Las arqueas del Castillo de Loki

Chimenea hidrotermal del Castillo de Loki.  [Foto: Centro de Geobiología, Universidad de Bergen]
Chimenea hidrotermal del Castillo de Loki. [Foto: Centro de Geobiología, Universidad de Bergen]

En las profundidades del mar de Noruega, a más de 2300 metros bajo el nivel del mar, se encuentra el Castillo de Loki. Se trata de un conjunto de estructuras geológicas en forma de torre cuya fantasmal silueta evoca una imagen sacada de algún relato mitológico. Loki es, de hecho, un personaje central en la mitología nórdica. En la mayoría de los relatos aparece como un ingenioso embaucador que urde un sinfín de engaños para aprovecharse de otros dioses. Es también un transmutador, un personaje capaz de adquirir formas diversas para engañar a sus enemigos o para mantenerse oculto. Cuando bautizaron el sitio, los científicos de la Universidad de Bergen que descubrieron el Castillo de Loki consideraron que el nombre reflejaba el carácter misterioso y lo difícil de hallar del lugar.

Las estructuras del Castillo de Loki son en realidad ventilas hidrotermales que por la acumulación de sedimento han tomado forma de chimeneas de más de diez metros de alto. Las ventilas hidrotermales son fisuras en el fondo marino que se encuentran en áreas de gran actividad geológica llamadas dorsales centro-oceánicas. Es en estas dorsales donde se regenera el fondo del mar a partir de material ígneo proveniente de las capas internas de la tierra. Cuando el agua marina se filtra y entra en contacto con estas zonas de gran actividad, adquiere temperaturas de más de 300 °C y emerge a través de las ventilas, arrastrando con ella una gran cantidad de minerales sulfurosos que se depositan en los alrededores.

Las inmediaciones de las ventilas hidrotermales están habitadas por curiosos organismos, tales como gusanos tubulares gigantes y extrañas almejas, caracoles y crustáceos de aspecto amenazador. A diferencia de la enorme mayoría de los ecosistemas, las comunidades de organismos de las ventilas hidrotermales no dependen de la fotosíntesis para su manutención. En ausencia de luz, los microorganismos del fondo del mar utilizan procesos de quimiosíntesis para capturar energía de las reacciones químicas de los compuestos sulfurados que abundan en los sedimentos de alrededor de las ventilas hidrotermales. La abundante fauna que se encuentra cerca de las ventilas depende casi totalmente de la energía capturada por los organismos quimiosintéticos para su propia subsistencia.

El Castillo de Loki

En mayo de 2015 se develó uno de los grandes secretos del Castillo de Loki. Un equipo encabezado por científicos de la Universidad de Upsala, en Suecia, anunció el hallazgo de un tipo de microorganismo semejante al que podría haber sido el ancestro de todos los seres vivos con células complejas, incluyendo los animales, plantas, hongos y algas. Los científicos de Upsala analizaron fragmentos de DNA extraídos del sedimento que había sido recolectado por los investigadores de Bergen en las cercanías del Castillo de Loki, por lo que los nuevos organismos fueron llamados Lokiarchaeota, o “arqueas de Loki”.

Desde los estudios pioneros de Carl Woese en los años 70s, la mayoría de los especialistas considera que los seres vivos se pueden clasificar en tres grandes grupos denominados dominios: el de las bacterias (Bacteria) , el de las arqueas (Archaea) y el de los eucariontes (Eukarya). Todas las bacterias y arqueas son organismos unicelulares, pero difieren entre sí tanto en la estructura como en el funcionamiento de sus maquinarias celulares. Entre los eucariontes se incluyen organismos de una sola célula, como las amibas y las algas unicelulares, y todos los seres multicelulares, es decir las plantas, hongos y animales que todos conocemos. Lo que distingue a los eucariontes de las bacterias y arqueas es la complejidad de sus células, que contienen estructuras como el núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos que no se encuentran en las pequeñas y simples células bacterianas.

La propuesta de Woese sobre las relaciones evolutivas entre las bacterias, las arqueas y los eucariontes. Imagen de Wikipedia
La propuesta de Woese sobre las relaciones evolutivas entre las bacterias, las arqueas y los eucariontes. Imagen de Wikipedia

Woese propuso que las arqueas están más cercanamente relacionadas con los eucariontes que con las bacterias. Estudios más recientes han confirmado esta observación, e incluso algunos datos sugieren que los eucariontes podrían de hecho ser los descendientes de algún tipo de arquea ancestral que existió hace más de mil millones de años. El genoma de las arqueas de Loki muestra elementos muy similares a los que debió tener este hipotético ancestro de los eucariontes.

