III. LAS BACTERIAS Y LA HISTORIA DE LA TIERRA

EN LA Antig�edad los sabios sosten�an que la vida en la Tierra consist�a fundamentalmente en dos formas de vida: las plantas y los animales. M�s adelante, cuando los microbios fueron descubiertos, la divisi�n se hizo de una forma similar; los organismos m�s grandes y que se mov�an se consideraban como animales, y los que aparentemente no se mov�an, incluyendo a las bacterias, se consideraban como plantas. Conforme avanz� el conocimiento sobre el mundo microsc�pico, se lleg� a la conclusi�n de que la clasificaci�n original era insuficiente y se propusieron categor�as adicionales tales como hongos, protozoarios y bacterias.

Sin embargo, posteriormente una nueva simplificaci�n se llev� a cabo, ya que se pens� que los seres vivos podr�an ser divididos en dos nuevamente, s�lo que esta divisi�n ser�a a un nivel m�s profundo, es decir, sobre la estructura de la c�lula viviente. Aparentemente todas las c�lulas vistas en un microscopio pertenec�an a una de dos categor�as: las que tienen un n�cleo bien definido (eucariontes o eucari�tico, que significa de n�cleo verdadero) y las c�lulas sin n�cleo (procarionte, que quiere decir literalmente antes del n�cleo, figura 6)

Las plantas y los animales multicelulares, lo mismo que varios organismos unicelulares y microsc�picos como las levaduras y los protozoarios, tienen un n�cleo bien definido y son eucariontes. Por otro lado est�n las bacterias que no tienen n�cleo. Hasta aqu� no parec�a haber dificultad alguna en la clasificaci�n, sin embargo, muy recientemente un grupo de investigadores ha revisado la clasificaci�n que hasta ahora prevalec�a y lleg� a interesantes conclusiones: se encontr� que entre las bacterias existe un grupo de organismos que no parece estar relacionado ni con los organismos superiores ni con los m�s simples. Estos nuevos organismos tampoco contienen n�cleo, como las bacterias, y se parecen mucho a �stas en su morfolog�a vistas en un microscopio. Sin embargo, en su composici�n qu�mica y en la estructura de algunos de sus componentes moleculares son tan distintos de las bacterias (procariontes) como lo son de los organismos superiores (eucariontes).

Estos microbios forman por s� mismos un nuevo grupo, que se caracteriza por tener una forma de vida completamente diferente a lo conocido hasta ahora, al que se ha dado el nombre de arqueobacterias (arqueo: viejo o primitivo) y este curioso nombre hace evidentes algunas conjeturas sobre su origen a�n no comprobadas. Hay indicios de que este grupo de organismos es por lo menos tan antiguo como los otros dos, pero como algunas clases de arqueobacterias tienen formas de metabolismo que se adecuan bien a las condiciones clim�ticas que prevalec�an probablemente en los or�genes de la historia de la Tierra, posiblemente las arqueobacterias son el grupo m�s antiguo de los tres.

III.2 BACTERIAS F�SILES

Un hecho muy importante es que no solamente los animales y las plantas han dejado restos de su existencia como f�siles, sino que las bacterias, aunque peque�as, tambi�n imprimieron la huella de su pasado en la Tierra, ya que, como vimos, estos peque�os organismos son capaces de modificar el medio ambiente. Los microf�siles, es decir los f�siles de las bacterias, se encuentran en sedimentos de todas las edades geol�gicas e incluso en las rocas sedimentarias que tienen 3 500 millones de a�os y que son las m�s antiguas que se conocen. Las bacterias o microbios existieron en un periodo de la historia de la Tierra en el que no hab�a otras formas de vida. La Era de las bacterias fue muy importante, ya que en ella se produjo toda una serie de eventos evolutivos y geol�gicos. Hasta hace muy poco no se sab�a gran cosa sobre la Era de los microorganismos y, por otra parte, los microf�siles aislados no dan mucha informaci�n. Sin embargo, se han descubierto otras estructuras f�siles de bacterias que forman aglomerados llamados estromatolitos y que son aparentemente colonias de bacterias mezcladas con minerales. Hoy en d�a se sabe que tales tipos de estructuras constituyen efectivamente aglomerados peculiares de bacterias que quiz� eran fotosint�ticas. Se piensa que es as� porque los estromatolitos de bacterias fotosint�ticas que se han fosilizado recientemente se asemejan a los antiguos, a tal grado que es razonable pensar que las estructuras antiguas tambi�n fueron formadas por bacterias fotosint�ticas. �sta es la �nica evidencia que se tiene sobre el origen de la evoluci�n de las bacterias, el cual es tan oscuro como lo es el origen de las formas de vida superiores (Figura 16).

