En el principio fue el verbo

Semana 7 ribozimas, virus, células

Cuando nos formulamos la pregunta ¿De dónde venimos? y empezamos a intentar responderla, nos damos cuenta de que tenemos que volver primero la vista a la filosofía o a la religión. Y allí, te encuentras con dos posturas enfrentadas, la de Platón enfrentada a la de Aristóteles, San Agustín enfrentado a Pelagio. Proviene la vida de un diseño inteligente o es producto de un azar que se selecciona en función de la capacidad de los seres vivos de hacer más copias de si mismo que sus vecinos. Escoger una de estas dos posturas es importante. Los filósofos y los santos intuían que para elevar la dignidad humana era importante conocer qué es lo que nos hace, a los humanos, diferentes de los demás animales. Nuestra conciencia requiere saberlo. Es difícil tener dignidad y amor propio cuando el relato de ti mismo es mecanicista, frío y azaroso. Como hijos también queremos creer que fuimos fruto del amor, deseados y que existe épica en nuestro nacimiento. ¿Y qué pasa si no es así? ¿Somos menos personas? ¿Tenemos menos dignidad y menos amor propio?

El relato científico sobre nosotros mismos es un camino en el que poco a poco vamos perdiendo centralidad, preponderancia y consciencia. Del hombre medieval, consciente de ser el centro de la creación, hemos pasado gracias a Copérnico, Darwin y Freud, a habitar en un planeta insignificante en el extrarradio de nuestra galaxia, a ser fruto del azar y de la competición feroz entre semejantes, a darnos cuenta de que lo que pensamos no es ni mucho menos lo que nos identifica. El relato científico sobre el ser humano hace difícil el que tengamos dignidad y amor propio, quizás por que en nuestra cultura las actividades humildes, sencillas, consistentes, impecables, sin pretensiones carecen del valor y grandeza que les atribuyen los orientales. Un famoso dicho zen, basado en las enseñanzas del maestro Pang, dice: "Antes de la iluminación, cortar leña y acarrear agua. Después de la iluminación, cortar leña y acarrear agua". Andrej Tarkovsky, en su película "Sacrificio", traslada esta sensibilidad oriental a nuestra cultura cristiana cuando el padre le enseña al hijo a "Plantar un árbol muerto y regarlo hasta que dé flores". Reflexionar de dónde venimos tiene como único fin observar ese árbol muerto y querer hacerlo florecer simplemente porque nuestro padre nos ha dicho que si lo plantamos, lo regamos todos los días... llegará a dar flores.

Ni demasiado lejos ni demasiado cerca del Sol y con protección anti radiación cósmica

Volvamos a nuestra historia. La vida aparece en un planeta cualquiera de una de los muchos sistemas solares de nuestra galaxia. Pero... no es un planeta cualquiera, es nuestro planeta ¿Qué lo hace único? bien, no está ni muy lejos ni muy cerca del Sol. Además, tiene un campo magnético que protege a la Tierra de la radiación cósmica. Esto es debido a que la Tierra tiene un núcleo de hierro y níquel en su interior capaz de rotar y crear este campo magnético terrestre que es el escudo que nos protege de la radiación solar. La rotación del núcleo de hierro y níquel provoca una fricción que mantiene el mar de magma, residual del periodo de cuando se formó el planeta, permite que la corteza terrestre flote. Los continentes derivan con el paso de las eras geológicas desde una Pangea ancestral al estado actual, recordándonos que incluso la geología evoluciona.

Los ladrillos de la vida aparecen espontáneamente en la Tierra

Hace 4600 millones de años se forma la Tierra. En un primer momento era una esfera incandescente que se fue enfriando lentamente. Cuando la temperatura fue tolerable para la vida, ésta apareció por azar. Lo hermoso es que apareció una única vez, y de esa molécula "viva" descendemos todos los seres vivos del planeta. Pero, vayamos por partes, como dijo Jack el Destripador. Los primeros estudios que se realizaron para determinar la hipótesis de que la vida se había originado por azar fueron llevados a cabo por Oparín. Según la teoría de la síntesis abiótica de Oparin-Haldane, la vida surgió poco a poco a partir de moléculas inorgánicas: primero, se formaron “unidades estructurales” como aminoácidos y luego se combinaron para dar paso a polímeros complejos. Con el experimento de Stanley Miller y Urey, realizado en 1953, se demostró por primera vez que las moléculas orgánicas necesarias para la vida podían formarse a partir de componentes inorgánicos. ¡Vamos a ver este experimento en detalle!: la propuesta era que si mezclábamos gases que se pensaba que estaban presentes en la atmósfera primitiva como son el metano (CH₄), amoníaco (NH₄), hidrógeno (H₂) y vapor de agua (H₂0) estos al reaccionar entre si podrían producir compuestos orgánicos. Se suponía que en aquel entonces la atmósfera terrestre carecía de oxígeno libre. Para ello, utilizó un dispositivo cerrado de vidrio con matraces y tubos, donde no pudiera entrar el oxígeno y esterilizó todo el material para eliminar toda forma de vida. En un matraz vertió una pequeña cantidad de agua, representando el océano primitivo. Otro matraz lo llenó con los gases metano, hidrógeno y amoniaco, para hacer las veces de la atmósfera primitiva. Por debajo un condensador permitiría enfriar y licuar las sustancias que se formaran en la atmósfera por las descargas eléctricas producidas por dos electrodos, que simularían los efectos de los rayos atmosféricos. Al cabo de una semana analizó el agua que tenía color marrón y encontró que se habían producido una serie de compuestos químicos que no estaban presentes originalmente, entre ellos, cuatro aminoácidos. 

