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Fósiles de 3.000 millones de años muestran que los microbios primitivos vivían en cavidades de las rocas

Los fósiles recién encontrados en el cinturón de piedra verde de Baberton, Sudáfrica, ofrecen pruebas de que los microbios antiguos encontraron refugio en cavidades en los sedimentos de las mareas, que fueron formadas por burbujas de aire

Un equipo de investigadores de Alemania y Suiza ha encontrado ejemplos de vida microbiana de hace más de 3.000 millones de años que parece haber evadido la radiación UV escondiéndose en las cavidades del subsuelo. En su artículo publicado en la revista Geology, el equipo describe dónde se encuentran las células fosilizadas, sus técnicas de prueba y por qué su hallazgo es importante.


Micro-espectroscopia Raman. A, B: microfotografías de sección constante (izquierda) y los mapas de intensidad Raman correspondientes (derecha) de las cavidades silicificadas que muestran la acumulación orientada hacia abajo y la composición kerogénica de las láminas oscuras. Los colores rojos indican las zonas ricas en kerógeno. C: Representacón de primer orden del espectro Raman del kerógeno con los picos desordenados característicos para el carbono amorfo (D y D ‘) y el pico de grafito (G). Crédito: Geología (2016). DOI: 10.1130 / G37272.1 (Phys.org)

Los científicos creen que la vida llegó a la existencia en el planeta Tierra hace aproximadamente tres y medio a cuatro mil millones de años, en una época llamada el eón Archaean, cuando no había aún una capa de ozono que filtrara la radiación UV, y tampoco oxígeno en la atmósfera para respirar, lo cual significa que los microbios que prosperaron habrían tenido que hacerlo en un lugar protegido. En este nuevo esfuerzo, los investigadores informan que creen haber encontrado exactamente un «paraíso» así.

Los fósiles recién encontrados en el cinturón de piedra verde de Baberton, Sudáfrica, ofrecen pruebas de que los microbios antiguos encontraron refugio en cavidades en los sedimentos de las mareas, que fueron formadas por burbujas de aire. Las células fosilizadas han sido datadas en 3.200 millones de años y se encuentran bajo un tapete microbiano que se cree que ha sido empujado a la superficie por la actividad volcánica.

El equipo realizó varias pruebas en estas alfombras y los microbios que se encuentran ocultos debajo de ellas, incluyendo carbono en cantidad y el análisis SEM y la micro-espectroscopia Raman informan que los microbios tenían forma de varillas, creciendo en tren como filamentos, de manera similar a muchas bacterias vivas hoy. Señalan también que los microbios eran bastante uniformes en forma y que eran capaces de controlar su diámetro y longitud como lo hacen los microbios modernos. Los fósiles tienen, además, aproximadamente 500 millones de años más que cualquier otro fósil anterior que se haya encontrado en un hábitat, y por lo tanto representan algunas de las primeras formas de vida que se ha encontrado (la más antigua se remonta a hace unos 3.430 millones años.)

 

 

Curiosamente, los investigadores también señalan que la mayoría de los científicos están de acuerdo en que durante el tiempo que la vida surgía por primera vez sobre la Tierra, el planeta era muy parecido a lo que Marte es hoy en día, lo que sugiere que el nuevo hallazgo podría ofrecer algunas pistas sobre la mejor manera de buscar vida en el planeta rojo, cuando se diseñen y envíen nuevas sondas.

Más información: Martin Homann et al. Martin Homann et al. Evidence for cavity-dwelling microbial life in 3.22 Ga tidal deposits, Geology (2016). DOI: 10.1130/G37272.1.

Fuente: Physorg. Aportado por Eduardo J. Carletti

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MIT: "La más grande de las Cinco Extinciones Masivas fue causada por microbios"

La evidencia que quedó en la escena del crimen es abundante y global: Los restos fósiles muestran que en algún momento hace alrededor de 252 millones de años, más o menos el 90 por ciento de todas las especies de la Tierra fueron súbitamente aniquiladas. Por lejos, la mayor de las cinco extinciones masivas conocidas de este planeta. Pero determinar el culpable ha sido difícil y controvertido

En marzo pasado, un equipo de investigadores del MIT podría haber encontrado pruebas suficientes para condenar a los culpables; pero se necesita un microscopio para ver a los asesinos.

El caso de los investigadores se basa en tres conjuntos independientes de pruebas. En primer lugar, la evidencia geoquímica muestra un aumento exponencial (o incluso más rápido que eso) de dióxido de carbono en los océanos en el momento de la llamada extinción de finales del Pérmico. En segundo lugar, la evidencia genética muestra un cambio en los Methanosarcina en ese momento (un género de microorganismos del dominio Archaea), que les permitió convertirse en importantes productores de metano a partir de una acumulación de carbono orgánico en el agua. Finalmente, los sedimentos muestran un aumento repentino en la cantidad de níquel depositada exactamente en este momento.

