Extremófilo

Se dice que un organismo es extremófilo , o extremófilo , cuando sus condiciones de vida normales son fatales para la mayoría de los demás organismos: temperaturas cercanas o superiores a 100  ° C ( hipertermófilos ) o inferiores a 0  ° C ( psicrófilos ), presiones excepcionales ( barófilos de de los fondos marinos ), entornos muy cargados con sal ( halófilas ), muy ácida ( acidófilo ) o hiper alcalina ( alcalófilas ) ambientes, radiactivo o anóxica (sin dioxígeno) o entornos no iluminadas como endolitos .

Muchos extremófilos pertenecen al taxón de arqueas o bacterias , aunque también hay unicelulares y metazoos eucariotas extremófilos ( insectos , crustáceos , pescado ...). Sin embargo, el término está reservado para organismos unicelulares .

Los organismos extremeños se pueden aislar, por ejemplo , de manantiales sulfurosos calientes , respiraderos hidrotermales submarinos, sedimentos , en el hielo de la Antártida o el Ártico , en aguas saturadas de sal (lago o Mar Muerto ), en campos petrolíferos ...

Algunos seres vivos, llamados poliextremófilos , incluso combinan varias de estas resistencias (ejemplo de Deinococcus radiodurans , Kineococcus radiotolerans o Sulfolobus acidocaldarius ).

Perfectamente adaptados a estas condiciones tan especiales, los extremófilos son raros en condiciones más comunes. De hecho, incluso cuando son capaces de resistir estas condiciones (porque en muchos casos su metabolismo especial requiere las condiciones extremas), no resisten la competencia de los organismos ordinarios. Ocurre que se distingue extremófilo y extremotolerancia , según si el organismo necesita condiciones excepcionales, o si las soporta pero lo encuentra en condiciones más ordinarias.

Debemos distinguir claramente el caso de los verdaderos extremófilos (que viven normal o exclusivamente en condiciones extremas), casos relativamente banales de organismos capaces de tomar temporalmente una forma resistente a condiciones desfavorables (al suspender sus funciones vitales, al protegerse mediante la formación de un quiste). o espora ). Algunas bacterias como Deinococcus radiodurans pueden curarse a sí mismas en condiciones extremas, pero no las necesitan para vivir.

Diferentes tipos de extremófilos

• Acidófilo  : organismo que vive en ambientes ácidos ( pH óptimo de crecimiento cercano a 3).
• Alcalofílico  : organismo que vive en ambientes básicos (pH óptimo de crecimiento cercano a 9 y superior).
• Halófilo  : organismo que vive en ambientes muy salados (alta concentración de NaCl ).
• Metalotolerantes  : organismo tolerante a altas concentraciones de metales ( cobre , cadmio , arsénico , zinc ).
• Psicrófilo o psicrotolerante  : organismo que vive en ambientes fríos (abismos, glaciares, incluso frigoríficos donde pueden afectar la higiene de los alimentos al hacer menos eficiente la cadena de frío).
• Piezophilic o barófilo  : organismo vivo en entornos sujetos a alta presión (plantas oceánicas profundas abajo para -11.000 metros; Mariana Trench )
• Resistente a la radiación  : organismo que puede sobrevivir a altas radiaciones ionizantes.
• Termofílica  : organismo vivo en ambientes cálidos, con un crecimiento óptimo cerca de 60  ° C .
• Hipertermófilo  : organismo que vive en ambientes muy cálidos con óptimos de crecimiento cercanos a los 90  ° C a más de 100  ° C  ; pero no pueden vivir en un ambiente de agua hirviendo (en el lecho marino la presión es alta y el agua permanece líquida hasta 400  ° C )
• Xerófilo  : organismo capaz de resistir la desecación (necesita poca agua para sobrevivir).

