La aparición de la vida en la Tierra y en el Universo

Sabemos que la propia evolución del universo explica cómo se originaron los elementos de la vida. Retrocediendo en el tiempo sabemos cómo evolucionó desde formas simples a otras más complejas. Sin embargo, el gran reto de la Biología es saber cómo se organizaron aquellas biomoléculas primigenias para dar origen a los primeros seres vivos. Este ha sido el tema de la conferencia impartida por Juan Antonio Aguilera Mochón, profesor del departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Granada y autor de diversos libros sobre el origen  y evolución de la vida en la Tierra y en el Universo.

Comentó como a esta pregunta se ha intentado dar respuesta desde diversos ámbitos. Posibles respuestas contemplan a Dios -algo no demostrable científicamente-, a un origen extraterrestre de la vida, lo conocido como la hipótesis de la panspermia o al origen propiamente terrestre. Otra cuestión muy importante es si la vida surge por azar o es algo inevitable. En cualquier caso, los seres vivos, por sencillos que fuesen, requerirían una serie de sistemas biológicos que habían de estar presentes en todos ellos: sistemas genéticos, sistemas de membranas que aíslen el contenido del medio externo y metabolismo.

La Tierra se originó hace unos 4.600 m.a. y la vida surgió relativamente pronto, hace unos 3.900 m.a. en un ambiente anóxico. En este entorno planteó dos posibilidades: vida en la superficie, como planteaban científicos como Oparin o Haldane, o en el fondo del mar, en la proximidad de chimeneas volcánicas que aportasen calor y catalizadores para las reacciones bioquímicas. Nuestras formas de vida se fundamentan en el carbono; el silicio, con estructura atómica similar, no tendría la versatilidad de este para formar las biomoléculas. También existen modelos en los que la vida podría estar basada en hidrocarburos en lugar de agua.

En cualquier casos, todos los seres que hoy existimos provenimos de un antepasado común que no necesariamente tuvo que ser un solo individuo. Juan Antonio Aguilera se refirió a este como LUCA (Last Unique Common Ancestor). Probablemente las primeras formas de vida estuvieron basadas en el ARN, dada su capacidad catalítica.

Juan Antonio Aguilera concluyó diciendo que aunque no está aún claro el origen de la vida en la Tierra sí que lo está su destino. Dentro de unos miles de millones de años el Sol se convertirá en una gigante roja que engullirá a la Tierra. En ese momento la única opción de nuestros descendientes, si los hubiera, sería abandonar nuestro planeta y buscar un destino en otro lugar del universo.

Perspectivas de la evolución: un enfoque interdisciplinar

¿Se contempla la evolución desde la misma perspectiva desde las distintas disciplinas del conocimiento o cada una de ellas puede aportar matices que lleven a una concepción más completa del hecho evolutivo? Este es el planteamiento que ha reunido en nuestro instituto a Carlos Abia (físico teórico), Julio Aguirre (paleontólogo), Carmen J. García (antropóloga), Carmelo Ruiz Rejón (genetista) y a Isaías Largo (filósofo y teólogo) en una muy interesante mesa redonda en la que de un modo muy ameno y distendido han aportado sus ideas sobre la evolución biológica.
Carlos Abia habló del origen y evolución del universo y de la expansión acelerada del mismo; de cómo la evolución estelar ha dado lugar a los elementos que componen los seres vivos y cómo estos se combinan para dar moléculas orgánicas complejas. Sin embargo aún permanece la gran incognita: no se conoce cómo estas últimas se organizaron para formar seres vivos.

Julio Aguirre destacó que el aspecto más relevante con el que la paleontología contribuye al conocimiento de la evolución es a partir del registro fósil. A pesar de que es muy escaso -se ha conservado menos de un 1% de los organismos que han existido- marca las evidencias de la evolución y demuestra que somos parte de un linaje evolutivo. Comentó modelos como el del equilibrio puntuado, propuesto por el paleontólogo Stephen Jay Gould o ideas como la de la contigencia de la vida, algo que puede ser no no ser, como demuestran las extinciones en masa.

