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Aeroplancton. Viviendo en las nubes

20 octubre, 2009

El Arte de las NubesNunca dejarán de sorprendernos las fronteras de la vida. Todas las entidades “vivientes” (incluyendo cosas como virus, viroides, virusoides y priones) están basadas en la misma física, la misma química, la misma bioquímica… Aún así, siendo tan parecidos a niveles íntimos, los organismos muestran una diversidad pasmosa.

Encontramos seres vivos en prácticamente todos los sistemas habitables (e inhabitables) de la Tierra. Desde los fondos abisales perpetuamente sumidos en la oscuridad, hasta las elevadas cumbres de la Cordillera del Himalaya; desde hirvientes charcos de ácido, hasta casi 3000 metros bajo la corteza terrestre (ver aquí).

Desulforudis audaxviator

Desulforudis audaxviator, bacteria localizada a casi 3 kilómetros de profundidad. La radiación producida por la desintegración del uranio del medio en el que vive, le proporciona la materia prima (hidrógeno y azufre) para su superviviencia. Crédito: Un Planeta con Canas

No es casualidad que los biólogos afirmen que los seres vivos han conquistado todos los medios posibles: la tierra firme es aplastada por toneladas de seres vivos; mares, ríos y lagos bullen de vida; mientras que en el aire encontramos aves surcando los cielos, semillas y esporas de todo tipo viajando de un lado para otro, e incluso animalillos y microorganismos que son arrancados de la tierra firme por el poder del viento. Si la tierra y el agua son los lugares donde la vida medra y se desarrolla, el aire es sobre todo un medio de transporte a larga distancia…

¿O no? ¿Existen seres vivos que sean capaces de vivir en el medio aéreo? ¿Hay criaturas capaces de nacer, crecer, reproducirse y morir sin bajar de las nubes?

Seguro que a muchos os sonará la palabra plancton. Es un término que últimamente se ha popularizado bastante y con él los biólogos designan a una ingente cantidad de criaturas de toda índole. El término Plancton deriva del griego <<plagktós, errante>>. Bajo su paraguas se agrupa toda esa miríada de criaturillas que pululan en el rostro de las profundidades: las capas superficiales de lagos, marismas y océanos. Como su propio nombre indica, los seres del plancton son criaturas errantes, que vagan sin rumbo fijo, que se dejan llevar pasivamente por las olas y corrientes del mar.

plancton

Locura lovercraftiana. A eso se parecen los seres del plancton. Crédito: Duke University

Pero no todo el plancton prospera en el medio acuático. También existen formas de vida pasivas que se deja llevar por otro medio fluido: El aire.

Como son formas de vida cuyo desplazamiento es pasivo, es decir, que se dejan llevar a “voluntad” del aire y sus turbulencias, también reciben el nombre de plancton. Y al ser plancton aéreo, son comúnmente conocidos como aeroplancton, aunque en realidad no se hable mucho de él.

En este mundillo de los errantes viajeros de las nubes también encontramos una elevada biodiversidad. Para algunos el aire es un medio ideal para reproducirse: muchas plantas liberan sus granos de polen al viento, confiando a este el éxito de la fecundación cruzada. Las coníferas y los cereales son los más afines a este tipo de reproducción. Y son los culpables de múltiples alergias.

Nubes de polen

Nubes de polen procedentes de una plantación de pinos. Crédito: NRC

Para plantas, hongos y microorganismos varios, el aire es también un medio para dispersar su simiente. Semillas y esporas pueblan el aire, siendo estas últimas además, otra causa de farragosas alergias.

También algunos animales se dispersan mediante el viento en su etapa juvenil. Son los spiderlings, las crías de araña, que lanzando hilos de seda al aire son impulsadas a surcar los cielos.

Pero no solo crías de animales. Mini-dípteros, mini-avispas, mini-escarabajos y todo tipo de mini-insectos poseen un tamaño tan ridículo en su etapa adulta, que si tienen que invertir sus fuerzas en algo, este algo es “anclarse” en tierra firme. Son tan pequeños que incluso una mala racha de aire podría lanzarlos a kilómetros de distancia, si es que vuelven a bajar.

