Archaea: introducción

[del griego: archaios, antiguo, y bakterion, bastoncillo]

Antes de 1970, y por no complicarnos mucho la vida, podríamos clasificar a los seres vivos en dos grupos fundamentales: las bacterias y el resto. Las bacterias, procariotas, con su ADN flotando libre en el interior de la célula, y los eucariotas (que incluyen hongos, plantas y animales), con su ADN concentrado en un núcleo. Pero en 1977 Carl Woese, un microbiólogo de la Universidad de Illinois, sacó a la luz los resultados de años de trabajo realizado en silecio junto a sus colaboradores y demostró que realmente había un tercer tipo de seres vivos, un grupo no reconocido de procariotas (a los que llamó Archaea) y que no sólo son genéticamente distintos de los otros prokaryotas sino que, en ciertos aspectos, se relacionan más estrechamente con los Eucariotas que con cualquier bacteria "clásica" como Escherichia coli. Se suponea que Archaea y Bacteria divergieron hace casi 4 mil millones años de un antepasado común, no mucho después del origen de la vida en la tierra.

Woese, padre intelectual de estos curiosos bichos, asumió en aquel momento que eran poco menos que una exhibición ecológica ya que parecían vivir sólo en ambientes absolutamente extremos (manantiales calientes, lagos de sal como el Mar Muerto o pantanos sin oxígeno) y que eran pocos en número y especies. “Parecían confinados, y teniamos la sensación de que no podían competir en condiciones aerobias” decía Woese. Esforzándose en sobrevivir en sus hábitats miserables, los archaea habían encontrado su pequeña oportunidad para diversificarse y multiplicarse, pensaban Woese y otros muchos hasta hace muy poco.

Pero en los últimos años, y en lo que se refiere a ese enfoque minimalista, Woese ha tenido que comerse sus palabras. Algunos Manantiales calientes del Parque Nacional Yellowstone han revelado increibles niveles de diversidad de archaeas (incluyendo un par de organismos que pueden considerarse las formas de vida actual más primitivas). Entretanto, también se han descubierto otros linajes de archaea viviendo de forma absolutamente normal en el fresco y oxigenado océano, y en cantidades tan increíbles que seguramente deben jugar algún papel ecológico importante. Lejos de ser bichos raros para una exhibición, la parada de los monstruos, los archaea pueden acabar siendo los organismos más comúnes en la Tierra.

La revolución de esto últimos años llegó de la mano de una nueva forma de buscar microbios. Hasta ahora, el microbiólogo estudiaba las bacterias que extraía de muestras de tierra o agua haciéndolas crecer en medios de cultivo artificiales en el laboratorio para poder observarlos. Y, de esta forma, a través de sus microscopios y sus pruebas bioquímicas, veían un pobre reflejo de la realidad: la "cizaña" del mundo microbiano se apoderaba de las placas, mientras otras especies habituales en la naturaleza desaparecían.

"Si cultivas, estás mirando una imagen falsa" decía Woese.

En los años ochenta, Norman Pace, de la Universidad de Indiana estudió la forma de obtener un censo realmente natural de microbios. Usando el método de Pace, los microbiólogos dejaron de preocuparse de especies individuales; en cambio recolectan fragmentos de material genético de todo el conjunto de especies en una muestra. Buscan un mismo trocito de cada bicho: un pedazo de ARN que forma parte central de los ribosomas (que son la fábrica de proteínas de la célula).

Tanto Archaea, como Eukaria, como Bacteria, tienen todos ribosomas, por lo que el ARN ribosómico es perfecto para comparar organismos diferentes. Los investigadores hacen esto para leer las secuencias de pares de bases que constituyen el ARN. En general la sucesión es ligeramente diferente en cada especie lo que la convierte en una especie de "firma". Cuando se encuentra una nueva "firma", se ha descubierto una nueva especie (aunque, como grave inconveniente de estas técnicas, el propio organismo se destruye durante la investigación). Es más, cuanto más estrechamente estén relacionadas dos especies, más similar es su ARN, por lo que los investigadores pueden ir colocando todas las especies que encuentran en un árbol genético. Un ordenador ayuda a determinar cómo todas las secuencias de ARN estudiadas podrían haber evolucionado de la manera más simple posible desde un antepasado común.