Interés del estudio de extremófilos

Los extremófilos son objeto de asombro y estudio de varias formas:

• Sus peculiaridades ofrecen variadas perspectivas tecnológicas (proteínas termoestables , enzimas de lavado con agua fría, por ejemplo) y un vasto campo de estudios biológicos. Los extremos de proteínas y enzimas son un mercado en crecimiento ( biotecnología e industria química). El ejemplo más espectacular es la polimerasa Taq de Thermus aquaticus, que se utiliza ampliamente para reacciones de PCR .
• El surgimiento de la vida puede haber tenido lugar en un entorno extremo. La atmósfera primitiva de la época, sin oxígeno ni ozono , permitía el paso de los rayos ultravioleta del sol, lo que podía conducir a la formación de radicales libres tóxicos para las células. El químico Günter Wächtershäuser cree que la vida surgió en un ambiente caliente sulfuroso-ferroso en ausencia de oxígeno. Este ambiente es cercano al de los respiraderos hidrotermales donde viven muchos microorganismos hipertermofílicos. Sin embargo, la evidencia fósil de la existencia de una forma de vida en sitios hidrotermales fosilizados aún no está confirmada.
• Ilustran la asombrosa adaptabilidad de la vida a los entornos más diversos y hostiles, lo que da credibilidad a la idea de que se encuentran formas de vida similares en planetas aparentemente inviables.

Algunos ejemplos de organismos extremófilos

Varios extremófilos

Arqueas

• Fumarii Pyrolobus , aislado en el buceo fuentes hidrotermales, todavía se multiplican a 113  ° C .
• Una cepa llamada Strain 121 , cerca de la Archaea Género Pyrodictium y Pyrobaculum , se aisló de muestras hidrotermales y ser capaz de sobrevivir a 121  ° C .
• Sulfolobus acidocaldarius, aislado de fuentes ácidas, es tanto acidófilo (crecimiento a un pH de 2-3) como hipertermofílico (crecimiento óptimo alrededor de 80  ° C ).
• Thermococcus gammatolerans , radiotolerante (su organismo, cuando se expone a las radiaciones ionizantes se repara a sí mismo de forma permanente y eficaz) que se encuentra a gran profundidad en determinadas aguas termales
• Ferroplasma , Ferroplasma acidarmanus puede crecer a un pH cercano a 0.
• Methanopyrus , en su tasa de crecimiento óptima a 98  ° C
• Haloarcula marismortui, aislada del Mar Muerto, es muy halófila y prospera en agua con 300 g / l de NaCl (10 veces la salinidad del océano).

Bacterias

• Deinococcus radiodurans , radiorresistente a 1.500-3.000 veces la tolerancia humana. Los fondos marinos profundos, ciertos lugares radiactivos o ciertos desiertos (expuestos a los rayos UV, a veces demasiado salinos, también son el hogar de extremófilos radiorresistentes, incluido el deinococcus).
• Bacillus infernus se aisló a 2.700  m por debajo de la superficie del suelo.
• Desulforudis audaxviator se encontró a -1.500  m y luego a -2.800  m de profundidad, en el suelo de una mina de oro (Witwatersand Basin, Sudáfrica) donde soporta una temperatura de 60  ° C y un pH de 9,3.
• GFAJ-1 , bacilo halófilo tolerante al arsénico.
• La quimiosíntesis de las snottitas (incluido Acidithiobacillus ) obtienen su energía de compuestos de azufre de origen volcánico, su pH es cercano a 0, con propiedades similares al ácido de batería.

Animales invertebrados

• Halicephalobus mephisto encontrado en agua de pozo de una mina de oro entre 0,9 y 3,6  km de profundidad.
• Alvinella Pompejana , conocida como gusano de Pompeya, vive en ciertos respiraderos hidrotermales submarinos. Capacidades de termorresistencia excepcionales para un eucariota multicelular (tolera una temperatura de 20 a más de 80  ° C en adultos).

Vertebrados

• Los peces de la familia Nototheniidae viven en el Océano Austral y secretan proteínas "  anticongelantes  " en su sangre .

Extremofilia polar

En 2004, una cantidad significativa de microorganismos descubiertos bajo rocas en el Ártico y el continente Antártico.

Hasta entonces, este entorno se consideraba especialmente hostil para el desarrollo de la vida, por un lado por las temperaturas extremas, pero también por los vientos extremadamente violentos y sobre todo la radiación ultravioleta.

Investigar

• 2007. Un equipo de biólogos de la Universidad de Massachusetts ( Estados Unidos ) descubrió un microbio que se reproduce a 121  ° C  ; Encontrado cerca de una chimenea situada en las profundidades del océano Pacífico , la "tensión 121" ha sobrevivido hasta la temperatura de 130  ° C . Es el organismo conocido que vive en la tierra resistente a las temperaturas más altas.

