Vida y fosilización en el desierto antártico

Vida y fosilización en el desierto antártico. Carmen Ascaso, Centro de Ciencias Medioambientales, CSIC, y Jacek Wierzchos, Universitat de Lleida. Artículo publicado en la revista El Ecologista nº 43, primavera 2005

Los estudios llevadas a cabo por los autores en la Antártida están sirviendo para sentar las bases sobre las técnicas que permitan detectar formas y restos de vida en Marte o en los meteoritos.

El continente antártico está cubierto en un 98% por una capa de hielo. El 2% restante lo forman en su mayor parte las cimas de las montañas o las zonas de costa bañadas por el mar. En 1903, Robert Falcon Scott descubrió una excepcional región, los Valles Secos, que se caracteriza por presentar condiciones climatológicas extremas, pero sobre todo por la presencia de rocas desnudas sobre las cuales no se forma una capa de hielo, porque el viento arrastra la escasa nieve e impide las precipitaciones.

Los estudios de ecología microbiana sobre los sustratos líticos y edáficos de los Valles Secos tienen sus comienzos en 1976, cuando Friedmann y Ocampo-Friedmann anunciaron que el interior de las areniscas estaba colonizado por microorganismos (1). Hasta entonces, no hace todavía ni treinta años, se creía que esta región carecía totalmente de vida.

Fracaso del Viking, nuevas expectativas

Después de este descubrimiento de vida microbiana en un hábitat tan hostil, los responsables de la misión Viking (que no había encontrado signos de vida en el regolith marciano) enviaron una copia de la misma nave a la zona, con el objeto de buscar vida dentro de las mismas rocas en los Valles Secos, algo que sorprendentemente no consiguieron. Estos resultados fueron desalentadores por una parte, pero por otra indicaban que si en los Valles Secos existían microorganismos en las rocas y la Viking no los había descubierto, algo similar podría haber sucedido en Marte, lo que incrementaba las esperanzas de hallar restos de vida en ese planeta.

Estos hechos llamaron la atención de los investigadores de la NASA y de la comunidad científica. Desde entonces se consideran los Valles Secos de la Antártida como un lugar idóneo para todo tipo de estudios referentes a la ecología microbiana de ambientes extremos. Teniendo en cuenta las peculiares características del ecosistema microbiano de la Antártida resulta ser el mejor modelo terrestre para el estudio de los últimos estadios de la posible vida en la historia de Marte, cuando la superficie de ese planeta se enfrió mucho y la atmósfera y el agua liquida desaparecieron.

Un laboratorio excepcional

En los últimos años se ha mostrado un creciente interés por las investigaciones astro/exobiológicas (búsqueda de huellas de vida fuera de nuestro planeta) por parte de las agencias espaciales ESA y NASA. Una de estas misiones, prevista para el año 2013, tiene como objetivo recoger muestras del regolith marciano y traerlas a la Tierra. Es importante, por tanto, que la comunidad científica pueda aprender cómo son los restos de vida litobióntica microbiana y cómo los podemos identificar y distinguir de otras posibles estructuras que, aunque semejantes, sean originadas a través de procesos inorgánicos. Las rocas de los Valles Secos de Antártida son por lo tanto un material muy relevante en este tipo de estudios.

Los Valles Secos de la Antártida tienen un área de unos 4.000 km2. Constituyen uno de los desiertos más extremos en el mundo, mucho más seco y frío que los otros lugares de la Antártida. En estos ambientes extremos no son visibles formas de vida en la superficie de las rocas. Sin embargo, en algunos lugares de los Valles Secos el interior de las rocas está colonizado por distintos microorganismos endolíticos tales como bacterias y cianobacterias, hongos, algas y simbiontes formadores de protolíquenes. Estos microorganismos viven en los minúsculos poros de la arenisca a entre uno y cinco milímetros bajo la superficie de la roca, donde pueden disponer de un poco de luz y un poco de humedad.

Dentro de la biosfera Antártica, el hábitat criptoendolítico (es decir, escondido dentro de la roca) es un sistema altamente inestable, ya que esta sometido a los continuos procesos de congelación y descongelación e hidratación y deshidratación. Las secuencias de estos eventos, que conducen a la extinción de la vida microbiana terrestre como consecuencia de las condiciones del desierto frío y seco, han sido muy poco investigadas. A este respecto, nuestro grupo, durante la realización de proyectos de investigación con muestras antárticas, ha adquirido una extensa experiencia en la búsqueda de vida y sus huellas en las rocas. Es por eso que se nos contactó desde EE UU en 1996 para que participáramos en el estudio del meteorito ALH84001 (ver cuadro).

