Bacterias antiguas de casi dos millas debajo de la superficie de la Tierra: eso fue lo que primero atrajo a Tullis Onstott a comenzar su búsqueda de vida en los lugares más improbables. El geomicrobiólogo acababa de asistir a una reunión del Departamento de Energía de EE. UU. En 1992 sobre rocas que se estima tienen más de 200 millones de años, más que la mayoría de los dinosaurios. Estas rocas prehistóricas habían sido desenterradas de un pozo de exploración de gas, y resultaron estar repletas de bacterias.
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"Eso fue bastante sorprendente para mí", dice Onstott de la Universidad de Princeton. "La idea de que estas bacterias habían estado viviendo en estas rocas del Triásico desde que fueron depositadas en un momento anterior a la edad de los dinosaurios, esa idea me atrajo", dice.
Estas rocas se encontraban entre las primeras pruebas sustanciales de que la vida existía a kilómetros bajo tierra, e impulsaron los esfuerzos de los investigadores para estudiar la vida en el llamado subsuelo profundo. En los últimos 20 años, Onstott y otros han descubierto que hay una mayor variedad de vida en lugares mucho más inhóspitos de lo que nadie había imaginado.
Se ha encontrado vida profunda en todo el mundo y bajo una variedad de condiciones: en campos petroleros y minas de oro, debajo de las capas de hielo en Groenlandia y la Antártida y en sedimentos y rocas debajo del fondo del océano. Estos lugares pueden ser entornos extremadamente hostiles, con presiones de 10 a 100 veces mayores que en la superficie. Las temperaturas pueden variar desde casi cero hasta más de 140 grados Fahrenheit.
A una milla o más debajo de la superficie no hay luz solar y muy poco oxígeno. En estos entornos austeros, las criaturas tienen que ganarse la vida con cualquier energía que puedan reunir de su entorno. Esto significa que el ritmo de vida allí a veces puede ser increíblemente lento. Estos microbios pueden ser mil o un millón de veces menos abundantes que sus hermanos sobre el suelo. Y algunos pueden haber existido durante cientos, miles o incluso millones de años, verdaderos Matusalén microscópicos.
Estas criaturas de las profundidades son diversas, y consisten en bacterias y otros organismos unicelulares llamados arqueas. Incluso hay animales multicelulares a millas debajo de la superficie, incluidos pequeños gusanos llamados nematodos.
"Lo que ha sido sorprendente a medida que continuamos explorando este universo oculto profundo, es que es más complejo allá abajo de lo que podríamos haber imaginado cuando comenzamos a ver muestras del Triásico en los años 90", dice Onstott.
Esa complejidad ha abierto un mundo de posibilidades para los investigadores, desde la limpieza de desechos tóxicos hasta la búsqueda de vida extraterrestre. Algunos de estos organismos profundos se alimentan directamente de metales y minerales, y pueden afectar el agua subterránea al aumentar o disminuir los niveles de arsénico, uranio y metales tóxicos. Los científicos esperan que estas bacterias puedan adaptarse pronto para atrapar o eliminar esas sustancias nocivas de cosas como las aguas residuales que se escapan de una mina.
Pero quizás lo más tentador es la idea de que las condiciones subterráneas son tan extrañas que pueden dar a los investigadores pistas sobre dónde encontrar vida extraterrestre y cómo podría ser esa vida.
"Se relaciona directamente con si la vida podría existir debajo de la superficie de Marte", dice Onstott. "Eso es realmente lo que me atrajo a este campo desde el primer momento, y todavía es un motor para mí".
Entre los ambientes extremos y la relativa escasez de organismos, los investigadores hacen grandes esfuerzos y profundidades para estudiar estos microbios. Se aventuran en minas y cavernas o usan taladros para extraer muestras de sitios terrestres o del fondo del océano. En algunas áreas, puede tomar varios días obtener incluso una sola muestra. "Ir a los extremos de la tierra y perforar, o ir al Ártico y recorrer una milla bajo tierra para obtener una muestra, no es fácil", dice Onstott.
Sondeando las profundidades infernales
Casi una milla debajo de la superficie de la Tierra, en las profundidades de la mina de oro Beatrix de Sudáfrica, Maggie Lau busca vida. Hace calor y humedad, y solo los faros rompen la oscuridad cuando Lau, un geomicrobiólogo del grupo de Onstott en la Universidad de Princeton, recolecta agua de los pozos. Estos son agujeros perforados en la roca por geólogos que buscan bolsas de gas y agua antes de las operaciones mineras. Lau llena una variedad de viales con muestras de gas y agua que varían en volumen desde menos de una cucharadita hasta poco más de dos pintas.
Maggie Lau recoge agua de pozo en un vial a más de dos millas debajo de la superficie de la Tierra en la mina de oro TauTona de Sudáfrica. (Francois Vermeulen (Gerente de Geociencias, AngloGold Ashanti Limited)) El gas que recoge Lau puede revelar cuán antiguo es el agua. "Las muestras que estoy estudiando tienen entre 40, 000 y 80, 000 años", dice ella. El agua puede haberse originado en la superficie y gotear a través de grietas durante miles o incluso millones de años, trayendo microorganismos de la superficie o de las regiones menos profundas del subsuelo con ella.
