dimarts, 22 d’abril del 2014
FOTOGRAFIA CONCURS "CLIC!" DE FOTOGRAFIA D'INVESTIGADORES (MOLT) JOVES!!!!!!!!!!
dilluns, 21 d’abril del 2014
PORTADA
ELS LÍMITS PER
A LA VIDA: VIDA BAIX CONDICIONS EXTREMES
ALUMNES: MARINA
PLANELLES RIPOLL
LORETO SALA ESCANDELL
COORDINADOR: JOSE ANTONIO GARCÍA LILLO
EQUIP: CAVANILLES
CENTRE EDUCATIU: IES MUTXAMEL (Mutxamel, Alicante)
CURS: 4t d’ESO A
“ELS LÍMITS PER A LA VIDA: VIDA BAIX CONDICIONS EXTREMES” INTRODUCCIÓ/JUSTIFICACIÓ
Definir
què és la vida no és gens fàcil. En termes generals podríem dir que és una
propietat característica d’uns sistemes, que anomenem éssers vius, amb
capacitat d’automanteniment i d’interaccionar amb el seu entorn. En aquesta
interacció es produeix un intercanvi de matèria i d’energia per tal
d’aconseguir una elevada organització interna a canvi d'imposar desordre en el
entorn on viuen. Per tant per a caracteritzar la vida és important considerar
les condicions que la permeten i de les quals depèn. La vida coneguda fins ara
està relacionada amb les condicions més esteses al nostre planeta, com poden
ser unes temperatures suaus, presència d’oxigen, pressions moderades, una acidesa
neutra, absència de radiacions perjudicials, etc. Per contra existeixen uns
éssers denominats extremòfils que passen la seua vida amb unes condicions fora
d’aquestes “condicions normals”. El seu estudi ha suposat una vertadera
revolució biològica i es que s’han trobat éssers vius en ambients molt
allunyats d’aquestes condicions normals, demostrant que la vida és
extremadament plàstica i sobre tot molt ubiqua. A més a més els científics
s'estan plantejant que aquests organismes serien les primeres formes de vida al
planeta ja que serien les úniques que podrien viure baix les condicions de la
terra primitiva, suposadament molt diferents de les actuals, situant l’estudi
dels extremòfils a la vanguàrdia en l’estudi del origen de la vida. Per altra
banda els avenços científics en la investigació espacial ha posat de manifest
l’existència de medis i condicions ambientals diferents i extremes i
l'astrobiologia, és a dir la búsqueda de vida extraplanetària, ha començat amb
força de la mà dels extremòfils. El present treball recull exemples molt
cridaners de la existència de vida en zones on mai es pensava que hi haguera
vida, com temperatures molt elevades, medis extremadament àcids, medis
hipersalins o medis sense cap mena d'oxigen i el seu objectiu és reflexionar sobre
els límits físics per al desenvolupament d’allò que anomenem vida.
Per tal
d’avançar amb el nostre recorregut pels medis extrems existents i per a
conèixer els sorprenents organismes capaços de sobreviure i de reproduir-se en
aquests condicions hem desenvolupat la següent taula de continguts:
CONTINGUTS
1. QUÉ CONEIXEM PER CONDICIONS NORMALS PER
A LA VIDA? EXISTEIXEN ALTRES POSSIBILITATS?
2. ES PODEN SUPORTAR ALTRES TIPUS DE
TEMPERATURES?
2.1. L’ADAPTACIÓ A TEMPERATURES ELEVADES
2.2. L’APTACIÓ ATEMPERATURES BAIXES
3. CÓM SUPORTAR CONCENTRACIONS ELEVADES DE
SAL?
4. CÓM SUPORTAR UNA ALCALINITAT O UNA ACIDESA
EXTREMA?
4.1. ADAPTACIONS A AMBIENTS ALCALINS
4.2. ADAPTACIONS A AMBIENTS ÀCIDS
5. ES PODEN SUPORTAR PRESSIONS ELEVADES?
6. ÉS L’OXIGEN SEMPRE NECESSARI PER A LA
VIDA?
7. HI HA ORGANISMES QUE CONVIUEN AMB LA
FOSCOR?
8. EXISTEIXEN ÉSSERS QUE FAN FRONT A LES
RADIACIONS?