Figura 16. �Cu�l es el antecesor com�n de todas las formas de vida? �sta es sin duda una inc�gnita de gran importancia, ya que dentro de este esquema seforma el tronco com�n, de donde emergieron los organismos superiores primitivos (eucariontes), las bacterias y las arqueobacterias.

III.3 LA BIOQU�MICA Y LA EVOLUCI�N

La biolog�a se ha servido de la bioqu�mica para tratar de descifrar el pasado de una c�lula o bacteria. Para tal fin se han utilizado mol�culas propias de la c�lula como lo son las prote�nas y los �cidos nucleicos (�cido ribonucleico, ARN, y �cido desoxirribonucleico, ADN). La idea en que se apoya este proceso se basa en que los organismos vivientes son mucho m�s ricos en informaci�n que los f�siles, informaci�n que se extiende m�s all� de los f�siles m�s antiguos. Sin embargo, para poder descifrar los antecedentes biol�gicos ha sido necesario desarrollar la tecnolog�a para determinar la estructura del �cido desoxirribonucleico (ADN) que conforma un gene, la del ARN y la del producto de un gene, como son las prote�nas. Para el caso de las prote�nas (del griego proteios, primero), desde hace aproximadamente 25 a�os se llevan a cabo las determinaciones de las secuencias de amino�cidos que constituyen a varias de ellas. Sin embargo, la tecnolog�a para la determinaci�n de la secuencia de bases de ADN o ARN que forman los �cidos nucleicos ha sido perfeccionada muy recientemente (premio Nobel de Qu�mica 1980). Esta nueva tecnolog�a permitir� sin duda descubrir r�pidamente m�s acerca de la historia de la vida sobre la Tierra.

Ha sido con estas t�cnicas, que un grupo de cient�ficos ha logrado reconocer recientemente a las arqueobacterias como una tercera forma de vida. Para apreciar la verdadera diferencia entre las arqueobacterias y las otras dos formas de vida, debemos recordar que se han definido criterios para distinguirlas.

Recordemos que las c�lulas de los organismos superiores son relativamente grandes y est�n rodeadas por una membrana dentro de la cual se encuentra una serie de estructuras que a su vez est�n rodeadas de otras membranas. Estas estructuras subcelulares se llaman organelos. Por otra parte, las bacterias son muy distintas. En primer lugar, son m�s peque�as, y en segundo lugar, ninguna de las estructuras que mencionamos antes se encuentra en ellas. Las bacterias est�n rodeadas por una sola membrana y en la mayor�a de los casos est�n rodeadas, adem�s, de una pared celular r�gida. Toda la informaci�n gen�tica de estos organismos est� contenida en unos 2 000 a 3 000 genes, informaci�n que es muy peque�a comparada con la contenida en la c�lula de un animal superior. La cantidad de informaci�n gen�tica en una c�lula eucarionte es varios cientos de miles de veces mayor que la de una bacteria.

La distinci�n entre seres superiores y bacterias se defini� inicialmente en t�rminos de las peque�as estructuras subcelulares que se pod�an observar con un microscopio de luz. A ese nivel de definici�n, las c�lulas parec�an grandes y complejas o peque�as y simples. Sin embargo, esta distinci�n se ha tratado de llevar a niveles biol�gicos b�sicos, o sea a las mol�culas que conforman dicha c�lula.

