Conocemos Marte con Brittany Hill

En nuestro proyecto, hasta ahora estamos considerando las condiciones en las que las nuestras bacterias podrían sobrevivir hasta el punto de que algunas de ellas pudiesen sobrevivir en exoplanetas con características semejantes a la Tierra. También hemos aplicado lo que estudiamos en relación a las biomoléculas que forman los seres vivos a las condiciones de cuerpos del Sistema Solar como los satélites de Júpiter y Saturno Europa, Titán o Encélado. Pero aún  nos quedaba considerar otro objetivo astrobiológico; nuestro vecino más cercano: Marte. 

El pasado miércoles tuvimos la satisfacción de recibir la visita de la investigadora Brittany Hill, perteneciente al Instituto de Astrofísica de Andalucía,  quien en una charla muy amena nos descubrió las características más importantes del planeta rojo. 

Nos habló de que, a pesar de ser un planeta con mucha menos masa que la Tierra y, por tanto, con menor gravedad, en un pasado lejano fue bastante similar. Había agua líquida en su superficie, su atmósfera era densa, tenía un campo magnético y una dinámica litosférica con placas tectónicas activas. Circunstancias que, en conjunto, podrían haber hecho posible la aparición de la vida. Hoy día el panorama es completamente distinto. No hay evidencias de agua líquida en su superficie, sí en forma de hielo, quizá en salmueras en el subsuelo; su atmósfera es muy tenue y el componente más abundante es el dióxido de carbono. Esto último, unido a que el campo magnético prácticamente no existe, hace que su superficie se vea bombardeada por radiaciones de diversos tipos. Si en Marte hubiese vida, con toda seguridad debería de estar en el subsuelo. Igualmente comentó que se ha detectado metano en la atmósfera de Marte; y en el caso de la Tierra, este gas está originado mayoritariamente por los seres vivos. 

Brittany Hill junto al alumnado que participa en el proyecto de Astrobiología

¿Existió vida en Marte? ¿Existe hoy día? Aún no hay respuesta para estas preguntas; pero en cualquier caso hay que tener claro qué es la vida. Y a esta discusión estuvo dedicada la parte final de la charla de Brittany Hill. Nuestro más sincero agradecimiento hacia ella.

Tras esta conferencia, tenemos más claros los posibles escenarios en los que pudiera haber o haber existido vida en otros lugares del Universo. Y también debemos tener más argumentos para proponer y justificar nuestros próximos experimentos, una de las tareas que nos queda pendiente en nuestro proyecto. Espero vuestras propuestas.

Aplicamos lo que estudiamos a nuestro proyecto

Géisers en Encélado

Hemos considerado hasta ahora en nuestro proyecto sobre Astrobiología la posibilidad de que la vida haya surgido en lejanos exoplanetas; consideraremos también la posibilidad de que exista o haya existido mucho más cerca, en nuestro vecino, Marte. Aunque dentro de nuestro Sistema Solar también hay otros lugares en los que la vida podría desarrollarse. Encélado, uno de los satélites de Saturno, esconde en su interior bajo una capa de hielo un océano de agua salada rica en moléculas orgánicas; este es responsable de los géiseres que ha observado la sonda Cassini y que se pueden ver en la imagen adjunta.  Titán, el mayor de los satélites de aquel planeta, posee océanos inmensos de metano y de etano líquidos, a temperaturas muy bajas, que podrían contener moléculas orgánicas capaces de organizarse para originar extrañas formas de vida. También hay posibles escenarios para la existencia de vida en satélites de Júpiter como Europa, también con océanos bajo la superficie helada.

En estas semanas hemos estudiado la composición química de los seres vivos y las propiedades de las moléculas que los componen y puede ser interesante que apliquemos estos conocimientos a nuestro proyecto.
El agua es absolutamente necesaria para la vida tal y como la conocemos. ¿En cuál de los dos satélites anteriores de Saturno sería más probable que encontrásemos vida semejante a la de la Tierra? ¿Podría haber surgido la vida similar a la terrestre en los océanos líquidos de metano (CH4) y etano (C2H6) de Titán? Basándote en las propiedades físico-químicas  del agua y de estos hidrocarburos, aventura qué diferencias habría entre esos hipotéticos seres vivos de Titán y nosotros.
Los datos obtenidos por Cassini indican que los océanos de Encélado contienen sales.  Salvo quizá Halomonas, el resto de las bacterias que hemos ensayado no podría sobrevivir en disoluciones con elevado contenido salino ¿Por qué? ¿Qué les sucedería a estas bacterias si se las hiciese crecer en medios con elevada concentración salina?
La sonda Cassini ha medido también la abundancia de dióxido de carbono en los géiseres de Encélado y, a partir de estos datos se ha estimado que el pH del océano de este satélite debe estar comprendido entre 10 y 12. Considerando únicamente este parámetro, ¿podría alguna de nuestras bacterias crecer en el océano de Encélado? ¿Por qué la mayoría de los microorganismos no pueden crecer en condiciones tan extremas de pH? ¿Qué biomoléculas se afectan ante estos valores extremos de pH?

