A unos dos mil quinientos metros bajo la superficie del océano, la luz del Sol ha desaparecido. El agua ejerce una presión que nuestro cuerpo no soportaría sin protección. En algunos lugares, el fondo se abre y deja escapar fluidos calentados en el interior de la Tierra. A su alrededor hay almejas, gusanos tubícolas y comunidades de microorganismos.
Me cuesta imaginar esa escena sin sentir que algo está fuera de lugar. Hemos aprendido a reconocer la vida entre hojas, raíces y animales que se mueven bajo la luz. Aquí, en cambio, el paisaje parece construido con los elementos que asociamos a su ausencia.
Sin embargo, el problema está en nuestra expectativa.
En 1977, una expedición que investigaba la dorsal de las Galápagos encontró comunidades alrededor de fuentes hidrotermales profundas. El descubrimiento sorprendió por su abundancia y, sobre todo, por aquello que las sostenía: microorganismos capaces de aprovechar energía química y producir materia orgánica allí donde no llegaba la luz solar.
No se había descubierto que existieran animales en las profundidades. Eso ya se sabía. Lo inesperado era encontrar una base de producción biológica local que no necesitaba fotosíntesis.
Imagino la dificultad de comprender lo que mostraban aquellas imágenes. No bastaba con añadir unas especies al inventario. Había que explicar de dónde salía la energía para mantenerlas vivas.
Extremo para quién
Llamamos extremófilos a los organismos cuyo crecimiento óptimo ocurre en condiciones que resultan extremas para buena parte de la vida que conocemos. Algunos prosperan con mucho calor; otros, en aguas muy saladas, ácidas o alcalinas. También existen especialistas del frío y de las grandes presiones.
La palabra necesita una precaución: describe una relación entre un organismo y su ambiente. Un lugar insoportable para nosotros puede ser perfectamente adecuado para él.
Pero tampoco significa que todo sea relativo. El calor modifica las moléculas, la sal altera el movimiento del agua y la acidez afecta reacciones celulares. Son dificultades materiales, aunque distintos organismos las afronten de maneras diferentes.
Además, tolerar no equivale a necesitar. Un microorganismo extremotolerante puede soportar una condición alejada de su óptimo. Un extremófilo puede crecer mejor precisamente allí; algunos requieren esas condiciones. Y sobrevivir durante un tiempo, quizá con la actividad casi detenida, no demuestra que sea posible alimentarse y reproducirse en ese ambiente.
Hay bacterias, arqueas y eucariotas adaptados a condiciones extremas. Las bacterias y las arqueas son organismos unicelulares procariotas: sus células carecen de núcleo. Sin embargo, constituyen dos dominios distintos de la vida, con diferencias fundamentales en su composición y su maquinaria molecular. Los eucariotas, cuyas células poseen núcleo, incluyen algas y hongos capaces de habitar ambientes inusuales.
Tampoco estamos ante un descubrimiento surgido de la nada en 1977. La microbiología ya estudiaba organismos de salinas y aguas termales. En 1969, Thomas Brock y Hudson Freeze describieron la bacteria Thermus aquaticus. Las fuentes profundas ampliaron una investigación que tenía antecedentes; no inauguraron nuestra relación con toda forma de vida extraordinaria.
Lo que una célula tiene que conservar
Una célula viva necesita mantener diferencias entre su interior y el exterior. Su membrana permite intercambiar sustancias y conservar gradientes químicos que participan en la obtención de energía. Si pierde ese control, el metabolismo deja de funcionar.
Por eso las adaptaciones no consisten simplemente en añadir una cubierta resistente.
En ciertas arqueas adaptadas al calor, algunos lípidos atraviesan todo el espesor de la membrana y forman una monocapa. Sus cadenas quedan unidas de extremo a extremo, en lugar de organizarse únicamente en dos capas enfrentadas. Esta arquitectura puede reducir la permeabilidad y favorecer la estabilidad. Sus enlaces de tipo éter también contribuyen a una química distinta de la habitual en nuestras membranas.
No todas las arqueas usan exactamente esa solución ni todas viven con calor extremo. Lo interesante es que modificar la estructura de una frontera microscópica cambia las condiciones en las que puede funcionar una célula.