Anteriormente sabíamos Pyrolobus fumarii que murió después de 1 hora de incubación a 121  ° C .

• En la década de 1980, antes de enterrar las armas nucleares y los desechos nucleares a gran profundidad, el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) quería verificar si podía haber microbios que pudieran interferir con las juntas o materiales enterrados. Luego, los geólogos y biólogos estadounidenses se sorprendieron al encontrar en las perforaciones exploratorias realizadas bajo las instalaciones de tratamiento nuclear existentes ( Savannah River , Carolina del Sur ) bacterias y arqueobacterias que viven hasta 500 metros por debajo de la superficie. Otros estudios han confirmado que la vida también es común a grandes profundidades, con la Cueva Movile en Rumania en 1986, luego en 1992, cuando John Parkes descubrió que incluso 500 metros por debajo del fondo marino del Mar de Japón vivían aproximadamente 11 millones de microbios. por centímetro cúbico de sedimento
  los microbios-Matusalén tienen un metabolismo muy lento podrían sobrevivir durante miles o incluso millones de años casi sin comida. En 2011, los investigadores encontraron células vivas en sedimentos de hace 460.000 años recolectados 220 metros por debajo del suelo del Océano Pacífico cerca de Japón. Parecían células muertas, pero cuando se colocan en presencia de una fuente de alimento marcada por radioisótopos estables de carbono y nitrógeno, se demostró que 3/4 de estas células podían alimentarse de ellas.

Se ha descubierto un ecosistema bacteriano profundo bajo el Pacífico con bacterias activas y arqueas en sedimentos que datan de hace 86 millones de años (formados unos 20 millones de años antes de la extinción de los dinosaurios . En los ambientes más extremos, los individuos son más raros, sin embargo con aproximadamente 1000 células por centímetro cúbico de sedimento.

En las rocas minerales calientes y radiactivas, estas bacterias utilizan la desintegración radiactiva del uranio que hidroliza ciertas moléculas de agua (en hidrógeno y dioxígeno libres mediante radiólisis para obtener hidrógeno que combinan con iones sulfato de su lecho rocoso para producir energía suficiente para mantenerse a sí mismos, mientras hacen el mejor uso de las diminutas cantidades de carbono en su entorno.

• Se creía que solo las bacterias podían vivir en entornos tan hostiles, pero recientemente (2011) se descubrieron nematodos de 0,5 mm de largo nadando en el agua de las grietas a gran profundidad ( 1,3 km ), en la mina de oro Beatrix . Fueron nombrados Halicephalobus mephisto en referencia a los Mefistófeles de Fausto porque lucifugaron y vivían en las profundidades de la tierra. Luego, en la mina Tautona (la más profunda del país), se descubrió otro nematodo a 3.6 km bajo la superficie (el animal terrestre más profundo del mundo. Muchos microbios pueden vivir sin oxígeno, pero esta es la primera vez que tenemos encontraron un animal que puede hacerlo; las células de estos gusanos tienen un genoma diferente al de otras especies, no tienen mitocondrias (orgánulos que se pensaba que eran universales en los animales). obtienen su energía, como muchas bacterias extremófilas, del sulfuro de hidrógeno gracias a unos orgánulos específicos llamados hidrogenosomas .

Por tanto, es un error que los hombres hayan creído durante mucho tiempo que los fondos marinos eran estériles. Lo mismo ocurrió con las profundidades del sótano, que parecía ser aún más profundo. Se sabe poco sobre esta biodiversidad y se estima que su biomasa está entre el 1% y el 10% de la biomasa de todas las especies vivas. Dos proyectos tienen como objetivo identificar estas especies: "Censo de vida profunda" y "Centro de investigaciones de la biosfera de energía oscura" .

Estas especies podrían ayudarnos a identificar el origen de la vida. La idea dominante es que habría aparecido en aguas termales, pero también podría haber nacido en las grietas del sótano, resguardada de los rayos ultravioleta y otros rayos cósmicos aún no filtrados por la capa de ozono y protegida del bombardeo de asteroides. Esto nos permite imaginar otras formas de vida, evolución o adaptaciones distintas de las que conocemos, que podrían existir en otros planetas, haber existido o existir en el futuro o incluso ser las últimas en sobrevivir.

