Extremófilos: características, tipos y ejemplos
Los extremófilos son organismos que viven en ambientes extremos, es decir, aquellos que se alejan de las condiciones en las que viven la mayoría de los organismos conocidos por el ser humano.
Los términos “extremo” y “extremófilo” son relativamente antropocéntricos, debido a que los humanos evaluamos los hábitats y a sus habitantes, en función de lo que se consideraría extremo para nuestra propia existencia.
Por lo antes planteado, lo que caracteriza un ambiente extremo, es que presenta condiciones intolerables para los seres humanos respecto a su temperatura, humedad, salinidad, luz, pH, disponibilidad de oxígeno, niveles de toxicidad, entre otros.
Desde una perspectiva no antropocéntrica los seres humanos podrían ser seres extremófilos, dependiendo del organismo que los evaluara. Por ejemplo, desde el punto de vista de un organismo anaeróbico estricto, para el cual el oxígeno es tóxico, los seres aeróbicos (como los humanos) serían extremófilos. Para el ser humano, por el contrario, los organismos anaeróbicos, son extremófilos.
Índice del artículo
- 1 Origen del término “extremófilos”
- 2 Características de los ambientes extremos
- 3 Tipos de extremófilos en la escala zoológica
- 4 Tipos más comunes de ambientes extremos
- 5 Transiciones y ecotonos
- 6 Animales y plantas con varios estadios o fases
- 7 Referencias
Actualmente definimos como “extremos” numerosos ambientes dentro y fuera del planeta Tierra y descubrimos constantemente organismos capaces, no sólo de sobrevivir, sino también de prosperar ampliamente en muchos de ellos.
En 1974, R. D. Macelroy propuso el término “extremófilos” para definir a estos organismos que presentan crecimiento y desarrollo óptimo bajo condiciones extremas, en oposición a los organismos mesófilos, que crecen en ambientes de condiciones intermedias.
Según Macelroy:
“Extremófilo es un descriptivo para organismos capaces de poblar ambientes hostiles a los mesófilos, u organismos que solo crecen en ambientes intermedios”.
Hay dos grados básicos de extremismo en los organismos: aquellos que pueden tolerar una condición ambiental extrema y convertirse en dominantes sobre los demás; y aquellos que crecen y se desarrollan de manera óptima bajo condiciones extremas.
La denominación de un ambiente como “extremo” responde a una construcción antropogénica, basada en la consideración de los extremos distantes de la línea base de una cierta condición ambiental (temperatura, salinidad, radiación, entre otros), que permite la sobrevivencia humana.
Sin embargo, esta denominación debe basarse en ciertas características de un ambiente, desde la perspectiva del organismo que lo habita (en lugar de la perspectiva humana).
Estas características incluyen: biomasa, productividad, biodiversidad (número de especies y representación de taxones superiores), diversidad de procesos en los ecosistemas y adaptaciones específicas al medio ambiente del organismo en cuestión.
La suma total de todas estas características denota la condición extrema de un ambiente. Por ejemplo, un ambiente extremo es aquel que generalmente presenta:
- Baja biomasa y productividad
- Predominio de formas de vida arcaicas
- Ausencia de formas de vida superiores
- Ausencia de fotosíntesis y fijación de nitrógeno pero la dependencia de otras vías metabólicas y adaptaciones fisiológicas, metabólicas, morfológicas y / o de ciclo de vida específicas.
El término extremófilo frecuentemente se refiere a procariotas, como las bacterias, y algunas veces se usa de manera intercambiable con Archaea.
Sin embargo, existe una amplia variedad de organismos extremófilos y nuestro conocimiento de la diversidad filogenética en hábitats extremos, aumenta casi a diario.
Sabemos por ejemplo, que todos los hipertermófilos (amantes del calor) son miembros de Archaea y Bacteria. Los eucariotas son comunes entre los psicrófilos (amantes del frío), acidófilos (amantes del pH bajo), alcalófilos (amantes del pH alto), xerófilos (amantes de ambientes secos) y halófilos (amantes de la sal).
Los organismos multicelulares, como los animales invertebrados y vertebrados, también pueden ser extremófilos.
Por ejemplo, algunos psicrófilos incluyen un pequeño número de ranas, tortugas y una serpiente, los cuales durante el invierno evitan la congelación intracelular en sus tejidos, acumulando osmolitos en el citoplasma celular y permitiendo la congelación solamente del agua extracelular (externa a las células).
