Extremòfils: amants de les condicions extremes

Redacció: Isabel Rodríguez

Curs: 2n de l'ESO
Col·legi Mare de Déu del Carme

Diuen que els éssers vius ocupen una franja de temperatures que oscil.len entre els -18ºC i els 50ºC. Però encara es pot trobar vida en estat latent en temperatures més extremes, d’aquesta manera els marges queden redefinits entre -200ºC i 110ºC. Aquests són els extremòfils (d'extrem i la paraula grega φιλíα=afecte, amor, és a dir "amant en condicions extremes"), microorganismes capaços de sobreviure a temperatures i condicions insòlites. Anem a conèixer quins són aquests ambients i quins són els organismes que habiten en ells!

CONDICIONS EXTREMES DE TEMPERATURA:
A temperatures elevades habiten els hipertermòfils, dels quals el seu rang natural està per sobre dels 80ºC. Els hipertermòfiles pertanyen al grup dels procariotes (Regne Protoctist), tant en Bacteria com a Archea sent aquest últim grup en el qual es troben en major nombre.

A baixes temperatures el nivell més baix d'activitat biològica d'un microorganisme està en -18º C. La principal raó d'aquest baix marge, en comparació amb els límits superiors, és que l'aigua es congela; i d'una banda deixa de ser el mitjà per a reaccions metabòliques, però a més els vidres trenquen la membrana. L'excepció a això, és el nematode Panagrolaimus davidi que pot resistir amb tota l'aigua del seu cos congelat.

CONDICIONS EXTREMES DE RADIACIÓ:
La radiació és l'energia en trànsit, bé com a partícules (protons o neutrons) o com a ones electromagnètiques (llamps gamma, raigs X i raigs UV).

No és habitual que a la superfície de la Terra hagi nivells extrems de radiació, però sí que han estat estudiats els efectes d'una radiació intensa tant d' UV, com de radiació ionitzant per la seva importància en medicina, producció d'energia o viatges espacials.

El bacteri Deinococcus radiodurans és famòs per la seva capacitat de resistir la radiació ionitzant (per sobre dels 20 Kg) i la radiació gamma i UV amb dosis de mes de 1000 J m-2. Aquesta extraordinària resistència s'aconsegueix a través d'un procés de resistència a la dessecació extrema. Altres organismes que poden suportar alts nivells de radiació són dues espècies de Rubrobacter i l'alga verda Dunaliella Bardawil.

Deinococccus radiodurans.

Dunaliella Bardawil.

CONDICIONS EXTREMES DE PRESSIÓ:
La pressió produeix un canvi de volum de l'organisme; a més comprimeix l'empaquetament dels lípids de manera que fa menys fluïda la seva membrana. L'augment de la pressió pot també impedir reaccions químiques. Encara que molts individus poden adaptar-se a una pressió molt alta, els canvis sobtats poden ser letals. 

La fossa de les Mariannes és la major depressió marina amb 10 898 m, i aquí trobem organismes que poden créixer a temperatura i pressió estàndard juntament amb altres que són espècies piezofiliques obligatòries a 70-80 MPa i que no poden sobreviure per sota dels 50 MPa.

Espècie pieziofílica.

CONDICIONS DE DESSECACIÓ:
L'aigua té limitacions extremes, evaporant a més de 100 º C i congelant a 0º C. Els organismes que poden tolerar la dessecació extrema entren en anhidrobiosis, un estat que es caracteritza per una quantitat d'aigua intracel·lular petita i per no tenir activitat metabòlica, és a dir, és la capacitat de supervivència en estat de màxima deshidratació. Aquest estat pot ser aconseguit per una gran varietat d'organismes, incloent bacteris, llevats, fongs, plantes, insectes, els tardígrads ("óssos d'aigua"), nematodes micòfags, i el mol·lusc Artemia salina.

Pseudachorutes parvulus "ossos d'aigua".

CONDICIONS EXTREMES DE SALINITAT:
Els halòfits fan referència als requeriments iònics per a la vida en altes concentracions de sal. Aquests inclouen un rang de microbis, moltes són archeas, cianobacteris i l'alga verda Dunaliella salina que pot sobreviure en solucions saturades de clorur sodi. 

Dunaliella Salina.

CONDICIONS EXTREMES DE PH:

El pH és una mesura de l'acidesa o alcalinitat d'una disolució. Es defineix com el (log [H+]) i indica la concentració d'ions H+. Els processos biològics acostumen a ocórrer en una puntuació baixa de l'espectre de pH, i el pH tant intracel·lular com ambiental acostuma a trobar-se en aquest rang. No obstant això el pH pot ser molt alt, com succeeix en els llacs salins o zones de dessecació, o molt baix arribant fins a assolir el valor de 0. A aquest pH excepcionalment baix, les proteïnes es desnaturalitzen.

