Naturaleza y la vida microbiana bajo el lecho marino

  • Un equipo de científicos que investiga los límites de la vida ha conseguido nuevos datos sobre a qué profundidad bajo el lecho marino hace tanto calor que la vida microbiana ya no es posible.

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Esta cuestión es el centro de un estrecho esfuerzo de cooperación científica entre la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología Marina-Terrestre (JAMSTEC) y MARUM, el Centro de Ciencias Ambientales Marinas de la Universidad de Bremen, cuyos resultados publican ahora en la revista 'Science'.

Una expedición del programa de perforación IODP (International Ocean Discovery Program) en 2016 ha proporcionado estos nuevos conocimientos sobre los límites de temperatura de la vida debajo del suelo oceánico. Los sedimentos que se encuentran en las profundidades del fondo del océano presentan un hábitat muy duro. La temperatura y la presión aumentan constantemente con la profundidad, mientras que el suministro de energía se vuelve cada vez más escaso.

Naturaleza y la vida microbiana bajo el lecho marino

Solo se sabe desde hace unos 30 años que, a pesar de estas condiciones, los microorganismos habitan el lecho marino a varios kilómetros de profundidad. La biosfera profunda aún no se comprende bien, y esto plantea preguntas fundamentales: ¿Dónde están los límites de la vida y qué factores los determinan?

La temperatura ambiente bien podría ser un factor importante. Los microorganismos termofílicos (amantes del calor) pueden existir cómodamente a temperaturas de hasta 80 grados. Además, hay bacterias hipertermófilas y arqueas que prosperan a temperaturas aún más altas, pero requieren un alto suministro de energía para mantener sus células. En condiciones ideales de laboratorio, estos pueden soportar temperaturas de hasta 122 grados durante un período corto de tiempo.

Pero para estudiar cómo las altas temperaturas afectan la vida en la biosfera profunda de baja energía a largo plazo, es necesaria una extensa perforación en aguas profundas. "Sólo unos pocos sitios de perforación científica han alcanzado profundidades en las que las temperaturas en los sedimentos superan los 30 grados Celsius", explica el líder del estudio, el profesor Kai-Uwe Hinrichs, de MARUM.

"El objetivo de la Expedición T-Limit, por lo tanto, era perforar un agujero de mil metros de profundidad en los sedimentos con una temperatura de hasta 120 grados Celsius, y lo logramos", añade. Al igual que la búsqueda de vida en el espacio exterior, determinar los límites de la vida en la Tierra está plagado de grandes desafíos tecnológicos. Las temperaturas de 120 grados se encuentran normalmente a unos 4.000 metros por debajo del fondo del mar.

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Solo hay una forma en el mundo para que los científicos obtengan muestras de tan grandes profundidades: con el buque de perforación científica de aguas profundas Chikyu. Para facilitar la perforación en este caso, se seleccionó una ubicación en el canal Nankai, frente a la costa de Japón. El sitio de muestreo se encuentra en una profundidad de agua de 4,8 kilómetros, pero debido al gradiente geotérmico más empinado que el promedio aquí, fue posible alcanzar una temperatura de 120 grados Celsius en un agujero de solo 1.180 metros de profundidad.

"Sorprendentemente, la densidad de población microbiana colapsó a una temperatura de sólo 45 grados --dice el codirector científico doctor Fumio Inagaki de JAMSTEC--. Es fascinante: en el fondo del océano de alta temperatura hay amplios intervalos de profundidad que son casi sin vida. Pero luego pudimos detectar células y actividad microbiana nuevamente en zonas más profundas, incluso más calientes, hasta una temperatura de 120 grados".

Mientras que la concentración de células vegetativas disminuye drásticamente a un nivel de menos de 100 células por centímetro cúbico de sedimento a más de 50 grados, la concentración de endosporas aumenta rápidamente y alcanza un pico a 85 grados. Las endosporas son células inactivas de ciertos tipos de bacterias que pueden reactivarse y cambiar a un estado vivo siempre que las condiciones vuelvan a ser favorables. "Algunos tipos de especialistas son capaces de adaptarse a estas condiciones severas y persistir durante períodos de tiempo geológico en una especie de sueño profundo", continúa Inagaki.

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Gran parte de la investigación de este proyecto se llevó a cabo al margen de la viabilidad técnica. "En los últimos veinte años se han mejorado muchas técnicas para la detección de vida, por lo que algunas son ahora cien mil veces más sensibles", explica el científico co-jefe doctor Yuki Morono, de JAMSTEC.

Para detectar de manera confiable la escasa vida microbiana en los sedimentos de 50 grados, es crucial prevenir la contaminación. Por lo tanto, el procesamiento de las muestras se supervisó mediante estrictos controles de contaminación y, para trabajos especialmente críticos, las muestras se transportaron en helicóptero a los laboratorios de salas blancas del depósito central del IODP en Kochi, Japón.

"Los hallazgos de nuestra expedición son sorprendentes. Muestran que en el límite inferior de la biosfera los límites letales coexisten con las oportunidades de supervivencia. No esperábamos eso --reconoce la científica doctora Verena Heuer, de MARUM--. Y esta nueva comprensión no hubiera sido posible sin el sólido equipo interdisciplinario y su dedicado espíritu de cooperación". Un total del 43 autores de 29 institutos diferentes, que representan a nueve países, trabajaron juntos en el estudio que se llevó a cabo como parte del trabajo de la Expedición 370 del Programa Internacional de Descubrimiento de los Océanos (IODP).

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