Un equipo de científicos de Penn State está trabajando para resolver uno de los mayores misterios sin resolver del mundo: cómo se originó la vida en la Tierra y cómo podría haber evolucionado en otros planetas.
por Adrienne Berard, Universidad Estatal de Pensilvania
Jennifer Macalady, profesora de geociencias en Penn State, es una microbióloga que estudia las interacciones biológicas entre los recursos limitados que estaban disponibles en la Tierra primitiva: agua, gases atmosféricos y rocas. Su investigación la lleva a algunos de los lugares más hostiles para la vida en la Tierra, en busca de biopelículas microbianas que puedan sobrevivir allí.
Su expedición más reciente fue a tres lagos dentro del sistema de cuevas Frasassi en Italia, acompañada por Dani Buchheister, estudiante de doctorado en geociencias y astrobiología en Penn State. El proyecto aparece en la edición de octubre de National Geographic . Macalady y Buchheister hablaron con Penn State News para explicar más sobre el alcance del trabajo.
P: Antes de entrar en los detalles de la expedición que dirigió en febrero y que aparece en la revista, ¿qué puede decirme sobre su investigación en términos más generales?
Buchheister : Estamos interesados en el tipo de vida que sobrevive en ambientes únicos, o incluso hostiles. Queremos entender qué nos puede decir esto sobre los límites de la vida en general y, más específicamente, cómo podría existir vida en otros planetas.
Macalady : Yo lo apoyo y agregaría que estamos particularmente interesados en microbios que nunca hemos conocido. La motivación para esto es que queremos comprender la diversidad de los microbios de este planeta. La diversidad que conocemos es limitada y está influenciada por dónde hemos mirado. El subsuelo de nuestro planeta es el hábitat menos explorado de la Tierra, por lo que es un lugar natural para buscar vida que nunca antes habíamos visto.
P: ¿Y qué esperas entender específicamente?
Buchheister : Para mí, la parte más motivadora de la investigación es saber qué hacen los microbios para sobrevivir en estos entornos extremos. Tomemos, por ejemplo, este sitio en Italia, es un lago en una cueva que no tiene mucho movimiento en sus aguas, está estratificado, por lo que hay capa tras capa de agua subterránea donde crecen biopelículas sin cantidades detectables de oxígeno. A las biopelículas les faltan muchos de los ingredientes comunes disponibles en la superficie para que crezcan los microbios, pero, según todos los indicios, están vivos.
Macalady : Los microbios que viven en las profundidades del subsuelo tienen que emplear estrategias diferentes a las que vemos en la superficie. Viven en condiciones que se parecen más a lo que creemos que era la Tierra primitiva, antes del Gran Evento de Oxidación, antes de que la atmósfera y la superficie de la Tierra estuvieran expuestas a altos niveles de oxígeno como lo están hoy. Al estudiar los microbios en las profundidades del subsuelo, podemos aprender cómo obtienen energía de un entorno que no tiene luz solar ni oxígeno, que son los principales recursos que alimentan la vida en la superficie.
P: ¿Cómo puedes usar eso para entender cómo evolucionó la vida aquí o posiblemente en otros planetas?
Macalady : Estamos hablando de vida que puede arreglárselas solo con rocas y agua y las interacciones entre ambas. La Tierra primitiva era un lugar muy extraño. Realmente no era el mismo planeta en el que vivimos hoy, por lo que no hay mucho salto entre estudiar entornos que podrían representar la Tierra primitiva y pensar en entornos de otros planetas.
Buchheister : Este entorno que estamos explorando dentro del subsuelo de la Tierra en Italia tiene un tipo particular de química que ayuda a crear biopelículas capaces de aprovechar energía de casi la nada. Tienen un metabolismo, por lo que una gran parte de mi motivación es aprender más sobre cómo funciona ese metabolismo y qué puede decirnos sobre la vida en la Tierra primitiva y la posibilidad de vida en otros planetas.
Macalady : Algo que puede prosperar a partir de un sistema geológico, solo rocas y agua, es bastante especial. El metabolismo específico que le interesa a Dani es esencialmente una forma de vida desaparecida, extinta o llevada a cabo por microbios que nunca hemos conocido. Ahora hay muchos mejores trabajos para la vida. Hay muchas otras formas más jugosas de ganarse la vida. Cuando la vida comenzaba o estaba cerca del origen de la vida, había muchas menos opciones. La reacción que Dani está investigando también es especial en el sentido de que los científicos la han imaginado como el primer metabolismo en la Tierra.