Como siempre ocurre en la ciencia, estos experimentos se repitieron, se le cambiaron condiciones, se comprobó que efectivamente a partir de compuestos inorgánicos se podían generar moléculas orgánicas, esto es, que participan en procesos biológicos. Pero hay algo más, muchas de esas moléculas orgánicas que se generan al azar: azúcares, pequeños lípidos, aminoácidos y ácidos nucleicos, aparte de ser los ladrillos con los que se van a construir todos los seres vivos, son moléculas similares a las piezas de Lego, esto es, que se pueden machihembrar, que pueden unirse para formar polímeros.

Los "ladrillos" se pueden unir y formar un código

Estas moléculas, como por ejemplo los ácidos nucleicos, se pueden unir para formar polímeros. Al unirse lo van a hacer como piezas de Lego, de manera que habrá dos extremos ¿Esto es importante? sí, porque esto va a hacer que importe el orden en el que van las piezas. No es lo mismo 1926 que 1962 o que 9216.

Fig. 1. Una torre de piezas de Lego es como una cadena de ARN, tiene un principio, que en el caso del ARN le llamamos 5´y un final, 3´

PROBLEMA 1:  Imaginemos que en la sopa biológica de moléculas orgánicas surgidas al azar tenemos 4 nucleótidos: adenina, citosina, guanina y uracilo. Si estos nucleótidos se ensamblan y forman una cadena de 10 nucleótidos ¿Cuántas moléculas distintas podrían formar?

Solución: en la posición 1 podría haber cuatro posibilidades, en la posición 2 podrían haber 4 posibilidades, en la posición 3 podría haber 4 posibilidades... así hasta 10. Es decir, 4x4x4x4x4x4x4x4x4x4, o lo que es lo mismo 410 = 1.048.576

Una cantidad enorme ¿verdad? 

En un principio fue el verbo: los ribozimas

Los ácidos nucleicos se pueden enlazar formando cadenas. Esas cadenas son distintas entre si. Cada una de ellas tiene una secuencia diferente. Por ejemplo:

5´AUUGCAUUCC 3´

5´ AUUGCAUUCU 3´

5´AUUGCAUUUU 3´

5´AUUGCAUCCC 3´

Y así sucesivamente. Hasta ahí bien, pero además de tener un soporte de información como lo son las cadenas de ácidos nucleicos necesitamos que esa molécula sea capaz de hacer cosas. Cuando una molécula "hace cosas" la llamamos enzima. Una enzima es capaz de unirse a una molécula y transformarla. 

Existen moléculas de ARN capaces de actividad enzimática, los ribozimas. Moléculas de ARN con capacidad enzimática que con el paso del tiempo son incluso capaces de hacer copias de si mismas. Si existe replicación y descendencia y por mutación esta descendencia produce copias no exactamente iguales... ya tenemos las bases para que opere la selección natural. La selección natural no es otra cosa que la presión del ambiente que hace que algunas cadenas de ARN hagan más copias de si mismas que otras. 

Una de las presiones que tienen las moléculas autorreplicantes, esto es, que hacen copias de si mismas, es el espacio. El famoso "No hay cama pa´ tanta gente" que decía Celia Cruz. Si todos pudiésemos hacer copias de nosotros mismos en un espacio infinito, el espacio no sería un limitante. Al ser el espacio finito hay competición por el mismo. Y aquí nos viene a la cabeza la canción de Héctor Lavoe: "Quítate tu pa ponerme yo". 

Modeló al hombre a partir de arcilla 

Dice el Génesis: "Entonces Dios, el Señor, modeló al hombre de arcilla del suelo, sopló en su nariz aliento de vida y el hombre se convirtió en un ser viviente". En ese mundo que recién comenzaba, hace 4500 millones de años, esas moléculas replicantes necesitaban tener un espacio propio en el que hacer valer su valía. Hay una teoría que dice que a falta de células los primeros compartimentos que permitieron individualizarse a ese ARN autorreplicante eran los espacios que existen entre las láminas húmedas de los filosilicatos cuando se encuentran en el agua. Los filosilicatos son el mineral de muchas arcillas por lo que decir que la vida se origina en el barro no es algo descabellado. Los filosilicatos son láminas como si de un milhojas se tratase que pueden contener agua y ácidos nucleicos entre esas láminas. Esas estructuras podrían ser las primeras células. 

Fig. 2. Idealización de moléculas de ARN autorreplicantes, designadas como A y B. Los filosilicatos de las arcillas tienen entre capa y capa espacio para es estas moléculas se desarrollen y proliferen cuando el barro está hidratado. Serían las primeras protocélulas de la historia de la vida.