Las proteínas plantean otro problema. Su actividad depende de conservar una forma tridimensional apropiada. El calor puede desorganizarla. En determinadas proteínas de organismos termófilos, un empaquetamiento más compacto y redes de interacciones entre sus componentes ayudan a estabilizarla.
No existe una modificación universal que explique todas las proteínas resistentes al calor. Hay combinaciones de recursos, con ventajas y costes. Una estructura muy estable puede resultar demasiado rígida para trabajar eficazmente a temperaturas bajas.
La evolución no produce organismos preparados para cualquier mundo. Produce organismos que funcionan dentro de ciertas condiciones.
Cuando la sal deja de ser un conservador
Usamos sal para conservar alimentos porque dificulta el crecimiento de muchos microorganismos. En un medio muy salado, una célula puede perder agua hacia el exterior y dejar de funcionar.
Halobacterium salinarum, pese a su nombre, es una arquea. Habita ambientes hipersalinos y acumula elevadas concentraciones de sales en su interior, especialmente cloruro de potasio. Así reduce el desequilibrio osmótico con el medio.
Pero introducir sal no resolvería nada si sus proteínas dejaran de funcionar. Su maquinaria celular está adaptada a trabajar en ese interior salino. Lo que para otra célula sería una alteración peligrosa forma parte de sus condiciones habituales.
Otros microorganismos emplean una estrategia diferente: acumulan moléculas orgánicas llamadas solutos compatibles. Ayudan a equilibrar el intercambio de agua sin interferir demasiado con los procesos celulares. El alga Dunaliella salina, por ejemplo, utiliza glicerol.
Me asombra que incluso frente a un mismo problema la vida presente soluciones tan distintas. Esa diversidad impide imaginar una única receta de resistencia. Y ninguna convierte a sus portadores en invulnerables al calor, la acidez o la falta de energía.
La energía que no vemos
Volvamos al fondo del océano.
El agua penetra por grietas, circula entre rocas y se calienta. Durante ese recorrido cambia su composición química. Cuando regresa al mar puede transportar sustancias como sulfuro de hidrógeno e hidrógeno molecular.
Al mezclarse con el agua circundante aparecen oportunidades metabólicas: sustancias capaces de ceder electrones se encuentran con otras capaces de recibirlos. Determinados microorganismos aprovechan esas transferencias para conservar energía utilizable.
Un ejemplo es la oxidación del sulfuro de hidrógeno con oxígeno. La célula organiza una serie de reacciones que permite utilizar la energía liberada para sostener su actividad. No vive simplemente del calor ni de estar junto a una chimenea. Necesita una combinación química aprovechable.
Aquí conviene separar dos preguntas que solemos confundir: de dónde obtiene energía un organismo y de dónde obtiene el carbono con el que construye su cuerpo.
La quimiotrofía designa el aprovechamiento de energía mediante reacciones químicas. La quimiolitotrofía implica utilizar sustancias inorgánicas como donadoras de electrones. La quimioautotrofía combina energía química con carbono inorgánico, como el del dióxido de carbono, para fabricar materia orgánica. Los términos describen aspectos relacionados, pero no equivalentes.
Los microorganismos que oxidan sulfuro y fijan dióxido de carbono pueden reunir esas características. La energía permite realizar el trabajo; el carbono aporta material para construir biomasa.
Eso es lo decisivo en la quimiosíntesis de estos ecosistemas: una producción de materia orgánica sostenida por energía química. Otros organismos se alimentan de esa producción y, a su vez, alimentan a otros.
En ciertos gusanos tubícolas, como Riftia pachyptila, la asociación es todavía más íntima. Los adultos carecen de aparato digestivo funcional y alojan bacterias simbióticas en un tejido especializado. El animal les proporciona sustancias necesarias; las bacterias producen compuestos orgánicos que contribuyen a nutrirlo.
La escena visible depende de una actividad que casi no podemos ver.
Hay, sin embargo, un matiz importante. Muchas de estas reacciones utilizan oxígeno, cuya presencia en el océano actual está ligada a la fotosíntesis. Vivir sin luz directa no significa necesariamente ser independiente de toda contribución del Sol.
También existen metabolismos anaerobios, que emplean otros aceptores de electrones. Y buena parte del océano profundo recibe materia orgánica producida cerca de la superficie. La oscuridad no nos dice, por sí sola, cómo se alimenta una comunidad.
