Los biólogos de la Universidad de Syracuse están estudiando cómo los eucariotas microbianos prosperan en el duro entorno de los lagos geotérmicos. Se estima que existen aproximadamente 8,7 millones de especies de eucariotas en la Tierra. Los eucariotas se caracterizan por tener un núcleo y otros orgánulos rodeados de membranas dentro de la célula. Aunque la gente suele asociar a los eucariotas con animales y plantas, estas formas de eucariotas en realidad constituyen sólo dos de las seis categorías principales de eucariotas.
Oliverio y Rappaport pasaron el verano realizando investigaciones de campo en el Parque Nacional Volcánico Lassen de California, que alberga muchos accidentes geográficos hidrotermales. Fuente: Universidad de Siracusa
Una gran parte de la diversidad eucariota está formada por microorganismos unicelulares llamados protistas. Al estudiar estos organismos, los científicos pueden explorar los caminos evolutivos que explican la rica diversidad y complejidad de los eucariotas. A través de estos estudios, podemos aprender sobre el desarrollo de la vida animal en la Tierra, como el surgimiento de la multicelularidad.
Mientras los investigadores trabajan para comprender mejor los mecanismos detrás de la evolución de las especies de la Tierra, quedan dudas sobre cómo los eucariotas microbianos se adaptan a los ambientes extremos de la Tierra. Para profundizar más en esta cuestión, los científicos del Departamento de Biología de la Facultad de Artes y Ciencias (A&S) están estudiando actualmente organismos nativos que habitan algunos de los entornos más duros de la Tierra: lagos geotermales extremadamente calientes y ácidos.
Las biólogas de A&S Angela Oliverio (izquierda) y Hannah Rappaport en el lago geotérmico más grande de Estados Unidos en el Parque Nacional Volcánico Lassen en California. Fuente de la imagen: Universidad de Syracuse
Un equipo dirigido por la profesora asistente de biología Ángela Oliverio regresó recientemente del Parque Nacional Volcánico Lassen en California, hogar del lago geotérmico más grande de los Estados Unidos.
"El lago es una característica geotérmica calentada por vapor de sulfato ácido, lo que significa que es bastante caliente (alrededor de 52°C/124°F) y ácido (alrededor de pH 2)", dijo Oliverio, quien comenzará a trabajar en la Universidad de Syracuse en 2022. "Esto lo convierte en un entorno único para estudiar acidófilos multiextremos, que son organismos que están adaptados a dos o más condiciones extremas, en este caso, alta temperatura y bajo pH".
Entonces, ¿cómo supieron buscar vida microbiana eucariota en un lago termal en California? Recientemente, Oliverio y Hannah Rappaport, investigadora del laboratorio de Oliverio, publicaron conjuntamente un artículo de investigación en Nature Communications. En este artículo, el equipo de investigación estableció una base de datos que incluye investigaciones previas sobre la búsqueda de vida microbiana eucariota en ambientes extremos. En concreto, analizaron qué linajes eucariotas se detectaron varias veces en diferentes estudios en condiciones ambientales similares.
Imagen de una ameba (una mancha gris redonda en el fondo) y algas rojas (cuatro óvalos blancos en primer plano) tomada por Hannah Rappaport usando un microscopio óptico. Las muestras fueron tomadas de un lago geotérmico en el Parque Nacional Volcánico Lassen. Fuente de la imagen: Universidad de Syracuse
"Descubrimos que hay varias cepas de amebas que tienden a encontrarse en ambientes con temperaturas extremadamente altas", dijo Oliverio. "Esto sugiere que el estudio de estas cepas puede tener implicaciones significativas sobre cómo las células eucariotas se adaptan a la vida en ambientes de temperaturas extremadamente altas".
Según Oliverio, un estudio especial realizado por el Laboratorio Gordon Wolfe de la Universidad Estatal de California en Chico demostró que un tipo de ameba llamada termomoeba abunda en el lago geotérmico del Parque Nacional Lassen. Sin embargo, actualmente no existen datos genómicos de este organismo. Determinar cómo esta criatura se adaptó a entornos tan extremos podría ampliar nuestra comprensión de qué tipos de entornos en el universo son adecuados para la vida.
El verano pasado, Oliverio y Rappaport viajaron al Parque Nacional Lassen para aprender más sobre este protista especial y buscar otros nuevos eucariotas extremófilos. En la orilla del lago, el equipo utilizó una larga vara de bambú de pintor con una botella de 1 litro pegada en la parte superior para recolectar muestras, lo que no es poca cosa considerando que el agua del lago está a más de 100 grados Fahrenheit. Luego, las botellas se enviaron de regreso al laboratorio de Oliverio en la Universidad de Syracuse, donde el equipo ahora está aislando células individuales para secuenciar el genoma y observando las características de la ameba bajo un microscopio.
La investigadora de la Universidad de Syracuse, Hannah Rappaport, sumergió botellas en el lago caliente para recolectar muestras. Debido a las cálidas temperaturas del agua y al terreno inestable, los investigadores deben mantener una distancia segura mientras recolectan muestras. Fuente de la imagen: Universidad de Syracuse
Si bien aún se desconoce mucho sobre cómo los eucariotas se adaptan a ambientes extremos, Oliverio espera que esta investigación ayude a llenar algunos de los vacíos actuales en el conocimiento.
Imagen de una ameba (una mancha gris redonda en el fondo) y algas rojas (cuatro óvalos blancos en primer plano) tomada por Hannah Rappaport usando un microscopio óptico. Las muestras fueron tomadas de un lago geotérmico en el Parque Nacional Volcánico Lassen.
"Sospechamos que hay algo especial en la morfología de esta ameba que le permite persistir en estos linajes eucariotas, pero el mecanismo sigue siendo desconocido", dijo. "Basándonos en nuestro estudio, planteamos la hipótesis de que la transferencia horizontal de genes (el movimiento de información genética entre organismos) y la poda del genoma (cuando un genoma elimina genes que no necesita) de las bacterias, así como la expansión de familias de genes particularmente útiles, pueden ser algunas de las formas en que los protistas adquieren un conjunto de herramientas para sobrevivir en ambientes extremos".
El descubrimiento a escala del genoma del equipo proporcionará importantes datos faltantes para la reconstrucción del árbol de la vida. "Esto profundizará aún más nuestra comprensión de la distribución y evolución de la vida en la Tierra".