P: Debe ser muy emocionante estar a la vanguardia de una exploración como esta. ¿Cómo se siente?
Buchheister : Es emocionante porque hay muchas incógnitas sobre esta biopelícula. ¿Que hay en ello? ¿Qué están haciendo esos microbios? ¿Por qué están ahí y cómo crecen? Hay tantas cosas que no sabemos, lo cual es un espacio increíble para operar como científico.
Macalady : También lo hace particularmente desafiante, porque los métodos utilizados para estudiar los microbios no fueron diseñados para nuevas formas de vida que nunca antes habíamos visto. Una bacteria comúnmente estudiada como E. coli podría dividirse en una hora y sería relativamente fácil de muestrear y analizar, pero los tipos de organismos que estamos buscando son muy, muy difíciles de detectar, y mucho menos de crecer en un laboratorio. Se requiere perseverancia.
En el Lago dell’Orsa se pueden ver las siluetas de los buceadores Nadir Quarta y Kenny Broad mientras descienden en busca de biopelículas para tomar muestras. Crédito: Dani Buchheister/Penn State
El buceador de cuevas Nadir Quarta flota en el Lago dell’Orsa mientras espera su turno para ascender a la entrada de la cueva. Crédito: Dani Buchheister/Penn State
La fotógrafa submarina Shireen Rahimi observa la caída de 80 pies hasta el Lago dell’Orsa, uno de los lugares de muestreo de biopelículas. Crédito: Dani Buchheister/Penn State
La profesora de Penn State, Jennifer Macalady (izquierda), ayuda al buzo Kenny Broad con el equipo en preparación para una inmersión de muestreo. Crédito: Dani Buchheister/Penn State
P: Para empezar, también existen muchos desafíos logísticos involucrados en la obtención de las muestras, ¿correcto?
Macalady : Nuestra capacidad para tomar muestras en las profundidades subterráneas depende en gran medida de la colaboración con buceadores técnicos experimentados y exploradores de cuevas italianos locales, que nos ayudan a llegar a donde necesitamos ir con seguridad. La colaboración es realmente fundamental y nuestro trabajo sería imposible sin el apoyo de todo un equipo de personas en cada expedición. Los espeleólogos locales son esencialmente científicos ciudadanos que han estado explorando estas áreas en apoyo de nuestra investigación durante 20 años, y su conocimiento y habilidades acumulados son invaluables para nuestra investigación.
P: ¿Qué implica construir esas relaciones, porque imagino que la confianza es literalmente vital cuando se trabaja en estas condiciones?
Macalady : Eso es absolutamente cierto. Somos muy cuidadosos con los espeleólogos y buceadores con los que trabajamos, y tenemos muy claros los parámetros de esa relación en términos de seguridad y niveles adecuados de formación. Prefiero trabajar con buceadores y guías que no estén demasiado emocionados o entusiasmados, sino más reservados y calculados.
Prefiero un buceador que diga: «Eso es demasiado complicado» o «Eso requerirá varias inmersiones y más tiempo del deseado». Siempre es estresante cuando los buzos están en el agua, pero cuando tienes un equipo muy medido con quien planificar, es un poco menos estresante.
Buchheister : Debo añadir que, según mi experiencia hasta ahora, los buzos están realmente entusiasmados con el trabajo una vez que obtienen una muestra en tierra firme. Hay una intensa concentración en nuestras respectivas tareas antes de ese momento, pero después hay un ambiente increíble y de celebración cuando todo se logra de la manera que nos propusimos. Ha sido increíble experimentar eso.
P: ¿Cuáles son los próximos pasos del equipo?
Macalady : Estamos planeando un viaje de regreso al mismo sitio en Italia para hacer una catalogación más exhaustiva de la química de los lagos, además de dejar algunos registradores de datos que rastrearán la química en el agua a lo largo del tiempo, mientras no estemos allí. . También estamos experimentando con un vehículo sumergible operado a distancia que algún día podría aliviar la carga de los buceadores humanos en la investigación.
Buchheister : Como solo podemos ir allí con cierta frecuencia, solo obtenemos una instantánea momentánea del sistema. Esperamos que, al dejar atrás los registradores de datos, podamos ver en algunas temporadas si hay o no cambios sustanciales en la química de esas aguas que puedan tener implicaciones en lo que los microbios están haciendo allí abajo.
Por lo tanto, gran parte del trabajo futuro en este campo se orientará hacia la comprensión del contexto ambiental donde crecen estos microbios. Y, por supuesto, en el laboratorio, muchos pacientes esperando que los microbios crezcan usando solo agua y rocas.