Carmelo Ruiz Rejón comentó el cambio de paradigma que supusieron las ideas de Darwin y Wallace en la biología y en el pensamiento actual con el concepto de selección natural. Años después, el conocimiento de la genética daria lugar al neodarwinismo o teoría sintética, el modelo más aceptado. Comentó teorías posteriores como el neutralismo, el mutacionismo o el saltacionismo que, más que alternativas, suponen complementos a esta teoría.
Carmen J. García resaltó que los cambios evolutivos que condujeron a la aparición de nuestra especie son los mismos que para el resto de los seres vivos, incluso para aspectos tan complejos como el comportamiento. Nuestra propia evolución nos ha hecho mirarnos a nosotros mismos, compararnos con otras especies próximas e incluso nos ha dado la posibilidad de intervenir tanto en nuestro  propio proceso evolutivo como en el de otros seres vivos. A la vez nos aporta una lección de humildad puesto que somos una especie más en todo este proceso y algunos de nuestros logros también los tienen especies cercanas. Aunque de ellos nos diferencia nuestra gran capacidad de observación, de asociación, la inteligencia... y todo ello hasta el punto que nos aterra saber tanto de nosotros mismos, y sobre todo, de entrever nuestro destino.

Isaías Largo comentó la necesidad de los seres humanos de comprender la realidad. Al principio acudiendo a los mitos, después a la razón mediante la filosofía. Aunque esta misma planteó la necesidad de un ente superior -el "nous" de Anaxágoras-, o lo que es lo mismo, la idea de un dios que se va a quedar para siempre. Se niega el cambio y Platón propone los mundos de las ideas y real, concepción adoptada por las tres grandes religiones monoteistas. Tras Aristóteles, Averroes o Santo Tomás de Aquino, que intentan aunar las verdades de la fe y la razón, la filosofía mira hacia la razón con Descartes y esto hace que surjan ideas como las de Darwin, en quien también se manifestó el conflicto ciencia-religión y quien acabo definiéndose como agnóstico.
Concluyó diciendo que la filosófía debe ver las diversas connotaciones de la teoría de la evolución, debe ser crítica del mito, de la superstición y del dogmatisno y debe dejar hablar a la ciencia.
Tras las intervenciones tuvo lugar un muy interesante turno de intervenciones que indudablemente hicieron que todos los que asistimos acabáramos con una visión mucho más amplia de la teoría de la evolución y de su impacto en nuestra sociedad y en pensamiento actual.

Manuel Rodríguez -director del instituto-, Jamila Al Rachidi -presidenta de la AMPA, Carlos Abia, Isaías Largo, Carmen J. García, Julio Aguirre, Antonio Quesada, Carmelo Ruiz Rejón y Francisco Martínez-Abarca, investigador de la EEZ que nos acompañó en la actividad.

Se puede acceder al contenido de la mesa redonda desde este enlace.

De cómo la teoría de la evolución llegó a Granada

Este martes 30 de abril ha sido un día con importantes actividades dentro de nuestra semana científica. Se ha iniciado con la conferencia titulada Darwin y nosotros, pronunciada por el catedrático de Ciencias Naturales y antiguo director del Museo de Ciencias Naturales del IES Padre Suárez, Luis Castellón Serrano. Luis es el último ocupante de la cátedra de ciencias de ese instituto que varias generaciones antes ocupara Rafael García y Álvarez, uno de los pioneros en difundir las ideas de Darwin en España y el primero en Granada. En la actualidad es el presidente de la Asociación Nacional para la Defensa de los Institutos Históricos.

Le habíamos hecho un encargo complicado que sin embargo resolvió con una gran maestría y elegancia. Le pedimos que hablase, como así hizo, de cómo las teorías evolutivas llegaron a una sociedad granadina del siglo XIX donde se encontró grandes obstáculos como los protagonizados por el arzobispo Monzón -que llegó a organizar una quema pública de sus obras- y de la historia del proyecto más personal de Luis, la recuperación de todo el legado de García y Álvarez y la organización del mismo en un trabajo inmenso, y probablemente no lo suficientemente reconocido, que cristalizó en el magnífico museo que él dirigió durante años y que es todo un referente en la historia de la ciencia en Granada.

Espléndida y muy amena conferencia seguida con gran interés por el alumnado de Biología y Geología de primero y cuarto de ESO como se pudo comprobar con la gran cantidad de preguntas al ponente y en la que contamos con la presencia de nuestra compañera María Ángeles Rubio Prats, recientemente jubilada y quien también participó, junto a Luis Castellón, durante varios años en las tareas divulgativas del museo. Desde aquí nuestro reconocimiento.

El Enigma Agustina y la identificación de microorganismos

Un baúl que aparece en el palacio de El Pardo y que perteneció a Franco... Una tesis doctoral escrita por una mujer de la que no hay registros...  Unos discos antiguos de pizarra... Fotos, recuerdos... Todos estos elementos son el punto de partida de una investigación que finalmente sacará a la luz quien fue Agustina Ruiz Dupont. 

Este es el argumento de la película documental El Enigma Agustina, realizado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía sobre una gran desconocida de la historia de la ciencia española, una mujer coetánea de Marie Curie, Albert Einstein, Werner Heisenberg -a los que conoció personalmente- y discípula de Blas Cabrera, quizá el físico más importante que ha dado la ciencia en nuestro país. 

