Los sedimentos que se encuentran por debajo de los fondos oceánicos son hábitats muy duros: la temperatura y la presión aumentan constantemente con la profundidad, y el suministro de energía cada vez es más escaso. A pesar de estas condiciones, se sabe que existen microorganismos, como bacterias y arqueas, capaces de sobrevivir a varios kilómetros de profundidad, en la aún poco entendida biosfera profunda. Pero, ¿dónde están los límites de la vida y qué factores los determinan? Según un equipo internacional formado por investigadores de nueve países, la clave podría estar en la temperatura. Y han hallado microorganismos que se abren paso incluso a temperaturas de 120 grados. Los resultados de su investigación se acaban de publicar en «Science».
Científicos de la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología Marina-Terrestre (JAMSTEC) y MARUM-Centro de Ciencias Ambientales Marinas de la Universidad de Bremen se propusieron contestar a la siguiente pregunta: ¿a qué profundidad bajo el lecho marino hace tanto calor que la vida microbiana ya no es posible? Los microorganismos termófilos pueden existir cómodamente a temperaturas de hasta 80 grados Celsius. Incluso se sabe desde hace unas décadas que hay bacterias hipertermófilas y arqueas que prosperan a temperaturas aún más altas, y que en condiciones ideales de laboratorio pueden llegar a sobrevivir hasta a 122 grados Celsius, si bien por un corto periodo de tiempo. Pero, ¿dónde está la línea que separa la vida? Para estudiar cómo el calor extremo afecta a los microorganismos de la biosfera profunda es necesario llegar hasta los fondos oceánicos y perforar. Una tarea complicada.
«Sólo unos pocos lugares de perforación científica han alcanzado profundidades en las que las temperaturas de los sedimentos superan los 30 grados Celsius», explica Kai-Uwe Hinrichs, investigador de MARUM y líder del estudio. Es por ello que hubo que esperar hasta 2016 y que la Expedición T-Limit, del programa de perforación IODP (International Ocean Discovery Program), revelase nuevos datos. «El objetivo era excavar un agujero de 1.000 metros de profundidad en los sedimentos para llegar a una temperatura de 120 grados Celsius. Y lo logramos».
Un desafío tecnológico
El primer escollo fue encontrar el lugar ideal: los 120 grados Celsius se suelen dar a unos 4 kilómetros por debajo del fondo del mar. Es por ello que se seleccionó una zona concreta en el canal Nankai, frente a la costa de Japón, con un gradiente geotérmico -variación de temperatura que aumenta con la profundidad- más elevado que la media. Así, con un agujero de solo 1,18 kilómetros se consiguió llegar a los 120 grados Celsius deseados.
A partir de aquí, se mostró un mundo inesperado: «Sorprendentemente, la densidad de población microbiana colapsó a una temperatura de 45 grados», explica Fumio Inagaki, del JAMSTEC y coautor del estudio. «Es fascinante: en el fondo del océano, a altas temperaturas, hay amplios intervalos de profundidad que casi no tienen vida. Pero luego pudimos detectar células y actividad microbiana de nuevo en zonas más profundas, incluso más calientes, hasta una temperatura de 120 grados».
Algunas bacterias tienen métodos muy refinados de supervivencia. Se componen de células vegetativas que, en ciertas condiciones extremas en las que la bacteria no sobreviviría, pueden producir endosporas, un nuevo tipo de célula que queda en estado latente. En esta especie de «sueño profundo», pueden resistir durante mucho tiempo, hasta que se dé un ambiente más propicio y, entonces, reactivarse. Los investigadores observaron que, mientras que la concentración de células vegetativas (bacterias) disminuía bruscamente a más de 50 grados Celsius, la concentración de endosporas (células latentes que pueden volver a la vida) aumentaba rápidamente hasta alcanzar un pico a 85 grados Celsius. A partir de aquí, se encontraron células microbianas -pero no endosporas- hasta los 120 grados Celsius mencionados, si bien el número era mucho menor.
Micrografía de fluorescencia de células microbianas submarinas profundas detectadas en la perforación. Las células se tiñeron con un tinte verde fluorescente. Izquierda: Células microbianas separadas de una muestra de núcleo de sedimento a una profundidad de 652,0 ma 76 ° C. Derecha: una célula microbiana detectada a partir de una muestra de núcleo de sedimento a una profundidad de 1176,8 ma 120 ° C (una célula en el centro de la imagen). La escala indica 20 micrómetros (1/50 de milímetro).
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JAMSTEC / IODP
La pregunta ahora es: ¿se podrían extrapolar estos resultados a profundidades mayores en las que el gradiente geotérmico es menor? «Nuestro estudio sugiere que la vida puede existir potencialmente en sedimentos calientes a 120° C, incluso a mayor profundidad. Ya demostramos en 2015 la existencia de vida a 2,5 kilómetros de profundidad bajo la superficie a unos 60° C frente a la península de Shimokita. Sin embargo, esta investigación también muestra abruptos cambios en intervalos de profundidad que son estrechos. Necesitamos comprender mejor los procesos antes de que podamos extrapolar nuestros hallazgos a mayores profundidades y temperaturas más altas», explica Hinrichs a ABC.
Vida y muerte coexistiendo debajo del fondo del mar
«Los hallazgos son sorprendentes. Muestran que, en la biosfera profunda, los límites letales coexisten con las oportunidades de supervivencia. No esperábamos eso», afirma Verena Heuer de MARUM, otra de las autoras del estudio. «Con cada expedición se avanza en los métodos técnicos y analíticos; investigadores con diversos antecedentes y nuevas ideas se unen cada vez para responder una pregunta científica. Y eso es fascinante. Cada nuevo agujero abre una ventana a nuevos conocimientos».