9. COM S’ADAPTEN ELS ÉSSERS PER VIURE AMB
LA TOXICITAT?
10. CONCLUSIONS
11. WEBGRAFIA CITADA AL TREBALL
QUÉ CONEIXEM PER CONDICIONS NORMALS PER A LA VIDA I QUÈ S’APARTA D’ELLES? EXISTEIXEN ALTRES POSSIBLES?
Fins fa
relativament poc temps es pensava que només podíem trobar vida a llocs en
condicions “normals”, és a dir, en les condicions en les quals ens desenvolupem
els éssers superiors. Aquestes condicions són:
•
pH neutre (7)
•
temperatures al
voltant de 20ªC
•
pressió atmosfèrica
semblant a la que trobem al nivell del mar
•
presència d’oxigen
•
absència de
radiacions
•
concentració
salina pareguda a la de la sang (3-5%)
Actualment,
les investigacions han demostrat que la
vida també existeix a llocs extrems i que aquests han pogut ser semblants amb
les condicions a les que estava sotmesa la Terra primitiva a l’origen de la
vida. A aquestos llocs la vida està representada per uns éssers que podem
anomenar com extremòfils, i entre
ells trobem tant plantes com animals però sobre tot microorganismes. Això es
déu a què aquests éssers són unicel·lulars i poden suportar mes fàcilment,
sense molts requeriments, unes condicions més extremes. No obstant això, per a
viure és necessari que tinguen, al llarg de la seua vida, matèria orgànica,
aigua i una font d’energia. Però hi ha alguns extremòfils que s’aletarguen
durant centenars o milers d’anys i a aquest període no necessiten aquests tres
elements ja que no estan realitzant les funcions vitals. Aquest procés
s’anomena criptobiosis i els éssers
que fan aquest procés diem que tenen resistència per mitjà d’animació suspesa.
Trobem entre aquests éssers organismes senzills unicel·lulars i inclòs animals
superiors com alguna granota
Els
extremòfils seran els últims en desaparèixer i es creu que també van ser els
primers éssers vius que aparegueren al planeta, cosa que, actualment, es
continua investigant. Aquest origen encara no es coneix de manera concreta però
molts científics pesen que pot estar relacionat amb la presència d’aquests
éssers ja que podrien viure baix les condicions que hi havien a la Terra
primitiva com eren, falta d’oxigen, descàrregues elèctriques i una atmosfera
reductora, cosa que animals, plantes o microbis “normals” no podrien haver suportar.
A partir d’aquests éssers primitius extremòfils s’haurien desenvolupat la resta
d’éssers vius que habiten avui en dia el nostre planeta.
COM ES PODEN SUPORTAR ALTRES TIPUS DE TEMPERATURES?
Trobem diferents tipus d’organismes extremòfils en quant
a que tenen necessitat d’una temperatura molt diferent d’aquella que estem
acostumats, es a dir organismes que viuen baix temperatures extremes, entre els
quals trobem aquells que s’adapten a temperatures tant extremadament altes com
extremadament baixes.
ADAPTACIONS A TEMPERATURES ELEVADES
Els éssers que suporten temperatures
extremadament diferents poden ser:
·
Mesòfils (10°C a 50°C):
en aquest rang estaríem parlant de normalitat. A aquest grup, per tant,
s’inclouen la majoria dels éssers vius i els bacteris patògens dels mamífers.
·
Termòfils (40°C a 70°C)
·
Hipertermòfils (60°C a 110°C):
Encara
que hi ha zones en la naturalesa en què es pot arribar fàcilment a aquestes altes
temperatures (sòls amb alta exposició al sol, piles d'abonament, etc), les
temperatures extremes solen estar associades a fenòmens volcànics. No és
difícil que un rierol calent arribi a 90 º C, una fumarola volcànica a 200 º C
o una fumarola hidrotermal del fons de l'oceà a 300 º C.
Per
aquesta i altres raons, el parc nacional de Yellowstone a Wyoming (USA) ha
estat des de fa bastants anys lloc predilecte de molts investigadors per
desenvolupar els seus treballs sobre els organismes termòfils. Allà, una surgència
calenta l'aigua surt a 90º C, es va refredant a mesura que corre, creant un
gradient de temperatura al llarg del qual creixen diferents espècies
d'organismes distribuïts en funció de la seva tolerància a les diferents
temperatures. Thermus aquaticus (figura 1) és un bacteri termòfil. Es tracta
d'un bacteri aerobi i heteròtrof que produeix una enzim la qual utilitzen als
laboratoris per diagnosticar malalties genètiques, ja que resisteix
temperatures elevades sense perdre la sua funcionalitat. Els científics
estudien, així, els bacteris termòfils i els seus components per poder trobar
noves aplicacions biotecnològiques que funcionen a temperatures elevades.
