Si, como resultado de un cataclismo global, no queda oxígeno en la atmósfera de la Tierra, entonces uno de los pocos organismos sobrevivientes será Escherichia coli. Su principal baza es la capacidad de respirar cualquier cosa y en cualquier lugar: en la superficie, en el suelo, en el estómago humano y no necesariamente con oxígeno. Junto con E. coli, varios cientos de especies de criaturas antiguas permanecerán en el planeta, capaces de respirar azufre, hierro, uranio e incluso arsénico.
Aire envenenado
En 2010, Felisa Wolf-Simon, investigadora del Departamento de Astrobiología de la NASA, mientras estudiaba el salado lago Mono de California, descubrió bacterias inusuales. Vivían en el agua, donde la concentración de álcalis excedía 80 veces el indicador correspondiente en el océano. Los microbios usaban arsénico para la respiración, un veneno para la mayoría de los organismos vivos.
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En el laboratorio, el hallazgo, llamado "cepa GFAJ-1", se colocó en una solución nutritiva con un contenido normal de azúcares y vitaminas, pero completamente desprovista de fosfatos, compuestos en los que el fósforo proviene del medio ambiente. En cambio, se plantaron microorganismos con arseniatos (compuestos de arsénico).
Resultó que en un entorno libre de fósforo, las bacterias no solo respiran arsénico, sino que también saben cómo incorporarlo en moléculas de ADN y ARN en lugar de fósforo. En términos de propiedades químicas, estos elementos son similares: las enzimas en la célula pueden no distinguir el fosfato del arsenato, y esto sucede con bastante frecuencia. Es cierto que tal sustitución generalmente termina con la muerte y petrificación de las bacterias, pero no en el caso de la cepa GFAJ-1.
“Microorganismos anaeróbicos (aquellos que no necesitan oxígeno para vivir o son mortales. - Ed. Aprox.) Son capaces de reducir el arsénico, usándolo en la respiración como aceptor de electrones. Además, los anaerobios pueden respirar sulfatos, hierro, manganeso, uranio, selenio, nitratos. Estamos hablando solo de microbios que no tienen un núcleo formalizado: procariotas, incluidas bacterias y arqueas. Hay hongos que crecen anaeróbicamente, pero esto es raro, y entre los eucariotas (organismos con un núcleo formado) esto es más la excepción que la regla”, dice Olga Karnachuk, jefa del Departamento de Fisiología y Biotecnología Vegetal del Instituto Biológico de la Universidad Estatal de Tomsk, a RIA Novosti.
A la izquierda - Felisa Wolf-Simon, quien descubrió microorganismos que utilizan fósforo como material de construcción para las células. A la derecha - cepa de bacterias GFAJ-1 en una solución nutritiva que contiene vitaminas, azúcares y arseniatos.
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Antiguo y tenaz
Hace más de tres mil millones de años, los primeros organismos vivos de la Tierra se alimentaron de moléculas de hidrógeno y azufre.
“La más antigua de las respiraciones anaeróbicas es la respiración sulfúrica. El azufre, como el hidrógeno molecular, proviene de los volcanes. Este tipo de metabolismo se utilizó cuando toda la vida consistía solo en bacterias y arqueas”, dice Olga Karnachuk.
Con la aparición de las cianobacterias, cuyo producto metabólico era el oxígeno, la composición de la atmósfera terrestre comenzó a cambiar gradualmente. Hace unos 850-600 millones de años, ya había mucho O2 en el aire. Para los microorganismos antiguos, esto significó un desastre: el oxígeno es tan tóxico para ellos como el cloro gaseoso para los humanos. Por lo tanto, algunos se extinguieron, otros (los llamados anaerobios obligados) huyeron a lugares anóxicos, por ejemplo, bajo tierra. También hubo quienes lograron adaptarse y aprendieron a neutralizar los gases tóxicos.
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Con el tiempo, algunos microorganismos "entendieron": el oxígeno es un fuerte aceptor de electrones y al oxidar moléculas orgánicas con él, se puede obtener mucha energía necesaria para la vida. Esto significa que el tamaño de la célula aumenta, por lo tanto, se coloca más ADN en ella y la estructura se vuelve más compleja; así es como existe la posibilidad de volverse multicelular.
Animales que no pueden respirar
“Plantas, animales, personas, todo el mundo respira oxígeno. Esta es la forma más efectiva de obtener energía, por lo tanto, cuando apareció la respiración aeróbica, se abrió la posibilidad de que los organismos vivos formaran formas superiores, incluidos los humanos. Los microbios anaeróbicos también son capaces de evolucionar, pero en una dirección diferente. Muchos de ellos tomaron el camino de combinar los dos tipos de respiración. Por ejemplo, E. coli (Escherichia coli) respira oxígeno y cuando ingresa al cuerpo humano (en un ambiente anaeróbico), nitratos. Si las condiciones son completamente malas, la bacteria no puede respirar en absoluto, deambula; este es un tipo de metabolismo completamente diferente. Prácticamente no hay tales oportunistas entre las formas superiores”, apunta el experto.
Sin embargo, hay una excepción: la rata topo desnuda. Este mamífero, que vive en madrigueras subterráneas, cuesta durante horas un nivel muy bajo de oxígeno y, sin aire, durará hasta 18 minutos (en comparación: la muerte cerebral humana ocurre en promedio después de cinco minutos en un ambiente sin oxígeno).
Cuando hay poco O2 en el aire, la rata topo desnuda cambia a la descomposición anaeróbica de la fructosa, debido al hecho de que los canales GLUT5, que son responsables de la liberación de fructosa a la sangre, se sintetizan en diferentes tejidos. En otros mamíferos, se producen solo en los intestinos.
Rata topo desnuda - el único mamífero capaz de descomponer la fructosa por anaerobios.
Para ayudar a una persona
“Hay muchos organismos en la Tierra que pueden prescindir de oxígeno, porque las condiciones anaeróbicas se crean fácilmente, por ejemplo, en una maceta, un montón de abono o un sedimento costero, incluso en nuestro propio cuerpo”, continúa el investigador.
Si bien algunos anaerobios causan infecciones graves cuando se les dispara o se les apuñala, la mayoría beneficia a los humanos. Por ejemplo, científicos de la Universidad de California en San Diego enseñaron a la bacteria Salmonella enterica a destruir los tumores cancerosos: algunas salmonelas sintetizaron una toxina que hace agujeros en las membranas de las células cancerosas, la segunda una proteína especial que activa el sistema inmunológico y otros produjeron una molécula que desencadena un programa de autodestrucción en las células cancerosas.
Las arqueas metanogénicas se utilizan en la producción de biogás a partir de desechos domésticos comunes, y los grupos reductores de sulfato pueden purificar las aguas residuales de la contaminación.
“Hoy en día se están cerrando muchas minas debido a la alta concentración de sulfato. Cuando se extrae carbón, se genera una gran cantidad de aguas residuales que, después de la purificación, desembocan en los ríos. Si no se eliminan los sulfatos, los peces y otra biota acuática pueden morir en invierno. Purificamos las aguas residuales de la mina de estos compuestos dañinos utilizando microorganismos cultivados en nuestro laboratorio. Creamos condiciones en las minas para que la respiración de sulfato sea posible allí y todo el sulfato se elimine con la ayuda de bacterias. Esta tecnología ya se está utilizando en la práctica en el Reino Unido, EE. UU., Alemania. Ahora solo estamos creando biotecnología que pueda funcionar en las condiciones climáticas de Rusia con temperaturas medias anuales bajas”, concluye el experto.
Alfiya Enikeeva