Lo que ocurriese dentro de esas células podría ser seleccionado y hacer que el contenido de una de esas células fuese desplazando el contenido de células vecinas. En ese escenario la selección natural podría funcionar. Más adelante las moléculas autorreplicantes aprendieron a producir lípidos (grasas) y esos lípidos fueron los precursores de las membranas celulares. Cuando moléculas autorreplicantes en el interior de membranas de lípidos fueron capaces de conseguir que todo el sistema se volviese una unidad autorreplicante, es decir, que todo ese sistema se dividiese para dar lugar a dos entidades es el momento en que aparece la vida celular tal y como la conocemos.

Las moléculas autorreplicantes necesitaron un compartimento para que lo que era de interés fuese algo individual que se pudiese seleccionar. La necesidad de un territorio parece un requisito para la vida. Lo mío en contraposición al todo indeterminado, "Quítate tu pa ponerme yo". Es la diferencia lo que estimula la competencia. 

Las moléculas autorreplicantes comenten errores cuando se copian. Son las mutaciones. A partir de una secuencia original, en la descendencia puede haber secuencias con más habilidad para dejar descendencia en determinado ambiente. De esa manera, a partir de una molécula original van apareciendo nuevas moléculas.

Fig. 3. Evolución de la palabra dos, desde el idioma indoeuropeo "dwoh" hasta todas las formas actuales en los distintos idiomas que proceden del indoeuropeo. Nuestro idioma está formado por una estructura fonética lineal, que tiene su translación a la escritura. A medida que un idioma, pongamos por ejemplo un idioma ancestral del que derivan casi todos los idiomas europeos, estoy hablando del protoindoeuropeo, va expandiéndose y colonizando nuevos territorios, en estos nuevos territorios, con nuevas condiciones, de manera natural, algunas formas de pronunciar las antiguas palabras van teniendo más éxito y acaban por pronunciarse (y por lo tanto, escribirse) de manera diferente. 

Esas nuevas moléculas que aparecen por mutación hace que la población de moléculas sea variada. Sobre esta variación es donde ejerce su poder de selección el ambiente. Lo que se conoce como selección natural. Aquellas que estén mejor preparadas para un ambiente determinado van a dejar más descendencia y con el tiempo se convertirán en nuevas especies. Vamos a ver si lo entendemos con un problema

PROBLEMA 2: Tengo dos ribozimas: A y B como los de la Fig. 2. El ribozima A tiene una secuencia con 10.000 nucleótidos que se autoreplica en dos secuencias y ello le toma 40 minutos. El ribozima B tiene 5000 nucleótidos. ¿Cuánto tiempo tarda B en dividirse?. ii) ¿Cuántas ribozimas dejará de descendencia A y cuántas la ribozima B tras 4 horas de crecimiento? Solución: i) 20 minutos ii) A 64 ribozimas tipo A y 4096 ribozimas tipo B

Por tanto, para que exista vida, la molécula tiene que tener varias propiedades: capacidad de retener información en una secuencia, esa secuencia debe de ser modular para que refleje en su estructura cambios (mutaciones), la molécula debe de ser autorreplicante, es decir, generar copias de si misma. 

Fig. 4. Estructura ARN con sus 4 nucleótidos constituyentes

PROBLEMA 3: El ARN se lee desde el extremo 5´al extremo 3´. ¿Podrías leer la secuencia del ARN de la figura 4? Muéstrala de la siguiente manera, por ejemplo: 5´UCCGA...3´

Solución: 5´ CACUUGAAUUUCACUAGAGGG  3´

Ribozimas: cuando el ARN se pliega, la información se convierte en máquina tridimensional

Cuando hablamos de azar y selección de formas diferentes como el inicio de la vida, este discurso nos puede parecer poco, pobre, deslucido. ¿Procedemos de un simple polímero que se copiaba a si mismo?. Si, lo reconozco. Parece poco. Esto es así porque somos buenos entendiendo la historia de una manera lineal. ¿Qué es una secuencia de ARN sino una secuencia lineal de nucleótidos? La historia, nuestra historia, la entendemos como algo lineal también. Es la manera en la que estamos acostumbrados a entender el tiempo. Las últimas investigaciones sobre cosmología nos hablan de que el tiempo se puede curvar, y de que podemos saltar de un momento a otro que, en nuestra percepción lineal está más atrás. Es un poco loco. La locura estriba en que estamos acostumbrados a pensar linealmente. Lo increíble con el ARN es que se puede plegar, y al plegarse la información pasa de un plano lineal a dos dimensiones. El mundo ya no es un discurso de información lineal. Ahora, las dos dimensiones nos expanden el discurso hacia unos significados para los que no estamos preparados: las secuencias complementarias que se pueden unir para formar dobles cadenas, las secuencias palindrómicas que pueden formar bucles. Es cuando la información juega consigo misma a recrearse en una imagen en espejo.

La palabra doppelganger es una palabra alemana compuesta de  'doppel' literalmente doble, y 'gänger', andante. El concepto de doppelganger fue creado por el escritor Jean Paul en 1796 para referirse directamente a 'el que camina al lado', es decir, todos los vivos tendríamos un reverso, un gemelo opuesto. Si somos buenos el gemelo será malo...