Otro ejemplo es el caso del nemátodo antártico Panagrolaimus davidi, el cual puede sobrevivir a la congelación intracelular (congelación del agua dentro de sus células), pudiendo crecer y reproducirse tras descongelarse.
También los peces de la familia Channichthyidae, habitantes de las aguas frías de la Antártida y el sur del continente americano, utilizan proteínas anticongelantes para proteger sus células contra su congelación completa.
Los poli-extremófilos son organismos que pueden sobrevivir a más de una condición extrema al mismo tiempo, siendo por ende comunes en todos los ambientes extremos.
Por ejemplo, las plantas del desierto que sobreviven tanto al calor extremo, como a la disponibilidad limitada de agua y, a menudo, a alta salinidad.
Otro ejemplo serían los animales que habitan en los fondos marinos, los cuales son capaces de soportar tanto altísimas presiones, como la falta de luz y escasez de nutrientes, entre otros.
Tradicionalmente se definen los extremos ambientales basándose en factores abióticos, como por ejemplo:
- Temperatura.
- Disponibilidad de agua.
- Presión.
- pH.
- Salinidad.
- Concentración de oxígeno.
- Niveles de radiación.
De forma similar los extremófilos son descritos sobre la base de las condiciones extremas que soportan.
Los ambientes extremos más importantes que podemos reconocer según sus condiciones abióticas, son:
Los ambientes de fríos extremos son aquellos que se mantienen o caen con frecuencia por períodos (cortos o largos) de temperaturas por debajo de los 5 °C. Éstos incluyen los polos terrestres, las regiones montañosas y algunos hábitats oceánicos profundos. Incluso algunos desiertos muy calientes durante el día presentan temperaturas muy bajas durante noche.
Existen otros organismos que viven en la criósfera (donde el agua se encuentra en estado sólido). Por ejemplo, organismos que viven en matrices de hielo, permafrost, bajo coberturas de nieve permanentes o periódicas, deben tolerar múltiples extremos, incluyendo el frío, la desecación y los altos niveles de radiación.
Los hábitats extremadamente calientes son aquellos que permanecen o periódicamente alcanzan temperaturas superiores a 40 °C. Por ejemplo, los desiertos calientes, sitios geotérmicos y respiraderos hidrotermales de aguas profundas.
A menudo se asocian con temperaturas altas extremas, entornos donde el agua disponible es muy limitada (de forma persistente o por períodos de tiempo regulares), como los desiertos fríos y calientes, y algunos hábitats endolíticos (que se ubican dentro de rocas).
Otros entornos están sujetos a una presión hidrostática alta, como las zonas bentónicas de océanos y lagos profundos. En estas profundidades, sus habitantes deben soportar presiones superiores a 1000 atmósferas.
Alternativamente, existen extremos hipobáricos (de presión atmosférica baja), en montañas y en otras regiones elevadas del mundo.
En general, los ambientes extremadamente ácidos son aquellos que mantienen o regularmente alcanzan valores por debajo del pH 5.
El bajo pH, en particular, incrementa la condición de “extremo” de un ambiente, puesto que aumenta la solubilidad de los metales presentes y los organismos que viven en ellos deben estar adaptados para enfrentar múltiples extremos abióticos.
De forma opuesta, los ambientes extremadamente alcalinos son aquellos que permanecen o regularmente registran valores de pH por encima de 9.
Los ejemplos de ambientes de pH extremo incluyen lagos, aguas subterráneas y suelos, altamente ácidos o alcalinos.
Los ambientes hipersalinos se definen como aquellos con concentraciones de sal mayores a las del agua de mar, que presenta 35 partes por mil. Estos ambientes incluyen lagos hipersalinos y salinas.
Con “salino” no nos referimos solamente a salinidad por cloruro de sodio, pues puede haber ambientes salinos donde la sal preponderante sea otra diferente.
Los hábitats con oxígeno libre limitado (hipóxicos) o sin oxígeno presente (anóxicos), ya sea de forma persistente o a intervalos regulares, también se consideran extremos. Por ejemplo, ambientes con estas características serían las cuencas anóxicas en océanos y lagos, y los estratos de sedimentos más profundos.
La radiación ultravioleta (UV) o infrarroja (IR), también puede imponer condiciones extremas a los organismos. Los ambientes extremos en radiación, son aquellos expuestos a radiación anormalmente alta o a radiación fuera del rango normal. Por ejemplo, ambientes polares y de gran altitud (terrestres como acuáticos).