Conocemos a nuestros candidatos a habitar otros mundos

Hasta ahora, lo que hemos visto de las bacterias con las que desarrollamos este proyecto son sus colonias, grandes acumulaciones de células cuando crecen en medio sólido, o el aspecto turbio que denota su crecimiento en medio líquido. Tampoco conocemos grandes cosas de ellas, salvo que han sido elegidas para desarrollar este proyecto. Es por ello importante conocerlas, saber cuál es su aspecto, cómo son de pequeñas, cuál es su hábitat natural o cuáles son sus características bioquímicas. Conocer todo esto nos permitirá comprender por qué han sido seleccionadas para este proyecto y, sobre todo, explicar mejor los resultados que obtengamos tras los distintos experimentos que en él se van realizando.

Bacillus subtilis 1000X

Bacillus subtilis es una bacteria gram positiva, con forma de bastón. Se considera anerobia facultativo, aunque hasta hace poco tiempo se creía aerobia estricta. Es móvil por flagelos, Vive habitualmente en el suelo. Cuando las condiciones ambientales se vuelven extremas, originan formas de resistencia llamadas endosporas, que germinan cuando se restablecen las condiciones. Es un microorganismo modelo para estudios genéticos y se ha usado en estudios de astrobiología en ensayos en los que se han simulado ambientes marcianos o de otros exoplanetas. Habita en las capas superiores del suelo aunque también se ha encontrado como comensal en el intestino humano.

Bacillus megaterium 1000X

Bacillus megaterium es un microorganismo de gran tamaño, de ahí su nombre; puede llegar a medir hasta 4  μm de longitud por 1,5  μm de anchura . Es una bacteria gram positiva, ampliamente distribuida que normalmente vive en ambientes aerobios. Como se puede apreciar en la imagen es frecuente observarla en parejas o en cadenas. En general puede crecer a temperaturas comprendidas entre 3 y 45ºC; nosotros la cultivamos a 30 ºC. Cuando las condiciones son adversas forma esporas, estructuras de resistencia. Se utiliza en la industria para obtener productos de interés.

Pseudomonas putida 1000X

Pseudomonas putida es una bacteria gram negativa, con forma de bacilo, saprofítica; se mueve por flagelos. Su hábitat natural es el suelo y ambientes acuáticos donde hay oxígeno. Su temperatura óptima de crecimiento oscila entre los 25 y 30ºC. A diferencia de los bacilos anteriores, no forma esporas. A diferencia de otras especies del género, P. putida no afecta a los seres humanos.Tiene un metabolismo muy variado que le permite degradar muchas sustancias, por lo que se utiliza en la bioremediación de suelos. Es una bacteria que tolera bastante bien el estrés ambiental, lo que la hace adecuada para este tipo de estudios. En determinadas condiciones produce un pigmento fluorescente, la pioverdina, que brilla de color amarillento cuando se irradia con luz ultravioleta.

Pseudumonas stutzeri 400X

Pseudomonas stutzeri es un bacilo gram negativo, móvil por flagelos. Es de pequeño tamaño, mide de 1 a 3 μm de longitud por 0,5 μm de grosor. Su metabolismo es estrictamente aerobio. Vive en el suelo. Es una bacteria denitrificante con una gran capacidad de degradar compuestos orgánicos por lo que se utiliza para biorremediación. Algunas cepas interaccionan con metales tóxicos. 

Escherichia coli 1000X

Escherichia coli es una bacteria gram negativa que pertenece a la familia de las enterobacteriáceas. Es anerobia facultativa, por lo que puede crecer tanto en medios aerobios como en medios donde no hay oxígeno. Se mueve gracias a flagelos. Se encuentra en el tracto gastrointestinal de los seres humanos y los animales, donde es la bacteria más abundante. Allí produce vitaminas por lo que su presencia es fundamental para el buen funcionamiento del organismo. Por ello, su tempertura óptima de crecimiento es de 37ºC.  Algunas variedades que han adquirido elementos genéticos que codifican factores virulentos llegan a ser patógenas. Es un organismo modelo en estudios de genética molecular.

Halomonas sp. 1000X

Halomonas es un género dentro del filo Proteobacteria. Se trata de bacterias gram negativas. Son bacterias halófilas, es decir, son capaces de crecer con altas concentraciones de sal dentro de un rango del 5 al 25% de NaCl. Estos microorganismos tienen forma de bastón y son pequelas, con un tamaño generalmente de 0,6-0,8 μm por 1,6-1,9 μm. Se mueven por flagelos y crecen generalmente en presencia de oxigeno pero se han dado casos en de crecimiento de forma anaeróbica. Son fáciles de encontrar en océanos, mares y medios salinos en general. 

