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Arqueas
Alberto González Fairén
Las características metabólicas de las arqueas han favorecido que este grupo de seres vivos haya sido considerado siempre como un modelo de estudio para la Astrobiología. Es un grupo muy antiguo, y su distribución es ubicua.
asta el siglo XX, la Biología consideraba que todos los seres vivos se podían clasificar como plantas o animales. Desde los años 50 empezaron a surgir problemas con esta clasificación, pues no incluía a los hongos, los protistas ni las bacterias. Como consecuencia, en los 70 se estableció el sistema de los Cinco Reinos, que separaba de un modo fundamental el dominio bacteria procariota y los reinos eucariotas de plantas, animales, protistas y hongos.

Sin embargo, a finales de los años 70 el grupo de Carl Woese descubrió que entre los procariotas se pueden distinguir dos grupos completamente diferentes: las bacterias y lo que llamaron arqueobacterias. Análisis posteriores han confirmado la separación fundamental entre ambos grupos de procariotas en términos bioquímicos y genéticos, lo que ha determinado que se redenominara al nuevo reino como arqueas. De hecho, las arqueas están más próximas a los eucariotas que a las bacterias, desde un punto de vista genético. Por lo tanto, Woese propuso la división de los seres vivos que hoy acepta la Biología: los dominios Eucariota, Bacteria y Arquea (Figura 1).
Los tres dominios de la vida
Figura 1: Los tres dominios de la vida. Bacterias y arqueas son procariotas; los eucariotas tienen núcleo diferenciado, citoesqueleto y membranas internas. (E. Gaba, NAI)
Existen tres grupos fundamentales de arqueas: las halófilas, que viven en entornos de salinidad extrema; las hipertermófilas, que soportan temperaturas muy elevadas; y las metanógenas, aquellas que fabrican metano como subproducto metabólico. Son extremadamente abundantes en entornos que son hostiles para el resto de las formas vivas, lo que ha hecho que sean sujeto de estudio preferente para la Astrobiología. Durante algún tiempo, se pensó que su hábitat estaba restringido a tales entornos extremos.

Sin embargo, análisis recientes de filogenia molecular llevados a cabo por el grupo de Tullis Onstott, de la Universidad de Princeton, han demostrado que la diversidad filogenética de las arqueas es mucho mayor de lo que se había asumido previamente en base a métodos de cultivo y aislamiento estándar. El grupo de Onstott ha estudiado varios entornos extremos y no extremos, incluyendo sedimentos y agua de océanos, costas y lagos, mares polares, suelos agrícolas y forestales, aguas y rocas del subsuelo, lagos alcalinos e hipersalinos y fuentes hidrotermales. De todos ellos, los entornos más interesantes son la subsuperficie profunda de los continentes y los fondos oceánicos, donde la biosfera está ampliamente distribuida y donde posiblemente se encuentra la mayor parte de la biomasa global. Sin embargo, descifrar la estructura, la distribución y la función de las comunidades microbianas que habitan tales entornos no es sencillo.

El grupo de Onstott analizó las comunidades biológicas de las minas de oro de Witwatersrand, en Sudáfrica: son las excavaciones más profundas del mundo, y permiten un estudio directo de la subsuperficie. Están excavadas entre rocas sedimentarias datadas en el Arcaico. Los investigadores recogieron muestras de diferentes localizaciones a una profundidad media de 3 km. De las muestras se extrajeron ácidos nucleicos, que se amplificaron y secuenciaron para determinar la estructura de los microorganismos que habitaban tales sedimentos. Sorprendentemente, se trataba en muchos casos de arqueas, hasta tal punto que la población de arqueas presentaba una enorme diversidad genética. Además, se identificaron varios filotipos nuevos, y se estableció una relación genética estrecha con las arqueas de los fondos submarinos.

De igual modo, el grupo de Karyn Rogers, de Woods Hole, ha discutido el efecto de la temperatura y la geoquímica en las comunidades de arqueas, ya que sus análisis confirman que, alrededor de las fuentes hidrotermales, habitan más del doble de especies de arqueas en zonas templadas que no superan los 60 ºC, que en zonas extremas donde el agua alcanza los 95 ºC.

Si la distribución de las arqueas es tan ubicua hoy, ¿dónde se puede establecer el origen de este grupo biológico? Parece que las primeras formas vivas sobre nuestro mundo pudieron ser microorganismos capaces de habitar en el entorno extremadamente variable de la Tierra primitiva, y de ellos surgieron los tres linajes de seres vivos. Posiblemente, las arqueas se pueden contar entre los primeros habitantes de nuestro planeta. De hecho, el grupo de Todd Ventura, de la Universidad de Chicago, ha descrito los que pueden ser los biomarcadores más antiguos conocidos de arqueas en rocas datadas entre 2.710 y 2.650 millones de años, en otra mina de oro situada en Ontario, Canadá. Los restos corresponden a una clase de lípido que sólo se encuentra en la membrana celular de las arqueas. El descubrimiento confirma la presencia de arqueas durante el Arcaico (Figura 2), lo que sitúa a este grupo biológico en la raíz de la evolución de los seres vivos. Es posible que compartieran la Tierra arcaica con algunos grupos bacterianos, pero la presencia de microfósiles de bacterias en rocas del Arcaico es un asunto sujeto a interminable discusión (Figura 3).
Las eras geológicas de la Tierra
Figura 2: Las eras geológicas de la Tierra.
Posibles microfósiles de bacterias
Figura 3: Posibles microfósiles de bacterias.
(W. Schopf)
Una última cuestión surge en el estudio de las arqueas: la importancia determinante del papel ecológico de las metanógenas en los ciclos geoquímicos globales de la Tierra está bien analizada (Figura 4), del mismo modo que sucede con las bacterias y con los eucariotas, y es imposible imaginar cómo sería la Tierra si ellas no estuvieran presentes. Sin embargo, ¿en qué serían diferentes nuestro planeta y la biosfera terrestre si no existieran las halófilas ni las hipertermófilas? O lo que es lo mismo, ¿qué papel juegan estos grupos de seres vivos en la biosfera global de la Tierra?
Arqueas
Figura 4: Arqueas metanógenas termófilas (Kajima Co.)
 
 
San Francisco (California), EEUU, 05 de Marzo de 2007.
 
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