Hongo radiotrófico

Nos ubicamos en Ucrania, en las ruinas de la central nuclear de Chernóbil tras el desastre nuclear del año 1986. Nos hemos protegido con trajes antirradiación NBQ porque sabemos que la zona se ha vuelto inhabitable para casi todas las formas de vida debido a la contaminación radiactiva. Sorprendidos, observamos a un hongo negro que, a pesar de todo, no solo resiste tales condiciones extremas, sino que prospera y crece en presencia de radiación, incluso -sospechamos- se alimenta de ella. Cladosporium sphaerospermum, el nombre científico de este resistente ser, no escapa de la radiación, la busca, pues -para pasmo de los biólogos- crece más rápido donde detecta mayor cantidad de radiación gamma. Un pigmento que nos protege de los rayos ultravioleta del Sol, polímero sintetizado a partir del aminoácido tirosina y presente en la piel humana, es el inesperado protagonista de esta inconcebible historia. La melanina, que así se llama nuestro protector solar natural, también está presente en el hongo, donde ejerce una función bien distinta: capta la radiación gamma y la transforma en energía que el hongo utiliza para vivir. Este proceso de radiosíntesis fúngica nos recuerda a la fotosíntesis vegetal; pero mientras las plantas absorben la luz solar, el hongo utiliza la invisible radiación gamma cien mil veces más energética. Aunque ignoramos el mecanismo bioquímico que emplea el hongo para convertir la energía de la radiación en energía química; sí sospechamos que la melanina fúngica absorbe los rayos gamma y, a través de reacciones químicas en las células, convierte la energía radiactiva en compuestos que sirven como combustible celular al hongo.
A esta capacidad del hongo podemos hallarle un uso inesperado. Hemos comprobado que el exceso de radiación dificulta la exploración humana del espacio; porque fuera del campo magnético de la Tierra, los astronautas están expuestos a altos niveles de radiación ionizante que les causa daño celular e incluso cáncer. Si queremos colonizar Marte o viajar por el sistema solar necesitamos protegernos. En el año 2020, los moradores de la Estación Espacial Internacional efectuaron un experimento: demostraron que este hongo negro es capaz de reducir el nivel de radiación: en concreto, comprobaron que una delgada capa fúngica, de apenas dos milímetros, bloqueaba parte de la radiación. Dejemos volar ahora el pensamiento e imaginemos un hábitat marciano cubierto con el hongo, hongo que actúa como un escudo antirradiación y autorreparable, que se alimenta de lo que es letal para nosotros.

El Sol y el clima terrestre

 

El Sol no es inmutable, cambia cada once años, durante los cuales pasa por fases de alta y baja actividad en las que su atmósfera muda de calma a una actividad violenta. Los cambios se manifiestan tanto en variaciones de la luminosidad solar como en perturbaciones de su campo magnético; ambas suelen estar interrelacionadas: la luminosidad es máxima cuando el número de manchas solares (zonas en las que se vuelve visible el campo magnético del Sol) es máximo y mínima cuando casi no hay manchas. El máximo de actividad del Sol tienen efectos visibles -numerosas manchas solares, erupciones solares y eyecciones de masa coronal- detectables en la Tierra, las dos últimas, como tormentas solares. La actividad magnética del Sol -argüimos- aumenta y disminuye durante cada ciclo: cuando alcanza el punto de actividad máxima la polaridad del campo magnético solar se invierte, los polos norte y sur se intercambian; a continuación, la actividad comienza a disminuir hasta llegar a un mínimo, que marca el final del ciclo y el comienzo de otro.
¿Existe relación entre la actividad del Sol y el clima de la Tierra? Con independencia de la mayor o menor actividad del Sol, el valor medio de la intensidad de radiación solar que recibimos en la Tierra, mil trescientos sesenta y seis vatios cada metro cuadrado, apenas cambia; las oscilaciones producidas por el ciclo de las manchas solares no sobrepasan una unidad, que equivale a una décima por ciento, por lo que sus efectos climáticos son insignificantes. Cabe preguntarse si el Sol causa del cambio climático contemporáneo: rotundamente no. El Sol influye en el clima de la Tierra, pero no es responsable del calentamiento global que hemos detectado en las últimas décadas: es demasiado grande para deberse a la actividad solar y demasiado rápido para vincularlo a cambios en la órbita terrestre. Sin embargo, el Sol sí influye en el clima a largo plazo: no es desdeñable el efecto de algún otro ciclo solar de mayor duración -siglos- en los que la variación de intensidad es, más o menos, del mismo orden que el ciclo de once años. El Sol también influye en el clima, de forma más drástica, a muy largo plazo: la luminosidad solar aumenta un diez por ciento cada mil millones de años y el aumento de sólo el uno por ciento del brillo provocaría una subida de uno o dos grados en la temperatura media atmosférica.