Ambos tipos de c�lula tienen procesos bioqu�micos comunes, como, por ejemplo, los mecanismos por medio de los cuales se transforma la informaci�n gen�tica que contiene el ADN en prote�nas; sin embargo, algunos detalles sobre los mecanismos de estos procesos son, o bien t�picamente de los organismos superiores, o bien t�picamente bacterianos. Estas diferencias y similitudes dieron la pauta para que pareciera evidente que el �rbol de la vida ten�a s�lo dos ramas, la de las bacterias y la de los organismos superiores. Recientemente se han acumulado una serie de evidencias que indican que la relaci�n evolutiva entre ambos reinos es m�s complicada de lo que se pensaba. Por ejemplo, dos organelos subcelulares, como las mitocondrias y los cloroplastos, contienen su propio ADN, aparte del que se encuentra en el n�cleo. Ambos tipos de organelos subcelulares son del tama�o de una bacteria y el aparato que contienen, destinado al procesamiento de material gen�tico, es muy similar al de las bacterias.

Estas evidencias, entre otras, han llevado a pensar que tanto las mitocondrias como los cloroplastos descienden de los procariontes, y que quedaron atrapados dentro de una c�lula donde se desarrollaron, seg�n propone la teor�a endosimbi�tica de la evoluci�n (endo=interior, simbiosis=convivencia o relaci�n). Esta teor�a propone que la mitocondria era una bacteria respiratoria y el cloroplasto una bacteria fotosint�tica. Esta conjetura, que prevaleci� durante m�s de cien a�os, fue comprobada para el caso de los cloroplastos y se logr� comparando las secuencias de bases de una mol�cula de ARN (�cido ribonucleico), que resultaron estar �ntimamente relacionadas con las de las bacterias fotosint�ticas. Esto implica que por lo menos dos l�neas descendientes de las bacterias est�n representadas en la c�lula de los organismos superiores.

III.4 UN MODO DE VIDA DIFERENTE

Con estos antecedentes podemos regresar al tema de las arqueobacterias. Cabe aclarar que hoy en d�a se conoce poco sobre las leyes biol�gicas que gobiernan a estos peculiares microbios y que se trata de un campo en pleno desarrollo. El grupo de las arqueobacterias incluye tres tipos de bacterias: metanog�nicas, las que producen metano; hal�filas extremas, las que viven en medios salinos extremos, y termoacid�filas, las que subsisten en ambientes calientes y �cidos. De los tres tipos las que predominan son las metanog�nicas.

En 1776 Alessandro Volta descubri� la existencia de lo que �l llam� aire combustible, que se forma en las aguas estancadas de riachuelos y lagos, que tienen gran cantidad de sedimentos ricos en vegetaci�n en proceso de descomposici�n. Sin embargo, el hecho de que un microorganismo fuera el responsable de la producci�n de metano (el gas combustible), se descubri� mucho m�s tarde. Las bacterias metanog�nicas est�n ampliamente distribuidas en la naturaleza en sitios carentes de ox�geno y por esta raz�n es imposible encontrarlas a cielo abierto, ya que el ox�geno es altamente t�xico para estos organismos.

Es posible que las bacterias metanog�nicas existieran en casi cualquier sitio cuando la Tierra era a�n joven, ya que probablemente las condiciones atmosf�ricas eran m�s adecuadas para ellas. Hoy s�lo se encuentran en sitios donde el ox�geno est� ausente, y presente el hidr�geno y el bi�xido de carbono (C02). Tambi�n es frecuente encontrar a estas bacterias asociadas a otras como las del g�nero Clostridium, que metabolizan la materia org�nica en descomposici�n y liberan al medio hidr�geno como producto de desecho.

Este tipo de arqueobacterias, como ya mencion�bamos, se encuentra en lugares donde hay agua estancada en putrefacci�n o en las plantas para el tratamiento de aguas negras. En la actualidad, el hombre ya las est� aprovechando y se han podido obtener vol�menes suficientes de gas metano para ser utilizados industrialmente como combustible, hecho que atrae la atenci�n de muchos cient�ficos, ya que propone una alternativa al agotamiento de los energ�ticos no renovables.