Los autores, este nuevo trabajo dicen que no fueron asteroides, volcanes, o furiosos incendios de carbón, todos los cuales han sido previamente culpados. Más bien fue una forma de microbios —específicamente, arqueas productoras de metano llamadas Methanosarcina— que de repente florecieron de forma explosiva en los océanos, arrojando enormes cantidades de metano a la atmósfera y cambiando radicalmente el clima y la química de los océanos.

De acuerdo con este nuevo escenario, los volcanes no fueron del todo inocentes; simplemente fueron cómplices menores del crimen. La razón del repentino crecimiento explosivo de los microbios, según muestra la evidencia, puede haber sido su nueva capacidad de utilizar una rica fuente de carbono orgánico, ayudado por un flujo repentino de un nutriente requerido para su crecimiento: el níquel, emitido por un vulcanismo masivo justo en ese momento.

La solución a este misterio fue publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (Proceedings of the National Academy of Science) por el profesor del MIT de geofísica Daniel Rothman, postdoctorado Gregorio Fournier, y otros cinco investigadores del MIT y en China.

Los depósitos de carbón muestran que algo causó un repunte significativo en la cantidad de gases que contienen carbono —dióxido de carbono o metano— producidos en el momento de la extinción masiva. Algunos investigadores han sugerido que estos gases podrían haber sido lanzados por las erupciones volcánicas que produjeron las trampas siberianas, una vasta formación de roca volcánica producidas por las más extensas erupciones en el registro geológico de la Tierra. Pero los cálculos realizados por el equipo del MIT demostraron que estas erupciones no fueron suficientes para explicar el carbono que se observa en los sedimentos. Aún más importante, los cambios observados en la cantidad de carbono en el tiempo no se ajustan al modelo volcánica.

«Una inyección inicial rápida de dióxido de carbono de un volcán sería seguida por una disminución gradual», dice Fournier. «En cambio, vemos lo contrario: un aumento rápido y continuo. Eso sugiere una expansión microbiana», añade. El crecimiento de las poblaciones microbianas es uno de los pocos fenómenos capaces de aumentar la producción de carbono de manera exponencial, o incluso más rápido.

Pero si eran organismos vivos los que emitían todo ese metano, ¿qué organismos eran?, y ¿por qué eligieron a hacerlo en ese momento?

Ahí es donde el análisis genómico puede ayudar: Resulta que Methanosarcina había adquirido un medio particularmente rápido de producción de metano a través de la transferencia de genes de otro microbio; y el mapeo detallado del equipo de la historia del organismo ahora muestra que esta transferencia ocurrió alrededor de la época de la extinción de finales del Pérmico. (Los estudios anteriores habían colocado este evento en algún momento de los últimos 400 millones de años). Al haberse dado las condiciones adecuadas, esta adquisición genética preparó el escenario para que el microbio se sometiera a una etapa de crecimiento espectacular, consumiendo rápidamente una gran reserva de carbono orgánico en los sedimentos oceánicos.

Pero hay una pieza final en el rompecabezas: Esos organismos no habrían sido capaces de proliferar tan prodigiosamente si no hubieses tenido suficiente cantidad de nutrientes minerales adecuados para apoyarlos. Para este microbio en particular, el nutriente limitante es el níquel. Y un nuevo análisis de sedimentos en China mostró que aumentó dramáticamente tras las erupciones de Siberia (que ya se sabe que han producido algunos de los mayores depósitos mundiales de níquel). Estas erupciones proporcionaron el combustible para el crecimiento explosivo de Methanosarcina.

La explosión de metano habría aumentado los niveles de dióxido de carbono en los océanos, lo que resulta en la acidificación del océano; similar a la acidificación predicha por el cambio climático inducido por el hombre. Una evidencia independiente indica que los organismos marinos con conchas muy calcificadas fueron eliminados preferentemente durante la extinción de finales del Pérmico, lo cual es consistente con la acidificación.

«Mucho de esto está basado en el análisis de los isótopos de carbono», dice Rothman, que es excepcionalmente fuerte y claro en esta parte del registro geológico. «Si no hubiera sido una señal tan inusual, sería más difícil eliminar las otras posibilidades.»

John Hayes, investigador de la Institución Oceanográfica Woods Hole, quien no participó en la investigación, dice que esta obra es «una notable combinación de física, bioquímica y geoquímica. Se agiganta al cabo de años de trabajo excepcional y paciente que ha proporcionado una escala de tiempo altamente refinada para los acontecimientos que acompañaron el conjunto más severo de extinciones en la Tierra».