A diferencia del agua, Lau toma una ruta más rápida y dramática hacia el sitio de investigación. Se dirige hacia el pozo de una mina en una jaula de elevación, que cae casi una milla en menos de un minuto, y luego camina una milla o más con una mochila cargada. Algunos túneles requieren que los investigadores se arrastren, arrastrando sus paquetes detrás de ellos, o vadeen agua hasta las rodillas o los muslos en secciones inundadas. Ocasionalmente, la jaula de elevación no está disponible después de un duro día de trabajo, y Lau y Onstott tienen que subir las escaleras. "Estábamos bromeando que esto era como una escalera al cielo", dice ella.
En las profundidades infernales, donde el agua puede alcanzar los 130 grados Fahrenheit y las rocas mismas a menudo están calientes al tacto, no se puede encontrar mucha vida. Para reunir tantas células vivas como sea posible para su análisis, Lau deja algunos de sus viales para filtrar cientos a miles de galones de agua durante varias semanas a unos pocos meses.
Alrededor de una milla debajo de la superficie, Lau generalmente puede encontrar de 1, 000 a 10, 000 células en menos de una cucharadita de agua. Puede parecer mucho, pero una pizca de tierra de su patio trasero puede contener 100, 000 a un millón de veces más células. En sitios a más de una milla bajo tierra, podría haber solo 500 células por cucharadita de agua. Lau estima que tendría que filtrar agua continuamente durante 200 días para obtener suficiente ADN y ARN para su análisis.
Puede ser difícil cultivar especies bacterianas en el laboratorio sin conocer los alimentos específicos que comen o las condiciones precisas en las que prosperan. Los científicos solo han podido cultivar alrededor del uno por ciento de las bacterias que encuentran en sus sitios de campo profundo. Como resultado, la mayoría de las especies solo se conocen por sus firmas moleculares únicas, y la secuenciación de ADN o ARN ha revelado una gran cantidad de bacterias previamente no identificadas en las muestras que los científicos han recolectado allí.
Este video de lapso de tiempo muestra a investigadores recolectando muestras dentro de una mina de oro sudafricana. (por Gaetan Borgonie)Más recientemente, Lau está yendo un paso más allá de descubrir lo que vive allí: quiere saber a qué se dedican. Sin la luz solar y las plantas para atrapar la energía del sol a través de la fotosíntesis, estas bacterias de vida profunda tienen que sobrevivir con la energía de las reacciones químicas entre las rocas y el agua. Estas reacciones pueden producir hidrógeno, metano y sulfatos, y los científicos pensaron que esas tres sustancias químicas alimentarían a la mayoría de las bacterias que viven en estos ambientes profundos.
Para su sorpresa, Lau descubrió que este no era el caso. En cambio, los químicos sostienen solo una minoría de las bacterias, que luego producen azufre y nitratos. Las bacterias que se alimentaron de estos químicos secundarios dominaron en estos ambientes.
Esto significa que al buscar vida profunda en la Tierra o en otros mundos, los científicos deben buscar una gama más amplia de reacciones metabólicas. “No solo se concentre en los pocos procesos principales. Deberíamos tener una mente más abierta para observar el paisaje metabólico completo y completo ”, dice Lau.
“Poder ver realmente lo que están haciendo allí ahora es absolutamente lo más emocionante, algo que siempre hemos querido hacer y tratar de descubrir cómo hacerlo durante los últimos 20 años, y ahora podemos finalmente hazlo ", dice Onstott.
"La primera instantánea de [Lau], es como recuperar la primera imagen de Marte o algo así, es increíble", agrega.
Un verdadero zoológico
Donde hay presas, generalmente hay depredadores. Y las bacterias hacen una comida sabrosa para muchas criaturas.
Cuando Gaetan Borgonie se enteró de estas bacterias profundas, se preguntó si podría encontrar gusanos llamados nematodos, que se alimentan de bacterias, en los mismos lugares subterráneos. Borgonie, un zoólogo de Extreme Life Isyensya en Gentbrugge, Bélgica, había trabajado en estos gusanos durante 20 años. Sabía que los nematodos podían sobrevivir a una amplia gama de condiciones en la superficie, incluidas temperaturas extremadamente altas o bajas y niveles de oxígeno muy bajos, por lo que, en teoría, se adaptaban bien a las condiciones subterráneas.
Borgonie llamó a Onstott, quien lo invitó a explorar las minas en Sudáfrica. Pero encontrar estos gusanos no fue fácil. Aunque son muy abundantes en la superficie, en las minas, Borgonie tuvo que tomar muestras de más de 2, 500 galones de agua para encontrar un solo nematodo. "Realmente necesitas cambiar tu mentalidad y dejar lo que sabes de la superficie, porque el subsuelo es un planeta diferente", dice.
