III. LAS BACTERIAS Y LA HISTORIA DE LA TIERRA

EN LA Antigüedad los sabios sostenían que la vida en la Tierra consistía fundamentalmente en dos formas de vida: las plantas y los animales. Más adelante, cuando los microbios fueron descubiertos, la división se hizo de una forma similar; los organismos más grandes y que se movían se consideraban como animales, y los que aparentemente no se movían, incluyendo a las bacterias, se consideraban como plantas. Conforme avanzó el conocimiento sobre el mundo microscópico, se llegó a la conclusión de que la clasificación original era insuficiente y se propusieron categorías adicionales tales como hongos, protozoarios y bacterias.

Sin embargo, posteriormente una nueva simplificación se llevó a cabo, ya que se pensó que los seres vivos podrían ser divididos en dos nuevamente, sólo que esta división sería a un nivel más profundo, es decir, sobre la estructura de la célula viviente. Aparentemente todas las células vistas en un microscopio pertenecían a una de dos categorías: las que tienen un núcleo bien definido (eucariontes o eucariótico, que significa de núcleo verdadero) y las células sin núcleo (procarionte, que quiere decir literalmente antes del núcleo, figura 6)

Las plantas y los animales multicelulares, lo mismo que varios organismos unicelulares y microscópicos como las levaduras y los protozoarios, tienen un núcleo bien definido y son eucariontes. Por otro lado están las bacterias que no tienen núcleo. Hasta aquí no parecía haber dificultad alguna en la clasificación, sin embargo, muy recientemente un grupo de investigadores ha revisado la clasificación que hasta ahora prevalecía y llegó a interesantes conclusiones: se encontró que entre las bacterias existe un grupo de organismos que no parece estar relacionado ni con los organismos superiores ni con los más simples. Estos nuevos organismos tampoco contienen núcleo, como las bacterias, y se parecen mucho a éstas en su morfología vistas en un microscopio. Sin embargo, en su composición química 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 sí 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 aún 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 climáticas que prevalecían probablemente en los orígenes de la historia de la Tierra, posiblemente las arqueobacterias son el grupo más antiguo de los tres.

III.2 BACTERIAS FÓSILES

Un hecho muy importante es que no solamente los animales y las plantas han dejado restos de su existencia como fósiles, sino que las bacterias, aunque pequeñas, también imprimieron la huella de su pasado en la Tierra, ya que, como vimos, estos pequeños organismos son capaces de modificar el medio ambiente. Los microfósiles, es decir los fósiles de las bacterias, se encuentran en sedimentos de todas las edades geológicas e incluso en las rocas sedimentarias que tienen 3 500 millones de años y que son las más antiguas que se conocen. Las bacterias o microbios existieron en un periodo de la historia de la Tierra en el que no había 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 geológicos. Hasta hace muy poco no se sabía gran cosa sobre la Era de los microorganismos y, por otra parte, los microfósiles aislados no dan mucha información. Sin embargo, se han descubierto otras estructuras fósiles de bacterias que forman aglomerados llamados estromatolitos y que son aparentemente colonias de bacterias mezcladas con minerales. Hoy en día se sabe que tales tipos de estructuras constituyen efectivamente aglomerados peculiares de bacterias que quizá eran fotosintéticas. Se piensa que es así porque los estromatolitos de bacterias fotosintéticas que se han fosilizado recientemente se asemejan a los antiguos, a tal grado que es razonable pensar que las estructuras antiguas también fueron formadas por bacterias fotosintéticas. Ésta es la única evidencia que se tiene sobre el origen de la evolución de las bacterias, el cual es tan oscuro como lo es el origen de las formas de vida superiores (Figura 16).

Figura 16. ¿Cuál es el antecesor común de todas las formas de vida? Ésta es sin duda una incógnita de gran importancia, ya que dentro de este esquema seforma el tronco común, de donde emergieron los organismos superiores primitivos (eucariontes), las bacterias y las arqueobacterias.

