CÓM SUPORTAR UNA ALCALINITAT O ACIDESA EXTREMA?

Els éssers situats a llocs amb condicions d’un pH extrem poden ser de dos tipus: acidòfils o alcalòfils. Els acidòfils són aquells que viuen en ambients àcids com depòsits miners. Un exemple són els microorganismes que viuen en el riu Tinto (Huelva). Els alcalòfils són aquells que viuen als sòls alcalins (sòls amb carbonats).

La principal adaptació que tenen aquests éssers per poder sobreviure a aquestes condicions extremes de pH és que les cèl·lules mantenen un pH interior constant neutre. No obstant això, aquest pH interior pot variar, i alguns acidòfils tenen el seu pH per sota la neutralitat i alguns alcalòfils el tenen per damunt de 8.0. Amb aquestes dues condicions cap altre tipus de cèl·lula podria sobre viure.

ADAPTACIONS A UN AMBIENT ALCALÍ

Els alcalòfils, es desenvolupen en entorns molt alcalins (o bàsics), on el pH és massa elevat (major que 9). La majoria d'aquests pertanyen al gènere Bacillus i habiten a sòls sobrecarregats amb bicarbonat o llacs extremadament salats, com els que es troben a Egipte, el Rift Valley d’Àfrica o a certs llacs alcalins d’USA.

Els alcalòfils necessiten aïllar l'interior de la cèl·lula del medi  alcalí exterior ja que algunes molècules (especialment l’ARN) es trenquen a un pH superior a 8. Com en el cas  d’algunes cèl·lules dels alcalòfils que es protegeixen amb extremoenzims alcalins que es localitzen prop de la paret cel·lular o per mitjà de secrecions externes.

A partir dels estudis realitzats amb espècies alcalòfiles de Bacillus s'ha posat de manifest que en comptes de l'habitual gradient de protons, és un gradient de Na + el que subministra l'energia per al transport i la mobilitat, però també es genera una força motriu de protons responsable de la síntesi respiratòria d'ATP. Els bacteris alcalòfils tenen en la seva paret cel·lular polímers carregats negativament, els quals  poden reduir la densitat de la càrrega en la superfície de la cèl·lula i ajudar a estabilitzar la membrana de la cèl·lula.

 Alguns exemples d’organismes superiors adaptats a ambients alcalins són els bacteris del gènere Spirulina (cianobacteris, és a dir fotosintètiques), les quals habiten també als llacs del Rift Valley d’Àfrica (figura 10).

 Spirulina vista al microscopi

(http://schwarz10.de/tribal/urban_gardening/spirulina/index-en.html)

 

 

ADAPTACIONS A AMBIENTS ÀCIDS

 

 Els acidòfils es desenvolupen en entorns molt àcids, on el nivell de pH és massa baix per a la supervivència de la resta de les formes de vida. Un exemple són els bacteris Picrophilus, pertanyents al domini Arquea, que poden viure en ambients amb un pH de 0,6 (com a referència, la majoria dels organismes viuen amb nivells de pH entre 6 i 7, un nivell de pH entre 1 i 2 correspon als àcids gàstrics, i un pH entre 0 i 1 correspon a sòls i aigües volcàniques). L’acidòfil més extrem trobat fins al moment és una arquea trobada en una mina californiana.

El riu Tinto es troba a Huelva, al sud-oest d'Espanya , i deu el seu nom al color vermellós de les seves aigües. Aquestes estan contaminades amb tota mena de metalls i compostos metàl·lics procedents d'un entorn ric en minerals, especialment ferro. A més el seu pH està entre 1,7 i 2,5 principalment a causa de la presència d'àcid sulfúric. És a dir , és un entorn molt àcid i molt tòxic .Algunes formes de vida procariota d’aquest ambient hinòspit són: Acidothiobacillis ferrooxidan vivia de l'oxidació del ferro contingut en les aigües, Leptospirillum ferrooxidans o Ferromicrobium sp. No només abunden formes de vida procariotes tipus bacteris, sinó que s'han trobat molts eucariotes, incloent fongs, diverses algues verdes, protistas ameboides, flagel·lats, diatomees, llevats i ciliats, etc. Peró aquest no és l'únic ecosistema acidòfil. Un cas especial és el de Helicobacter pylori (figura 11). Un bacteri que viu exclusivament en l'estómac humà, extremadament àcid, causant de nombroses úlceres estomacals.