Y la gran fortuna de poder proyectar en nuestra Semana Solar esta película que está triunfando en festivales y salas de exposición de todo el mundo y de que haya sido presentada por dos de sus realizadores y actores, Emilio J. García y Manuel González, miembros del Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC). 

Y en lo puramente científico una más que interesante conferencia impartida por el investigador del departamento de Microbiología y Sistemas simbióticos de la Estación Experimental del Zaidín (CSIC) Francisco Martínez-Abarca, a la que asistió el alumnado de la familia profesional de Química y el alumnado de Biología y Geología de cuarto de ESO que participa en el proyecto de microbiología y Marte. A lo largo de la charla desgranó la evolución que han seguido los métodos de identificación de microorganismos en un recorrido que se iniciaba en Pasteur y Koch y finalizaba en las actuales técnicas basadas en la genómica, con la aplicación de técnicas como la reacción en cadena de la polimerasa o la secuenciación del ADN, y en la proteómica. Una magnífica charla en la que destacó el papel que los técnicos tienen en la investigación y en la necesidad de que se formen en estos procedimientos.

Inauguración de la XXII Semana Solar: Origen y evolución de los átomos

Estamos dedicando la XXII Semana Solar a Evolución, en el sentido más amplio de la palabra. Desde una perspectiva biológica recorreremos un camino que nos llevará desde el origen del universo hasta el proceso que nos ha hecho humanos. Abordaremos cómo la evolución llegó a Granada y cómo se ve esta teoría desde distintas perspectivas.
Inauguramos esta andadura con la conferencia impartida por Enrique Pérez Jiménez, profesor de investigación del Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC), titulada Una breve historia de los átomos: la evolución química del universo. Charla que, además, ha resultado muy oportuna dado que este año se conmemora el aniversario del establecimiento del sistema periódico de los elementos por parte de Mendeleyev.
Enrique Pérez Jiménez se encargado de conducirnos de forma amena y muy interesante, a través de un viaje que se inicia en el Big Bang, en los procesos mediante los que se originaron los primeros elementos químicos en lo conocido como nucleosíntesis primordial, los procesos  de formación que tienen lugar en el interior de las estrellas a lo largo de su vida o aquellos que conducen a la aparición de elementos pesados cuando estas mueren en colosales explosiones como son las supernovas. Nos ha hablado de distancias en el universo, del origen y evolución de las galaxias, de la vida de las estrellas y de las diferencias entre la composición de los seres vivos y el resto del cosmos.

La charla ha concluido con unas citas de Carl Sagan, astrónomo y divulgador, a propósito de la imagen captada por la sonda Voyager antes de abandonar el sistema solar, leídas por Carmen de la Torre y, que por su belleza, transcribimos aquí:

"Pudimos tomar esa fotografía desde el espacio profundo y, si la miráis, podéis ver un puntito. Ese puntito es aquí mismo. Nuestro hogar. Nosotros. Sobre ese puntito, todas las personas de las que hayáis oído hablar, todos y cada uno de los seres humanos que han vivido, ahí es donde lo han hecho. La suma de todos nuestros gozos y nuestros sufrimientos, miles de religiones seguras de su doctrina, ideologías y doctrinas económicas, cada cazador, cada recolector, cada héroe y cada cobarde, cada creador y cada destructor de civilizaciones, cada rey y cada siervo, cada una de las parejas de enamorados, cada niño ilusionado, cada madre y cada padre, cada explorador, inventor, profesor de moral, cada político corrupto, cada personaje famoso, cada líder supremo, cada santo y cada pecador en la historia de nuestra especie, vivieron ahí, en esa mota de polvo suspendida en un rayo de sol. 

La Tierra es un escenario diminuto en la vasta arena cósmica. Pensad en los ríos de sangre derramados por todos esos generales y emperadores para, bañados en gloria y triunfo, poder ser durante un momento señores de una fracción de un puntito. Pensad en las crueldades sin fin que los habitantes de una parte de ese puntito han ejercido y ejercen sobre los habitantes de otra parte de ese puntito. Qué frecuentes los malentendidos, qué deseosos de matarse unos a otros, qué fervientes sus odios. Nuestras poses, nuestra imaginada importancia, el espejismo de que tenemos una posición privilegiada en el universo ... este puntito de luz desafía todo esto. Nuestro planeta es una mota en la gran oscuridad cósmica. En nuestra oscuridad - en esta inmensidad - no hay ninguna indicación de que vayamos a recibir ayuda de ninguna parte que nos salve de nosotros mismos. Dependemos sólo de nosotros mismos. Se suele decir que la astronomía es una experiencia que nos hace más humildes, yo añadiría que nos hace madurar. Para mí, no existe una demostración mejor de la insensatez de la vanidades humanas que esta distante imagen de nuestro pequeño mundo. Para mí, subraya nuestra responsabilidad de relacionarnos unos con otros con más bondad y compasión, y nuestra responsabilidad de preservar y querer a este puntito azul, el único hogar que hemos conocido.” 

