Ecosistema a la antigua

A 4.650 msnm y dentro del volcán Galán en Catamarca se encuentra la laguna Diamante. También conocido como el coloso de la Puna, el supervolcán Galán tiene un cráter de 40 km de diámetro y dentro de su caldera se ubica una de las lagunas más saladas (de 5 a 8 veces la salinidad del mar), alcalinas (pH 9-11) y con uno de los mayores contenidos de arsénico (12 mil veces superior al nivel tolerado por el humano) del mundo. A estas condiciones se le suman la baja presión de oxígeno por la elevada altura y la altísima radiación ultravioleta. Pese a este hostil ambiente, investigadores del CONICET reportaron la existencia de ecosistemas microbianos que permitirían estudiar mecanismos tan antiguos como la vida misma.

“Trabajamos en las lagunas andinas desde hace 15 años. En el año 2009 reportamos por primera vez estromatolitos -rocas laminadas que se originan por la actividad de microorganismos- vivos en Socompa, Salta. En el año 2010, empezamos a prospectar toda la Puna en busca de ambientes similares y hasta ahora llevamos relevadas alrededor de 35 lagunas entre Chile y Argentina. Prácticamente en el 50 por ciento de los salares, lagunas y fuentes hidrotermales hay ecosistemas microbianos”, explica María Eugenia Farías, investigadora independiente del CONICET en el Laboratorio de Investigaciones Microbiológicas de Lagunas Andinas (LIMLA) de la Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos (PROIMI-CONICET).

Los estromatolitos de la Puna viven en condiciones que recrean las de la Tierra hace 3.400 millones de años. Fueron los encargados de liberar oxígeno a la atmosfera, lo que dio origen a la capa de ozono y por lo tanto a la vida tal como la conocemos hoy en día. De redondeadas formas y recubiertos en gelatinas de llamativos colores rosados, amarillos o rojos y con un fuerte olor, este ecosistema puede presentarse en dos formas: microbialitos, piedras formadas por carbonatos de calcio y tapetes microbianos, alfombras de extrañas formas formadas por microbios.

“Si se acaba la historia con una extinción masiva, los que van a apagar la luz van a ser los ecosistemas microbianos y es posible que no lo hagan. Que vuelvan otra vez a captar el CO2 y a regenerar la atmosfera para que suceda otra explosión evolutiva. De hecho, ya lo hicieron varias veces en la historia de la vida en el planeta. Son los más extremófilos, con mayor capacidad para adaptarse y ese es casualmente el mayor interés que tienen para aplicaciones biotecnológicas. Tienen representados, en 2 o 3 mm de espesor, todos los ciclos geoquímicos del planeta: hidrógeno, azufre, carbono, nitrógeno, oxígeno y fósforo”, aclara Farías.

Recientemente la investigadora junto a profesionales del PROIMI y del Instituto de Agrobiotecnología de Rosario (INDEAR, CONICET-Bioceres) publicaron en la revista The ISME Journal un estudio metagenómico de las arqueas halófilas de la laguna Diamante.

En verano, en una zona de la laguna donde hay una fuente hidrotermal, se observan cristales rojos de Gaylusita, un mineral carbonatado que se forma en condiciones alcalinas y de mucha salinidad. La precipitación de este mineral aumenta en la temporada estival porque la salinidad de la laguna es del doble por la evaporación del agua. Se presenta normalmente en color blanco, pero en este caso, su paricular color rojo lo dan arqueobacterias o arqueas que forman biofilms adheridos al mineral.

Las arqueas representan un conjunto de organismos unicelulares independientes de las bacterias. Ambos se originaron a partir del antecestro común que dio origen a la vida en la Tierra, en una época en que las condiciones ambientales eran muy hostiles. Muchas arqueas mantuvieron características que les permitían sobrevivir a esas condiciones y continuaron creciendo en diferentes ambientes similares a lo largo de la historia.

“En la laguna Diamante encontramos un tipo de arqueas hiper resistentes a la sal llamadas Haloarqueas que contienen genes que les permiten resistir además, al pH muy alcalino y al arsénico. En general la estrategia de resistencia se basa en eliminar todo lo que está en exceso dentro de las células, pero aquí descubrimos que además, un compuesto tóxico como el arsénico funcionaría también como fuente de energía y se utilizaría en la respiración anaeróbica”, advierte Nicolás Rascovan, investigador del INDEAR.

Por su parte, Farías explica que estos biofilms rojos fueron estudiados mediante análisis metagenómicos. En la laguna tomaron muestra de biofilms depositados sobre la roca, obtuvieron y secuenciaron el ADN microbiano total y posteriormente analizaron los diferentes microorganismos que componen el ecosistema en forma global y sin necesidad de cultivarlos. Paralelamente, se aislaron cepas del género Halorubrum, perteneciente a la familia de las haloarqueas, provenientes de biofilms de Diamante, de los cuales se secuenciaron su genoma, y comprobaron también la presencia de estos genes.