Fotomicrografia de Thermus aquaticus
Els
termòfils que viuen a unes temperatures al voltant dels 60ºC són coneguts des
de fa prou temps en canvi, els hipertermòfils es van descobrir fa
aproximadament 30 anys. Thomas D. Brock, de la Universitat de
Wisconsin-Madison, junt als seus companys, van descobrir en un estudi de la
vida microbiana a aquest parc aquests éssers Un d’ells va ser el
l’archaea (bacteri primitiu) Sulfolobus
acidocaldarius, el qual creix al voltant de 85ºC. Brock va defensar,
després dels seus estudis, que els bacteris poden funcionar a temperatures més
altes que les cèl·lules eucariotes.
Altres
treballs, incloses les investigacions que des de finals dels 1970 han realitzat
els científics en llocs més calents i en els ambients del voltant de les
obertures hidrotèrmiques del fons del mar, han prestat fort suport a aquestes
idees. Les obertures hidrotèrmiques són essencialment xemeneies rocoses
submarines naturals a través de les quals fa erupció el bullent fluid ric en
mineral amb 350ºC.
Les
enzims i altres proteïnes dels termòfils i dels hipertermòfils són molt més
estables que les dels organismes normals i funcionen perfectament a elevades
temperatures. Sembla que les diferències en les seqüències dels seus aminoàcids
no són massa grans, però algun petit canvi en aquests aconsegueix diferències
en els plegaments de les cadenes de proteïnes que són fonamentals en la
resistència a la calor. Els ribosomes i altres orgànuls encarregats de la
síntesis de proteïnes són molt més estables a altes temperatures, al igual que
la seva membrana citoplasmàtica, que en el cas dels termòfils, és rica en àcids
grassos saturats que les fan molt més funcionals i estables a la calor. En el
cas dels hipertermòfils, Archaea majoritàriament, les seves membranes no estan
formades per àcids grassos sinó per fitanoles.
Més de
50 espècies d’ hipertermòfils han sigut aïllats fins ara, per Karl O. Stetter i
els seus companys a la Universitat de Regensburg a Alemanya. El més resistent a
la calor d'aquests microbis, Pyrolobus
fumarii, creix a les parets de les fumaroles hidrotermals submarines (figura 2). Es reprodueix millor en un ambient d’ aproximadament 105ºC i es pot
multiplicar en temperatures de fins 113ºC. Curiosament, deixa de créixer a
temperatures per sota de 90ºC.
Fotografia al microscopi de
Pyrolobus fumarii.
Un altre
hipertermòfil que viu en xemeneies del fons del mar és l’archaea productor de
metà Methanopyrus spp (figura 3), està atraient ara molta atenció perquè està molt proper a l'arrel de
l'arbre de la vida, s'espera que l'anàlisi dels seus gens i la seva activitat
ajuden a aclarir com les cèl·lules més primerenques del món podien sobreviure.
Fotografia al microscopi de
Methanopyrus spp
Per un altra banda també els animals i les plantes han desenvolupat una gran diversitat d’adaptacions per a poder sobreviure a aquestes temperatures extremes. A més del problema de les temperatures, aquests éssers amb temperatures extremadament elevades, també s’enfronten a un problema de falta d’aigua. Alguns d’aquests reben el nom d’anhidrobiòtics; un dels casos més curiosos és la Selaginella lepidophylla (figura 4), habitant de zones desertes i seques. Aquesta particular planta pot perdre fins al 95% de la seva aigua sense patir cap dany, romanent en un estat de dessecació per períodes de fins a diversos anys, i el més impressionant de tot és que quan se la torna a hidratar el seu metabolisme es reactiva, els seus fulles que semblaven mortes es tornen verds i continua el seu cicle vital amb total normalitat.
Fotografies de la Selaginella lepidophylla, en estat
de dessecació i hidratada de nou.