Proyecto Marte: análisis de resultados

He leído todos vuestros comentarios, y me alegra ver que le habéis dedicado tiempo a pensar sobre las preguntas que se os planteaban. Eso es lo más importante, que seáis capaces de analizar los resultados y plantear nuevas hipótesis y experimentos. Esencialmente, así es como funciona el método científico. Ahora, vamos a combinarlo con mi experiencia (que es simplemente una cuestión de años trabajando en un tema, y no de capacidades), para ir viendo algunas cuestiones.
1) La supervivencia de las bacterias en las condiciones analizadas. Como habéis señalado casi todos, nuestras bacterias han sobrevivido, pero con diferencias entre unas y otras, que se reflejan en el número de colonias. Así, mientras que de E. coli hay unas 300 colonias, de P. putida o P. stutzeri habrá unas 5-6 veces más. Podemos hacer las siguientes aproximaciones:
Halomonas: 150; E. coli: 300; B. subtilis: 600; P. putida: 2000; P. stutzeri: 2000.
Como habéis dicho, sembramos 100 microlitros de cada muestra, en la que había 500 microlitros. Así que tenemos que multiplicar por 5 el número de colonias para saber el número de bacterias total en la muestra. A su vez, cada muestra tenía 0.5 g de suelo. Normalmente los datos se dan como "unidades formadoras de colonia" (UFC; una forma pija de decir bacterias) por gramo de suelo (no por miligramo), que es además la unidad base. Por tanto tendríamos:
Halomonas: 150 x 5 x 2 = 1500 UFC/g suelo; etc...
PERO: ¡¡hay una cuestión que no habéis tenido en cuenta!! Para poder decir si una bacteria es más o menos resistente, tendríamos que saber el número de células del que partíamos. Si de entrada hubiéramos puesto 3000 células de E. coli, su supervivencia sería del 100%, mientras que si de P. putida hemos partido por ejemplo de un millón y recuperamos 20.000, tan solo habrían sobrevivido un 2% de la población inicial.
Tranquilos, en este caso hemos puesto de partida un número similar de bacterias en todos los casos (alrededor de 10e9, es decir 1.000.000.000 bacterias). Ahora sí, podéis calcular el % de supervivientes...
2) El caso de Bacillus megaterium y la posible contaminación. Mi hipótesis es que podría estar contaminado porque aparecen dos tipos de colonias, unas grandes y blancas y otras amarillentas más pequeñas, algo que no hemos visto en experimentos anteriores. ¿Cómo comprobarlo? Algunos habéis estado cerca. Habría que ver qué aspecto tienen las colonias de un cultivo que estemos seguros de que es B. megaterium, en el medio que estamos usando. La microscopía puede ayudar, no solo morfología sino también haciendo una tinción de Gram (a buscar en Wikipedia!). También podríamos aislar cada tipo de bacteria que vemos en la placa y realizar algunos ensayos bioquímicos, informándonos antes de lo que se sabe de la biología de la bacteria: si es capaz de utilizar determinadas fuentes de carbono, fermentar azúcares, y cosas asi. Pero lo que nos daría la seguridad al 100% sería hacer una prueba genética (casi como una prueba de paternidad), puesto que el genoma de esta bacteria se conoce. De esto podemos hablar el próximo día.
3) Próximos experimentos a plantear: Algunos habéis dicho algo muy acertado: hasta ahora hemos probado cada condición de forma aislada (cloratos, vacío, temperatura), pero en Marte se van a dar varios factores a la vez. Así que de aquí a final de curso intentaremos diseñar algún experimento "combinado". 

Manuel Espinosa Urgel

Proyecto Marte: Crecimiento de las plantas

El pasado jueves se cumplían tres semanas desde que sembramos nuestra semillas. Tras un periodo de tiempo inicial en oscuridad, se están iluminando durante 16 horas cada día y se mantienen durante 8 en oscuridad. En función de sus necesidades hídricas se riegan bien con agua destilada o bien con solución nutritiva en función del tipo de experimento.

Las imágenes que se adjuntan muestran el desarrollo de las mismas durante estas primeras tres semanas.