Un palíndromo (del griego πάλιν δρóμος, palin dromos, "volver a ir atrás" o también "correr hacia atrás"). Podrían considerarse como un tipo especial de secuencias que se pueden leer en ambos sentidos. Lo propio y característico de un palíndromo es que la secuencia es idéntica en una y otra cadena; ambas, al ser leídas en la misma dirección (de 5’ a 3’ en la secuencia que se lee de izquierda a derecha y de  5´ a 3´ en su secuencia complementaria, que se lee de derecha a izquierda). 

Fig. 5. Palíndromo de ADN: 5´ATGCGCAT 3´ y la hebra de abajo si se lee de 5´a 3´también se lee 5´ATGCGCAT 3´. Un palíndromo en castellano sería: "Anita, la gorda lagartona, no traga la droga latina"

Pero... definir así un palíndromo en genética es ignorar la evolución. Para hablar de palíndromos tenemos que pensar que la primera molécula de la vida es el ARN, que es el ARN la molécula que soporta el código genético. El ADN es solo la copia del ARN en un formato de doble cadena. Por tanto, primero hablaré de los palíndromos en la cadena simple del ARN. Si la secuencia lineal del ARN es información en un única dimensión, la dimensión lineal, cuando esta información se pliega genera dos dimensiones. Posteriormente estos bucles se pueden plegar en el espacio de tres dimensiones. Cuando la información se copia y se van adquiriendo nuevas mutaciones, digamos, el tiempo se refleja en esa unidad de información que es el ARN. En ese momento tenemos la cuarta dimensión.

Fig. 6. Para que exista un palíndromo primero tiene que haber la posibilidad de que la molécula se encuentre con su complementario para formar una doble hebra. La existencia de una secuencia complementaria es un dopperganger genético

Fig. 7. Si además, de la complementariedad existe un eje de simetría, en la imagen la línea azul de puntos, entonces podemos tener una imagen especular, una imagen en espejo.

La etimología de la palabra especular deriva de la raíz indoeuropea speck. Esta raíz está asociada a la visión: inspector, respe(c)to, aspecto, escéptico… La palabra especular proviene del latín “speculari” que quiere decir “mirar desde una atalaya”, por lo tanto, la palabra representa mirar a fondo algo, ver los secretos que pueda tener. Otros autores, creen que especular viene del latín “specularis” y se relaciona a un espejo. Sobre la raíz de “specio” (mirar), el latín formó dos vocablos diferentes con el sufijo –culum o con –cula. Uno es “speculum” que significa medio de contemplación y observación, espejo, el otro, femenino “specula” que significa observatorio, atalaya.

Por lo tanto, en una secuencia de ARN, por ejemplo 5´GACUCAGAGAAUCACAG 3´están inscritas dos propiedades, por un lado, como si de un dopplerganger se tratase, su complementario, por otro, la existencia de una simetría especular.

Los palíndromos se dan en polinucleótidos de una sola cadena como en el ARN (y también en el ADN como se verá más adelante) y, en estos casos, son de gran trascendencia para la estructura global de la molécula. Por ejemplo, en los ARNt.

Fig. 8. La secuencia palindrómica se encuentra en color rojo. El palíndromo puede, por hibridación entre sí mismo, formar un doble bucle de apareamiento.

Finalmente, estas estructuras en dos dimensiones se pliegan para formar una estructura en tres dimensiones. 

Video 1: RNA folding in action. Fuente NorthwesternU

Es en ese momento, cuando la estructura lineal alcanza a formar una estructura en tres dimensiones que podemos entender porque nosotros mismos nos movemos en un mundo en tres dimensiones. Mucho más familiar para nosotros mismos. Estamos a gusto con la dimensión unidimensional de las secuencias, con la dimensión tridimensional... nos movemos torpemente en las dos dimensiones y también en la cuarta dimensión que es el tiempo. La evolución no es otra cosa que el registro de aquellas mutaciones que han tenido un mayor éxito reproductivo. El tiempo va esculpiendo en esa unidimensión del relato en nucleótidos, una historia de éxito reproductivo. No está mal para un relato que empezó al azar en medio de una sopa biológica y en el interior de las capas de filosilicatos del barro.

El ARN plegado y tridimensional empezó a funcionar como una enzima. A las enzimas de ARN, que existen todavía hoy, les llamamos ribozimas. ¿Qué es lo que hace una enzima? básicamente acelerar una reacción química. Usemos una analogía. Si cuando eres pequeño intentas saltar en gimnasia dando una voltereta en un potro de gimnasia lo más normal es que te caigas, te lastimes. Si eres perseverante puedes llegar a hacerlo. Si cuentas con un buen monitor de gimnasia lo que haces es correr y saltar, el monitor te va a ayudar con un ligero movimiento que haga que tu cadera se impulse hacia arriba y de esa manera puede completar el movimiento y realizar el salto con éxito. Lo que hace el monitor, que es una analogía de una enzima, es unirse al movimiento del niño, cambiar la trayectoria y dejar que el niño aterrice. Es muy curioso cuando se ve a un monitor de gimnasia repetir una y otra vez lo mismo con toda una clase de niños. Eso es lo que hace una enzima, se une a un sustrato o a dos sustratos, los ayuda a que reaccionen químicamente y vuelve a su posición original para volver a repetir su acción. El truco de la enzima para acelerar la reacción química es que dispone correctamente a las sustratos de la reacción para que esta se produzca rápida y correctamente. Ordena espacialmente la reacción. ¿Cómo mejora la reacción? ¿Os acordáis del problema 2? si tenemos una molécula A que hace la reacción de copiarse a si misma en 40 min y la molécula B se copia a si misma en 20 minutos, el mundo será de las descendientes de la molécula B.

