El increíble hallazgo bajo el árido suelo del desierto de Atacama

Como un análogo de Marte. Encontrar trazas de vida en el desierto más árido del mundo es siempre un hito a reconocer. Sobre todo cuando ese desierto es el más seco del mundo, el que está justamente en el norte grande del país.

Un equipo de científicos del Centro Alemán de Investigación de Geociencias GFZ, junto a un grupo internacional de investigadores descubrieron un hábitat subterráneo inexplorado hasta ahora. Esto se basó en métodos recientemente desarrollados de análisis de ADN molecular que permiten la extracción y análisis del material genético de organismos microscópicos.

La vida puede existir incluso en entornos extremos como el desierto de Atacama, una de las regiones más secas de la Tierra. Sin embargo, estudiar esta vida es un desafío debido a la relativamente baja abundancia de microorganismos disponibles para su estudio.

El equipo del Centro Alemán de Investigación en Geociencias (GFZ), dirigido por el Dr. Alexander Bartholomäus, la Dra. Steffi Genderjahn y el Prof. Dirk Wagner, en colaboración con socios internacionales, ha demostrado que una nueva técnica genética permite un análisis detallado de estas formas de vida únicas. Este método se basa en separar el ADN de organismos vivos y muertos.

Los hallazgos del equipo muestran que el desierto alberga una sorprendente variedad de microorganismos especializados. El estudio, publicado en Applied and Environmental Microbiology, ayuda a ampliar nuestro conocimiento sobre los microorganismos y procesos como la formación del suelo y la erosión provocada por microbios, y mejora nuestra comprensión de los hábitats extremos con baja biomasa.

Según Adriana Aránguiz, académica de la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Tarapacá, existen varios proyectos de científicos extranjeros trabajando en el desierto de Atacama. “Justamente tratando de hacer este vínculo entre lo que es el origen de la vida y, por otro lado, la vida en, por ejemplo, Marte”.

La vida puede existir incluso en entornos extremos como el desierto de Atacama, una de las regiones más secas de la Tierra.

Los 105.000 kilómetros cuadrados del desierto de Atacama son considerados el desierto más seco y, por tanto, se trata de un lugar de gran relevancia y adecuación para la investigación de este hábitat. Ya se habían investigado zonas poco profundas hasta profundidades de alrededor de un metro.

Las capas más profundas de los suelos desérticos, por otro lado, solo se habían analizado en unos pocos estudios hasta la fecha. Es por esto que los investigadores querían probar si los sedimentos más profundos del desierto hiperárido de Atacama también podrían ser un hábitat para microbios especializados.

El desierto de Atacama, en Chile, es uno de los desiertos más secos y antiguos de la Tierra. La precipitación anual es de tan solo dos milímetros y llueve principalmente en años de El Niño, aproximadamente una vez cada década.

Además, los suelos son muy salinos y ricos en minerales que se han acumulado con el tiempo. Las fluctuaciones diarias de temperatura (0 °C - 32 °C), la radiación ultravioleta en la superficie y el bajo contenido de carbono orgánico en el suelo también lo convierten en uno de los entornos más extremos del mundo.

Todas estas condiciones hacen que la vida en el desierto sea extraordinariamente dura y prácticamente inhóspita. Sin embargo, otros estudios han demostrado que una variedad de microorganismos se han adaptado a estas condiciones. Sin embargo, la identificación y el estudio precisos de estas formas de vida mediante métodos tradicionales de extracción de ADN o ARN a menudo fallan, especialmente en hábitats extremos. Los métodos basados en ARN, que examinan la actividad microbiana, a menudo no son factibles debido a la baja biomasa.

El equipo de investigación, dirigido por el Dr. Alexander Bartholomäus (director del departamento de bioinformática de la sección de “Geomicrobiología” del GFZ), la Dra. Steffi Genderjahn (antigua miembro del equipo) y el Prof. Dirk Wagner (director del departamento de “Geomicrobiología”), aplicó para su estudio un nuevo método de análisis de ADN, desarrollado en parte en el laboratorio de Wagner.

Este método separa el ADN en ADN extracelular (eDNA, de células muertas) y ADN intracelular (iDNA, de células vivas). Esto permite analizar por separado tanto los microorganismos vivos y potencialmente activos como los muertos. El resultado es una imagen más precisa de las formas de vida realmente activas, incluso en entornos en los que otros métodos podrían fallar.