La frontera no es una cifra
Las imágenes de chimeneas hidrotermales pueden producir otro equívoco. Algunos fluidos salen a temperaturas de cientos de grados, pero eso no significa que los animales cercanos vivan a esas temperaturas.
La mezcla con agua fría genera microambientes diferentes. Entre una salida de fluido y una superficie próxima pueden cambiar rápidamente la temperatura y la composición química. Para comprender dónde vive un organismo hay que estudiar ese pequeño espacio, no atribuirle la temperatura de toda la fuente.
En 2008, un equipo encabezado por Ken Takai documentó divisiones celulares de la arquea Methanopyrus kandleri, cepa 116, a 122 °C bajo una presión de 40 megapascales. Es un resultado experimental extraordinario. También es una afirmación delimitada: una cepa, unas condiciones y una observación de crecimiento.
No demuestra que cualquier célula soporte esa temperatura. Tampoco establece una frontera universal y definitiva.
El agua introduce restricciones igual de importantes. No basta con que un ambiente parezca húmedo. La actividad de agua describe su disponibilidad termodinámica para participar en los procesos biológicos; las sustancias disueltas pueden reducirla. Una salmuera puede contener abundante agua y, aun así, dificultar enormemente la actividad celular.
Las restricciones se combinan. La presión afecta membranas y proteínas; el pH modifica equilibrios químicos; la temperatura cambia la velocidad de las reacciones y la estabilidad molecular.
También hace falta energía suficiente para mantener y reparar la célula. Una condición puede ser soportable durante un experimento breve y resultar incompatible con generaciones de crecimiento.
La protección y reparación del ADN contribuyen a la supervivencia de distintos microorganismos, pero reparar daños también requiere recursos. Ninguna capacidad de adaptación elimina indefinidamente esa cuenta.
Por eso desconfío de la frase que asegura que la vida siempre encuentra un camino. Puede expresar asombro, pero no explica lo que ocurre. La evolución no tiene una intención ni puede negociar con cualquier restricción física.
Lo extraordinario merece una explicación más precisa.
Lo que podemos buscar bajo el hielo
Estos descubrimientos cambiaron también nuestra manera de estudiar otros mundos.
Europa, una luna de Júpiter, presenta evidencias de un océano bajo su corteza helada. Encélado, una luna de Saturno, expulsa material de su interior que la misión Cassini pudo analizar. Sus datos revelaron hidrógeno molecular y, en análisis posteriores de granos de hielo, fosfatos.
El hidrógeno es compatible con procesos de interacción entre agua y roca que podrían aportar energía química. Los fosfatos incorporan a la investigación un elemento esencial para la vida terrestre. Ninguno de esos hallazgos constituye el descubrimiento de un organismo.
Lo que permiten es formular preguntas concretas: qué reacciones serían posibles, qué materiales estarían disponibles y cuánto tiempo podrían mantenerse esas condiciones.
Un océano oculto puede interesarnos aunque su superficie parezca hostil. La experiencia terrestre demuestra que la fotosíntesis no es la única base posible para producir biomasa.
Pero un ambiente habitable y un ambiente habitado son cosas distintas. Tampoco sabemos si las condiciones que permiten mantener una forma de vida bastan para que la vida se origine. Incluso encontrar moléculas orgánicas exige prudencia: pueden formarse mediante procesos que no involucran organismos.
Hasta ahora no hay vida extraterrestre confirmada.
Reconocerlo no reduce el alcance de lo que hemos aprendido. Evita atribuir a una observación más de lo que demuestra.
Pienso otra vez en aquellas comunidades del fondo marino. Los animales llaman primero nuestra atención. Después aparecen las bacterias, los intercambios químicos, las membranas y las reacciones que hacen posible el conjunto.
La escena no pierde fuerza al comprenderla. Se vuelve más extraña y más concreta.
Podemos empezar viendo oscuridad y terminar distinguiendo un lugar donde se produce alimento. Podemos observar una salmuera y descubrir que, para ciertas células, diluirla sería perjudicial.
La palabra «imposible» necesita entonces algo más que nuestra primera impresión. Necesita saber de qué organismo hablamos, qué puede hacer y en qué condiciones.
En el fondo del océano, la oscuridad sigue siendo absoluta. Ahora sabemos un poco mejor qué mirar dentro de ella.