seamos el evento más común de la historia de la vida en la Tierra.
Nos gustaría conocer pues algunos aspectos de esta historia. En principio quisiéramos saber ¿cuándo? y ¿quiénes? Para responder estas preguntas el hombre ha tenido que entender dos fenómenos. El primero es el llamado proceso de fosilización y el segundo el decaimiento de material radiactivo. La fosilización es un fenómeno que incluye tanto la preservación de las partes duras de los organismos (conchas, huesos, etc.), como la de moldes o huellas de éstos. Vemos así que los organismos que han existido en el pasado han dejado huellas que se han preservado como tales por miles y hasta por millones de años. Los fósiles son, de hecho, el único testimonio biológico de lo ocurrido en la Tierra en el pasado. Una vez que se encuentra un fósil es necesario localizarlo en el tiempo. ¿De cuándo es? Para ello se usan métodos de fechado utilizando elementos radiactivos. Estos elementos tienen la característica de emitir partículas en una proporción constante que depende del elemento de que se trate. Por ejemplo, el carbono-14 (isótopo radiactivo del carbono-12 que es el carbono más común) tiene una vida media de 5.730 años. Es decir, que si partimos de una roca en donde, digamos, que había 100 gramos de carbono-14, en 5.730 años habrá 50 gramos de carbono-14 (o sea 50 gramos de carbono-12). Así, al medir la cantidad de estos elementos se puede saber la edad aproximada de la roca y por tanto la de los fósiles que se hallan en ella. Otros elementos como el potasio-40 y el uranio-235 tienen una vida media mucho mayor (de 1.300 y 713 millones de años respectivamente), por lo que son usados para fechar rocas mucho más antiguas.
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La presencia de fósiles y la capacidad que se tiene para fechar la época en la que existieron facilita enormemente el trabajo del paleontólogo (el biólogo que se dedica a estudiar los fenómenos que han ocurrido en el pasado geológico). Se puede ir entonces reconstruyendo lo que ha ocurrido sobre la Tierra. Los resultados de estas investigaciones han sido sorprendentes. En primer lugar se ha encontrado que la historia de la vida en la Tierra es muy larga (aproximadamente 3.800 millones de años) y casi tan antigua como las rocas más viejas encontradas en ella (4.800 millones de años). Pocas otras evidencias tenemos entre los 3.800 millones de años y los 2.000 millones que no sean algunos fósiles. Los más viejos que se han encontrado son microscópicos, algunos redondeados y otros alargados. Sin duda durante ese periodo se originó la vida. Desde el punto de vista paleontológico esa época es una caja dentro de la que no podemos asomarnos.
¿QUÉ SON LOS PRIMEROS FÓSILES?
Los fósiles más antiguos de los que se tiene evidencia fueron encontrados en Fig Tree Chart, África. Tienen una edad aproximadamente de 3.300 millones de años. Son restos de la pared (estructura que envuelve la membrana de una célula) de organismos unicelulares difíciles de interpretar. ¿Qué apariencia tenía la Tierra entonces? Si sólo había organismos formados por una sola célula no había árboles ni hierbas ni ranas. Muchos de estos organismos primigenios vivían en comunidades acuáticas formadas por varios cientos de especies diferentes. Estas comunidades, llamadas estromatolitos, eran mundos en sí mismos. Había entonces una gran diversidad de especies y una gran complejidad en estos ecosistemas microscópicos. En la actualidad, en algunas partes del mundo, como Australia, todavía pueden encontrarse comunidades de estromatolitos que nos ofrecen una ventana para asomarnos a lo que ocurría en el pasado. Por su forma característica de crecimiento los estromatolitos forman columnas que van aumentando en diámetro y en altura a una velocidad que depende de la vida que tiene una célula. En cada generación la comunidad se incrementa por la acumulación de los restos de las células que mueren.
(Estromatolitos precámbrico en el Parque Nacional Glacier, EE.UU.)
(Estromatolitos actuales en la Bahía Shark, Australia)
Ésta fue entonces una Tierra completamente diferente a la actual. Las especies que la poblaban eran muy diferentes de las que existen hoy en día; el paisaje no contenía ni llanuras ni montañas verdes. La Tierra era del dominio de la Tierra, no de la vida. Las aguas en cambio contenían todas las especies existentes. De hecho, la atmósfera de entonces no hubiera permitido la existencia de la mayoría de las especies que viven en la actualidad. Éstas, como ya sabemos, viven en condiciones oxigénicas (altas concentraciones de oxígeno). Aun así, las especies de hace 3.300 millones de años y las actuales tienen algunas características en común, siendo la más importante el que aquéllas son ancestros de las actuales. El estudio del fenómeno evolutivo es entonces la descripción del cambio de unas especies en otras y de los mecanismos involucrados en el proceso.
La historia de la vida en la Tierra está llena de eventos que han modificado el desarrollo posterior de los organismos. Un primer ejemplo de este tipo de eventos lo representa el incremento en la concentración de oxígeno en la atmósfera.
Daniel Piñero, De las bacterias al hombre: La evolución, Fondo de Cultura Económica, 1996.
Imágenes Estromatolitos: http://es.wikipedia.org/wiki/Estromatolito
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