Microbis esquifits i sopa de pedres

116-67

El Sol es va formar fa uns 5.000 milions d’anys. Des de llavors gira al voltant de la Via Làctia i triga a fer-ho uns 226 milions d’anys. El Sol, com moltes estrelles més, té cossos no lluminosos que giren al seu voltant; són els planetes. La Terra es distingeix clarament dels seus veïns: té una atmosfera allunyada de l’equilibri, produeix llum pròpia a causa dels volcans, incendis dels boscos i lluminositat de les ciutats, i té una pell viva. Com és de gruixuda aquesta pell? Vladimir I. Vernadski (1863-1945), en el seu llibre La biosfera (1926), la va definir com el lloc on la vida actua com una força geològica. Vernadski es va plantejar les mateixes preguntes que podem fer-nos ara: Quina és la part de la Terra ocupada per la biosfera? Fins on arriba en l’atmosfera? Com és de profunda en el mar? I, dins de les roques, hi ha vida?

On arriba la biosfera?

Fins a ben bé les acaballes del segle xx, es pensava que la vida depenia exclusivament de la radiació solar. En els mars, les algues i altres productors primaris només podien viure fins a un centenar de metres, on arribava la llum. Quilòmetres a baix, els pocs organismes que hi habitaven es veien obligats a subsistir dels detritus que queien de la superfície il·luminada. El llit marí era considerat pla, uniforme i biològicament inert, atesa la llunyania dels ecosistemes fotosintètics i les condicions extremes presents en aquests hàbitats, com ara l’elevada pressió hidrostàtica (més 1000 atm) o les baixes temperatures (entre 0 i 4 ºC). El descobriment, el 1977, de les fonts termals submarines (deep-sea vents) i, el 1987, de microorganismes que vivien en les roques profundes de l’escorça terrestre (fins a 3 o 4 km de profunditat), va fer buscar noves fonts d’energia per a la vida, independents de l’energia lluminosa del Sol.

Que es pugui trobar organismes en la subsuperfície profunda de l’escorça, o en les zones abissals depèn principalment de tres factors: pressió, temperatura i disponibilitat de nutrients. En l’escorça oceànica, si la mitjana de la temperatura en el fons del mar és de 4 ºC, la temperatura augmenta 15 ºC per km. En l’escorça continental, si la mitjana de la temperatura en la superfície és de 15 ºC, la temperatura augmenta 25 ºC per km. Per tant, si considerem el límit de tolerància de la temperatura fins 110 ºC, la vida podria arribar fins a 7 km sota l’escorça oceànica i fins a 4 km sota la continental.

En la subsuperfície terrestre s’han trobat microorganismes amb metabolisme qui­mio­heteròtrof i quimiolitòtrof. Els primers obtenen l’energia de la hidròlisi de compostos orgànics, com pot ser el petroli. Els segons, de compostos químics inorgànics, com poden ser l’hidrogen o el ferro. Litòtrof vol dir «que menja pedres». Tant en les roques profundes com en la superfície dels continents es poden trobar molts procariotes litòtrofs, els quals, per tant, són productors primaris, i no necessiten la llum del Sol per viure. Aquest descobriment, que hi ha organismes que poden obtenir energia de compostos químics inorgànics i, en molts casos, com el de les roques profundes, en condicions totalment anòxiques, i a altes temperatures, fa multiplicar per milions de vegades la probabilitat de trobar vida en planetes sòlids d’algun dels mil milions d’estels de la Via Làctia. I la nostra galàxia no és més que una de les possiblement mil milions de galàxies que hi ha a l’univers conegut.

Microbis esquifits

Els bacteris de la subsuperfície profunda utilitzen com a principal donador d’electrons l’hidrogen (H2). Els tres sistemes abiòtics de producció d’H2 són l’activitat tectònica, la serpentinització i la radiòlisi de l’aigua. Dels tres, l’últim és el que sembla tenir major contribució en les zones més profundes i de major edat. L’urani (238U), el tori (232Th), i el potassi (40K) són les principals fonts de radiació natural dels sediments. Els oxidants (H2O2 i O2), produïts durant la radiòlisi, són consumits durant el reciclatge del ferro i el sofre que es produeix en aquests hàbitats anòxics. Recentment, en una mina d’or de Sud-àfrica, a 2,8 km de fondària, s’ha detectat un únic microorganisme, Desulforudis audaxviator («viatger audaç», recordant la frase en llatí que es troben els exploradors en el Viatge al centre de la Terra, de Jules Verne). Tots els hàbitats terrestres es caracteritzen per tenir una gran diversitat biològica. Les esquerdes profundes on viu D. audaxviator serien l’únic hàbitat terrestre en què trobem un sol organisme ocupant tot el territori; l’únic «viatger audaç» que ha arribat a tanta fondària en la seva exploració.

Requisits per a la vida

En qualsevol lloc on hi hagi les més petites condicions per a la vida, hi trobem microorganismes. Els que anomenem ambients extrems (deserts, volcans, guèisers, fonts termals submarines, regions gelades de la Terra) són extrems per als animals i les plantes, però no per als procariotes. Perquè la vida s’origini i mantingui (tal com la coneixem a la Terra), s’han de donar tres condicions: presència d’aigua en estat líquid, disponibilitat d’elements químics essencials i funcionament d’un sistema redox de donadors i acceptors d’electrons. La microbiota de la subsuperfície profunda és independent de la radiació solar i pot ser un model útil per a buscar vida independent de la fotosíntesi en altres planetes, com ara Mart o Venus, o satèl·lits com Europa o Tità. El descobriment d’aquesta microbiota profunda ens permet pensar que la vida és una tendència general a l’univers, una conseqüència ineluctable de l’evolució planetària. I en aquesta nova secció de la revista Mètode volem precisament mostrar-vos i demostrar-vos l’existència i la importància de la biodiversitat «invisible», l’increïble i fascinant món dels microbis.

Ricard Guerrero. Departament de Microbiologia, Universitat de Barcelona.
Mercè Berlanga. Dep. de Microbiologia i Parasitologia Sanitàries, Universitat de Barcelona.
Carles Puche. l·lustrador, Barcelona.
© Mètode 67, Tardor 2010.

 

© C. Puche
Les fonts termals submarines es troben en les crestes dorsals de diferents mars i són formades per emanacions d’aigua a alta temperatura (fins a 350 °C), carregades de minerals que se solidifiquen en contacte amb l’aigua freda de l’ambient i formen xemeneies com les de la figura. Les xemeneies actives sembla que treuen fum a causa de la gran quantitat de sulfhídric que emeten, que, en contacte amb l’aigua de mar, forma pirita, de color negre. Als voltants de les xemeneies actives proliferen diferents grups d’animals que viuen fonamentalment mitjançant la simbiosi amb bacteris del sofre que viuen en el seu interior. En diferents llocs del món proliferen diferents grups d’animals. Els primers que es van descobrir i els més coneguts són els vestimentífers (cucs) de l’espècie Riftia pachyptila (tubs allargats en la il·lustració).

«El descobriment  de les fonts termals submarines i de microorganismes que vivien en les roques profundes de l’escorça terrestre va fer buscar noves fonts d’energia per a la vida, independents del Sol»

 

 

 

Microbis esquifits
Microbios escuálidos
Skinny Microbes and Stone Soup

© Mètode 2011 - 67. Naturalesa humana - Número 67. Tardor 2010