 

Fotomicrografia en fals color de Helicobacter pylori

(http://leucocitosaltos.blogspot.com.es/2013/05/helicobacter-pylori.html)

Per suportar el pH baix, els acidòfiles empren un conjunt de mecanismes com per exemple una superfície de membrana carregada positivament, una alta capacitat reguladora interna, i sistemes únics de transport a l’interior cel·lular.

ES PODEN SUPORTAR PRESSIONS ELEVADES?

Els éssers vius que estan a zones amb pressions extremadament elevades s’anomenen baròfils, generalment representades pels fons oceànics; inclòs s’han trobat microorganismes en la fossa oceànica més profunda del planeta, la “Fossa de las Marianas”. Un organisme que creix a pressió elevada experimenta un augment en la concentració d’àcids grassos no saturats presents en la membrana plasmàtica. Això els permet sobreviure a aquestes condicions. Els baròfils es divideixen entre els géneres Shewanella, Colwella, Moritella, Methanococcus, Pyrococcus i Thermus.

ÉS L’OXIGEN SEMPRE NECESSARI PER A LA VIDA?

Fa relativament poc temps, els científics han descobert petites criatures capaces de sobreviure i reproduir-se sense oxigen.  Tal com expliquen els investigadors de la Universitat Politècnica de Marche, a Ancon, Itàlia, aquests organismes multicel·lulars viuen envoltats de verinós sulfur en la profunditat del mar Mediterrani. Aquests han rebut el nom de lorcífers. Tot i això, afirmen els científics a la revista BMC Biology, les criatures són vives, són metabòlicament actives i aparentment es reprodueixen malgrat una total absència d'oxigen.

 Els tres nous lorcífers descoberts han estat batejats oficialment com Spinoloricus cinzia, Rugiloricus i Piliciloricus (figura 12).

 

Piliciloricus vist al microscopi.

(http://es.wikipedia.org/wiki/Pliciloricus)

 Per poder sobreviure, aquests presenten una adaptació característica: en lloc de tenir mitocòndries, tenen hidrogenosomes, els quals han segut trobats per primera vegada en organismes multicel·lulars.

HI HA ORGANISMES QUE CONVIUEN AMB LA FOSCOR?

Hi trobem també éssers vius capaços d'adaptar-se a zones completament fosques. Una d'aquestes zones on trobem una gran quantitat de vida és la zona abissal, situada a partir dels 4000 metres de profunditat als oceans, mars... A mesura que estem a més profunditat, menys llum solar arriba. En aquesta zona, a més, trobem unes temperatures baixes, mai superior a 4ºC, una pressió prou elevada i amb una escassa quantitat de nutrients.

La manca de llum solar en els grans fons fa que la vida dels vegetals no siga possible, amb excepció dels bacteris, per la qual cosa l'elaboració de matèria orgànica és mínima, efectuant-la només els bacteris a través de la quimiosíntesi. Per això els animals que habiten els fons oceànics no tenen altra possibilitat que depredar-se els uns als altres o esperar restes dels animals i plantes que viuen a les capes superiors.

Els seus músculs i mitjans de locomoció són febles i això fa que aquests éssers es desplacen molt lentament o que inclòs siguen inmòbils.

Les esponges representen els organismes menys evolucionats de la regió abissal i com estan completament obertes a l'aigua, perquè el seu cos està recorregut per gran nombre de canals, no tenen problema de pressió a qualsevol profunditat, ja que sempre estan plenes d'aigua a la mateixa pressió de la que les envolta.

També trobem algunes anemones resistents a aquestes condicions i, en alguns oceans s'han trobat plomes de mar (figura 13) les quals tenen una pròpia llum blavosa. Aquesta llum la creen mitjançant la bioluminescència, el procés de la producció de la llum, és una propietat molt comuna en la foscor dels abismes. Es tracta d'una energia lumínica emesa en uns òrgans anomenats fotòfors en què es realitza un procés químic, mitjançant un ferment, la luciferasa, que reacciona amb la luciferina.

                                       

Ploma de mar a la zona abissal dels oceans.