Borgonie descubrió una gran cantidad de nematodos que viven en las minas en aguas de 3.000 a 12.000 años de pozos, así como en estalactitas que cuelgan de los túneles de la mina. Estos incluyeron una nueva especie encontrada a casi una milla debajo de la superficie, y otro gusano no identificado que vive a más de dos millas de profundidad. Estos animales fueron la primera evidencia de vida multicelular y eucariota tan profunda, dice Borgonie.
A diferencia de las bacterias únicas que se encuentran en estas profundidades, la gran mayoría de los gusanos pertenecían a especies que se encuentran en la superficie. "Estos animales ya están acostumbrados al estrés, y los que son oportunistas en la superficie lo hacen muy bien bajo tierra", dice Borgonie.
Los entornos profundos en realidad podrían ofrecer algunos beneficios, dadas las condiciones estables y la falta de depredadores para los gusanos. "Para ellos es como unas vacaciones", dice Borgonie.
Las flechas blancas apuntan a las bacterias que se encuentran dentro de las biopelículas en el agua del pozo de la mina de oro Kopanang de Sudáfrica. (Gaetan Borgonie) Convencido de que debe haber más criaturas de ese tipo viviendo en las minas, Borgonie dejó su equipo de muestreo en la mina de oro Driefontein de Sudáfrica durante dos años para filtrar más de tres millones de galones de agua, suficiente para llenar casi cinco piscinas olímpicas.
"Fue entonces cuando encontramos todo el zoológico", dice Borgonie. Identificó varios otros organismos multicelulares, incluidos los gusanos planos y los gusanos segmentados, así como lo que parecía ser un crustáceo. Casi todas estas especies sobrevivieron al comer bacterias.
El descubrimiento de estos organismos es alentador para los científicos que buscan vida extraterrestre, dice Borgonie. "Creo que es muy bueno que encontremos un ecosistema tan enorme bajo tierra", dice. "Si podemos demostrar que pueden sobrevivir indefinidamente bajo tierra, entonces podría ser una muy buena noticia para las personas que buscan vida en Marte".
"Realmente me encantaría [estar haciendo] este trabajo en el planeta Marte", dice. "Por eso siempre digo que si alguna vez me dan un boleto de ida a Marte, me voy".
The Alien Deep
Es posible que Borgonie aún no tenga su boleto, pero las próximas misiones de exploración espacial podrían darnos una mejor idea de si otras partes del sistema solar podrían soportar la vida.
"Una de las cosas que ha dado a las personas una sensación de optimismo en lo que respecta a la astrobiología es el hallazgo de que hay organismos que pueden persistir en lo que consideraríamos condiciones muy extremas", dice Tori Hoehler, un astrobiólogo del Centro de Investigación Ames de la NASA. Hoehler es miembro del equipo de Rock-Powered Life del Instituto de Astrobiología de la NASA, que estudia cómo las reacciones entre diferentes tipos de rocas y agua pueden generar suficiente energía para mantener la vida.
"Uno de los hábitats más frecuentes disponibles es el definido por roca y agua", dice Hoehler. Puedes imaginar acuíferos sentados en las profundidades de la superficie de Marte o los océanos chapoteando sobre la corteza rocosa de la luna Europa de Júpiter o la luna Encelado de Saturno, dice.
La Misión de sobrevuelo múltiple Europa de la NASA, que se lanzará en los próximos cinco a diez años, dará a los científicos una mejor idea de si la luna helada de Júpiter tiene algún entorno que pueda soportar la vida. En cuanto a Marte, los investigadores han pasado de preguntar si pueden encontrar entornos habitables a buscar evidencia de la vida misma, dice Hoehler.
Aunque las condiciones en la superficie marciana son actualmente extremadamente inhóspitas para la vida, el planeta parece haber tenido una atmósfera y agua superficial en algún momento de su pasado. Si la vida hubiera evolucionado entonces, podría haberse extendido al subsuelo marciano, donde el ambiente se mantuvo estable incluso cuando la superficie se volvió hostil. Es posible que la vida aún persista bajo tierra, esperando que la saquemos.
Representación artística del ExoMars Rover de la ESA, que llevará un taladro diseñado para sondear hasta 6.5 pies debajo de la superficie marciana. (ESA) No tendremos que esperar demasiado para echar nuestro primer vistazo debajo de la superficie marciana. La Misión ExoMars 2018 de la Agencia Espacial Europea perforará unos seis pies debajo de la superficie marciana para buscar signos de vida. Puede que no sea lo suficientemente profundo como para encontrar organismos vivos, pero debería estar lo suficientemente lejos debajo de la superficie para que podamos encontrar evidencia de vida.
Más de 20 años desde que las bacterias antiguas le dieron un vistazo a la vida profunda de la Tierra, Onstott no puede esperar para ver lo que encontramos en Marte, especialmente una vez que los científicos pueden profundizar un poco más.
"Si hay un punto dulce en Marte, en un lugar donde se obtiene el equilibrio adecuado de temperatura y agua, entonces podría haber organismos que sobrevivan en esas condiciones".
Aprenda sobre esta investigación y más en el Deep Carbon Observatory.