También surgen nuevas cuestiones bioéticas . Al igual que la pesca de altura, la minería o la oceanografía profunda también podrían afectar y modificar o amenazar una parte de la biodiversidad aún desconocida, en particular con el uso de técnicas como la fracturación hidráulica profunda asociada a inyecciones de materia orgánica y productos químicos. Lo mismo ocurre con los proyectos de almacenamiento profundo de CO 2.

Notas y referencias

1. Edmond Jolivet, Stéphane L'Haridon, Erwan Corre, Patrick Forterre y Daniel Prieur; Thermococcus gammatolerans sp. nov., una arqueona hipertermofílica de un respiradero hidrotermal de las profundidades marinas que resiste la radiación ionizante ; D. Int J Syst Evol Microbiol 53 (2003), 847-851; DOI 10.1099 / ijs.0.02503-0.
2. (en) Lynn J. Rothschild y L. Rocco Mancinelli , "La  vida en ambientes extremos  " , Nature , vol.  409,22 de febrero de 2001, p.  1092-1101 ( ISSN  0028-0836 , DOI  10.1038 / 35059215 , leído en línea , consultado el 13 de noviembre de 2015 ).
3. FA Rainey, K. Ray, M. Ferreira, BZ Gatz, MF Nobre, D. Bagaley, BA Rash, M.-J. Park, AM Earl, NC Shank, et al. Amplia diversidad de bacterias resistentes a la radiación ionizante recuperadas del suelo del desierto de Sonora y descripción de nueve nuevas especies del género Deinococcus obtenidas de una sola muestra de suelo ; Appl. Aprox. Microbiol., 1 de septiembre de 2005; 71 (9): 5225 - 5235. Resumen .
4. Environmental Genomics Reveals a Single-Species Ecosystem Deep Within Earth Science 10 de octubre de 2008: Vol. 322. no. 5899, págs. 275 - 278; DOI: 10.1126 / science.1155495 Abstract (consultado el 16 de agosto de 2008)).
5. Colin Barras (2013) Deep Life: Extrañas criaturas que viven muy por debajo de nuestros pies , la revista New Scientist n ° 2914, página 36-39, publicado 29/04/2013 01/05/2013 consultados.
6. Nature, vol 371, p 410.
7. Investigadores de la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología Marina-Terrestre , la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología Marina y Terrestre, con sede en Nankoku .
8. PNAS, vol 108, p 18295.
9. Science, vol 336, p 922.
10. Science, vol 314, p 479 .
11. Nature, vol 474, p 79.
12. BMC Biology, vol 8, p 30.

Ver también

Artículos relacionados

• Halófilo , halotolerancia (resistencia a la sal)
• Termofílico (resistente al calor)
• Bacteria
• Archaea (arqueobacterias)
• Último ancestro común universal (LUCA)
• Tardígrado
• poliextremófilos
• planicie abisal
• Fosa oceánica
• fumador negro
• Sótano (geología)

Referencias bibliográficas

• Forterre, Patrick (2007), Microbios del infierno . Ed. Belin, Por la ciencia.
• Fujiwara, S (2002), Extremophiles: Desarrollos de sus funciones especiales y recursos potenciales . Revista de biociencia y bioingeniería 94: 518-525.
• Gross, Michael (2003), La vida excéntrica: viaje a mundos extremos . Ed. Belin, Por la ciencia.
• Gumbel, EJ (1958), Estadísticas de extremos. Columbia University Press, 375 páginas.
• Horikoshi K. y Grant WD (1998), Extremophiles. Vida microbiana en ambientes extremos . (Wiley-Liss, Nueva York).
• Rothschild, LJ y RL Mancinelli (2001), Vida en entornos extremos . Nature 409: 1092-101.
• Stetter, KO , (1999), Extremófilos y su adaptación a ambientes cálidos . FEBS Lett . 452: 22-25.

Filmografia

• Vivre en enfer , serie documental francesa dedicada a los extremófilos.

enlaces externos

• ¿Hay criaturas alienígenas entre nosotros? , programa "La noche de las estrellas " en Arte