En el món de les plantes destaquen també les adaptacions
dels cactus amb les seves tiges que acumulen aigua , i les seves fulles
convertides en espines. En el cas dels animals destaquen les següents
adaptacions a les temperatures elevades i a la sequera:
·
La presència d’orelles
grans en molts animals amb un gran nombre de vasos sanguinis que permet el
refredament de la sang.
·
L’evaporació de
l’aigua en forma de suor que dóna lloc a un efecte refrigerant.
·
La superfície
dels peus gran, la qual cosa els permet caminar i desplaçar-se per les sorres mòbils
del desert amb facilitat; com les enormes peülles dels antílops Addax adaptades per desplaçar-se sobre
la sorra.
·
Els coixins i
flocs de pèls en les potes de les llebres i jerbus que els aïllen de la calor
·
Escates al llarg dels dits per evitar
enfonsar-se en la fina i seca sorra del desert (fardatxos del desert)
·
Reserves
alimentàries en forma de greix , localitzades en determinades parts del seu cos
(gepes dels camells , dromedaris..)
ADAPTACIONS
A TEMPERATURES BAIXES
A més
dels éssers que es desenvolupen a temperatures extremadament altes, també en
trobem d’aquells que viuen en zones amb unes temperatures baixes extremes. Els
éssers que estan a unes temperatures baixes extremes s’anomenen psicròfils. Hem de tenir en compte que
el límit arriba als 0ºC ja que és la temperatura a la qual l’aigua es troba
congelada. No obstant això, l’aigua de la mar es congela amb una temperatura de
-2,5ºC per la presència de sals. Entre aquests extremòfils trobem per exemple
la Chlamydomonas nivalis que és un alga microscòpica que apareix freqüentment en
grans quantitats en zones de neu.
Els animals de climes amb
temperatures mínimes tenen diferents adaptacions:
•
Alguns com els
pingüins s’agrupen disminuint la pèrdua de calor i altres, com els rèptils
s’aïllen baix terra o en refugi.
•
Desenvolupen un
dens pelatge i acumulen una gran quantitat de greix per davall de la pell per
així aïllar-se del fred . Això és una adaptació típica dels óssos polars.
•
Construeixen
galeries a la neu quan no hi ha al terra. Aquest procés el duen a terme els
lemming(figura 5).
•
Migren en
èpoques molt fredes, com el ren i el caribú. Els insectes durant aquest temps
es mantenen en estat de larves aquàtiques, esperant la primavera per tornar de
nou a la vida terrestre. Moltes tortugues i gripaus també passen l'hivern sota
l'aigua, però han canviar la forma d' absorbir oxigen i per això, ho fan a
través de la pell .
•
S'exposen
durant el dia al sol perquè el seu cos puga absorbir tota la calor procedent
dels rajos solars. Aquest procés el duen a terme els rèptils.
•
La millor
característica per a poder viure a aquest clima es la de poder regular la
pròpia temperatura interna. Uns animals peculiars són els tardígrads (figura 6) anomenats comunament óssos d'aigua que habiten a l'aigua i tenen vuit
potes.
Tardígrad
mirat al microscopi. (http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/15790200/Organismos-Raros-y-Extremos.html)
La qualitat més fascinant d'aquests invertebrats és la criptobiosi típica de les situacions mediambientals extremes per poder suportar temperatures extremadament baixes. Es realitza mitjançant un procés de deshidratació en què poden passar de tenir l'habitual 85% d'aigua corporal a quedar-se amb només un 3% . En aquest estat el creixement , la reproducció i el metabolisme es redueixen o cessen temporalment i així poden passar centenars, potser milers d'anys.
Les plantes també posseeixen diferents adaptacions. Tenen
formes arrodonides i poca alçada. Així és més difícil que es puguen gelar.
·
Els arbres
anomenats de fulla caduca es queden sense les seves fulles durant els mesos
d'hivern, això evita la pèrdua d'energia.
·
Les plantes que
viuen en climes freds on neva abundantment a l'hivern estan adaptades per
suportar aquestes condicions. Un exemple són les coníferes (avets, xiprers ...)
, normalment tenen forma de piràmide perquè la neu rellisqui, a més tenen les
fulles molt petites i amb forma d’agulla. Aquestes quasi no contenen aigua
perquè no es congelin a causa del fred i aquest no trenqui les fulles. Una
altra de les seves adaptacions a aquest tipus de clima és tenir les branques
molt flexibles per evitar trencaments a causa del pes de la neu.