IMPLICACIONS D'AQUESTA INVESTIGACIÓ:

El descobriment d'aquest tipus d'organismes és relativament recent. Però, segons els investigadors que se'n dediquen, podria tenir importants conseqüències. Principalment la finalitat d'aquest estudi és la de conèixer noves formes de vida tenint en compte els llocs on poden arribar a viure, de manera que es podria predir en quines classes de planetes podria existir vida.

Actualment és possible desenvolupar aquesta qüestió ja que ens trobem en un moment clau per a la ciència espacial, tenint en compte que una de les missions del robot Curiosity és la de recollir informació referent a les possibilitats de vida en el planeta Marte (o si hi ha hagut vida en el passat).

Però tampoc cal anar mes enllà: la mateixa existència d'aquest tipus d'organismes en el nostre Planeta ja és un descobriment propi de la ciència ficció, pel fet de què són capaços de desenvolupar la seva vida en ambients tan extravagants, hostils, etc. I des de fa milions d'anys...I és que sembla que la seva millor defensa envers la depredació, és la seva pròpia llar.
 

En un llac volcànic (Yellowstone, Estats Units) i extremadament hostil, la vida és possible. Els colors vius d'aquesta font termal a la primavera, són degut als microorganismes extremòfils pigmentats que creixen al voltant de l'aigua rica en minerals.

Què mengen els bacteris?

Recordeu que els bacteris són els primers éssers vius que van poblar la Terra fa uns 3500 milions d'anys. Altres característiques que també estem estudiant dels bacteris, és que són els organismes més petits que hi ha (entre 1 i 10 µ). A més, són ubicus: els podem trobar a terra, a l'aigua (salada i doça), a l'aire, als aliments i fins i tot al nostre cos o al d'altres organismes! Els podem trobar adaptats a viure en condicions extremes de temperatura i altres factors que dificulten la vida. Alguns poden produir beneficis, altres malalties...

I què mengen els bacteris? Els alumnes de primer, que aquesta setmana estan treballant els regnes dels organismes més senzills, senten curiositat sobretot per aquesta funció vital d'uns èssers vius que ni tan sols es poden veure a ull nu!

Redacció: Victor Pascual

Curs: 1r de l'ESO

Col·legi Mare de Déu del Carme

Els organismes del regne moneres, segons el seu tipus de nutrició, poden ser: 

AUTÒTROFS: 

Quimiosintètics: Són els bacteris que realitzen processos químics per crear l'aliment a partir d'òxid de matèria inorgànica. 

La Thiomargarita namibiensis és un bacteri incolor del sofre que pot arribar a mesurar 0.75 mm. És l'organisma procariota més gran conegut en l'actualitat, i aquest fins i tot es pot veure a simple vista! La imatge mostra dues cèl·lules i les petites esferes groguenques són cúmuls de sofre de reserva. Aquests bacteris sulfurosos incolors extreuen energia de l'àcid sulfhídric, oxidant-lo fins a sulfat.

Fotosintètics: Són els bacteris que fan la fotosíntesi. 

La Rhodospirillum és un bacteri púrpura fotosintètic, capaç de produir energia a través de la fotosíntesi. 

Thiomargarita namibiensis.

Rhodospirillum.

HETERÒTROFS: 

Descomponedors o Sapròfits: Són els organismes que s'alimenten de les restes de matèria orgànica. 

Els Actinobacteris són un grup de microorganismes terrestres que es troben en el sòl i desenvolupen un parper molt important en la descomposició de la matèria orgànica. Aquests bacteris renoven les reserves de nutrients en el sòl i són fonamentals en la formació de l'hummus. També són els responsables de l'olor tan característic que presenta el sòl, després d'un event de pluja.

Actinobacteris.

Paràsits: Són els organismes que s'alimenten aprofitant-se d'altres organismes i a més els produeixen danys. 

El tètan és una malaltia provovada per uns bacteris que afecten el sistema nerviós i generen violentes contraccions musculars. Es tracta del Clostridium tetani, un bacil anaerobi, patògen, que es troba en el sól, sediments marins, medi inorgànic, metalls en oxidació i també en els excrements d'alguns animals. Aquest s'introdueix en el cos a travès de ferides obertes amb contacte amb terra contimanada, o per talls o penetració d'algun objecte oxidat. 

Mycobacerium tuberculosi és el bacteri responsable de la malaltia coneguda com tuberculosi. Aquest bacteri pot infectar qualsevol òrgan del cos humà, esdevenint el més freqüent la infecció pulmonar. Nomalment penetra per les vies respiratòries, arribant als pulmons, on troba l'ambient ideal per viure i reproduir-se. En conseqüència, aquest bacil provoca ferides en forma de tubèrculs en els teixits pulmonars. 

Clostridium tetani.

