3 seres vivos que soportan el frío más extremo

En general, los seres vivos se mueven en entornos cuyas variables ambientales, como la temperatura, el pH o la salinidad, se mantienen dentro de unos rangos relativamente reducidos. Sin embargo, existen excepciones a esta generalidad: son los organismos denominados extremófilos, que se adaptan a una vida en la que alguna de esas variables es extrema. De esa cuenta, hay organismos adaptados a entornos extraordinariamente ácidos o alcalinos, a ambientes muy salinos o a temperaturas extremas.

Cada organismo extremófilo presenta una serie de adaptaciones que le permite, le facilita o, en ocasiones, le fuerza a vivir en esos entornos extremos. Dependiendo del entorno reciben un nombre distinto, y los organismos que viven en entornos extraordinariamente fríos, como un glaciar o los hielos de la Antártida, se denominan psicrófilos (del griego ψυχρος, ‘psyjros’, frío, y φιλíα, ‘filía’, afecto; amantes del frío).

Formas de vivir en el frío extremo

En la Antártida, la temperatura es extremadamente fría durante todo el año. Para mantener la vida en un ambiente tan frío, los seres vivos necesitan estrategias que impidan que el agua que compone sus células se congele.

En los organismos psicrófilos existen, por tanto, adaptaciones al frío a través de mecanismos fisiológicos; basados principalmente en un conjunto específico de proteínas que produce diferencias metabólicas significativas respecto a las especies mesófilas —las que viven en temperaturas más benignas—. Estas proteínas se agrupan en cuatro tipos.

Las proteínas de choque frío se expresan de forma inmediata en cuanto desciende la temperatura. Son proteínas de pequeño tamaño, involucradas en la transcripción y en el plegamiento de otras proteínas. Permiten mantener la actividad metabólica en condiciones de bajas temperaturas.

Las proteínas de aclimatación al frío se expresan durante un crecimiento prolongado expuesto a bajas temperaturas. Su función está relacionada con la estabilización de otras proteínas y el mantenimiento de su expresión, de modo que puedan mantener el crecimiento y el metabolismo.

Las proteínas anticongelantes son las encargadas de que el material celular no llegue a congelarse. El interior de una célula es básicamente agua, y sus componentes internos pueden actuar fácilmente como núcleos que favorezcan la congelación. Estas proteínas evitan la nucleación del hielo, inhibiendo que nuevas moléculas de agua se agreguen a cristales de hielo. La síntesis de proteínas anticongelantes es una de las estrategias más importantes para soportar las temperaturas bajo cero; la comparten bacterias, peces, insectos, hongos, plantas, y la mayor parte de los seres vivos que habitan este tipo de ambiente.

El cuarto tipo de proteínas involucradas se denominan proteínas fijadoras del hielo, y aunque se conoce su existencia y su estructura, su función aún no está clara. La hipótesis más probable es que actúan como inhibidoras de la cristalización en las membranas, para que mantengan su fluidez, esencial para que los seres vivos sigan vivos.

Fragilariopsis cylindrus, la diatomea antártica

Bajo el hielo de algunas zonas de la Antártida se conserva agua líquida; la capa de hielo actúa como escudo y bajo ella se puede conservar agua a pocos grados bajo cero o incluso a algunos grados positivos. Aun así, el frío sigue siendo extremo y permanente en estas aguas y, durante más de 4 meses al año, la luz es prácticamente nula.

En ese entorno gélido y oscuro, viven algas diatomeas, como la especie Fragilariopsis cylindrus.

La capacidad de estas diatomeas antárticas para sobrevivir a la oscuridad prolongada depende de su capacidad metabólica. Además de las adaptaciones de un organismo psicrófilo, las enzimas responsables del proceso metabólico se hacen más abundantes en la oscuridad. En ese entorno oscuro la fijación de carbono se detiene —no hay fotosíntesis—, pero siguen vivas, realizando un metabolismo alternativo que les permite sobrevivir a largo plazo.

Por otro lado, al mantener los procesos metabólicos en la fase de oscuridad, F. cylindrus conserva la funcionalidad del aparato fotosintético, asegurando una rápida recuperación cuando, meses después, finalmente llega el amanecer y el largo período diurno de varios meses de duración.

Polaromonas vacuolata, la bacteria psicrófila más extrema

Polaromonas vacuolata es una bacteria aeróbica obligada, es decir, solo puede vivir en entornos donde no hay oxígeno. Habita bajo el hielo marino, frente a la costa de la península de Palmer, en la Antártida. Es la primera especie de beta-proteobacteria que ha conseguido aislarse de hábitats marinos.

Se trata además de la bacteria con mayor capacidad psicrófila de las que tenemos constancia. Es capaz de vivir y mantener su metabolismo entre los 0 y los 10 °C, con un óptimo de crecimiento en 4 °C. Las bacterias mesófilas suelen tener su óptimo entre los 35 y los 38  °C.

El análisis genómico de esta bacteria reveló la presencia de genes involucrados en la adaptación a condiciones de alta salinidad y al frío. Aparte de las proteínas habituales, esta bacteria produce pequeñas vesículas gaseosas y proteínas de adhesión celular.

Tiene un estilo de vida fotoheterotrófico: emplea la luz solar como fuente de energía, como las plantas, pero su fuente de carbono no es el CO₂ atmosférico, sino la materia orgánica.

Líquenes activos a -17 °C

Si bien la mayoría de los seres vivos psicrófilos se desenvuelven a temperaturas positivas o a unos pocos grados bajo cero, y con más frío entran en estado de latencia o mueren, algunos líquenes establecen una excepción extraordinaria.

Los líquenes son organismos muy particulares; son el resultado de la unión simbiótica entre un hongo, que proporciona el soporte, un alga o cianobacteria que realiza la fotosíntesis alimentando al organismo y recientemente se sabe que colabora también una levadura, que estabiliza el conjunto.

Los líquenes nativos de la Antártida tienen una elevada tolerancia al estrés por congelación y una gran capacidad de recuperar su actividad metabólica tras un período de frío severo y prolongado. Su temperatura óptima de crecimiento está

entre los 0 y 15 °C; sin embargo, pueden mantener su metabolismo activo a temperaturas de hasta -17 °C, y aún a menor temperatura, con -20 °C, todavía conservan parte de su actividad metabólica, como el intercambio de CO₂.

Referencias:

Bej, A. K. et al. 2009. Polar Microbiology: The Ecology, Biodiversity and Bioremediation Potential of Microorganisms in Extremely Cold Environments. CRC Press.

Hwang, K. et al. 2021. Complete genome of Polaromonas vacuolata KCTC 22033T isolated from beneath Antarctic Sea ice. Marine Genomics, 55, 100790. DOI: 10.1016/j.margen.2020.100790

Kappen, L. et al. 1996. Cold resistance and metabolic activity of lichens below 0°C. Advances in Space Research, 18(12), 119-128. DOI: 10.1016/0273-1177(96)00007-5

Kennedy, F. et al. 2019. Dark metabolism: a molecular insight into how the Antarctic sea-ice diatom Fragilariopsis cylindrus survives long-term darkness. New Phytologist, 223(2), 675-691. DOI: 10.1111/nph.15843

Spribille, T. et al. 2016. Basidiomycete yeasts in the cortex of ascomycete macrolichens. Science, 353(6298), 488. DOI: 10.1126/science.aaf8287