III.3 LA BIOQUÍMICA Y LA EVOLUCIÓN

La biología se ha servido de la bioquímica para tratar de descifrar el pasado de una célula o bacteria. Para tal fin se han utilizado moléculas propias de la célula como lo son las proteínas y los ácidos nucleicos (ácido ribonucleico, ARN, y ácido desoxirribonucleico, ADN). La idea en que se apoya este proceso se basa en que los organismos vivientes son mucho más ricos en información que los fósiles, información que se extiende más allá de los fósiles más antiguos. Sin embargo, para poder descifrar los antecedentes biológicos ha sido necesario desarrollar la tecnología para determinar la estructura del ácido desoxirribonucleico (ADN) que conforma un gene, la del ARN y la del producto de un gene, como son las proteínas. Para el caso de las proteínas (del griego proteios, primero), desde hace aproximadamente 25 años se llevan a cabo las determinaciones de las secuencias de aminoácidos que constituyen a varias de ellas. Sin embargo, la tecnología para la determinación de la secuencia de bases de ADN o ARN que forman los ácidos nucleicos ha sido perfeccionada muy recientemente (premio Nobel de Química 1980). Esta nueva tecnología permitirá sin duda descubrir rápidamente más acerca de la historia de la vida sobre la Tierra.

Ha sido con estas técnicas, que un grupo de científicos 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 células de los organismos superiores son relativamente grandes y están rodeadas por una membrana dentro de la cual se encuentra una serie de estructuras que a su vez están rodeadas de otras membranas. Estas estructuras subcelulares se llaman organelos. Por otra parte, las bacterias son muy distintas. En primer lugar, son más pequeñas, y en segundo lugar, ninguna de las estructuras que mencionamos antes se encuentra en ellas. Las bacterias están rodeadas por una sola membrana y en la mayoría de los casos están rodeadas, además, de una pared celular rígida. Toda la información genética de estos organismos está contenida en unos 2 000 a 3 000 genes, información que es muy pequeña comparada con la contenida en la célula de un animal superior. La cantidad de información genética en una célula eucarionte es varios cientos de miles de veces mayor que la de una bacteria.

La distinción entre seres superiores y bacterias se definió inicialmente en términos de las pequeñas estructuras subcelulares que se podían observar con un microscopio de luz. A ese nivel de definición, las células parecían grandes y complejas o pequeñas y simples. Sin embargo, esta distinción se ha tratado de llevar a niveles biológicos básicos, o sea a las moléculas que conforman dicha célula.

Ambos tipos de célula tienen procesos bioquímicos comunes, como, por ejemplo, los mecanismos por medio de los cuales se transforma la información genética que contiene el ADN en proteínas; sin embargo, algunos detalles sobre los mecanismos de estos procesos son, o bien típicamente de los organismos superiores, o bien típicamente bacterianos. Estas diferencias y similitudes dieron la pauta para que pareciera evidente que el árbol de la vida tenía sólo dos ramas, la de las bacterias y la de los organismos superiores. Recientemente se han acumulado una serie de evidencias que indican que la relación evolutiva entre ambos reinos es más 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 núcleo. Ambos tipos de organelos subcelulares son del tamaño de una bacteria y el aparato que contienen, destinado al procesamiento de material genético, 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 célula donde se desarrollaron, según propone la teoría endosimbiótica de la evolución (endo=interior, simbiosis=convivencia o relación). Esta teoría propone que la mitocondria era una bacteria respiratoria y el cloroplasto una bacteria fotosintética. Esta conjetura, que prevaleció durante más de cien años, fue comprobada para el caso de los cloroplastos y se logró comparando las secuencias de bases de una molécula de ARN (ácido ribonucleico), que resultaron estar íntimamente relacionadas con las de las bacterias fotosintéticas. Esto implica que por lo menos dos líneas descendientes de las bacterias están representadas en la célula 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 día se conoce poco sobre las leyes biológicas 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: metanogénicas, las que producen metano; halófilas extremas, las que viven en medios salinos extremos, y termoacidófilas, las que subsisten en ambientes calientes y ácidos. De los tres tipos las que predominan son las metanogénicas.

En 1776 Alessandro Volta descubrió la existencia de lo que él llamó aire combustible, que se forma en las aguas estancadas de riachuelos y lagos, que tienen gran cantidad de sedimentos ricos en vegetación en proceso de descomposición. Sin embargo, el hecho de que un microorganismo fuera el responsable de la producción de metano (el gas combustible), se descubrió mucho más tarde. Las bacterias metanogénicas están ampliamente distribuidas en la naturaleza en sitios carentes de oxígeno y por esta razón es imposible encontrarlas a cielo abierto, ya que el oxígeno es altamente tóxico para estos organismos.