Hayes añade que la identificación del equipo de un organismo que puede haber sido responsable de muchos de los cambios es «la primera vez que el inicio explosivo de un proceso único ha sido reconocido de esta manera, y añade un muy importante detalle para nuestra comprensión de la extinción».

 

 

Si bien una línea única de evidencias no puede demostrar exactamente lo que sucedió en esa antigua mortandad, dice Rothman, quien también es codirector de Lorenz Center del MIT, «el impacto acumulativo de todas estas cosas es mucho más poderoso que cualquiera en forma individual.» Si bien no demuestra de manera concluyente que lo hicieron los microbios, descarta algunas teorías alternativas, y se convierte en un caso fuerte y consistente, dice.

La investigación fue financiada por la NASA, la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación de Ciencias Naturales de China, y el Programa Nacional de Investigación Básica de China.

Fuente: Daily Galaxy. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Activas bacterias convierten su entorno en un superfluido carente de fricción

La bacteria Escherichia coli es capaz de transformar las soluciones en las que se encuentra en superfluidos si la concentración de población es alta. Estas soluciones plenas de microbios se podrían reutilizar como pequeños motores bajo ciertas condiciones

Las bacterias nadadoras pueden diluir un líquido ordinario y, en algunos casos, lo convierten en un superfluido con viscosidad cero, informan los investigadores.

El trabajo coincide con modelos teóricos que indican que una solución de microbios podría ser capaz de fluir sin fricción. La investigación recoge detalles de la transición de un fluido regular a un superfluido exótico, dice Karsten Kruse, un físico de la Universidad de Saarland en Saarbrücken, Alemania.

Un equipo dirigido por el físico Harold Auradou en la Universidad de Paris-Sud en Orsay había tratado de probar si el agregar bacterias nadando a un fluido haría cambia sus propiedades. En el estudio, publicado el 7 de julio en Physical Review Letters, los investigadores proponen que un fluido así se podría utilizar como un pequeño motor en las condiciones adecuadas.

Los investigadores sumergieron las células Escherichia coli en una pequeña cantidad de agua y nutrientes, lo mínimo para mantener vivas y en movimiento las bacterias, pero no en suficiente cantidad como para permitir que se reproduzcan. Los científicos hicieron circular la solución lentamente en un reómetro, un dispositivo que mide la viscosidad, y registraron cómo fluía la muestra a diferentes velocidades de rotación y concentraciones bacterianas. Esto permitió que el equipo calculara la viscosidad del cóctel bacteriano.

Al aumentar la cantidad de bacterias, la viscosidad disminuyó, confirmando las predicciones sobre los efectos de los activos nadadores microscópicas en un líquido normal. La adición de aproximadamente 6.000 millones de células de una cepa de E. coli particularmente activa se redujo la viscosidad de la solución hasta cero; y se mantuvo en ese nivel cuando el equipo probó soluciones con concentraciones aún mayores de bacterias.

Auradou confía en que esta reducción se debe a la actividad de las bacterias, y no otros factores, por una simple razón. «Si se utilizan bacterias muertas, nada cambia», dice.

Misteriosa mecánica

Los investigadores aún no saben cómo transforman las bacterias los fluidos normales en superfluidos. «Creemos que hay un tipo de movimiento colectivo de las bacterias que no entendemos todavía», dice Auradou.

Los modelos sugieren que los flagelos —o pelos giratorios— que utilizan las bacterias para impulsarse podrían tener un papel importante en el fenómeno. Cuando las bacterias nadan, luchan contra la corriente, disminuyendo las fuerzas locales entre las moléculas que, en última instancia, determinan la viscosidad del fluido.

 

 

Aradou dice que el reómetro de décadas de antigüedad de su equipo fue la clave del descubrimiento, sobre todo porque el instrumento fue capaz de medir el flujo en el lento ritmo de rotación necesario para observar el efecto. «No se puede hacer eso con los reómetros actuales porque son demasiado sofisticados y están hechos para medir viscosidades más altas y una mayor velocidad», dice Auradou.

Los investigadores han mejorado su dispositivo de museo conectándole un motor controlado por ordenador y una lectura electrónica de la respuesta del fluido. «Lo más interesante de este trabajo es el diseño del instrumento», dice Igor Aronson, un físico del Laboratorio Nacional Argonne en Illinois. «Es un instrumento único, de hecho, diseñado exactamente para este experimento.»

Publicación de referencia: Turning Bacteria Suspensions into Superfluids

Fuente: Nature. Aportado por Eduardo J. Carletti

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