De esa manera, el azar representado en numerosas moléculas distintas, va ordenándose gracias a que solo las moléculas más competentes dejan más descendencia. La selección natural va eliminando poco a poco a aquellas incapaces de competir. Azar filtrado por selección natural es igual a evolución en el tiempo. La información lineal, el relato, va ganando una riqueza insospechada. 

El azar es un elemento importante en el origen de la vida. Y es importante porque es lo que permite que opere la selección. Por eso opera sobre mutaciones, sobre una descendencia diversa producto del sexo que no es otra cosa que una batidora de información genética. La selección opera sobre los individuos.

Lo impredecible es también la base del libre albedrío. El pensador judío cordobés Maimónides, razonó que el ser humano no puede ser predecible, que la justicia divina reside precisamente en la capacidad de elegir, y que esa elección recae exclusivamente en el individuo. 

De ahí a la conciencia y a la aparición de la fe. Phillip K. Dick en su novela "Sueñan los androides con ovejas eléctricas" que dio lugar a la película "Blade runner" narra como el androide Roy Batty perdona la vida a su perseguidor en el último momento, antes de morir, en un acto de piedad. Abre la mano en un espasmo del rigor mortis, un espasmo que libera una paloma, que previamente había atrapado, que vuela al cielo. Es una imagen de como el alma surge, incluso de un androide producto de la biotecnología. Ese alma que surge de un animal que tiene la fe de llegar a Dios.

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¿Código genético basado en ADN?

Las zonas superficiales de Marte son difícilmente habitables por los organismos terrestres

Reproduzco esta entrevista a Jesús Martínez-Frías, investigador del Instituto de Geociencias (CSIC-UCM) publicada por la Agencia SINC. Martínez-Frías tranquiliza a aquellos que están preocupados porque las naves que amartizan puedan llevar bacterias terrestres:


¿Qué implicaciones tiene haber localizado indicios de agua líquida salada en Marte?        

En Marte ya se conocía la existencia de sales, especialmente, en relación con las primeras etapas de evolución geológica del planeta. Todos los modelos indican que el agua líquida circuló por su superficie (y probablemente también bajo ella) generando una diversidad mineralógica, con sulfatos, carbonatos y cloruros procedentes de salmueras evaporíticas, hidrotermales, etc. En nuestro artículo nos referimos a la identificación y modelización de procesos actualmente activos, aunque efímeros, en los que estarían implicadas determinadas sales, como percloratos de calcio.

¿Cuáles son las causas?

Para comprender bien las causas hay que distinguir primero entre los sistemas de formación y evolución químico-mineralógica fósiles, que tuvieron lugar en el Marte antiguo, y los sistemas presentes. La dinámica geológica del planeta fue mucho más importante en sus inicios, con actividad volcánica, sistemas geotermales y escorrentía superficial, entre otros fenómenos. Esto sugiere una mayor complejidad en las causas geológicas que condicionan la salinidad de determinadas regiones del planeta, lo que contrasta claramente con la situación actual. Las causas están mucho más centradas en las variaciones transitorias de las condiciones térmicas o de humedad, afectando, sobre todo, a los niveles más superficiales del regolito (suelo) marciano.

Se esperaba que hubiera sales pero no en esa zona, ¿no es así?

Efectivamente, se ha propuesto que la existencia de percloratos podría estar extendida por la superficie de todo el planeta. En la zona de aterrizaje de Phoenix (68ºN) se identificaron en 2009 y en esta zona, en el cráter Gale, ya se detectaron en 2013.

"La existencia de percloratos podría estar extendida por la superficie de todo el planeta"

¿Qué papel tienen las estaciones y los días en su presencia?

La novedad de los resultados obtenidos no está relacionada tanto con su hallazgo como con los procesos implicados en su dinámica actual día-noche y en los cambios de hidratación de las sales. De esta manera, las condiciones serían favorables para la formación de salmueras líquidas durante la noche, que no serían estables y se secarían durante el día. La hidratación podría ser más estable en profundidad.

"Las condiciones serían favorables para la formación de salmueras líquidas durante la noche, que se secarían durante el día"

¿Son compatibles estas condiciones con formas de vida?

En cualquier estudio astrobiológico donde se aborde la interpretación ambiental o paleoambiental de la zona de un planeta (o de todo el conjunto) es importante diferenciar entre vida y condiciones de habitabilidad, porque son dos conceptos distintos. Las conclusiones obtenidas y reflejadas en nuestro estudio tienen claras implicaciones en cuanto a la habitabilidad y sugieren que, para los organismos terrestres, las zonas más superficiales del Marte actual son difícilmente habitables.