Las metan�genas se encuentran tambi�n en uno de los est�magos de los rumiantes, en el que se degrada la celulosa, y en el tracto digestivo de la mayor�a de los animales. Tambi�n se pueden obtener del fondo de los oc�anos o de los manantiales de aguas termales, lo que demuestra que, a pesar de su intolerancia al ox�geno, se encuentran ampliamente distribuidas sobre la Tierra. Actualmente estas bacterias se mantienen, en condiciones adecuadas, en varios laboratorios del mundo y son utilizadas en las investigaciones sobre sus procesos metab�licos.

Otro tipo de arqueobacterias son las hal�filas extremas, que requieren concentraciones muy altas de sal para vivir. Su localizaci�n m�s com�n es en aguas que contienen cantidades saturantes de cloruro de sodio (sal). Se encuentran m�s com�nmente a lo largo de las costas y en aguas saturadas de sal como los grandes lagos salados o el Mar Muerto.

Las hal�filas extremas dan un color rojizo a la sal en los pozos de evaporaci�n y son capaces de descomponer el pescado salado. Estas bacterias han llamado la atenci�n de los microbi�logos b�sicamente por dos razones. La primera es que presentan mecanismos para mantener diferencias enormes en la concentraci�n de iones, como el sodio o el cloro, entre el interior y el exterior de la c�lula, y utilizan estas diferencias de concentraci�n para el transporte de sustancias hacia el interior o el exterior de la c�lula. En segundo lugar, estas bacterias tienen un sistema fotosint�tico relativamente simple, ya que no se basa en la presencia de clorofila como en la mol�cula que capta la energ�a luminosa, sino en un pigmento presente en su membrana, llamado bacteriorrodopsina, que es muy similar a uno de los pigmentos que se encuentran en la retina del ojo. Dicho pigmento ha sido muy estudiado y actualmente se conocen su estructura y su funci�n con gran detalle, lo que ha ayudado enormemente al avance del conocimiento de las prote�nas membranales y sobre todo de aquellas prote�nas que transforman la luz en energ�a qu�mica.

El tercer tipo de arqueobacteria que se conoce es el de las termoacid�filas, que tambi�n se caracterizan por habitar en un nicho ecol�gico peculiar. Sulfolobus, uno de los dos g�neros de termoacid�filas, se encuentra en los manantiales de aguas sulfurosas, y crece y se desarrolla generalmente a temperaturas de aproximadamente 80°C, y algunas variedades lo hacen inclusive a temperaturas de 90°C. Otra caracter�stica particular de Sulfolobus es que el pH �ptimo (la escala de pH se puede dividir en dos partes: 7.5 a 14, alcalino y de 7.5 a 0, �cido) para su crecimiento es muy �cido (generalmente pH = 2.0), si tomamos en cuenta que normalmente el pH adecuado para la vida es de 7.5. As�, se ve obligada a mantener en su interior un pH (el potencial hidr�geno = pH se refiere a la concentraci�n de protones H+ en una soluci�n) de aproximadamente 7.5. Pero no solamente puede sobrevivir con estas diferencias tan grandes de pH, sino que las aprovecha para importar nutrientes a su interior (Figura 14).

Por alg�n tiempo se pens� que estos microorganismos tan peculiares se hab�an adaptado a nichos ecol�gicos distintos y extremos, pero hoy en d�a se sabe que integran un nuevo grupo de microorganismos.

El descubrimiento de un grupo nuevo de organismos es de gran importancia, ya que ayudar� a revelar la historia del origen de la vida. Cuando solamente se conoc�an dos l�neas a partir de las cuales se originar�an todos los organismos vivientes, se hac�a muy dif�cil la interpretaci�n de las diferencias que las separan. Ha sido a partir del descubrimiento de una tercera l�nea de vida que la interpretaci�n de las propiedades ancestrales y las recientemente adquiridas se ha hecho m�s equilibrada, ya que estas tres l�neas de desarrollo son equidistantes entre s�.

El descubrimiento de las arqueobacterias ha permitido el acercamiento a dos problemas de gran importancia. Uno de ellos es la naturaleza del antecesor com�n a todas las formas de vida y el otro se refiere a la inc�gnita sobre la evoluci�n de la c�lula de los organismos superiores.