Para la investigación debimos plantearnos, en primer lugar, cuáles eran las estrategias mas adecuadas para estudiar los biotopos y la microbiota antárticos. Sugerimos firmemente la aplicación de diferentes técnicas de microscopía y microanálisis pero realizadas en porciones intactas de la superficie de la roca tratando incluso de observar la microbiota in vivo. Utilizando técnicas especiales de microscopía electrónica (2) ha sido posible mostrar la presencia de protolíquenes criptoendolíticos formados por células algales –que muestran elementos ultraestructurales tales como: cuerpos lipídicos, cloroplastos y pirenoide (3)– y por micobiontes. En otros microhábitats de las mismas rocas se ha observado predominio de cianobacterias y hongos. La misma técnica ha permitido una visualización in situ de bacterias no fotosintéticas endolíticas. Por otra parte la microscopía confocal ha conducido a visualizar los microorganismos dentro de las fisuras de una forma tridimensional y por lo tanto, se ha podido estimar el número de células por unidad de volumen de la fisura o cavidad dentro de la roca, donde se asientan los microorganismos.

Para comprender cómo ciertos microorganismos son capaces de sobrevivir en condiciones adversas, es importante no sólo identificarlos y determinar sus adaptaciones fisiológicas, sino también caracterizar cómo es el microambiente donde se localizan. Hemos demostrado que en las zonas ocupadas por biofilms presentes en el interior de rocas Antárticas, existen microambientes muy ácidos, los cuales se originan siempre en la proximidad de los microorganismos (4). En el estudio de las muestras de la zona de Canadian Glaciar hemos sido capaces de caracterizar los estados de vitalidad de los microorganismos, es decir, de distinguir entre microorganismos metabólicamente activos (vivos) y microorganismos momificados (muertos).

Para abordar este tema hemos tenido que desarrollar y poner a punto las técnicas de detección y caracterización de células vivas y muertas en estos microhábitat endolíticos (5). Gracias a esta estrategia de investigación también se ha determinado la presencia de células fúngicas endolíticas en diferente estado de su actividad microbiana. Es la primera vez que este tipo de experimento se ha realizado in vivo e in situ en un microhábitat endolítico antártico natural.

Distinguir la vida de las reacciones inorgánicas

Cuando la vida microbiana desaparece en su totalidad, como resultado de un desequilibrio entre los factores geológicos y/o climáticos, nace una pregunta: ¿cómo podemos saber si dentro de una roca hubo vida o no? Desde el punto de vista de los futuros estudios de material procedente del regolith marciano es muy probable que ésta sea la cuestión más relevante, ya que es muy posible que los únicos indicios que podamos descubrir de presencia de vida en el pasado en Marte provengan de nuestra capacidad de encontrar microorganismos fosilizados en las rocas marcianas.

En referencia al material lítico procedente de Antártida, hasta ahora nuestro equipo ha demostrado la presencia de biomarcadores, es decir, testigos físico-químicos de vida microbiana. Alrededor de las hifas y las bacterias criptoendolíticas se ha observado la presencia de depósitos biogéneticos neoformados (6). Asimismo, durante el estudio del interior de poros de rocas procedentes de Monte Fleming, ha sido posible mostrar in situ y a nivel microscópico la presencia de verdaderos fósiles de microorganismos dentro de las areniscas. En estas rocas hemos observado fósiles de microbiota totalmente mineralizada, en muchos casos con varios de los elementos ultraestructurales de las células fosilizadas (es decir totalmente mineralizadas) bien preservados (7). El reconocimiento microscópico de las membranas de los cloroplastos mineralizados, e incluso de los pirenoides en las células algales fosilizadas, además de las ya consabidas mineralizaciones de las paredes celulares, han sido elementos indicativos de la presencia de fósiles de estos microorganismos.

Curiosamente la mayoría de los microfósiles se encuentran embebidos en un mineral llamado jarosita. El mismo mineral (nada frecuente en nuestro planeta) ha sido encontrado en 2004 en Marte en la zona de Meridiani Planum, dentro de las rocas sedimentarias formadas con presencia de agua. Una vez más parece que hay interesantes analogías entre estos dos lugares tan remotos en el espacio y en el tiempo.

Actualmente nuestras investigaciones siguen en varias direcciones intentando conocer los procesos de fosilización que tienen lugar dentro de las rocas antárticas. Es importante profundizar el conocimiento sobre fósiles de microorganismos en las rocas Antárticas, porque cuando podamos reconocer las huellas de actividad microbiana en nuestro ambiente terrestre, entonces estaremos preparados para interpretar las señales de vida que pueden llegar a la Tierra en la caída de rocas extraterrestres y para movernos con experiencia hacia el exterior de nuestro planeta.