“Encontramos que es uno de los primeros sistemas dominados casi exclusivamente por haloarqueas (predominan en un 94 por ciento). En este sistema descubrimos una predominancia de genes relacionados con el uso de arsénico como fuente de energía (arsenito oxidasa) y para la respiración anaeróbica (arseniato reductasa). Este tipo de arqueas serían capaces de usar arsénico para formar ATP –una molécula fundamental en la obtención de energía celular- a partir de la oxidación del arsenito y a su vez respirar anaeróbicamente arsénico a partir de la reducción del arseniato”, agrega.

Rascovan aclara que para cualquier organismo, el final del proceso de respiración implica depositar la energía residual del metabolismo de la célula, en una molécula que la pueda admitir para llevarla al exterior. Para los humanos y muchos organismos, el oxígeno cumple esta función. Algunas bacterias y arqueas son capaces de usar otras sustancias para esto, mediante un proceso llamado respiración anaeróbica. Las haloarqueas en algunas condiciones son capaces de respirar anaeróbicamente diferentes compuestos. Los investigadores descubrieron que el arsénico podría ser utilizado por ellas para respirar cuando el oxígeno no es suficiente.

En este sentido, la bióloga destaca que este tipo de respiración ancestral, estaba reportado en otros organismos pero nunca había sido detectado para arqueas del filo euriarchaeota, al cual pertenecen las haloarqueas. Lo más novedoso es que los estudios filogenéticos de la arsenito oxidasa se remontan al LUCA (del inglés Last Universal Common Ancestor).

“Esta enzima es tan antigua que se habría originado antes de que se dividan las arqueas de las bacterias, continuando funcional hasta el presente. Si bien la arseniato reductasa, sería más moderna y es muy probable que se haya obtenido de un grupo de bacterias, la arsenito oxidasa tiene un origen filogenético en ese ancestro común o en una de las primeras arqueas existentes. Hemos encontrado un eslabón perdido que aún funciona total y activamente en la actualidad”, dice.

Asimismo, Rascovan afirma que la relevancia de los ecosistemas microbianos de la laguna Diamante es que descubrieron por primera vez que las haloarqueas, que por lo general se pensaba que vivían siempre en forma libre y autónoma, pueden agruparse en biofilms complejos que contienen casi 20 géneros diferentes de haloarqueas, lo que sugiere que en conjunto pueden establecer funciones más complejas y diversas, que les garantizan la supervivencia en ese ambiente.

Más allá del gran valor que tienen estos ecosistemas desde el punto de vista de la historia de la vida en la Tierra, pueden también ser utilizados en aplicaciones biotecnológicas como por ejemplo para bioaumentar el litio o biorremediar ambientes contaminados con arsénico o altos contenidos de potasio. Además, por su capacidad de crecer en condiciones muy extremas podrían ser útiles para desarrollar biofertilizantes.

Farías agrega que la investigación ahora se orienta a describir el ciclo geoquímico del carbono. “Lo próximo a hacer es detectar de dónde obtienen carbono estos microorganismos que no hacen fotosíntesis. Nuestra hipótesis es que los ciclos fijación de carbono son alternativos al ciclo de Calvin que usan plantas y cianobacterias para la fotosíntesis, que es el más eficiente. Antes de que apareciera el oxígeno en la Tierra, existieron otros ciclos alternativos de fijación de carbono en diferentes arqueas y bacterias, los cuales perduran hasta nuestros días. Los metagenomas que estudiamos nos dicen que están fijando el carbono a la antigua”.

La importancia de protegerlos

En estos dos últimos años el equipo de Farías reportó tres ecosistemas nuevos en Catamarca. La investigadora explica que los guías de turismo de la Puna son de gran ayuda para su relevamiento.

“Conocen la zona en profundidad y van a lugares que nosotros no llegamos. Estas regiones tienen una gran importancia desde el punto de vista turístico, están posicionándose como un lugar de interés turístico científico en la Argentina. Hay una propuesta para hacer el proyecto de la ruta del origen de la vida, en Catamarca. Lo más importante es proteger los ecosistemas del impacto del hombre sobre todo en temas de minería”, asegura la investigadora.

En este sentido, advierte que estos ecosistemas todavía no fueron incorporados a los sistemas de línea de base de los proyectos mineros. Los estudios de impacto ambiental deben tenerlos en cuenta sobre todo considerando que solamente fueron explorados el 50 por ciento de ellos.

Farías comenta que los estudiantes de una escuela en Antofagasta de la Sierra están presentando el descubrimiento de los microbialitos de Pozo Bravo en la Feria de Ciencias. Afirma que los descubrimientos los reportan con la gente que vive en la zona y eso empoderar a la población y la hace responsable del patrimonio Natural. Por otro lado, en la Honorable Cámara de Diputados de la Nación se está presentando un Proyecto de Ley de Declaración de Patrimonio de la Humanidad a Laguna Diamante.

“Hay toda una acción no sólo de protección sino de involucrar a la comunidad. Antes de poner un pie en un salar o laguna de la Puna, hay que decir primero si hay o no estos ecosistemas. Es una carrera contra el tiempo de poder relevar todo y ponerlo en valor. Hacer estos atractivos turísticos de forma sustentable, darle el valor agregado que la gente los conozca pero que quede intacto. Debemos lograr que las autoridades y la comunidad tengan conciencia de su importancia”, concluye la bióloga.