En los controles podemos apreciar que están creciendo muchas plantas. Sin embargo, al utilizar tierra del huerto sin esterilizar cabía esperar que contuviese semillas, por lo que ahora y hasta que no identifiquemos claramente a Arabidopsis y a nuestros pimientos, no podemos sacar conclusiones definitivas ya que nos están creciendo muchas otras cosas. Os podéis hacer una idea comparando el número de plantitas en los controles con cualquiera de las macetas con suelo análogo de Marte, ya que en todas ellas se puso aproximadamente el mismo número de semillas (seis en el caso de pimiento, dos o tres por cada posición de Arabidopsis para asegurar que al menos germinase alguna en cada lugar).
Donde sí que podemos ir valorando ya nuestros resultados es comparando los distintos tratamientos con los cultivos en los que únicamente hemos puesto nuestro análogo del suelo de Marte y las semillas con el resto de los tratamientos. Estos representarían las condiciones más pobres en las que nuestras semillas podrían germinar y crecer.

 

Cultivos de Arabidopsis thaliana durante las tres primeras semanas posteriores a la siembra de las semillas.

Cultivos de Capsicum annuum durante las tres primeras semanas posteriores a la siembra de las semillas.

Nuestras plantitas de Arabidopsis aún son muy pequeñas como para hacer una valoración apropiada, aunque en algunas ya están saliendo las primeras hojitas (que no debemos confundir con los cotiledones). Por el contrario, nuestras plantas de pimiento son más grandes y sí que se puede apreciar mejor las posibles diferencias entre las condiciones de cultivo.

¿Apreciáis alguna diferencia entre los distintos tratamientos? Aunque las fotos nos pueden ayudar  a sacar algunas conclusiones, es mucho más interesante observar en el laboratorio cómo van evolucionando nuestros cultivos. Os invito a ello y espero vuestras valoraciones.

Proyecto Marte: Conocemos a las plantas de nuestro proyecto

En entradas anteriores hemos justificado la elección de las plantas que estamos utilizando en nuestro proyecto sobre el suelo de Marte, Arabidopsis thaliana y Capsicum annuum, la variedad conocida como pimiento de Padrón. Es ahora el momento de que conozcamos algo sobre ellas.

Arabidopsis es una planta modelo ampliamente utilizada en la investigación, perteneciente a la familia de las crucíferas, cuyo genoma fue el primero secuenciado en un vegetal. Es una planta herbácea anual, de pequeño tamaño, lo que la hace especialmente apropiada para nuestros experimentos. Su altura oscila entre los 10 y los 30 centímetros; presenta una roseta basal con hojas anchas de la que crece el tallo, con hojas más delgadas. La flores son muy pequeñas, blancas y se agrupan en inflorescencias. El fruto mide hasta unos dos centímetros de largo y unos dos milímetros de ancho, y puede tener unas treinta semillas. En la entrada anterior de este blog nos podíamos hacer una idea de su pequeño tamaño. Otra  característica importante para nuestros experimentos es que su ciclo de vida es corto, pudiéndose completar en el laboratorio en unas ocho semanas. Florece entre febrero y junio. Cuando el fruto está maduro, se abre y dispersa las semillas.

El pimiento de Padrón es una variedad de pimiento, Capsicum annuum. Pertenece a la familia de las solanáceas, en la que también se incluyen la patata, el tomate o la berenjena. Sus flores presentan el cáliz acampanado y terminado en 5 dientes; la corola es normalmente blanca, con 5 pétalos unidos en la base formando un tubo corto y acampanado. Esta variedad se caracteriza porque sus frutos de son de pequeño tamaño, normalmente en torno a unos 5 o 10 centímetros. Son de color verde y tienen sabor intenso, en ocasiones picante. La planta adulta puede llegar a alcanzar una altura comprendida entre los 80 cm y un metro y tiene grandes raíces. 

Podemos ver el aspecto de estas plantas en las imágenes que nos ha proporcionado Carmelo Ruiz, uno de los investigadores de la Estación Experimental del Zaidín que conducen nuestras experiencias.  Esas etapas serán lo que podremos observar si tenemos éxito en nuestro proyecto y conseguimos que esas plantas se desarrollen en el análogo del suelo de Marte en las distintas condiciones que estamos ensayando.

Proyecto Marte: Nuestras bacterias sobreviven a los cambios de temperatura

Hace aproximadamente un mes iniciamos los experimentos encaminados a ver si nuestras bacterias eran capaces de sobrevivir a las condiciones de temperatura que tienen lugar en torno al ecuador de Marte. Se estima que en la mejor situación las temperatura oscilarían entre los 15-20 ºC durante el día aunque descenderían a los -80 ºC durante la noche.