El equipo investigó seis sitios a lo largo de un gradiente de humedad, desde la costa hasta algunos de los lugares más secos de Atacama. Recolectaron muestras de suelo de la superficie y de profundidades de 20 a 30 centímetros para comparar. El ADN se extrajo utilizando el nuevo método para separar eADN eADN. Se amplificaron genes específicos, como el gen 16S rRNA, utilizando técnicas basadas en PCR y se analizaron bioinformáticamente.

Como era de esperar, las muestras de los sitios más húmedos mostraron una gran superposición en los organismos detectados. Estos sitios son más favorables para la vida debido al mayor contenido de humedad, lo que conduce a una mayor actividad microbiana y una mayor renovación de nutrientes. En pocas palabras, cuanto más activa es una comunidad, más similares son los depósitos de ADN ambiental (muerto) y ADN ambiental (vivo). En contraste, algunos sitios extremos mostraron superposiciones mucho menores entre los depósitos de ADN ambiental y ADN ambiental.

En algunos casos, solo el 13% de los microorganismos compartían los depósitos. Esto resalta la ventaja del método utilizado, ya que los análisis tradicionales basados en ADN podrían haber llevado a conclusiones incorrectas en este caso.

El equipo ha conseguido identificar microorganismos vivos que se han adaptado a las condiciones extremas y que desempeñan funciones cruciales para el ecosistema del desierto, como la fijación de carbono y nitrógeno. “Con el nuevo método, podemos obtener información sobre estos hábitats extremos que antes no era posible obtener. Los microbios que hemos identificado desempeñan un papel clave en los procesos iniciales de formación del suelo”, explicó en un comuicado Alexander Bartholomäus, primer autor del estudio.

“Son capaces de sobrevivir con recursos mínimos e incluso descomponer minerales, lo que es crucial para el desarrollo del suelo en entornos extremos”.

Un análisis más detallado de la comunidad microbiana viva reveló que algunos organismos son generalistas y están presentes en casi todos los sitios. Entre ellos se encontraban Acidimicrobiia, Geodermatophilaceae, Frankiales y Burkholderiaceae, que son conocidos por iniciar la formación del suelo y la erosión mineral microbiana.

Por otro lado, había muchos especialistas que se encuentran solo en sitios específicos o a profundidades particulares, con pequeñas poblaciones generales. Estos especialistas parecen haberse adaptado a los recursos disponibles localmente. Por ejemplo, en el sitio más húmedo influenciado por la pulverización costera rica en sal, se identificaron arqueas amantes de la sal (halófilas) como especialistas.

“El desierto de Atacama presenta enormes desafíos para los microbiólogos debido a sus condiciones extremas. Es fascinante ver cuán adaptables son los microbios y que ahora tenemos las herramientas para descifrar la vida y el comportamiento microbianos frente al cambio climático”, resumió Dirk Wagner.

“Más refinamientos metodológicos y nuevas técnicas moleculares podrían mejorar nuestra comprensión de los ecosistemas de baja biomasa. El nuevo método de separación eDNA/iDNA también podría aplicarse a otros entornos extremos, como los valles secos de la Antártida o condiciones similares a las de Marte. Esto ayudaría a ampliar nuestra comprensión de las adaptaciones microbianas y las estrategias de supervivencia en ecosistemas extremos en todo el mundo y, al identificar formas de vida en entornos similares a Marte, contribuiría a la astrobiología”.

“Dada la amplia distribución de las tierras secas en nuestro planeta, la presencia de comunidades potencialmente fijadoras de carbono en suelos subterráneos previamente inexplorados tiene profundas implicaciones no solo para la biodiversidad en los desiertos, sino también para el ciclo de elementos a escala global”, agregó Dirk Wagner. “Esto indica que la importancia de estos hábitats ha sido subestimada hasta ahora. Y enfatiza la importancia de los hábitats subterráneos para una comprensión integral de los ecosistemas desérticos en el futuro”.

Los investigadores enfatizan que los resultados de este estudio no solo tienen implicaciones para nuestro planeta Tierra, sino que también son relevantes para las discusiones en curso sobre la búsqueda de vida en otros planetas: “La presencia de depósitos de yeso en Marte, similares a los que se encuentran en los sedimentos de abanicos aluviales, es de gran interés para la astrobiología. La asociación de estas comunidades subsuperficiales con sustratos yesosos en Atacama puede proporcionar más evidencia de que los depósitos de yeso en Marte no solo indican la posibilidad de agua líquida en el pasado, sino que también podrían servir como un nicho habitable para la vida microbiana en el presente”.