La NASA declaraba hace unos días que encontrará vida extraterrestre en menos de diez años. ¿Es una afirmación arriesgada?

Realmente no se trató de ningún comunicado institucional, sino de un comentario realizado durante un panel de debate sobre búsqueda de mundos habitables y vida extraterrestre. En él se describían y subrayaban los logros que se están alcanzando y los principales avances en el estudio de habitabilidad planetaria. En mi opinión, este comentario debe entenderse como un pronóstico estimativo sobre algo que es científicamente difícil de predecir. 

¿Qué opina de los hipotéticos viajes de personas a Marte?

Queda aún mucho por resolver, pero estoy convencido de que en el futuro serán una realidad, tal vez en los próximos 25 o 30 años.

"En los próximos 25 o 30 años los viajes de personas a Marte serán una realidad"

Además de participar en esta misión, forma parte de otras dos en el planeta rojo, algo pionero en nuestro país.

Sí, desde el Instituto de Geociencias, IGEO (centro mixto CSIC-Universidad Complutense de Madrid) estamos participando actualmente en las misiones NASA-MSL (rover Curiosity) y en las futuras ESA-ExoMars yNASA-Mars-2020. Además, también estamos involucrados en el proyectoBIOMEX de la Agencia Espacial Internacional (ESA), con experimentos actualmente en funcionamiento en la Estación Espacial Internacional.

¿Cómo se puede buscar vida en el espacio con la geología planetaria, su área de investigación?

Los estudios planetarios requieren una gran interdisciplinariedad. Sin embargo, como está demostrando el roverCuriosity y otras muchas misiones, la geología planetaria es una disciplina crucial para cualquier investigación relacionada con la búsqueda de vida. Los geólogos podemos “ver y leer” en las rocas cosas que otros no ven, y un aspecto fundamental para determinar qué tipo de biomarcadores debemos utilizar es la identificación previa de los geomarcadores que nos indican el paleoambiente planetario en el que nos encontramos (una zona volcánica, un sistema fluvial o un área hidrotermal, por ejemplo).

Referencia bibliográfica: 
F. Javier Martín-Torres, María-Paz Zorzano, Patricia Valentín-Serrano, Ari-Matti Harri, Maria Genzer, Osku Kemppinen, Edgard G. Rivera-Valentin, Insoo Jun, James Wray, Morten Bo Madsen, Walter Goetz, Alfred S. McEwen, Craig Hardgrove, Nilton Renno, Vincent F. Chevrier, Michael Mischna, Rafael Navarro-González, Jesús Martínez-Frías, Pamela Conrad, Tim McConnochie, Charles Cockell, Gilles Berger, Ashwin R. Vasavada, Dawn Sumner y David Vaniman. “Transient liquid water and water activity at Gale crater on Mars”.Nature Geoscience, 13 de abril de 2015. DOI: 10.1038/NGEO2412.

¿Bacterias fotosintéticas para la radiación infrarroja?

Un artículo publicado por tres científicos cubanos explora la posible vida fotosintética infrarroja incluso en ausencia total de luz solar. Si se corroboran estos resultados se abrirá una nueva vía para explorar la terraformación de Marte, es decir, convertir el inhóspito planeta rojo en un planeta parecido al nuestro. Hace ocho años cuando J. Thomas Beatty (University of British Columbia) descubrió bacterias del azufre en el entorno de las fuentes hidrotermales observó que éstas bacterias, pese a vivir en las profundidades del Océano Pacífico donde nunca llega el Sol, poseían la maquinaria de la fotosíntesis. Estas bacterias son fotosintéticas, y obtienen el hidrógeno del sulfuro de hidrógeno, en lugar del agua, como hacen las cianobacterias. Como subproducto generan azufre elemental en lugar de oxígeno. A estas bacterias se las conoce por las bacterias púrpuras del azufre y son los organismos fotosintéticos más antiguos de la Tierra.

Si viven donde no llega la luz del Sol ¿Cómo hacen la fotosíntesis? Parece ser que las fuentes hidrotermales, de origen volcánico, producen luz. Rolando Cardenas y sus colaboradores han realizado ahora un modelo matemático que permite saber el éxito de este tipo de bacterias. Estas bacterias no todavía no se pueden cultivar en laboratorio, por lo que para conocer cómo estas bacterias lidian con la escasez de luz sólo se puede hacer con estos modelos partiendo del conocimiento previo de los genes de estas bacterias. De la secuenciación del genoma de estas bacterias sabemos que tienen un aparato molecular para captar luz mayor que las bacterias que viven en la superficie, por lo tanto, si no hay luz solar y la única disponible es la infrarroja que emite la lava incandescente de las fuentes termales... ¿blanco y en botella?. Es ahí donde el modelo matemático de estos científicos cubanos concluye que estas bacterias utilizan los rayos infrarrojos de 1100 nm para realizar la fotosíntesis. Una conclusión sorprendente y un paso más en el conocimiento de la vida en ambientes extremos, lo que nos abre y excita la imaginación cara a la colonización marciana.