Desde que comenzamos nuestra investigación en 1996 sobre rocas de los Valles Secos de la Antártida, lo que podemos decir es que este lugar en la Tierra es único en cuanto a la forma en que este desierto utiliza el frío y la sequedad para atrapar las huellas de tiempo, de una forma semejante a como el ámbar atrapa el pasado. Creemos que este desolado lugar, que ha cambiado muy poco en millones de años, nos brinda la ocasión no sólo de examinar las rocas –verdaderos libros de historia de La Tierra– sino también de explorar los remotos dominios del propio tiempo.

Es por esta razón que ya desde hace muchos años la Antártida (y de manera excepcional los Valles Secos) es un lugar protegido gracias al Tratado de Antártico (1959). Este continente es un territorio dedicado a la investigación científica y todo un símbolo en lo que se refiere a la protección medioambiental y a la cooperación internacional. En 1991 se aprobó en Madrid el Protocolo al Tratado Antártico sobre Protección del Medio Ambiente. En él, la Antártida queda definida como reserva natural, consagrada a la Paz y a la Ciencia. La singularidad de la Antártida hace indispensable que sigamos realizando todos los esfuerzos necesarios para su conservación y para que siga siendo un continente exento de los efectos de la acción antrópica.

|El meteorito ALH84001

Un gran desafío sobre la búsqueda de huellas de vida en material pétreo ha sido el trabajo realizado por los autores buscando restos de vida microbiana dentro del meteorito marciano ALH84001. Se demostró la presencia de cadenas compuestas de magnetita de origen marciano, ya que dichas cadenas se encuentran dentro de glóbulos de carbonato que están presentes en el meteorito y que se formaron en Marte hace 3.900 millones de años. Estas cadenas se han interpretado como estructuras de posible origen microbiano (8). Dichas cadenas cuando se encuentran en sedimentos terrestres se consideran un marcador inequívoco de la presencia previa de bacterias magnetotácticas.

Aunque no se puede descartar que en Marte hayan podido existir reacciones químicas, que mediante un proceso inorgánico hayan podido originar las cadenas de magnetita halladas en el ALH84001, hasta ahora ningún grupo de investigación ha sido capaz de reproducir en el laboratorio cadenas con características iguales a las formadas por bacterias magnetotácticas terrestres ni a las presentes en el meteorito. Es interesante destacar que actualmente se sabe que en Marte existió un fuerte campo magnético y que hubo agua, y por lo tanto pudieron existir bacterias. |

Notas y bibligrafía

1 Friedmann, E. I. and Ocampo, R. 1976. Endolithic Blue-Green Algae in the Dry Valleys: primary Producers in the Antarctic Desert Ecosystem. Science 19, 1247-1249.

2 Microscopía electrónica de barrido pero en modo de electrones retrodispersados (SEM-BSE) y con una preparación muy especial de la muestra.

3 Wierzchos, J. y Ascaso., C. 2001. Life, decay and fossilisation of endolithic microorganisms from the Ross Desert, Antarctica. Polar Bilology, 24:863-868.

4 De los Ríos, A., Wierzchos, J., Sancho, L.G., y Ascaso., C. 2003. Acid microenvironments in microbial biofilms of Antarctic endolithic microecosystems. Environmental Microbiology, 5(4), 231-237.

5 Técnicas basadas en la detección de la señal específica de los fluorocromos con microscopía confocal, Wierzchos, J. and Ascaso, C. 2004. Viability of endolithic microorganisms in rocks from the McMurdo Dry Valleys of Antarctica established by confocal and fluorescence microscopy. Journal of Microscopy, 216: 57-61.

6 Ascaso, C. y Wierzchos, J. 2003. The search for biomarkers and microbial fossils in Antarctic rock microhabitats. Geomicrobiology Journal, 20: 439-450.

7 Wierzchos, J. y Ascaso, C. 2002. Microbial fossil record of rocks from the Ross Desert, Antarctica: implications in the search for past life on Mars. International Journal of Astrobiology, 1: 51-59.

8 Friedmann, I.E., Wierzchos, J., Ascaso, C. y Winklhofer. M. 2001. Chains of magnetite crystals in the meteorite ALH84001: evidence of biological origin. PNAS, vol. 98 no. 5, 2176-2181. http://www.pnas.org/cgi/reprint/98/5/2176.pdf




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