El descubrimiento de una bacteria en arsénico puede redefinir la vida

Científicos de la NASA anunciaron este jueves el descubrimiento de una bacteria que crece y subsiste bajo un ambiente de arsénico, en lugar de fósforo (uno de los seis elementos considerados esenciales para la vida) abriendo la posibilidad de que otros organismos puedan existir en otras partes del universo bajo ambientes inimaginables, inclusive en nuestro planeta.
La bacteria, descubierta en el fondo del lago Mono en California, ha crecido durante meses en un laboratorio bajo una mezcla de arsénico en donde poco a poco fue alterando los átomos de fósforo existentes en su pequeño cuerpo hasta convertirlos en átomos de arsénico. Estos resultados, de confirmarse, podrían ampliar la noción que tenemos acerca de cómo y dónde podría formarse la vida. "No es un misterio, cuando se mira a la vida tal como es", dijo Dimitar Sasselov, astrónomo del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica y director del instituto sobre los orígenes de la vida, quien no estuvo involucrado en la investigación. "La naturaleza utiliza un sistema restrictivo de moléculas que provoca miles de reacciones químicas. Este es nuestro primer atisbo y tal vez encontremos otras más".
La Dra. Felisa Wolfe-Simon, astrobióloga de la NASA en el United States Geological Survey en Menlo Park, California, dirigió el experimento, y dijo, "Este es un microbio que nos ha resuelto el problema de cómo vivir de una manera diferente". Esta historia no es sobre el Lago Mono o sobre el arsénico, dijo, sino de "romper esquemas, abrir la puerta y encontrar que, lo que pensamos son constantes fijas de la vida realmente no lo son". La doctora Wolfe-Simon y sus colegas publicarán sus hallazgos en la revista Science.

La Dra. Felisa Wolfe-Simon toma muestras de sedimento de las costas del Lago Mono en California.
Caleb Scharf, un astrobiólogo de la Universidad de Columbia que no formaba parte de la investigación, dijo estar sorprendido. "Es como si tú o yo nos transformáramos en cyborgs después de ser lanzados en un cuarto de chatarra electrónica, sin nada que comer", dijo. Gerald Joyce, un químico y biólogo molecular del Instituto de Investigación Scripps en La Jolla, California, dijo que el trabajo "muestra, en principio, que pueden haber formas diferente de vida", pero señaló que incluso estas bacterias provienen de un mismo árbol de vida como el resto de nosotros, al igual que los extremófilos que existen en los respiraderos del océano.
"Es una historia realmente buena acerca de la capacidad de adaptación de nuestra forma de vida", dijo. "Deja mucho que pensar sobre lo que podríamos encontrar en otros mundos".
Los resultados podrían tener un impacto importante en las misiones espaciales a Marte y otros lugares en búsqueda de vida. Los experimentos en esas misiones están diseñados para descubrir un puñado de elementos químicos y sus posibles reacciones, las mismas que caracterizan la vida en la Tierra. Las sondas Viking no lograron encontrar vida en Marte en 1976, señaló el doctor Wolfe-Simon, pues fueron diseñadas antes del descubrimiento de gusanos de tubo y otras formas de vida extraña que habitan los respiraderos submarinos y los valles secos de la Antártida, revolucionando así las ideas sobre la evolución de la vida en nuestro planeta. El Dr. Sasselov dijo: "Me gustaría saber, dentro del diseño de experimentos e instrumentos para buscar vida, si debo considerar el buscar lo mismo que existe acá en la Tierra, o si hay otras opciones". "¿Vamos a buscar las mismas moléculas que tenemos y conocemos aquí, o ampliaremos nuestro rango de búsqueda?"

El Lago Mono posee una composición química inusual, especialmente su alta salinidad, alcalinidad alta, y los altos niveles de arsénico.
El fósforo es uno de los seis elementos químicos que, durante mucho tiempo es considerado como un elemento esencial para la proliferación de la Vida tal cual la conocemos hoy. Los otros son el carbono, el oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno y el azufre. Mientras, la naturaleza ha sido capaz de diseñar sustitutos para algunos de estos elementos que existen en pequeñas cantidades y con fines especializados (como por ejemplo el hierro que la naturaleza lo usa para transportar oxígeno), hasta ahora no ha habido ningún sustituto para la base de estos seis elementos. Sin embargo, dicen los científicos, existe la posibilidad de encontrar los reemplazos de otros productos químicos. Digamos que algo más legendario, algo muy querido por los autores de ciencia ficción, y es la sustitución del silicio de carbono.
Las cadenas de fósforo forman la columna vertebral del ADN y sus enlaces químicos, en particular en una molécula conocida como trifosfato de adenosina, que es el principal medio por el cual las criaturas biológicas almacenan energía. "Es como una pequeña batería que lleva la energía química dentro de las células", dijo Scharf. Tan importantes son estas "baterías", dijo el doctor Scharf, que la temperatura a la que se descomponen, a unos 160 grados Celsius (320 Fahrenheit), es considerada la temperatura límite para la vida.
El arsénico se encuentra justo debajo del fósforo en la tabla periódica de los elementos y comparte muchas de sus propiedades químicas. De hecho, esta cercanía química es lo que lo hace tóxico, afirma la doctora Wolfe-Simon, permitiéndole deslizarse fácilmente en la maquinaria de una célula, como el aceite malo en el motor de un automóvil.