Antigüedad de las membranas celulares

Si bien en términos de biomasa de la biosfera cabe indicar que las bacterias acumulan un quince por ciento frente al uno por ciento de las arqueas, ambas superadas ampliamente por las plantas; en lo que se refiere al número de seres, bacterias y arqueas superan con mucho a los demás seres vivos. En cuanto a la antigüedad, bacterias y arqueas son los seres vivos más viejos, pues ambas descienden de la primera célula viva LUCAs (añado la s al término inglés LUCA por un motivo exclusivamente eufónico). Me voy a fijar en una de sus diferencias esenciales: la membrana, estructura celular que separa la célula del medio ambiente. Las membranas de lípidos de arqueas y bacterias son una de las dicotomías más profundas de la vida. Comparemos sus diferencias: enlaces distintos (éter o éster), monocapa o doble capa de moléculas, largas moléculas de cadenas hidrocarbonadas ramificadas o sin ramificar, opuesta colocación en el espacio (zurda L o diestra D). Si tan diferentes son y ambas descienden de LUCAs, nos preguntamos qué tipo de membrana tenía LUCAs. Sabemos que las membranas monocapa, con enlaces éter y cadenas hidrocarbonadas ramificadas (de las arqueas) son muy robustas y estables en condiciones extremas, como altas temperaturas, pH extremado y acusada salinidad; las membranas basadas en ácidos grasos, de doble capa y con enlaces éster (de las bacterias) son menos resistentes en tales condiciones. Dado que se sospecha que la vida surgió en entornos extremos (quizá en las fuentes hidrotermales submarinas) colegimos que las primeras células vivas (LUCAs) debieron disponer de robustas membranas, similares a las de las arqueas y no a las de las bacterias. Bajo esta hipótesis, la transición de las membranas similares a las arqueas a las membranas similares a las bacterias (y a todas las demás células) sería una innovación evolutiva posterior, quizá como consecuencia de que el ambiente se volvió menos extremo. Esta transición parece sugerir que las arqueas son más primitivas que las bacterias y, por tanto, antecesoras suyas: no es así, otros datos sugieren que bacterias y arqueas carecen de parentesco, excepto que ambas descienden de LUCAs. Si al sabio lector no le convenció la anterior explicación, el incrédulo escritor advierte que se solidariza con él. Los biólogos manejan una hipótesis alternativa, más plausible, para el cauto escritor: LUCAs podría haber tenido una membrana celular híbrida que luego se especializó en los dos tipos de membrana que observamos hoy.