·
Altres plantes
com Edelweiss ( típica dels Pirineus
), tenen els pètals coberts de pèls i d'aquesta manera es protegeixen del fred (figura 7).
Flor de l’Edelweiss coberta de pèls. (http://rajyash.blogspot.com.es/2012/09/edelweiss-flowers.html)
COM SUPORTAR CONCENTRACIONS ELEVADES DE SAL?
Els
éssers que viuen a unes zones hipersalines, s’anomenen halòfils. Aquests habiten en llocs sobrecarregats de sals, com a
zones litorals, salines i llacunes salobres. Mentre que en organismes normals
l'excés de sal provoca la mort per deshidratació a causa de l'osmosi, els
halòfils han desenvolupat una varietat d'adaptacions fisiològiques que els
permeten retenir l'aigua i així evitar la deshidratació. Un exemple comú és el
gènere Halobacterium, que habita en
entorns tan salins com el Mar Mort. Va ser el microbiòleg Benjamin Elazari qui
va trobar aquests microorganismes halòfils en una mostra d'aigua recollida en
aquest mar. A partir d’aquest moment es va poder demostrar la seva presència a la natura, tot i que
abans ja se sabia de la seva existència, per l'observació de mostres trobades
en aliments conservats en sal contaminats per ells. Als microbiòlegs els va
cridar l' atenció el color vermellós que adquirien aquests aliments, un color
produït per la bacteriorrodopsina dels microorganismes halòfils. Aquest
pigment, que participa en el procés de fotosíntesi, també causa el color
vermellós de l'aigua en els llocs on habiten aquests microorganismes. com les
Salines de Santa Pola i Torrevella entre altres (figura 8).
L'estratègia
d'aquests microorganismes per suportar la gran concentració de sal és evitar
els efectes d'un procés anomenat osmosi. En aquest procés, l'aigua passa a
través de la membrana de la cèl·lula, de la solució més diluïda a la més
concentrada. Per tant , si fos d'un organisme hi ha una alta salinitat ,
l'aigua sortirà d'ell i l'organisme morirà deshidratat. Els halòfils
aconsegueixen retenir l'aigua al seu interior acumulant nombrosos compostos en
el citoplasma, de manera que es compensa la pressió osmòtica, i l'aigua no surt
d'ells.
No tots
els microorganismes halòfils sobreviuen en qualsevol concentració de sal. El
nivell de salinitat que suporten serveix per classificar-los. Hi ha des halotolerants que són els que només
suporten concentracions baixes de sal, menors de cinc grams per litre fins
halòfils extrems que pot viure en dissolucions amb més del 20% de sal . Entre
aquests extrems hi ha:
•
Els halòfils febles que toleren entre el 0,5
% i el 10% de concentració de sal.
•
Els halòfils moderats que resisteixen entre
el 10 % i el 20% .
•
Halòfils extrems (archaea), per damunt del 20%.
Els microbis halòfils es van classificar en diversos
géneres com Halomonas, Volcaniella,
Halovibrio... En general són microbis classificats en el domini Archaea i
que creixen més lentament que molts microbis terrestres. Els halòfils han de
ser capaços d’evitar la seua dessecació que podria ser causada per la
diferència de salinitat entre el medi extern i el citoplasma. Per evitar-ho,
els organismes poden incrementar la concentració interna de soluts, bé per un
bobeig d’ions inorgànics cap a l’exterior o sintetitzant algun solut orgànic.
Es sap que els halòfils poden albergar grans quantitats de solut al citoplasma.
L’alga Dunaniella salina (figura 9), sintetitza
altres concentracions de glicerol per a mantenir l’equilibri osmòtic.
L’alga Dunaliella salinavista al microscopi.
La
majoria dels microorganismes Archaea acumulen sal al citoplasma, la qual cosa
requereix enzimes i estructures cel·lulars adaptades a les sals. Per últim, l’Halobacterium halobium s’adapta a la
concentració de sals y poc oxigen sintetitzant una proteïna de membrana,
anomenada bacteriorrodopsina (color vermell del aigua de les salines on viu).
Subscriure's a:
Missatges (Atom)