Referencia: The potential for photosynthesis in hydrothermal vents: a new avenue for life in the Universe?. Noel Perez, Rolando Cardenas, Osmel Martin, Leiva-Mora Michel. Astrophysics and Space Science. May 2013.

Terraformar Marte con bacterias

Terraformar Marte con bacterias. En este artículo veremos cómo la ciencia puede elucubrar una fantasía para mayor gloria de unos egos desatados y presentarla como esperanza de la humanidad, reto ineludible y proyecto ilusionante. ¿Qué nos importa a nosotros Marte?. Después de este artículo posiblemente nos decantemos positivamente hacia esta quimera. Como especie somos así: pensamos que la hierba más verde está siempre en el valle de al lado.

La tecnología la tenemos y el conocimiento de las condiciones geoquímicas de Marte también. Entonces podríamos inocular el planeta Marte con bacterias, especialmente bacterias extremófilas capaces de crecer en ambientes difíciles y comenzar (o recomenzar) la vida en el planeta rojo. Este podría ser el mayor y más audaz experimento científico de toda la historia. Para aquellos que buscan la gloria y la trascendencia estas últimas palabras son golosas y apetecibles: ¡Crear toda una biosfera! Ver como se produce la evolución de la vida en un planeta distinto al nuestro, poner las condiciones para una futura colonización humana del planeta, y más allá...

Antes de comenzar con los datos no estaría de más recordar todos esos ejemplos, la mayoría desastrosos, de introducción de especies en nuevos hábitats: conejos en Australia, cangrejos americanos en España, uña de gato sudafricana en las dunas etc. La mayoría de esas experiencias hicieron realidad la fábula del Aprendiz de Brujo, al cual se le escapa de las manos el conjuro y acaba haciendo un desastre.

Hace cuatro mil millones de años la tierra era un erial sin vida. Volcanes por doquier, impactos de asteroides día si y día también, mareas de 300 metros arriba y abajo y una atmósfera sin oxígeno y tóxica. Más o menos el mismo panorama desagradable que reina en el resto de los planetas del sistema solar. Pero de repente y sin que sepamos muy bien como la vida apareció y apareció a lo grande: conquistó todo el planeta y lo cambió para siempre.

Las primeras bacterias eran quimioautótrofas, es decir, sólo necesitaban azufre y hierro para crecer, y de eso había en abundancia. Algunas de estas bacterias desarrollaron un mecanismo en el cual utilizando la energía de la luz solar producían unas reacciones que liberaban oxígeno. El oxígeno mataba a las bacterias que no estaban acostumbradas a este elemento con lo cual les daba una increíble ventaja. Estas bacterias se llaman cianobacterias y están todavía con nosotros, presentes en las películas de verdín, en simbiosis con los hongos en los líquenes, en el agua verde de la charca de los patos etc. Al liberar enormes cantidades de oxígeno las cianobacterias relegaron a sus predecesoras a grietas y lodos en donde el oxígeno era escaso y además causaron la primera era glacial del planeta creando un nuevo panorama en la Tierra: atmósfera rica en oxígeno y una capa de ozono protectora. En este nuevo ambiente las bacterias ensayan distintos tipos de simbiosis entre ellas dando lugar a las primeras células con nucleo, nuestras células y las de las plantas y los hongos. Es lo que se vino a llamar la explosión Cámbrica, un periodo en el que aparecieron prácticamente todos los tipos de bichos y plantas que actualmente conocemos.

La NASA envió al espacio la sonda Kepler en 2009 y desde entonces ha estado explorando el espacio para encontrar planetas similares a la Tierra capaces de tener vida. Hasta ahora ha encontrado a más de 100 candidatos. Una de cada seis estrellas, de media, albergan un planeta con condiciones para desarrollar vida. Y mientras que estas estrellas están a varios años luz de nosotros tenemos la suerte de tener en nuestro sistema solar a Marte, un planeta capaz de albergar vida a tan sólo 225 millones de km.

Pero... ¿Hubo alguna vez vida en Marte?. La mayoría de los esfuerzos de los investigadores para resolver esta pregunta se dirigen a intentar saber si alguna vez hubo agua líquida en Marte, asumiendo que el agua líquida sea una condición imprescindible para el desarrollo de vida, al menos como la conocemos e imaginamos.

En 2008 la misión Phoenix confirmó que existe agua líquida en Marte en el interior del suelo marciano. Otro robot, el Curiosity, recientemente ha demostrado que en el pasado había grandes cantidades de agua líquida en Marte. Ahora bien, si hablamos de pruebas directas de vida en Marte hay que reconocer que no las tenemos, que además la presencia de altas radiaciones de rayos ultravioleta y de compuestos oxidantes no invitan a la presencia de vida, al menos en la superficie marciana. Futuras misiones de robots podrán proporcionarnos nuevas pistas o quizá la confirmación de la vida en el planeta rojo.