Para simular estas condiciones preparamos tubos con tres gramos de nuestro análogo del suelo de Marte y los inoculamos con 500 microlitros (0,5 ml) de cultivo líquido de cada uno de nuestros microorganismos. Seguidamente se sometieron a ciclos alternantes de congelación a -80 ºC y de descongelación a temperatura ambiente en la Estación Experimental del Zaidín.

Ayer por la mañana Manuel Espinosa extrajo 100 mg de material de cada uno de los seis tubos que previamente habíamos inoculado con las bacterias en seis tubos ependorf. Ya en el instituto les añadimos 500 microlitros de medio de cultivo LB estéril, mezclamos bien y se sembraron 100 microlitros en cada una de las placas de Petri con medio LB sólido. 

El aspecto que presentaban las placas a las 24 horas de incubación es el que muestra la imagen adjunta. Si se observa con detalle, en la placa de Bacillus megaterium aparecen dos tipos de colonias, unas pequeñas y abundantes y otras más grandes, blanquecinas y muy escasas. Manuel Espinosa apunta hacia una contaminación de la placa.

Del mismo modo, incubamos los tubos ependorf con el suelo, los microorganismos y el medio de cultivo restante durante 24 horas. En el caso de que hubiese bacterias vivas, aunque estuviesen en pequeña cantidad, se dividirían observándose turbidez en el medio. La imagen de abajo muestras el aspecto de los tubos comparados con otro que contiene únicamente medio estéril. En todos ellos se apreciaba turbidez. El orden de los mismos equivale al orden de las placas en la imagen superior.

¿Qué conclusiones sacamos de nuestros experimentos con respecto a la supervivencia de nuestros microorganismos en Marte? ¿Qué proponéis hacer ahora con respecto a la tolerancia a la temperatura en Marte?

Y ahora unas cuestiones un poquito más complicadas. Cada una de las colonias que observamos en las placas se ha originado a partir de cada una de las bacterias que había en el suelo simulado de Marte inoculado. Contar el número de colonias que hay en las placas equivale a saber cuántas bacterias había en los 100 microlitros de medio con los que hemos inoculado las placas. ¿Cuántas células de Escherichia coli y de Halomonas sp. hay en cada miligramo de suelo? ¿Nos atreveríamos a contar las colonias de Bacillus subtilis?
Y una última que nos propone Manuel Espinosa. ¿Cómo podríamos saber si en la placa de Bacillus megaterium ha habido contaminación por otra especie bacteriana? Es importante que lo comprobemos. Espero vuestras respuestas.

Proyecto Marte: Conocemos nuestras semillas

Un aspecto muy importante de nuestros experimentos sobre cultivos en el análogo de suelo de Marte ha sido la elección de las semillas. Como es sabido, finalmente se decidió cultivar Arabidopsis thaliana y una variedad de Capsicum annuum, el pimiento de padrón. Ya comentamos que Arabidopsis es una planta modelo ampliamente usada en biología vegetal, y esto la hace especialmente apropiada para este tipo de estudios en los que sometemos a las plantas a condiciones que no son las habituales para ellas. Por el contrario, el pimiento es una planta de la cual nos alimentamos, lo que igualmente la hace apropiada para nuestro estudio ya que también nos planteamos valorar la posibilidad de cosechar alimentos en Marte que pudieran mantener una hipotética colonia de seres humanos.

Avanzamos ahora un paso más en el conocimiento de nuestras plantas. Carmelo Ruiz, uno de los investigadores de la Estación Experimental del Zaidín (CSIC) que dirige nuestro proyecto, nos ha preparado unas imágenes comparativas de ambos tipos de semillas en las que podemos ver su tamaño relativo. En la primera de ellas, la escala que incluye nos permite estimar su tamaño. El lado de cada uno de los cuadrados que vemos en la retícula mide 100 micras, o lo que es lo mismo, 0,1 milímetros. La semilla más grande es de pimiento; la pequeña corresponde a Arabidopsis.

Como se puede apreciar en las imágenes, hay una gran diferencia de tamaño entre nuestras semillas. Y esto también tiene mucha importancia para el desarrollo de los experimentos. Ambas semillas están cultivándose, aparte de en un suelo control rico en nutrientes procedente de nuestro huerto, en las condiciones más extremas del análogo marciano regado únicamente con agua destilada y en otras en las que tratamos esta tierra volcánica con una solución nutritiva para plantas, con microorganismos o con ambos simultáneamente.

Dejando a un lado su posible utilidad, ¿qué finalidad tendrá haber elegido semillas tan diferentes en tamaño, y por tanto, en contenido de nutrientes? ¿Qué resultados cabría esperar, en términos de germinación y de crecimiento, entre los diferentes cultivos de ambas en las distintas condiciones ensayadas? Responder a estas preguntas nos ayudará a interpretar mejor nuestros resultados. 