Phaeocystis pouchetii
Algunas especies presentan mecanismos evasivos de la alta radiación UV o IR. Por ejemplo, el alga marina antártica Phaeocystis pouchetii produce “filtros solares” solubles en agua, que absorben fuertemente las longitudes de onda UV-B (280-320nm) y protegen sus células de los niveles extremadamente altos de UV-B en los 10 m superiores de la columna de agua (después de la ruptura del hielo marino).
Deinococcus radiodurans
Otros organismos son muy tolerantes a la radiación ionizante. Por ejemplo, la bacteria Deinococcus radiodurans puede preservar su integridad genética compensando el daño extenso del ADN después de la exposición a la radiación ionizante.
Esta bacteria utiliza mecanismos intercelulares para limitar la degradación y restringir la difusión de fragmentos de ADN. Además, posee proteínas reparadoras de ADN sumamente eficientes.
Astyanax hubbsi
Incluso en ambientes con aparente baja radiación o sin radiación, los organismos extremófilos están adaptados para responder a los cambios en los niveles de radiación.
Por ejemplo, Astyanax hubbsi, un pez ciego mexicano habitante de cuevas, no presenta estructuras oculares perceptibles superficialmente y, sin embargo, puede distinguir pequeñas diferencias en la luz ambiental. Utilizan fotorreceptores extraoculares para detectar y responder a estímulos visuales en movimiento.
Actualmente vivimos en un entorno donde se imponen condiciones extremas ambientales, generadas artificialmente como efecto de las actividades humanas.
Los llamados entornos con impacto antropogénico son extremadamente variados, tienen alcance mundial y ya no pueden ignorarse al definir ciertos ambientes extremos.
Por ejemplo, los entornos afectados por la contaminación (atmosférica, hídrica y de suelos) -como el cambio climático y la lluvia ácida-, la extracción de recursos naturales, la perturbación física y la sobreexplotación.
Además de los entornos extremos mencionados anteriormente, los ecólogos terrestres siempre han sido conscientes de la naturaleza especial de las zonas de transición entre dos o más comunidades o entornos diversos, como la línea de árboles en las montañas o el límite entre los bosques y los pastizales. Estos se denominan cinturones de tensión o ecotonos.
Los ecotonos también existen en el ambiente marino, por ejemplo, la transición entre el hielo y el agua representada por el borde del hielo marino. Estas zonas de transición típicamente exhiben mayor diversidad de especies y densidad de biomasa que las comunidades flanqueantes, en gran parte porque los organismos que viven en ellas pueden aprovechar los recursos de los entornos adyacentes, lo que puede conferirles una ventaja.
Sin embargo, los ecotonos son regiones continuamente cambiantes y dinámicas, que a menudo muestran una gama más amplia de variación en las condiciones abióticas y bióticas durante un período anual que los entornos adyacentes.
Esto podría razonablemente considerarse “extremo”, porque requiere que los organismos adapten continuamente su comportamiento, fenología (tiempo estacional) e interacciones con otras especies.
Las especies que viven en ambos lados del ecotono son a menudo más tolerantes a la dinámica, mientras que las especies cuyo rango se limita a uno de los lados, experimentan el otro lado como extremo.
Por lo general, estas zonas de transición también son a menudo las primeras afectadas por cambios en el clima y/o alteraciones, tanto naturales como antropogénicas.
No sólo los entornos son dinámicos, pudiendo ser extremos o no, sino que los organismos también son dinámicos y tienen ciclos de vida con diferentes etapas, adaptadas a condiciones ambientales particulares.
Puede ocurrir que el entorno que soporta una de las etapas del ciclo de vida de un organismo sea extremo para otra de las etapas.
Por ejemplo, el coco (Cocos nucifera), presenta una semilla adaptada para su transporte por mar, pero el árbol maduro, crece en tierra.
En las plantas vasculares portadoras de esporas, tales como los helechos y diferentes tipos de musgos, el gametofito puede estar desprovisto de pigmentos fotosintéticos, no poseer raíces y depender de la humedad ambiental.
Mientras que los esporofitos presentan rizomas, raíces y brotes que soportan condiciones de calor y sequedad a plena luz solar. La diferencia entre los esporofitos y los gametofitos está en el mismo orden de las diferencias entre taxones.
Un ejemplo muy cercano lo constituyen los estadios juveniles de muchas especies, los cuales son por lo general intolerantes al entorno que suele rodear al adulto, por lo que suelen requerir de protección y cuidados durante el periodo durante el cual adquieren las destrezas y fortalezas que les permitan lidiar con estos ambientes.
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