Ptilido

Ptilido, uno de los grupos de escarabajos más pequeños que existen. Crédito: Academie de Montpellier

Y no hemos de olvidarnos de la presencia de: microorganismos como algas, hongos y bacterias (para estas últimas, sus densidades en el medio aéreo oscilan desde las 1.500 hasta las 355.000 bacterias por mililitro, Ref. 1); componentes subcelulares pero replicantes, como los virus; así como todo tipo de moléculas orgánicas: carbohidratos, proteínas, aminoácidos, alcoholes, fenoles, biopolímeros como la celulosa y un largo etcétera (Ref. 3). El aire no es solo carbono, oxígeno y nitrógeno, con trazas de dióxido de carbono y agua; es un verdadero refrito de moléculas. Eso sin contar con las polvaredas de materia inorgánica… ¿Todavía sorprende la abundancia de los casos de alergia? ¿O la gran inversión en defensa de nuestro tracto respiratorio?

Lo cual choca bastante con las tesis de los defensores de los Chemstrails… Según ellos mismos, es cuestión de pánico la sospecha de que un avión está lanzando compuestos químicos sobre sus cabezas a gran altura… cuando en realidad, si algo así sucediera, los productos químicos se diluirían por sí mismos en la atmósfera hasta dosis… ¿qué dosis han calculado los señores?. Pero no solo, el tiempo que tardarían tales compuestos en alcanzar el suelo sería muy superior al tiempo que tardan, según sus “experiencias”, en “sufrir” dolores de cabeza y esas cosas… Personalmente, mas bien deberían temer lo que respiran ahora mismo. Tanto si están en un prístino campo primaveral atestado de centeno como en una gran ciudad…


Volviendo al tema, la mayoría de todos los organismos mencionados solo están de paso. Como vemos, el aire solo es un medio de dispersión, ideal para recorrer largas distancias a bajo costo. Pero para otros organismos no, para otros seres el aire es su hogar, viven aquí. Este es el caso de ciertas bacterias.

No es una vida fácil. El cielo es, paradójicamente, un medio hostil para la vida. Es un medio con bajo pH, bajas, muy bajas temperaturas y una compleja mezcla cambiante de compuestos orgánicos e inorgánicos; el agua escasea y cuando está presente se halla como diminutas gotitas de tamaño microscópico (Ref. 2). Para más inri, los organismos que aquí residen son bombardeados por radiaciones UV (Ref. 6) y los refugios para protegerse de las inclemencias del tiempo son más bien escasos… ¡Pero qué diablos! ¡Viven en las inclemencias del tiempo!

Mesosfera

Capas de la atmósfera. Mesofera en violeta.

Si la presencia de organismos en la atmósfera es, como hemos visto, algo bien conocido, los límites de su distribución no lo es tanto. Uno de los avances más sorprendentes se lo debemos al microbiólogo ruso Alexander A. Imshenetsky, director del Instituto de Microbiología de la Academia Rusa de las Ciencias hasta 1984. Imshenetsky, tomando todo tipo de precauciones para evitar la contaminación biológica en el experimento, envió cohetes meteorológicos convenientemente equipados a la mesosfera (Ref. 4), una capa de la atmósfera situada entre los 50 y los 80 Km de altitud, con temperaturas que pueden acercarse a los -100º C. Es una zona donde observamos eventos de ionización de gases, desintegración de meteoritos y un intenso bombardeo de radiación UV.

