Conocer más sobre los orígenes de la vida en el planeta

En el año 2009 un equipo a cargo de María Eugenia Farias, investigadora principal del CONICET y directora del Laboratorio de Investigaciones Microbiológicas de Lagunas Andinas dependiente de la Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos (LIMLA, PROIMI, CONICET), descubrió la presencia de ecosistemas microbianos, similares a los que aparecieron en la Tierra hace cerca de 3.500 millones de años, en la Laguna de Socompa en la Puna salteña. Estos ecosistemas están formados por microorganismos que precipitan minerales y forman especies de rocas vivas denominadas microbialitos. En un ambicioso proyecto de prospeccion que incluye todas las lagunas, salares y volcanes de Argentina Chile y Bolivia se han reportado hasta ahora los mismos ecosistemas en otros treinta humedales del altiplano.

Si bien la Puna no es el único lugar en el mundo en el que se pueden encontrar microbialitos, lo destacado del caso es que su geografía se reproduce condiciones similares a las de la Tierra primitiva en la que estos organismos surgieron hace miles de millones de años: alta radiación ultravioleta, aguas alcalinas y muy saladas, baja presión de oxígeno y alta concentración de arsénico.

Desde entonces Farías y su grupo siguen avanzando con sus investigaciones para comprender mejor el funcionamiento de estos ecosistemas extremos, lo cual brinda información fundamental para entender cómo se desarrollo la vida en el planeta primitivo. Fueron estas primeras colonias de microorganismos que dominaron el planeta y los que al liberar oxígeno permitieron la formación de la capa de ozono y así el surgimiento de nuevas formas de vida. Cuando esto ocurrió hace 570 millones de años – lo que marco el comienzo del Período Cámbrico – los microbialitos se retiraron parcialmente por competencia. Pero volvieron una y otra vez después de que se produjeran extinciones masivas, principalmente por excesiva liberación de dioxido de carbono CO_2.

Resistencia al arsénico y obtención de energía

Recientemente realizaron la secuenciación completa del metagenoma de uno de estos ecosistemas en la Laguna de Socompa y los resultados obtenidos fueron publicados en Scientific Reports, una revista del grupo Nature.

“El análisis metagenómico consistió en tomar una roca viva, extraerle todo el ácido desoxirribonucleico (ADN) y secuenciarlo. Así obtuvimos información sobre la diversidad de organismos presentes en el ecosistema, pero además de cómo resisten al arsénico, soportan virus, antibióticos y toleran la radiación ultravioleta. En estas rocas se encuentran rastros del ecosistema completo”, explica María Eugenia Farias.

Obtener datos sobre cómo funciona toda la comunidad microbiana a través de una única muestra es posible dado que se trata de sistemas cerrados que viven sólo de la luz, el agua y elementos químicos, como el arsénico, diluidos en ella.

“Lo que más llama la atención al analizar el metagenoma es la importante concentración de genes de resistencia al arsénico. Este estudio nos permitió reconstruir cómo los microbialitos no sólo resisten a este elemento químico sino que se valen de él para obtener energía”, cuenta Farías.

En algunos de los humedales de la zona de la Puna hay una alta concentración de arsénico por la importante presencia de volcanes en la zona. “Una de las cosas que tiene la Laguna de Socompa es que hay mucho arsénico, que no está presente en otros lugares donde se pueden encontrar estas comunidades. Por eso en este trabajo nos centramos en particular en estudiar los genes que se relacionan con este elemente químico y encontramos unos vinculados a su resistencia y otros a la generación de energía”, cuenta Daniel Kurth, investigador asistente del CONICET en LIMLA y primer autor de artículo.

Más allá de lo que ocurre con el arsénico, el análisis metagenómico permite distinguir los diferentes procesos metabólicos –trasformación química de la naturaleza de ciertas sustancias – que tienen lugar dentro de la comunidad y los organismos responsables de llevarlos adelante.

“Estas comunidades cuentan con poco acceso a fuentes de energía externa, entonces dependen de algunos miembros de la comunidad que captan la energía de la luz y la usan para fijar dióxido de carbono y alimentar al resto de la comunidad. Nosotros identificamos a estos productores primarios. También pudimos reconocer organismos importantes para la comunidad por su contribución a la formación de su estructura, que trabajan en la transformación de sustancias químicas como los sulfatos y carbonatos”, señala Kurth.

Farias destaca además que los datos obtenidos a través de estos estudios van a formar parte del Sistema Nacional de Datos Genómicos (SNDG) del Ministerio Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, que brinda soporte y apoyo económico a las instituciones del país que trabajen en esta área.

Estudios de impacto ambiental y cuidados de las comunidades microbianas

El equipo de LIMLA no sólo busca avanzar en una mayor comprensión de estos ecosistemas presentes en la Puna sino que también se preocupa por su preservación en un contexto de crecimiento de la actividad minera en el área vinculada a litio.

“Al tener la certeza de que estas comunidades están en algunos humedales de la Puna surge la preocupación sobre que se los destruya sin que pueda estudiárselos. Existen diversos proyectos mineros en Jujuy, Salta y Catamarca que no han incorporado estos ecosistemas en sus líneas de base. Nosotros estamos intentando que cambien los reglamentos para que los sistemas microbianos sean tenidos en cuenta en las líneas de bases y estudios de impacto ambiental en todo proyecto relacionado con volcanes y humedales en la Puna”, explica Farías.

Las líneas de base están relacionadas con los estudios de impacto ambiental que una empresa minera tiene obligación de hacer en la zona en la que la que va establecer su emprendimiento para generar el menor daño posible. Hasta ahora las líneas de base tienen en cuenta la flora y la fauna, pero no los sistemas microbianos.

“Es posible que estos sistemas sin haber sido reconocidos ni estudiados puedan sufrir que les pases una topadora por encima”, señala la investigadora, que sin embargo destaca ya hay una empresa catamarqueña que incorporó los ecosistemas a sus líneas de base y llamó a su grupo para que hiciera el relevamiento.

Estudiar los microbialitos desde diferentes dimensiones

El estudio metagenómico no es la única perspectiva desde la que Farías y su grupo buscan conocer más sobre los microbialitos de la Puna. Sólo este mes el equipo publico otros dos trabajos en los que se aborda su análisis desde otros puntos de vista.

En la revista Frontiers in Microbiology presentaron un trabajo en el que se da cuenta de la diversidad de estos sistemas microbianos capa por capa. Estos ecosistemas se organizan en estratos de arriba hacia abajo. Los superiores cuentan con la ventaja de tener acceso a oxigeno y luz pero reciben mucha radiación ultravioleta, mientras que los organismos que se ubican más abajo no tienen que soportar tanta radiación ultravioleta, pero les llega una luz con longitud de onda sin tanta energía y necesitan respirar azufre y producir fotosíntesis con él.

“La diversidad microbiana se va ubicando de acuerdo con el acceso a luz, oxígeno y tolerancia a los rayos UV. Nosotros estudiamos esta diversidad capa por capa, lo que nos permite entender mejor el funcionamiento de estos ecosistemas”, añade la investigadora.

Finalmente, en un tercer trabajo publicado en la revista PeerJ, realizado en conjunto con investigadores de otras instituciones del mundo, aislaron un individuo de estas comunidades que habitan los humedales de la Puna (Exiguobacterium chiriqhucha str. N139)y secuenciaron su genoma. El resultado revelo la capacidad de la especie de desarrollarse en aguas frías y condiciones extremas.