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Los microorganismos más pequeños
Alberto González Fairén
a reducción del tamaño en los seres vivos parece ser una adaptación a circunstancias ambientales determinadas, incluyendo estrés por escasez de recursos o por otros motivos. De hecho, los organismos más pequeños conocidos se sitúan en ramas relativamente recientes de la filogenia del ARN. Pero ¿existe un límite mínimo de tamaño para los seres vivos? Aparentemente, esta pregunta debería ser sencilla de responder: basta con identificar y medir las células más pequeñas (Figura 1). Sin embargo, para poder entender los factores que determinan este límite inferior hay que comprender la química y la ecología de la vida celular. Se puede abordar la cuestión desde dos ángulos diferentes y complementarios. Por un lado, es necesario determinar los límites observables de los organismos que habitan la Tierra hoy. Y, por otro, establecer los límites teóricos de tamaño de los seres vivos, no fijados por la bioquímica de células conocidas.
Tinción de Gram mostrando un cultivo de E. coli
Figura 1: Tinción de Gram mostrando un cultivo de E. coli, bacteria típica del tracto digestivo, de 2 micrómetros
de longitud. (CDC)
La respuesta a la primera cuestión evoluciona a medida que lo hacen las técnicas biológicas de observación y de identificación. Hace una década, existía cierto consenso acerca de que las bacterias con tamaño entre 300 y 500 nm son comunes en entornos oligotróficos, mientras que no era posible observar células más pequeñas. Las observaciones indicaban que el tamaño mínimo era similar en bacterias y arqueas. Sin embargo, en 2006, el grupo de Brett Baker, de Berkeley, descubrió tres variedades de arqueas que presentan un diámetro inferior a 200 nm, y que habitan en fluidos recogidos en el interior de minas, alimentándose de compuestos de hierro y acidificando su entorno (Figura 2). La búsqueda del tamaño mínimo continúa, por lo tanto, aunque se enfrenta con dos problemas que lastran el objetivo de conseguir una respuesta final. En primer lugar, los métodos usados para medir el tamaño celular acarrean un inherente margen de error, que puede resultar crítico en este caso. Y, en segundo término, la biología aún no es capaz de hacer crecer en laboratorio a la mayoría de las células descritas en sus entornos naturales, lo que condiciona el conocimiento de la diversidad biológica en nanoescala.
Arqueas en la mina Richmond
Figura 2: Arqueas en la mina Richmond, en California.
(B. Barker/UC Berkeley)
La segunda cuestión ha sido largamente debatida por la comunidad científica, que llegó a un primer consenso en 1998: los organismos de vida libre (no parásitos ni simbiontes) requieren un mínimo de proteínas, genes y ribosomas. Para las proteínas, este número se estimó en aproximadamente 1.000 copias de unas 250 a 450 proteínas no ribosomales. El complemento génico indispensable oscilaría entre 250 y 450 genes, lo que representaría un 10-15% del peso seco del microorganismo, teniendo en cuenta que una doble cadena de ADN tiene un diámetro de 2 nm (Figura 3). Los ribosomas serían uno de los factores determinantes del tamaño, ya que un solo ribosoma tiene un grosor de unos 20 nm, y rodeado por membrana y pared ocuparía una esfera de entre 50 y 60 nm; como el número de ribosomas depende básicamente de la tasa de crecimiento del organismo, los microorganismos más pequeños deben tener una tasa de duplicación muy reducida. Una esfera capaz de albergar este paquete molecular tendría de unos 250 a 300 nm de diámetro. Este tamaño incluiría el espesor de la membrana celular, pero únicamente si el organismo fuese esférico y tuviera una presión osmótica no muy superior a la del medio en el que viviese. Se ha sugerido también que podrían existir microorganismos, sobre todo en los inicios de la evolución biológica, con tamaños de hasta 50 nm.
Dimensiones de la molécula de ADN
Figura 3: Dimensiones de la molécula de ADN.
(A. W. Longman, Inc.)
Mención aparte merece el concepto de “nanobacteria”. Robert Folk, de la Universidad de Texas, descubrió en 1993 unas minúsculas partículas esféricas en las termas de Viterbo, de entre 10 y 200 nm, que consideró fósiles bacterianos de individuos extremadamente pequeños (Figura 4). A partir de entonces, otros investigadores anunciaron el descubrimiento de más nanobacterias, incluso en la sangre, la saliva y la orina humanas, como agentes patógenos. Las partículas incluían ácidos nucleicos y proteínas en su composición, avalando su calificación como seres vivos. Sin embargo, en 2000, John Ciscar, del NIH, descubrió que ciertos cristales de apatito formados por fosfolípidos unidos a calcio y fosfato aparecían y se comportaban exactamente igual que las nanobacterias: entre otras cosas, crecían y se replicaban como si fuesen seres vivos. El descubrimiento de que las supuestas nanobacterias son en realidad nanopartículas cristalizadas a partir de minerales comunes que se agregan espontáneamente ha sido posteriormente confirmado por diversos grupos de investigación. Sin embargo, no se descarta la participación de cristales autoorganizados de manera simple y predecible en el origen de la vida, ya que partículas autoreplicativas formadas por complejos mineral-orgánicos pudieron servir para proteger y compartimentalizar los primeros procesos conducentes a la síntesis biológica.
Nanobacteria
Figura 4: Tamaños comparativos entre una bacteria normal azulada y una estructura identificada como nanobacteria, indica por una flecha. (Revista RAM)
 
 
San Francisco (California), EEUU, 04 de Febrero de 2010.
 
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