Pues bien, aparecieron microorganismos, desde los 48 hasta los 77 Km de altura. Los autores identificaron dos especies de bacterias (Micrococcus albus y Mycobacterium luteum) y cuatro de hongos (Circinella muscae, Aspergillus niger, Penicillium notatum y Papulaspora anomala). Acababan de establecer un nuevo record para el registro altitudinal de la vida (Ref. 4). Es llamativo que las especies identificadas sean muy habituales en nuestra vida diaria, tanto que uno de ellos es uno de los responsables habituales de la podredumbre de verduras y frutas varias…

Puede parecer poca biodiversidad, pero es algo engañoso. Los trabajos clásicos de microbiología, tradicionalmente han basado la identificación y recuento de microorganismos en técnicas fundadas en el cultivo de los mismos en el laboratorio; para poder identificar y estudiar los microbios en aquel entonces era preciso la visualización directa de las colonias, la medición de los cambios químicos en un medio de cultivo determinado o ambas cosas a la vez. Sin embargo, estas técnicas tienen un grave sesgo, solo son viables con organismos que son capaces de crecer en nuestros medios de cultivo.

La aplicación de técnicas moleculares evita este problema. Al tratar directamente sobre el material genético, se pone de manifiesto gran parte de la biodiversidad presente. Así, en un trabajo realizado en Francia, en el que también secuestraron nubes* para el estudio de su microflora, encontraron unos pocos géneros bacterianos, pero conocidos: Micrococcus, Bacillus, Streptomyces, Flavobacterium, entre otros (Ref. 2).

Pero estos grupos solo representan la fracción cultivable (Ref. 1). Las técnicas moleculares revelaron que los anteriores “solo” representan menos del 1% de la biodiversidad total de los microorganismos que medraban en el medio aéreo (Ref. 2); en otros trabajos, aún a pesar de la ingente biodiversidad, domina el género bacteriano Pseudomonas (Ref. 1).

Pseudomonas syringae

Pseudomonas syringae, una de las bacterias más comunes de la atmósfera. Curiosamente, es una bacteria fitopatógena por excelencia. Crédito: Pseudomonas-syringae.org

No solo eso, curiosamente, algunos de los genomas localizados, eran muy semejantes a los de bacterias presentes en la Antártida y en glaciares localizados a elevada altitud. Esto podría ser un indicativo de la presencia de bacterias adaptadas al frío y a condiciones extremas, así como una posible prueba de que algunas bacterias, no están de paso en las corrientes de aire, sino que viven en ellas (Ref. 2).

Monte Sonnblick

Observatorio de Sonnblick, en los Alpes austríacos. Crédito: PhotographersDirect

Sin ir más lejos, en el año 2001 se publicó un trabajo de esta índole. Las muestras se recolectaron en el Observatorio de Sonnblick, una estación meteorológica situada en la cumbre del monte Sonnblick (a 3106 metros de altitud, en los Alpes austríacos). En el presente trabajo se recolectaron, literalmente, muestras de nubes, así como de los aerosoles presentes en el aire y de la nieve circundante (Ref. 6).

Según los resultados obtenidos, en las frías nubes de los Alpes encontramos pocas bacterias, pero biológicamente activas. Lo cual es la repanocha, ya que estas nubes además se encuentran en un estado de superenfriamiento; esto es, que el agua puede mantenerse en estado líquido aún por debajo del punto de congelación (Ref. 6).

¿Pero cómo han llegado? ¿Qué comen estás bacterias? ¿Cómo se protegen de las inclemencias del tiempo (aunque literalmente, viven en “el tiempo”)?

Según los autores, incluso el infierno celestial puede tener rinconcitos medianamente agradables. Los bombardeos de radiación UV pueden ser parcialmente mitigados por las propias nubes. Y en el aire encontramos en suspensión una cierta cantidad de materia orgánica. Alcoholes (como dode-, tetra- y hexadecanol), ácido fórmico y acético y otras sustancias pueden ser tanto producto como fuente de alimentación de las bacterias (Ref. 6). Otros estudios han revelado que en las nubes son relativamente abundantes los ácidos carboxílicos, que son procesados también por acción microbiana en la propia atmósfera (Ref. 3)

Dodecanol

Representación de una molécula de dodecanol

Para protegerse de la desecación (un peligro real en la atmósfera), algunos organismos pueden “convertirse” en formas de resistencia (esporas), otra posibilidad es vivir en las gotitas que forman las nubes, un medio hidratado por definición (Ref. 3). Por otro lado, para evitar los daños de las radiaciones, muchos de los microorganismos presentes en la atmósfera están provistos de pigmentos (Ref. 3 y 4), como ficobiliproteínas, clorofilas o carotenoides (Ref. 3).