Mycobacerium tuberculosi.

Simbionts: Són els organismes que viuen gràcies a altres i a més els proporcionen algun benefici. Exemple: bacteris de l'estómac. 

Els rumiants com la vaca i l'ovella, són animals herbívors que tenen en una zona del seu estòmac, bacteris de l'espècie Bacteroides succinogenes. Aquests microorganismes s'alimenten de la cel·lulosa, que és la substància que constitueix la paret cel·lular dels vegetals comuns dels rumiants. Aquests animals són incapaços de digerir la cel·lulosa i gràcies a aquests bacteris, poden aprofitar els nutrients que produeixen els bacteris quan digereixen aquesta substància. 

Els bacteris del gènere Rhizobium viuen associats a les arrels de les plantes lleguminoses (soja, cigrons, pèsols). Aquests bacteris són capaços de captar el nitrogen de l'aire que arriben a les arrels de les lleguminoses. El nitrogen és vital per què aquestes plantes puguin realitzar el seu metabolisme.

Bacterioides succinogenes.

Rhizobium.

Vivim envoltats de microorganismes

Aquest cap de setmana he tingut l'oportunitat d'assistir a un workshop organitzat pel grup DIYBio de Barcelona i formar part d'una experiència molt senzilla i de manera cassolana, però amb resultats sorprenents: el cultiu de bacteris biolumenescents. 

I ara que a 1r de l'ESO començarem la nova unitat de microbiologia, aprofito aquesta experiència per explicar-vos en què consisteix i demostrar-vos que vivim envoltats de microorganismes (encara que no els puguem veure a ull nu...).

Els microorganismes estan presents en molts ambients naturals com l'aigua, el sòl, l'aire, l'home i altres éssers vius, els aliments, etc. Resumint: formant part dels diferents ecosistemes (recordeu que les bactèries són ubíques). Però pel seu creixement requereixen de les condicions òptimes que les permeti viure.

Com també ja sabeu, a l'home l'interessa molt estudiar aquests microorganismes, pel fet de què d'alguna manera (beneficiosa o perjudicial), intervenen o interfereixen en la nostra vida diària. I per tal d'estudiar-los, s'utilitza el mètode fonamental del cultiu.

El cultiu consisteix en la multiplicació de microorganismes, com poden ser els bacteris, fongs o paràsits; en què es prepara un medi òptim per afavorir el procès desitjat (medi de cultiu). 

El medi de cultiu consta d'un gel o una solució amb els nutrients necessaris i condicions favorables de temperatura, humitat, pH i concentració d'oxigen. De manera que els bacteris poden alimentar-se i la colònia creix de manera adequada.

En aquest experiment preteníem identificar una espècie de bacteris concreta (bioluminescent) i crear-ne colònies per després estudiar el seu comportament davant condicions especials. Per fer-ho, havíem de tenir en compte que moltes espècies són molt semblants morfològicament (és impossible diferenciar-les amb només un microscopi). En aquests casos, per identificar-los cal utilitzar l'estratègia del medi de cultiu però amb un detall: el medi de cultiu ha de contenir productes que inhibeixin el creixement de la major part de les espècies, però no la del tipus que desitges descobrir...

Us indico els requeriments del cultiu de bacteris: 

• Inòcul: suspensió de microorganismes que es transfereixen. 
• Placa de Petri. 
• Agar: gelatina vegetal d'origen marí. 
• Hisop (aplicador) esterilitzat. 
• Condicions adequades de temperatura, humitat, oxigen i pH. 

L'Agar és una gelatina vegetal d'origen marí. Conté molts nutrients i els bacteris poden prosperar en aquest. Aquest es vessa en les plaques de Petri estèrils, es solidifica en un gel i pot ser utilitzat com un medi de cultiu (pel creixement bacterià).

Llavors procedim de la següent manera...

1. Netegem la superfície on estem interessats en realitzar el cultiu de bacteris. A més, ens assegurem de què l'aplicador estigui esterilitzat abans de començar i cada cop després d'utilitzar-lo. Això prohibeix la introducció de bacteris de fonts que no interessen.
2. Retirem la part superior de la placa de Petri. La mantenim a la mà, sense posar-la en qualsevol superfície no estèril perquè no es puguin introduir bacteris en aquesta.
3. Deixem anar suaument l'hisop d'anada i tornada en la superfície de la placa d'Agar, sense pressionar massa, ja que la superfície és molt delicada. Com un patró zig-zag i sense tocar la zona d'Agar dos cops.
4. Tanquem la placa de Petri i la mantenim a temperatura ambient (les colònies triguen més temps en formar-se que si disposèssim d'una incubadora). 
5. Després de 24 hores, examinem el creixement de les colòlonies de bacteris. 

I aquestes imatges que us presento a continuació, són les que finalment hem pogut contemplar...