(http://marinos1.blogspot.com.es/2013/05/maravillas-del-oceano-2.html)

És possible considerar que els animals més nombrosos en els abismes són els crustacis, els quals es caracteritzen per tenir les potes articulades i el seu cos protegit per una coberta quitinosa.

Els peixos tenen darrere de la retina de l'ull una capa de reforç anomenada tapetum. En aquesta capa es reflecteix la llum que ha entrat a l'ull i, per tant, passa dues vegades per la retina, d'aquesta manera, la seva gran sensibilitat lluminosa els permet percebre una presa en la foscor gairebé completa.

La major part dels peixos abissals es troben proveïts de fotóforos, i les transformacions diferents que adquireix el seu cos amb vista als diferents tipus de caça són innombrables. No obstant això  potser el mètode més estés és el de situar l'òrgan lluminós a l'extrem d'un apèndix que, a manera de canya de pescar, atrau els innocents peixets i crustacis. Entre els peixos més comuns trobem: Caulophryne (figura 14), Argyropelecus, Idiacanthus, Melanocetus, Saccopharynx, Chauliodus o Cryptosaras.

 

 

 Caulophryne a la zona abissal dels oceans.

(http://tolweb.org/Caulophrynidae)        

EXISTEIXEN ÉSSERS QUE FAN FRONT A LES RADIACIONS?

Un dels éssers vius que supera una elevada radioactivitat és el Deinococcus radiodurans.          

El 1956 Anderson i els seus col·laboradors, quan es trobaven analitzant carn que s'havia sotmès per la seva esterilització a dosis de radiació, van detectar la presència d'un microorganisme, el qual va ser aïllat, el Deinococcus radiodurans que és un bacteri pigmentat, immòbil i d'un diàmetre de grandària. D'altra banda, el radiodurans també ens sorprén amb el seu alt grau de resistència als efectes de la llum ultraviolada.

Aquesta extrema resistència ha portat a investigadors a tractar de conèixer i comprendre quins són els mecanismes involucrats. Actualment es pensa que aquesta resistència es deguda a una multiplicitat genòmica, ja que en augmentar el nombre de còpies cromosomals es produeix, per una banda, un augment en el nombre de gens que codifiquen per a proteïnes reparadores i d'altra banda augmenta la possibilitat que es reparen les zones danyades mitjançant les diferents vies de recombinació. A aquests possibles avantatges, se suma el fet de que posseeix una membrana que possiblement compleix la funció d'un filtre davant de les radiacions, disminuint la intensitat d'aquestes.

COM S’ADAPTEN ELS ÉSSERS PER VIURE AMB LA TOXICITAT?

Segons els experts, un organisme unicel·lular d'una font termal prop de la Muntanya Vesubio, a Itàlia, s'enfronta directament a la toxicitat de l'urani consumint aquest metall pesat per obtenir energia. D’altra banda, un organisme unicel·lular que viu a prop d'una mina d'urani abandonada a Alemanya, s'enfronta a la toxicitat de l'urani bloquejant els seus processos cel·lulars quan els nivells tòxics de l’urani són presents en el seu entorn. Curiosament, aquestes respostes diferents a l'estrès ambiental provenen de dos organismes que són genèticament idèntics.
Els científics, dirigits per Robert Kelly, van exposar dos tipus de bactèries amb la mateixa informació genètica.
Un d'ells, el Metallosphaera sedula , va metabolitzar l'urani per tal de suplir les seves necessitats energètiques. Aquesta troballa podria suposar una nova forma d'obtenir urani, utilitzant microorganismes per alliberar el metall a partir dels minerals
D'altra banda, el seu bessó genètic, Metallosphaera prunae, va reaccionar de manera molt diferent. Quan es va enfrontar a l'urani pur, el microorganisme va entrar en un estat latent, bloquejant els importants processos cel·lulars que li permeten créixer. Quan l'amenaça tòxica va desaparèixer, M. prunae va reiniciar els seus processos cel·lulars i va tornar al seu estat normal.

CONCLUSIONS

La realització del present treball ha permet ampliar els nostres coneixements sobre la ubiqüitat del éssers vius i ens hem adonat de la enorme varietat de les adaptacions que poden prendre per a sobreviure en ambients en un principi hostils. La vida ha resultat ser extremadament variada i sorprenentment adaptable la qual cosa ha fet despertar en nosaltres l’interés per a noves investigacions en aquest movedís camp de la biologia.