Proyecto Marte: Germinación y crecimiento de las semillas

Ha pasado ya una semana y media desde que plantamos nuestras semillas en los recipientes con el suelo del huerto (control) y las distintas condiciones a las que sometemos a nuestro análogo del suelo de Marte. En la imagen se muestra una comparativa del estado de los cultivos en la primera semana y a los once días. 

Se hicieron nueve siembras de Arabidopsis, cada una de ellas en las posiciones indicadas por los palillos. En cada una de éstas se pusieron dos o tres semillas para asegurar la germinación de alguna planta al menos. Podemos ver cómo han germinado, aunque las plantitas son aún muy pequeñas. En el suelo control, procedente del huerto y sin ningún tratamiento, han germinado tanto nuestras semillas como otras que habría en el suelo. En el análogo del suelo de Marte, por el contrario, solo germinan nuestras semillas. Con respecto a los cultivos de pimiento, en cada recipiente se pusieron seis semillas que ya han germinado y comenzado a crecer. Es fácil de observarlas.

¿Cómo van evolucionando nuestros cultivos? ¿Han germinado por igual en todas los recipientes? ¿Se están desarrollando por igual las semillas en todos ellos? Es necesario hacer una valoración de los resultados. Espero vuestras respuestas. 

Cultivos de Arabidopsis a alta resolución.
Cultivo de pimiento a alta resolución.

Proyecto Marte: nuestras semillas comienzan a germinar

Nuestros cultivos en el suelo marciano simulado comienzan a dar sus resultados. Una semana después de que sembrásemos las semillas, las plantas han comenzado a germinar. En el caso de los pimientos podemos apreciar cómo están creciendo las raíces, mientras que en Arabidopsis podemos ver unos brotes minúsculos con los cotiledones. Por ahora nuestros resultados indican que las semillas han germinado con normalidad.

La imagen adjunta muestra el aspecto de los distintos cultivos tras los primeros siete días del cultivo. Puede ser necesario tener que ampliar las imágenes para ver cómo van evolucionando nuestras plantitas. Tenemos ya resultados como para ir haciendo una valoración inicial de nuestros experimentos. Como siempre, espero vuestros comentarios.

Imágenes a alta resolución.

Proyecto Marte: Iniciamos los experimentos con cultivos en suelo marciano simulado

En la película Marte (The Martian) un astronauta abandonado en el planeta rojo conseguía sobrevivir, alimentándose de patatas que él mismo cultivaba. Lo hacía en interior de un invernadero construido sobre el suelo estéril de Marte, con el agua que obtenía a partir de las reacciones químicas en las que se quemaba el combustible de la nave y con los microorganismos procedentes de las heces deshidratadas de los astronautas. Más allá de la ficción, en la actualidad se investiga sobre la posibilidad real de cultivar plantas terrestres en Marte ante una hipotética colonización de nuestro planeta vecino.

En nuestro proyecto nos hemos planteado abordar esta cuestión estudiando el crecimiento de plantas sobre el suelo marciano simulado que hemos preparado a partir de escorias volcánicas y del que hemos concluido que se parece razonablemente a algunos de los suelos estudiados por los rovers y los vehículos orbitales enviados a Marte. Nos dirigen este proyecto José Manuel Palma, Carmelo Ruiz y Manuel Espinosa, investigadores de la Estación Experimental del Zaidín (CSIC). Las plantas elegidas para los ensayos son Arabidopsis thaliana, un organismo modelo en genética vegetal, y pimientos de padrón, una variedad de la especie Capsicum annuum. Arabidopsis es una planta con semillas de muy pequeño tamaño, con pocos nutrientes, cuyo crecimiento dependerá de lo que aporte el suelo. Con el pimiento valoramos la posibilidad de cultivar plantas con valor alimentario, necesarias para la supervivencia de los seres humanos en Marte.
Nuestro objetivo principal es valorar si las plantas son capaces de crecer en nuestro suelo marciano simulado. Además, queremos comprobar si mejoraríamos tanto la capacidad de germinación de nuestras semillas como el crecimiento de las mismas añadiendo soluciones nutritivas o algunos de los microorganismos que utilizamos en los experimentos de microbiología.  