Es posible que las bacterias metanogénicas existieran en casi cualquier sitio cuando la Tierra era aún joven, ya que probablemente las condiciones atmosféricas eran más adecuadas para ellas. Hoy sólo se encuentran en sitios donde el oxígeno está ausente, y presente el hidrógeno y el bióxido de carbono (C02). También es frecuente encontrar a estas bacterias asociadas a otras como las del género Clostridium, que metabolizan la materia orgánica en descomposición y liberan al medio hidrógeno como producto de desecho.

Este tipo de arqueobacterias, como ya mencionábamos, se encuentra en lugares donde hay agua estancada en putrefacción o en las plantas para el tratamiento de aguas negras. En la actualidad, el hombre ya las está aprovechando y se han podido obtener volúmenes suficientes de gas metano para ser utilizados industrialmente como combustible, hecho que atrae la atención de muchos científicos, ya que propone una alternativa al agotamiento de los energéticos no renovables.

Las metanógenas se encuentran también en uno de los estómagos de los rumiantes, en el que se degrada la celulosa, y en el tracto digestivo de la mayoría de los animales. También se pueden obtener del fondo de los océanos o de los manantiales de aguas termales, lo que demuestra que, a pesar de su intolerancia al oxígeno, 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 metabólicos.

Otro tipo de arqueobacterias son las halófilas extremas, que requieren concentraciones muy altas de sal para vivir. Su localización más común es en aguas que contienen cantidades saturantes de cloruro de sodio (sal). Se encuentran más comúnmente a lo largo de las costas y en aguas saturadas de sal como los grandes lagos salados o el Mar Muerto.

Las halófilas extremas dan un color rojizo a la sal en los pozos de evaporación y son capaces de descomponer el pescado salado. Estas bacterias han llamado la atención de los microbiólogos básicamente por dos razones. La primera es que presentan mecanismos para mantener diferencias enormes en la concentración de iones, como el sodio o el cloro, entre el interior y el exterior de la célula, y utilizan estas diferencias de concentración para el transporte de sustancias hacia el interior o el exterior de la célula. En segundo lugar, estas bacterias tienen un sistema fotosintético relativamente simple, ya que no se basa en la presencia de clorofila como en la molécula que capta la energía 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 función con gran detalle, lo que ha ayudado enormemente al avance del conocimiento de las proteínas membranales y sobre todo de aquellas proteínas que transforman la luz en energía química.

El tercer tipo de arqueobacteria que se conoce es el de las termoacidófilas, que también se caracterizan por habitar en un nicho ecológico peculiar. Sulfolobus, uno de los dos géneros de termoacidófilas, 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 característica particular de Sulfolobus es que el pH óptimo (la escala de pH se puede dividir en dos partes: 7.5 a 14, alcalino y de 7.5 a 0, ácido) para su crecimiento es muy ácido (generalmente pH = 2.0), si tomamos en cuenta que normalmente el pH adecuado para la vida es de 7.5. Así, se ve obligada a mantener en su interior un pH (el potencial hidrógeno = pH se refiere a la concentración de protones H+ en una solución) 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 algún tiempo se pensó que estos microorganismos tan peculiares se habían adaptado a nichos ecológicos distintos y extremos, pero hoy en día se sabe que integran un nuevo grupo de microorganismos.

El descubrimiento de un grupo nuevo de organismos es de gran importancia, ya que ayudará a revelar la historia del origen de la vida. Cuando solamente se conocían dos líneas a partir de las cuales se originarían todos los organismos vivientes, se hacía muy difícil la interpretación de las diferencias que las separan. Ha sido a partir del descubrimiento de una tercera línea de vida que la interpretación de las propiedades ancestrales y las recientemente adquiridas se ha hecho más equilibrada, ya que estas tres líneas de desarrollo son equidistantes entre sí.

El descubrimiento de las arqueobacterias ha permitido el acercamiento a dos problemas de gran importancia. Uno de ellos es la naturaleza del antecesor común a todas las formas de vida y el otro se refiere a la incógnita sobre la evolución de la célula de los organismos superiores.