En cuanto a su importancia en el ciclo de la vida, existe bastante controversia al respecto, pero parece ser notable. La formación de las nubes no es un proceso que sucede ni por casualidad ni por acción divina. Es un proceso en el que intervienen diversos factores químicos y físicos.

Según la bibliografía, el aeroplancton interviene a nivel de formación de nubes, de la inducción de la lluvia y de las nevadas.

Diversas moléculas, debido a sus características, son capaces de inducir la condensación, bien del vapor del agua, bien de las microgotas de agua suspendidas como aerosoles. El resultado de este fenómeno es la formación de las nubes. Pues bien, se ha observado que el aeroplancton puede tener un papel relevante en este aspecto (Ref. 1 y 5). En ese sentido puede intervenir el polen de muchas plantas, e incluso bacterias fitopatógenas como Erwinia carotovora (Ref. 5). Por otro lado, los biosurfactantes (moléculas orgánicas que reducen la tensión superficial del agua) también pueden desempeñar un papel similar, estas moléculas son producidas, entre otras, por bacterias del género Pseudomonas, muy comunes en la atmósfera (Ref. 1).

Aerosol y nucleación del agua

El papel de los aerosoles en el proceso de nucleación (condensación) del agua que conforma las nubes. Crédito: HSRP

La lluvia por su parte, a nivel íntimo, es el resultado de la fusión, impacto mediante, de las gotitas que forman las nubes, estos impactos conducen a la formación paulatina de gotas de mayor tamaño, hasta que su masa vence la resistencia del aire. Las gotas de lluvia adquieren un tamaño que oscila desde los 0.1 hasta varios milímetros y en su formación, intervienen objetos con un tamaño entorno a las 2 micras. En este caso el papel del aeroplancton está en discusión (Ref. 5).

Comparación gotas

Comparación entre: núcleo de condensación de las gotas que forman las nubes (inferior derecha), gotas que conforman las nubes (superior derecha) y gota de lluvia (izquierda). Va a ser que la frase "se parecen como dos gotas de agua" está algo equivocada... Crédito: FAS


Y también se sospecha que los microorganismos pueden intervenir de forma importante en el proceso de formación de cristales de hielo en las nubes, los cuáles precipitan como nieve o granizo. El agua presente en la atmósfera puede encontrarse en estado de “superenfriamiento”, para que pueda formarse el hielo en estas condiciones, es preciso que las moléculas de agua se ordenen de una forma concreta, después de todo el hielo es una estructura cristalina. En este caso las moléculas de agua se organizan dando lugar a una estructura hexamérica, que actuará como un embrión a partir del cual el agua se depositará y el cristal crecerá (Ref. 1).

La pieza más pequeña de hielo

La pieza más pequeña de hielo. Ordenamiento hexagonal básico a partir del cual "crece" el cristal. Crédito: UCL

Entre estas moléculas capaces de formar el embrión del hielo encontramos las proteínas presentes en las membranas de muchas bacterias, incluyendo cepas de Erwinia herbicola, Erwinia ananas, Pseudomonas fluorescenes y Pseudomonas syringae, esta última se ha identificado como componente habitual del aeroplancton. Como nota curiosa, según una hipótesis, la presencia de proteínas con estas propiedades no es algo casual: muchas de estas bacterias residen en tejidos de plantas tolerantes al frío, estos tejidos no congelan; sin embargo, estas bacterias inducen la congelación del agua, produciendo la rotura de tejidos y el consecuente acceso a los nutrientes presentes en el tejido vegetal  (Ref. 1).

