Genomic and experimental evidence from Antarctic geothermal sites indicates diverse thermophiles are globally cosmopolitan

Durante décadas, los científicos han mantenido una visión específica sobre la vida en el calor extremo. Creían que los microorganismos microscópicos que prosperan en manantiales de agua caliente hirviendo y suelos volcánicos eran como isleños, atrapados en sus propios bolsillos aislados de calor. Debido a que estos entornos están dispersos por todo el globo y separados por vastas extensiones de tierra fría e inhóspita, se asumía que los microbios amantes del calor que vivían en ellos no podían viajar entre ellos. La teoría predominante sugería que, sin la capacidad de formar esporas resistentes y latentes para sobrevivir al viaje, estas criaturas estaban atrapadas donde empezaron, evolucionando en aislamiento. Esta idea tenía sentido: si no puedes sobrevivir al frío, la sequedad o la dura luz ultravioleta de la atmósfera abierta, no puedes cruzar un océano o un continente para encontrar un nuevo manantial caliente.

Sin embargo, un nuevo estudio desafía esta creencia largamente sostenida al observar los puntos calientes más aislados de la Tierra: los suelos geotérmicos que rodean los volcanes en la Antártida. Estos sitios están rodeados de hielo y nieve, lejos de otros lugares cálidos, lo que los convierte en el caso de prueba perfecto para determinar si la vida amante del calor está realmente atrapada. Al examinar los planos genéticos de los microbios que viven allí y probar qué tan bien sobreviven a condiciones duras, los investigadores han descubierto que muchos de estos organismos no son residentes locales en absoluto. En cambio, parecen ser viajeros globales, capaces de moverse por todo el mundo y establecerse en nuevos y distantes suelos calientes, desafiando la idea de que los amantes del calor extremo están inherentemente estancados en un lugar.

El equipo de investigación, liderado por científicos de Nueva Zelanda y los Estados Unidos, se centró en cuatro sitios geotérmicos específicos en la Antártida, incluido el famoso Monte Erebus, el volcán activo más austral del planeta. Recolectaron muestras de suelo de estos parches cálidos y utilizaron la secuenciación genética avanzada para reconstruir los genomas de los microbios que viven allí. Luego compararon estos perfiles genéticos con una base de datos global masiva de ADN microbiano de otros entornos cálidos de todo el mundo. Los resultados fueron sorprendentes. Encontraron que casi dos tercios de los microbios amantes del calor de estos aislados sitios antárticos tenían coincidencias genéticas en otras partes del mundo, desde manantiales de agua caliente en los Estados Unidos hasta suelos en América del Sur. Esto sugiere que estos organismos no son únicos de la Antártida, sino que forman parte de una población global y extendida que se mueve entre continentes.

Para comprender cómo estos diminutos organismos podrían sobrevivir a un viaje tan largo a través de la atmósfera gélida, seca y bañada por el sol, los investigadores llevaron tres de estos microbios antárticos al laboratorio. Sometieron los cultivos a condiciones que simulaban un viaje a través del cielo: frío extremo, falta total de alimento, desecación e intensa radiación ultravioleta. Los resultados mostraron que estos microbios eran mucho más resistentes de lo esperado. Si bien la luz ultravioleta fue el factor más dañino, matando a muchas células, una parte significativa de la población sobrevivió a las condiciones de congelación y sequedad durante semanas. Uno de los microbios, un tipo de Geobacillus, incluso pudo formar esporas, que actuaron como un escudo, permitiéndole soportar la radiación más fuerte. Los otros, que no forman esporas, aun así lograron sobrevivir con una alta resiliencia, lo que sugiere que poseen su propia armadura biológica, como niveles elevados de mecanismos de reparación de ADN protectores o pigmentos que los protegen del sol.

El estudio también analizó cómo estos microbios podrían llegar al aire en primer lugar. Los investigadores examinaron núcleos de hielo perforados de un glaciar cerca del Monte Erebus, buscando capas de ceniza volcánica, conocida como tefra, que se depositan durante las erupciones. Encontraron que estas capas de ceniza eran ricas en microbios amantes del calor, incluyendo muchos que no estaban presentes en el hielo circundante. Esto indica que cuando un volcán entra en erupción, actúa como un gigantesco ascensor, lanzando suelo y microbios alto en la atmósfera donde pueden atrapar el viento y viajar grandes distancias. Además, el equipo recolectó muestras de aire directamente de los suelos calientes del Monte Erebus y encontró que los microbios amantes del calor ya flotaban en el aire sobre el volcán, listos para ser llevados por el viento.

Para probar con qué rapidez estos microbios pueden recolonizar una nueva área, los investigadores también observaron un sitio en Hawái que había sido esterilizado por un flujo de lava hace apenas cuatro años. Encontraron que los suelos calientes allí ya albergaban a muchos microbios amantes del calor que eran genéticamente idénticos a cepas encontradas en otras partes del mundo. Este rápido regreso de cepas globales específicas a un sitio recién esterilizado sugiere que la dispersión no es un evento raro de uno en un millón, sino que ocurre regularmente en una escala de tiempo de años. Los microbios que llegaron no fueron solo aquellos que podían formar esporas; muchos eran tipos no formadores de esporas que habían viajado desde lugares distantes, probablemente a través del Océano Pacífico.

Los investigadores identificaron rasgos específicos que parecen ayudar a estos microbios a sobrevivir al viaje. Encontraron que los viajeros globales tendían a tener una mayor proporción de ciertos componentes químicos en su ADN, lo que puede ayudar a proteger contra el daño de la luz solar. También descubrieron que muchos de estos viajeros globales tenían genes que les permitían comer trazas de gases encontrados en el aire, proporcionando una fuente de energía mientras flotaban por el cielo. Adicionalmente, los viajeros globales tenían más probabilidades de poder crecer en un rango más amplio de temperaturas, incluyendo temperaturas más frescas y moderadas, lo que les permitiría sobrevivir al viaje frío antes de encontrar un nuevo lugar cálido para llamar hogar.

Este trabajo cambia fundamentalmente nuestra comprensión de cómo la vida se propaga por el planeta. Demuestra que la capacidad de vivir en el calor extremo no significa automáticamente que un organismo esté atrapado en un solo lugar. En cambio, muchos microbios amantes del calor han evolucionado las herramientas necesarias para sobrevivir a las duras condiciones de la atmósfera, lo que les permite viajar distancias vastas y colonizar nuevos entornos. El estudio sugiere que el mundo de la vida amante del calor está mucho más conectado de lo que se pensaba anteriormente, con microbios moviéndose constantemente entre los aislados manantiales de calor de todo el globo, transportados por el viento y la ocasional erupción volcánica. Si bien el estudio no demuestra que cada uno de los microbios amantes del calor sea un viajero global, proporciona evidencia sólida de que una parte significativa de ellos lo es, reescribiendo las reglas de cómo la vida se dispersa en los entornos más extremos de la Tierra.