Susan Barns, un miembro del laboratorio de Pace, usó este método para buscar archaeas en el parque de Yellowstone. Yellowstone es la meca de los archaeas; los investigadores han ido allí durante más de 30 años para buscar y estudiar los microbios de los arroyos calientes. En 1993 Barns encontró un extraño lugar llamado Obsidian Pool, una charca oscura y burbujeante, delimitada con arena de obsidiana. Encontró pronto que había tesoros aguardando en su oscuridad. Para empezar, identificó un par de archaea que resultaron ser los organismos más primitivos en laTierra: su ARN ribosómico está muy cerca de lo que debe de haber sido el antepasado primordial de todos los Archaea y Bacteria. Barns piensa que el linaje de esas dos nuevas especies puede remontarse a poco después de la separación primordial, y que han cambiado muy poco en los últimos 3.5 mil millones años. El descubrimiento de tan "venerables" organismos en Obsidian Pool da especial soporte a la idea de que la vida puede haber empezado en una fuente caliente, en tierra o en el fondo del mar.

De todas formas, Barns han descubierto 38 especies de Archaea sólo en Obsidian Pool. La mayoría de ellos no parecen estar estrechamente relacionados con ningún otro género conocido. La charca de Obsidian Pool puede soportar tal diversidad porque contiene cantidad de microhábitats (las temperaturas en la charca van desde el punto de ebullición en los sedimentos a 165 grados en la superficie, y la acidez y los niveles de oxígenos también varían mucho). Pero Barns no piensa que su campo de investigación es especial. “Me apunto a la Teoría de la ignorancia: hemos estado ignorando la diversidad por todas partes, y este lugar es el punto donde saltó ante nosotros” dice.

Y últimamente Archaea han estado "saltando" también desde el océano abierto (muy lejos de los manantiales calientes y los pantanos que no hace mucho se pensaba eran sus únicos hábitats). Cuando el microbiólogo Edward DeLong de la Universidad de Santa Barbara de California y Jed Fuhrman de la Universidad de California del Sur fueron los primeros en llevar al mar hace unos años el método de Pace, esperaban encontrar sólo bacterias y eucariotas. En cambio encontraron archaea (y en tales cantidades que han continuado buscándolos por otras partes). “Es una nueva obsesión ahora” dice DeLong. Trabajando independientemente, él y Fuhrman han encontrado archaea por todo el mundo, en la superficie y en los abismos profundos. “De repente todo este dominio de organismos que se habían relegado a ambientes extraños resulta que abundan en hábitats normales” dice Fuhrman. “Simplemente tienes que buscarlos de la manera correcta”.

Es verdad que los Archaea del océano no son tan diversos como las criaturas de Obsidian Pool, pero son numerosos. DeLong ha descubierto que casi un tercio de los microbios en la superficie del agua en la Antártica son Archaea. Fuhrman entretanto ha encontrado señales de que los Archaea son realmente el tipo de microbio dominante en el agua del fondo de los océanos. "Si asumimos que las muestras de nueve localizaciones diferentes son representativas de todo el océano profundo, dice Fuhrman, una asunción arriesgadad pero no una locura, hay grandes posibilidades de que éstos sean los organismos más comunes en la Tierra”.

Sin embargo, otro de los problemas de estos sistemas de trabajo, con sólo unos trozos de su ARN en la mano, Fuhrman reconoce que no puede decir con seguridad cómo viven. Piensa que pueden estar alimentandose de materia orgánica disuelta (en cuyo caso, si son de hecho tan comunes como él cree, los Archaea deben tener un efecto grande en la química del océano y incluso de la atmósfera). Sin Archaea para comer la materia orgánica disuelta, el océano podría parecer sopa de pollo. Y alimentándose con tanto carbono, los archaea deben afectar a la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera y en el océano, porque los dos están intercambiando CO2 continuamente.

Aquellos que una vez fueron meras curiosidades, los Archaea, se han convertido en algo que podría influir incluso en el clima de la Tierra.

Sin embargo, las cosas más interesantes sobre el archaea pueden permanecer ocultas hasta que los investigadores puedan trabajar con los organismos vivos "reales" en vez de con su "firma genética"; aunque se han aislado espécimenes muertos, los bichos han demostrado que difícilmente crecen en los cultivos convencionales.

Los Biotecnologistas, entre otros muchos interesados en el asunto, desearían ver crecer Archaea para poder utilizar a mansalva sus enzimas (que resisten calor, ácidos, sal, etc). La industria mundial, mientras tanto, mira por encima del hombro de los investigadores.

Para Woese, sin embargo, la importancia principal de archaea seguirá siendo la armonía que aportan a nuestra comprensión de la vida: “Antes, uno tenía procariotas aquí y eukariotas allá, y la relación era una muro. Con los Archaea, la relación es un puente que podemos cruzar”.