En definitiva, la atmósfera está mucho más viva, en un sentido literal, de lo que en un principio podría imaginarse. Es más, la propia vida desempeña un papel importante en su funcionamiento, más allá de la fabricación continua de oxígeno, un papel sobre el propio ciclo del agua. Aunque, como siempre digo y en este caso mas si cabe, todavía queda mucho, muchísimo, por estudiar 😀

Ciclo del Agua

Un esquema majete del ciclo del agua. Crédito: Junta de Andalucía


Finalmente, por otro lado, se sabe que el fitoplacton, el plancton marino vegetal, puede tener un protagonismo relevante en la dinámica del agua, la formación de las nubes y las precipitaciones en sí mismas. Pero eso, es otro tema

* Por si alguien se lo preguntaba… ¿Cómo se secuestra una nube? En pocas palabras: con colectores especiales <<stage cloud water collector>>. Son como una especie de aspiradoras, que absorben el aire (nube inclusive) y lo proyectan a gran velocidad contra un medio adecuado, así que las partículas presentes en el aire impactan contra el medio, clavándose en el mismo. Estas particulas pueden ser microorganismos o partículas que contienen microorganismos (u otras cosas, como polvo, granos de arena y cochinaditas varias…). Y voilá, ahí los tenemos. Si es un medio de cultivo, además, con suerte promoverá el crecimiento y multiplicación de algunos microbios del aire.

stage cloud water collector

Colector tipo "two stage cloud water collector". El aire es impulsado desde el orificio 1 hasta el orificio 2, impactando de este modo el aire (y su contenido) en el medio elegido 3. Como este modelo tiene dos etapas, la segunda etapa es una proyección del material restante hasta 4, impactando en las placas situadas en 5. El aire escapa tras ellas. Crédito: Enviscope


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REFERENCIAS


  1. KC
    20 octubre, 2009 en 1:25

    Amigo Cnidus, gracias por estas entradas tan didácticas y, lo más importante, AMENAS. Por cierto, como le hubiera gustado a Mr. Sagan las imágenes del Diente de León… aunque igual se te queja alguien por lo del Pepinillo del Diablo… por lo de pornográfico 😀

    Saludos y gracias por una idea que me acabas de dar! (y no, no tiene que ver con Pepinillos del Diablo… 😛 )

  2. KC
    20 octubre, 2009 en 1:31

    Una preguntilla para algun@s : ¿todo ésto que cuenta Cnidus sucede por mucho que no lo conozcamos o realmente comienza a suceder sólo cuando tenemos conocimiento de que sucede?

    Saludos.

  3. 20 octubre, 2009 en 14:54

    Interesantísimo artículo Cnidus. Y brillante en su redacción, como siempre. Se me plantea alguna duda acerca del aeroplancton. No tengo nada claro que la atmósfera sea un lugar donde vivir de forma estable, yo la veo más como sitio de paso. Por supuesto, puede que me equivoque, la diversidad de la naturaleza, tal como mencionas, nos ha hecho retractar muchas veces. El suministro de carbono no veo que sea un problema, puede tomar la energía de la luz y el carbono del CO2. Pero un problema sería el nitrógeno. Podrían fijarlo, pero eso es muy caro energéticamente, y requiere condiciones intracelulares anaeróbicas, ya que la nitrogenasa precisa un ambiente reducido. No sé los si los niveles de amonio en la atmósfera son suficientes para sostener la vida. Lo mismo ocurre con otros oligoelementos, es posible que muchos minerales sean eyectados en las tormentas, pero ¿a concentración suficiente para permitir sobrevivir un microorganismo?.
    En cualquier caso es un tema muy interesante que merece la pena estudiar.

  4. Eta Carinae
    20 octubre, 2009 en 15:24

    Mucho muy interesante artículo, Cnidus, lo disfruté muchísimo! Ya había escucha do esa frase de que la vida había conquistado todos los rincones del planeta, pero no sabía nada de bacterias a 3km de profundidad ni hasta 77 km de altitud – fascninante!