Pero ¿Por qué esperara a que los robots hagan todo el trabajo?. Más discretamente aquí en la Tierra los científicos pueden utilizar sus placas petri para simular como sería las condiciones en Marte e intentar hacerlas más similares a las de la tierra empleando microbios. ¿Qué hace falta para convertir a Marte en un planeta con unas condiciones capaces de albergar vida humana?. Esta pregunta ya ha dado lugar a un nuevo término: Ecopoyesis que en griego significaría algo así como “producción de una nueva casa”.

Para volver a la vida a un planeta muerto necesitamos la semilla adecuada y el terreno apropiado. Por lo que conocemos del planeta Marte las únicas criaturas que podrían vivir en semejante infierno serían, como no, las bacterias. ¿Cómo serían esas bacterias pioneras?

¿Candidata para terraformar? La bacteria WN1359 aislada en el permafrost, crecida en el medio TSBYS a 0ºC y atmósfera y presión igual a la terrestre (círculos); atmosfera similar a la marciana y presión como la terrestre (triángulos) y atmósfera y presión como la de Marte (cuadrados).

Estas bacterias pioneras deberían realizar algunas taréas hercúleas como aumentar la presión atmosférica y la temperatura media, fundir hielo para crear charcas de agua líquida, aumentar los gases de efecto invernadero y proporcionar un escudo atmosférico contra la radiación ultravioleta. Y por supuesto tiene que hacer esto en la situación actual marciana. ¿Cuáles serían las características que debiera tener una excelente bacteria pionera? Debieran ser tolerantes al frío y capaces de crecer sobre hielo; capaces de crecer en ausencia de oxígeno; tener fotosíntesis y alta resistencia a los rayos ultravioleta y capacidad para utilizar distintos sustratos para vivir. Casi nada. Actualmente la ciencia tiene varios candidatos terrestres incluídas las cianobacterias.

La cianobacteria Chroococcidiopsis es una habitante de las rocas, altamente resistente a la desecación, hipersalinidad y capaz de vivir entre los fríos y calores más extremos. La bacteria Carnobacterium spp. crece en el permafrost a presiones atmosféricas muy bajas y sin oxígeno. Las arqueobacterias metanogénicas son capaces de crear un efecto invernadero rápido. Muchas de estas bacterias funcionan mejor como miembros de una comunidad con bacterias de distintas especies que aisladas por lo que los biólogos debieran inocular consorcios bacterianos donde unas especies proporcionasen elementos que fuesen necesarios para otras para así partir de ecosistemas bacterianos complejos capaces de proporcionar distintas soluciones metabólicas y energéticas.

Con los datos que nos proporcione la sonda Curiosity en los próximos cinco años se podrán desarrollar nuevos candidatos bacterianos a terraformar Marte. La sonda Curiosity tiene un vida estimada de 14 años así que poco a poco iremos conociendo más y más acerca de la fisicoquímica de la superficie marciana. En 2020 se espera mandar una nueva misión de acompañamiento de la Curiosity.

Mientras tanto aquí en la Tierra la búsqueda de nuevos candidatos continúa. La secuenciación masiva de ADN hace que aumente año a año el número de especies bacterianas y de arqueobacterias extremófilas conocidas. Nuestro conocimiento sobre comunidades de microbios en ambientes extremos está aumentando exponencialmente, ahora tenemos que aprender a manipularos genéticamente igual que hemos hecho con bacterias que son bien conocidas en los laboratorios como la famosa Escherichia coli. De esta manera tendremos en cada bacteria las herramientas genéticas necesarias para sobrevivir las duras condiciones climáticas marcianas. Un próximo paso ineludible será la creación de consorcios microbianos sintéticos, es decir, grupos de bacterias en que las diferentes bacterias contengan todas las herramientas químicas para transformar la superficie de Marte. Las arqueobacterias extremófilas pueden proporcionarnos un comienzo pero posiblemente necesitamos que estas bacterias evolucionen para adaptarse a Marte. Los virus seguramente jugarán un papel importante en las reorganizaciones genéticas necesarias para esa adaptación.

Algunos se preguntarán sobre los aspectos éticos de mandar bacterias terrestres para colonizar Marte. Hay que recordarles que hay científicos que postulan que la vida en nuestro planeta empezó gracias a bacterias que como autoestopistas viajaban en meteoritos que impactaron con nuestro planeta. Quizás algún día un cohete saldrá de nuestro planeta cargado de minúsculos bichitos con la misión de hacer del planeta rojo un lugar habitable y nuestra primera parada en el viaje de la humanidad hacia las estrellas.

Referencias:

Graham, J. (2004). The Biological Terraforming of Mars: Planetary Ecosynthesis as Ecological Succession on a Global Scale Astrobiology, 4 (2), 168-195.

Friedmann EI, & Ocampo-Friedmann R (1995). A primitive cyanobacterium as pioneer microorganism for terraforming Mars. Advances in space research : the official journal of the Committee on Space Research (COSPAR), 15 (3), 243-6.

Nicholson WL, Krivushin K, Gilichinsky D, & Schuerger AC (2013). Growth of Carnobacterium spp. from permafrost under low pressure, temperature, and anoxic atmosphere has implications for Earth microbes on Mars. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 110 (2), 666-71.