Para ello vamos a comparar la capacidad de germinar de nuestras plantas y su crecimiento con un control elaborado a partir del suelo tamizado del huerto del instituto, rico tanto en nutrientes como en microorganismos. Para los experimentos con el suelo simulado previamente lavamos las rocas originales  para eliminar el máximo de materia orgánica y hemos esterilizado las macetas para eliminar todos los microorganismos sometiéndolas a dos ciclos de autoclavado de 15 minutos de duración a 121ºC.  Se han preparado dos lotes, uno para cada planta, con los siguientes tratamientos:

1. Suelo simulado regado con agua destilada.

2. Suelo simulado regado con solución nutritiva.

3. Suelo simulado inoculado con microorganismos, concretamente Pseudomonas putida y P. stutzeri, utilizados en los experimentos microbiológicos.

4. Suelo simulado inoculado con estos mismos microorganismos y regado con solución nutritiva.

En función de los experimentos anteriores, los recipientes se han regado con 150 ml de agua destilada o con la misma cantidad de solución nutritiva. Dado el pequeño tamaño de las semillas de Arabidopsis se han marcado en los cultivos con palillos las posiciones donde se han colocado las semillas. Los cultivos de Arabidopsis se han mantenido en oscuridad durante 24 horas; los de pimiento durante tres días. A partir de entonces se controla la iluminación mediante un temporizador manteniendo las plantas con luz durante 16 horas y 8 en oscuridad a lo largo del día.

Finalmente, nuestros estudiantes más jóvenes también participan en este proyecto. Las imágenes los muestran preparando las macetas y sembrando las semillas.

Proyecto Marte: Crecimiento de nuestras bacterias a baja presión

Uno de nuestros objetivos es comprobar si nuestras bacterias pueden crecer a una presión atmosférica similar a la que existe en Marte. Como ya comentábamos en una entrada previa, hemos utilizado como cámara de vacío un desecador al que hemos conectado una bomba que extrae el aire y un vacuómetro. Hemos podido reducir la presión en el interior del recipiente a una tercera parte de la que existe fuera, aunque este valor dista mucho todavía de la presión que hay en la superficie de Marte. 

Hemos incubado nuestras bacterias durante 48 horas en el interior de la cámara a temperatura ambiente. La imagen muestra el resultado del experimento. Como se puede observar, todas han crecido. ¿Cómo valoramos estos resultados? ¿Cómo podríamos mejorar estos experimentos?

Y una cuestión más. Considerando los resultados que hemos obtenido busca información acerca de cómo varía la presión atmosférica con la altitud y valora a qué altura, como mínimo, podrían sobrevivir nuestras bacterias en la Tierra.

Proyecto Marte: Nuevos experimentos

Hace unas semanas ensayamos la tolerancia de nuestras bacterias a la presencia de cloratos en medios sólidos. Para ello utilizamos placas de Petri con distintas concentraciones de clorato potásico y un control sin esta sal. Todas las placas mostraron crecimiento bacteriano.

En esta ocasión hemos valorado el crecimiento de las bacterias en medios líquidos. Para ello, Manuel Espinosa, ha traído cultivos de nuestros seis microorganismos en medio LB líquido y nos ha enseñado como medir el crecimiento de las bacterias utilizando un espectrofotómetro. El fundamento de esta técnica radica en que a medida que aumenta el número de microorganismos en un cultivo líquido aumenta la turbidez del mismo por lo que midiendo la densidad óptica de aquellos podemos estimar el número de bacterias presentes.

Las concentraciones ensayadas fueron las misma utilizadas en los experimentos en medios sólidos. La tabla siguiente muestra los resultados de nuestros ensayos.

Por otro lado hemos vuelto a ensayar el crecimiento de nuestras bacterias en ambientes de baja presión. Para ellos hemos utilizado una bomba de vacío que hemos conectado a un desecador y a un vacuómetro que nos permite medir la presión en todo el circuito. Nuestra bomba no es muy eficiente, aún así conseguimos reducir la presión dentro del sistema a una tercera parte de la presión atmosférica. A pesar de ello, aún tenemos una presión 30 veces superior a la que existe en Marte. Sin embargo es una buena aproximación para estudiar si nuestros microorganismos son capaces de crecer a baja presión. Podemos adelantar que algunas de las bacterias están creciendo a las 24 de incubación.

Es ahora el momento de valorar nuestros experimentos. Nos vamos a hacer una mejor idea de las diferencias que hay en la tolerancia a los cloratos si hacemos una representación gráfica de nuestros resultados. Podéis hacerlo con Excel o con Calc, de OpenOffice. ¿Cuáles son las bacterias más tolerantes a estas sales?¿Y las menos tolerantes? ¿Crees concluido el experimento, o propondrías algo más?

Y con respecto a nuestro segundo experimento. Haz una valoración del mismo y haz propuestas para mejorarlo y adecuarlo más aún a las condiciones que existen en Marte.

Como siempre, espero vuestras conclusiones en los comentarios de este blog.