Contaminantes cotidianos: ¿afectan a la fotosíntesis?

En estos meses hemos desarrollado en colaboración con la Estación Experimental del Zaidín y la empresa de divulgación científica Laniakea Management & Communication el proyecto Contaminación cotidiana, en el marco de la iniciativa Andalucía Mejor Con Ciencia, patrocinada por la Fundación Descubre. Nuestros estudiantes más jóvenes han demostrado que sustancias que habitualmente tenemos en nuestra casa, como detergentes u otros productos de limpieza, afectan negativamente al entorno y a los seres vivos. Como modelo hemos utilizado lentejas (Lens culinaris) y con estas hemos comprobado como la mayoría de estos productos afectan negativamente a la germinación de las semillas -inhiben este proceso o lo retrasan- y al crecimiento y desarrollo de las mismas. Los resultados se pueden ver en el blog que utilizamos en nuestras clases bilingües con los grupos de primero de ESO, Let´s talk about science. 

Con nuestro alumnado de cuarto de ESO nos hemos propuesto investigar si estos productos afectan también a la capacidad fotosintética de los vegetales o los mecanismos que las plantas tienen para protegerse del daño oxidativo que causan  las especies reactivas de oxígeno, de las que un ejemplo es el peróxido de hidrógeno o agua oxigenada.

La actividad fue dirigida por José Manuel Palma Martínez, investigador de la Estación Experimental del Zaidín (CSIC); también nos acompañó Óscar Huertas Rosales, director de Laniakea Management & Communication, empresa de comunicación científica.

José Manuel Palma Martínez explica el proceso de extracción de la clorofila.

Óscar Huertas Rosales enseña el manejo del instrumental del laboratorio.

En esta ocasión, trabajos con semillas de Vigna unciculata. Una vez germinadas y crecidas, se trataron con los mismos productos domésticos que las lentejas. Para el experimento,  en primer lugar se procedió  a la extracción de clorofila, tanto de las plantas control como de las afectadas por los distintos tratamientos. Para ello se trituraron hojas en un mortero al que se añadió acetona al 80%. La solución de pigmentos se almacenó en tubos ependorf que se protegieron de la luz para evitar la fotodegradación de la clorofila. 

La determinación de clorofila se hizo en los laboratorios de Química de nuestro instituto. En ellos, Joaquín Ruiz Molina, profesor de este ciclo, procedió a explicarnos el fundamento del espectrofotómetro, el instrumento que se usaría para conocer la concentración de clorofila extractos. Tras ello se procedió a hacer las medidas de las distintas muestras.

Joaquín Ruiz Molina explica los fundamentos de la espectrofotometría en el laboratorio de Química.

De nuevo en nuestro laboratorio se volvió a hacer una extracto de hojas, en este caso para valorar la actividad catalasa en las mismas. Esta es una enzima que descompone el agua oxigenada que se forma en los tejidos como consecuencia determinados procesos metabólicos y es un indicador del daño que sufren las plantas. En este caso se sustituyó la acetona por un tampón que preservaba la catalasa y evitaba su desnaturalización. 

La actividad catalasa se midió cualitativamente añadiendo una cantidad fija de agua oxigenada a un volumen determinado de los extractos de las hoja de las plantas sometidas a los distintos tratamientos valorando la aparición de burbujas de oxígeno.

Valoración de actividad catalasa en extractos de hojas Vigna unciculata.

Los resultados preliminares señalan a que algunos de los contaminantes estudiados afectan a la producción de clorofila en las hojas así como a la concentración de catalasa que hay en las mismas produciendo un daño importante, a veces irreversible, en las plantas.

Tras esta magnífica experiencia os animamos a que valoréis los resultados y compartáis vuestras conclusiones como comentarios a esta noticia. Os dejamos con un breve vídeo de la  experiencia. 

Pero aún hay algo más. Nuestro investigador, José Manuel Palma, nos envía como comentario unas preguntas que espera que contestemos: ¿Cuál es la razón para medir catalasa? ¿Tiene alguna relación con la clorofila? Después de la magnífica experiencia del pasado jueves debemos esforzarnos en responder a estas preguntas.
Para valorar el efecto de los productos cotidianos sobre las plantas puede ser útil valorar las diferencias en el aspecto de las mismas frente a las plantas control, únicamente regadas con agua. Se muestran en el siguiente enlace:
Aspecto de las plantas de Vigna unciculata sometidas a los distintos productos comparadas con  las plantas control.