Giros planetarios

Los físicos han comprobado que el Sol contiene el noventa y nueve con ocho décimas por ciento de la masa del sistema solar y sólo retiene el dos por ciento de su momento angular. Antes de tratar de indagar las causas de tal diferencia intentemos averiguar el significado de los términos masa y momento angular. Habitualmente llamamos peso a la masa de un objeto, poco más hay que añadir sobre esta magnitud física. El significado del momento angular es más complejo pues depende tanto de la velocidad a la que gira un objeto, como de lo alejada que se encuentra la masa del objeto del eje de giro; cuanto mayores sean ambas magnitudes mayor será el momento angular que, dicho en términos vulgares, mide la cantidad de rotación del objeto. Resulta que el momento angular del sistema solar, al contrario que su masa, está concentrado en los planetas, en concreto, los cuatro gigantes externos contienen el noventa y ocho por ciento del momento angular del sistema solar, Júpiter contribuye con sesenta y Saturno, Urano y Neptuno con treinta y ocho.
Los físicos han comprobado que, de la misma manera que la masa no desaparece y se conserva, si se cumplen ciertas condiciones, la misma conservación observan con el momento angular. Cuando, bajo el efecto de la gravedad, colapsó la nube de gas y polvo que originó el sistema solar y alguna inevitable asimetría produjo rotaciones en su seno, el momento angular del Sol recién formado debería permanecer inmutable; si hubiese ocurrido así, el Sol tendría que girar más rápido: una rotación solar debería durar horas, y no veintisiete días. ¿Existe alguna observación que atestigüe esta discordancia? El giro de las estrellas jóvenes, como las estrellas T Tauri, se ralentiza. ¿A qué se debe la paradoja? Comentaré una hipótesis para explicarla: el frenado magnético. Cuando la primitiva nebulosa solar colapsó bajo la gravedad, formó un joven Sol en rápida rotación, mucho más rápido que hoy; pero el Sol primigenio poseía un fuerte campo magnético conectado a un disco protoplanetario de gas circundante. Resulta que el campo magnético transfirió el momento angular del Sol al disco, donde se formaban los planetas; el Sol perdió su momento angular en favor del disco, y de él lo heredaron los planetas exteriores que se formaron a grandes distancias. En resumen, el campo magnético actuó como un freno de la rotación solar.

Evolución celular

La transición de una arquea, hermana de las bacterias, a un ser vivo unicelular, abuelo de las células de los animales, plantas, hongos, algas y protozoos es uno de los mayores saltos evolutivos en la biosfera, proceso que lo biólogos tratan de entender. Conjeturan que no hubo un único salto, sino varias transformaciones sucesivas interconectadas.
Se sospecha que el ancestro de nuestras células fue una arquea Asgard; porque tales arqueas poseían genes cruciales para estructuras y funciones propias de nuestras células, como un citoesqueleto y una maquinaria capaz de efectuar el transporte a través de las membranas; todo ello sugiere que la arquea predecesora tenía cierta complejidad. Vamos a fijarnos en la adquisición del núcleo y de las mitocondrias, quizá la diferencia más acusada entre las células arqueales -y bacterianas- y las demás células. El proceso se inició cuando una arquea engulló a una bacteria (alfaproteobacteria) -que evolucionó a mitocondria- y no la destruyó, sino que estableció una alianza (simbiosis) con ella. Las mitocondrias proporcionarían a la célula hospedadora una fuente de energía mucho más eficiente, mediante el uso del oxígeno para la respiración; aumento de capacidad energética que resultó fundamental, porque nuestras células, mayores y más complejas, requieren un suministro energía que las células arqueales o bacterianas son incapaces de proporcionar. Simultáneamente, o como consecuencia de esta capacidad energética aumentada y de la necesidad de gestionar un genoma creciente (debido a la transferencia de los genes de la mitocondria a la arquea hospedadora), se formó el núcleo. ¿Cómo? Se postula que la propia membrana de la arquea formó una bolsa (invaginó), rodeó su genoma y constituyó la envoltura nuclear; la compartimentalización protegió al ADN del estrés oxidativo generado por las mitocondrias. El citoesqueleto y la maquinaria de las membranas, presentes en la arquea, habrían facilitado el proceso de reorganización intracelular. El hallazgo reciente de estructuras similares a los nucleolos (donde se fabrica una variedad de ARN a partir del ADN) en algunas arqueas refuerza la validez de esta teoría.
Actualmente los bioquímicos consideran inviable tanto una arquea con núcleo y sin mitocondrias como una arquea con mitocondrias y sin núcleo; la primera porque no dispondría de la energía necesaria para operar un núcleo; la segunda porque un genoma desprotegido sería incapaz de enfrentarse al estrés oxidativo generado por las mitocondrias. En resumen, las mitocondrias y el núcleo aparecieron como dos sucesos ligados, que se impulsaron mutuamente para formar una célula compleja, antecesora nuestra.