Una micrografía electrónica de barrido de la cepa de la bacteria GFAJ-1.
En una conferencia en la Estatal de Arizona sobre la vida extraterrestre en 2006, la doctora Wolfe-Simon sugirió que un organismo que pueda desarrollarse en un ambiente con arsénico en realidad podría haber incorporado en su estilo de vida el arsénico en lugar del fósforo. En un documento posterior en el Diario Internacional de Astrobiología, ella, junto a Ariel Anbar y Paul Davies, de la Universidad Estatal de Arizona, predijo la existencia de formas de vida con arsénico.
-Entonces, Felisa lo ha encontrado! ", Dijo el Dr. Davies, que desde hace mucho tiempo defendió la idea de buscar "vida extraña" en la Tierra, así como en el espacio y es co-autor del nuevo documento. En su razonamiento expresó que esos organismos tenían más probabilidades de encontrarse en ambientes que ya son ricos en arsénico. La Dra. Wolfe-Simon y sus colegas tomaron muestras del lodo del lago Mono, que es salado, alcalino y pesado en arsénico. A pesar de su predicción de que dichos organismos se alimentan cada vez más de arsénico, la doctora Wolfe-Simon dijo que cada día, cuando entraba a su laboratorio a supervisar el comportamiento de estas bacterias, temía encontrarse con la noticia de que algunas hubiesen muerto, pero no lo hicieron. "Como bioquímica, me dije: estas cosas no tiene sentido", recordando el momento.
Una bacteria conocida como cepa GFAJ-1 de la familia Halomonadaceae de Gammaproteobacteria, demostró tener un mejor crecimiento que las demás bacterias del lago, aunque con algunos cambios respecto a su normal. Las células cultivadas en el arsénico tuvieron cerca del 60 por ciento por encima de las células cultivadas con el fósforo. En el etiquetado del arsénico con radiactividad, los investigadores pudieron concluir que los átomos de arsénico habían tomado posición en el ADN de los microbios, así como en otras moléculas de su interior, explicó la Dra. Joyce. "teníamos en nuestras manos una "pistola humeante" pues sabíamos de antemano que no había arsénico en la columna vertebral del trabajo del ADN".
A pesar de este gusto por el arsénico, los autores también informaron que la cepa GFAJ-1 crece considerablemente mejor cuando se le proporciona fósforo, por lo que de alguna manera todavía prefieren una dieta de fósforo. "todavía había cierta cantidad de fósforo en la bacteria, es como aferrarse a cada molécula de fosfato pasado, y vivir al límite", dice la Dra. Joyce y puntualiza, "me sentía mal por los errores".
Por Dennis Overbye
Traducción de Juan Carlos Jiménez
Fuente: New York Times

Imagen de la cepa GFAJ-1 creciendo en el fósforo.
Quantum opina:
Este hallazgo de una composición bioquímica alternativa va a alterar los libros de texto de biología y ampliar el alcance de la búsqueda de vida fuera de la Tierra. Carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre son los seis elementos básicos de todas las formas de vida conocidas en la Tierra, siendo el fósforo parte de la estructura básica del ADN y ARN, las estructuras que transportan instrucciones genéticas para la vida, y la cual es considerada un elemento esencial para la vida de todas las células.
El equipo optó por explorar el Lago Mono, debido a su composición química inusual, especialmente su alta salinidad, alcalinidad alta, y los altos niveles de arsénico. Lo relevante de este descubrimiento no es que la bacteria pueda sobrevivir en arsénico (sabemos que algunos microbios pueden respirar arsénico), sino que se ha encontrado un microbio capaz de hacer algo nuevo fuera de su transformación genética. Nos referimos a tener la capacidad de construir partes de sí misma fuera del arsénico. Si eso pudo hacerlo algo tan simple, aquí en la Tierra imagínese lo inesperado, ¿qué más puede hacer la vida que no hemos visto todavía? ¿vida en lugares que se consideraban no aptos para la vida? En menos de 2 años la humanidad ha descubierto organismos biológicos viviendo bajo condiciones extremas, ya sea en frio o calor, y descubierto agua en lugares tan lejanos y "secos" como Marte y la Luna.
La vida siempre busca el camino para abrirse paso y evolucionar, nosotros... también.