  5. 20 octubre, 2009 en 16:11

    Gracias! 😀

    KC, si un árbol cae en un bosque, ¿hace ruido cuando nadie escucha? es más, ¿y como sabemos que ha caído un árbol si no hay nadie? :mrgreen:

    Manuel, yo en cierto modo también pienso que la atmósfera es poco idónea para la vida. Pero no se, de momento bibliografía respecto a este tema concreto (vida independiente de la tierra firme) poca hay 😦
    Lo que si decía el artículo de Sattler es que la tasa de crecimiento calculada para organismos así era como la del fitoplancton de alta mar, que en definitiva es un desierto de nutrientes. Si acaso más ralentizada por las bajas temperaturas. Pero quien sabe.

    De todas maneras la atmósfera recibe todo tipo de compuestos de tierra firme. Incluyendo compuestos nitrogenados, “amos”, digo yo.

    Carinae, es que los microbios son la leche 😀

  6. KC
    20 octubre, 2009 en 17:37

    Pues eso. Ahora pasémoslo a aquellas cosas “invisibles” que no son tan “invisibles”, porque para invisibilidad la que yo me sé… 😀

    Saludos.

  7. 20 octubre, 2009 en 20:10

    Pues a esas alturas en Venus las presiones y las temperaturas son equivalentes a las de la Tierra al nivel del mar. Seria curioso ver si algunas especies de bacterias sobreviven es ese medio en Venus.

  8. 21 octubre, 2009 en 13:31

    Güeno, no me parece imposible. Pero tendrán que vivir a presiones enormes, temperaturas por encima del punto de ebullición del agua y nubes de ácido sulfúrico. Algunas bacterias de aquí en la Tierra se apañan en condiciones análogas, aunque no tan extremas la verdad 🙄

    Venus si es un puñetero Infierno 😀
    Aquí hay un artículo muy chulo de él.

  9. sbach2k
    21 octubre, 2009 en 17:16

    … si un árbol cae en un bosque, ¿hace ruido cuando nadie escucha? es más, ¿y como sabemos que ha caído un árbol si no hay nadie?

    ¿Esa no es una visión antropocéntrica de la vida? ¿solo por que el hombre no ve o no escucha caer un árbol no ocurre?

  10. 21 octubre, 2009 en 19:46

    No cnidus, me refiero a la capa de la atmosfera venusiana, que esta a varias decenas de km de altura y que goza de una presion de una atmosfera y temperaturas templadas.

  11. 21 octubre, 2009 en 20:46

    Güeno, yo solo seguía la broma 😀

    Yo más bien pienso que “hay cosas que pasan” que “ignoramos que pasan” hasta que “descubrimos que pasan”. Amos, a mí me parece de perogrullo 😉

  12. AvA
    28 octubre, 2009 en 20:31

    ¿Porqué creéis que Biología siempre ha sido una de mis asignaturas favoritas? Me encantaaaaa 😛

    Pasen los años que pasen se seguirán descubriendo cosas nuevas _O_

    Dios es increíble xDxDxDxD

    qué es broma ^^

    Saludos

  13. 27 noviembre, 2009 en 2:31

    Si, por desgracia se ha trabajado muy muy poco en el tema. Aunque ahora con el tema de la calidad del aire de los edificios “inteligentes” y todo eso, parece que por lo menos se desarrolla alguna que otra cosa al respecto.

    Respecto a los oligoelementos… normalmente son cantidades tan pequeñas las necesarias y con la cantidad de polvo y formas volátiles que puede haber dudo que tengan problema.

    Ciertamente el N2 es caro y al amonio, según wiki está en trazas (debe ser en concentración menor a 0,01 ppmv) aunque hay óxidos de nitrógeno en concentraciones mayores… ya se verá…

    Cnidus :
    Carinae, es que los microbios son la leche

    y los extremófilos los p***s amos xDD

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