Los científicos de Upsala encontraron en el genoma de las Lokiarchaeota algunos genes que hasta ahora se conocían únicamente en células eucariontes. De particular relevancia son fragmentos de DNA que en los eucariontes codifican la producción de estructuras complejas dentro de la célula, como el llamado esqueleto celular o citoesqueleto que permite a las células eucariontes cambiar de forma y tener movilidad. Otros fragmentos del genoma sugieren que las arqueas de Loki son capaces de engullir otras células, lo que además daría apoyo a la hipótesis de que algunas estructuras de las células eucariontes, como por ejemplo las mitocondrias y los cloroplastos, podrían haber surgido a partir de células bacterianas engullidas por algún tipo de célula ancestral.

A partir de los datos del genoma de las arqueas de Loki, los científicos de Upsala proponen una filogenia (un “árbol evolutivo”) en el que existe un ancestro común entre los eucariontes y las Lokiarchaeota. Esto, contrariamente a lo que algunos sitios de internet afirman, no significa que las arqueas de Loki sean los ancestros de todos los eucariontes, incluyendo los seres humanos. Lo que sí demuestra el hallazgo de estas arqueas es el parentesco cercano entre los eucariontes y las arqueas. De hecho, en una interpretación estricta, sería necesario revisar el esquema de clasificación actual y reconocer la existencia de solamente dos grandes dominios de la vida: el de las bacterias y el de las arqueas + los eucariontes.

Árbol filogenético de los seres vivos, de acuerdo con los nuevos datos sobre las arqueas de Loki
Árbol filogenético de los seres vivos, de acuerdo con los nuevos datos sobre las arqueas de Loki

Así como Loki no dejaba de sorprender al resto de los dioses del panteón nórdico con su capacidad de transformación y habilidad para esconder secretos, seguramente las arqueas y el Castillo de Loki contienen aún muchos misterios que en el futuro serán revelados y nos ayudarán a descifrar la historia evolutiva de nosotros mismos.

REFERENCIAS Spang, A. et al. 2015.  Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes. Nature 521:173-179.

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¿Se pueden predecir los terremotos?

De acuerdo con la mitología japonesa, los terremotos se producen debido a los violentos movimientos de un gigantesco bagre, Namazu, que habita en el interior de la Tierra.  Cuenta la historia que el dios Kashima tiene a su cargo la labor de controlar los espasmos del pez con una roca.  Sin embargo, cuando Kashima se distrae el bagre logra moverse y es entonces que se producen los temblores de tierra.

Esta historia nos muestra por un lado la preocupación que ha existido desde tiempos inmemorables en el pueblo japonés por los terremotos, y por otro lado nos señala una característica intrínseca de esos fenómenos telúricos: su impredictibilidad.  Así como no es posible saber exactamente cuando Kashima perderá temporalmente el control de Namazu, la ciencia es incapaz hasta ahora de predecir con precisión el momento y el lugar en el que se producirá un terremoto.

El reciente terremoto de Tohoku del 11 de marzo fue un espantoso recordatorio de que a pesar de los enormes avances científicos la predicción de cuándo y dónde se producirá el siguiente terremoto de gran magnitud es todavía imposible.  Aún en una nación como Japón, que cuenta con la tecnología y la instrumentación más modernas y cuya población es sin duda la mejor preparada del mundo para un terremoto, el evento de Tohoku tomó por sorpresa a todos.  Como reconoce Robert Geller, geofísico de la Universidad de Tokio en un reportaje en el número de hoy de Science, los terremotos más importantes parecen ser siempre los que no son esperados por los científicos.

Japón se encuentra en una de las zonas más activas del llamado cinturón de fuego del Pacífico, la región en la que se presentan con mayor frecuencia los terremotos más intensos del planeta, por lo que un gran sismo no es un fenómeno inesperado.  Lo que sorprendió a los científicos fue la gran intensidad y la localización del terremoto de Tohoku.  El epicentro se localizó a unos 130 km al este de Sendai, en la prefectura de Miyagi, en una zona en la que se producen terremotos de magnitud de alrededor de 7.5  con intervalos de 30 a 40 años.  El último de esos sismos había ocurrido en 1978, de manera que había una probabilidad relativamente alta de un sismo semejante.  Por el contrario, la probabilidad de un sismo de magnitud 9.0 como el que de hecho sucedió hace unos días era bastante más baja.

La frecuencia de los terremotos se puede describir muy bien con la ley de Gutenberg-Richter, que predice la frecuencia promedio con la que suceden los sismos de acuerdo con su magnitud.  Por ejemplo, en un periodo y lugar dados, por cada temblor de magnitud 8 que se produzca, habrá aproximadamente 10 sismos de magnitud 7, 100 de magnitud 6 y mil de magnitud 5.  Por supuesto, esta es una “ley”, o más apropiadamente, un patrón estadístico.  No hay manera de predecir con exactitud el momento y el lugar en el que sucederá cada evento y el espaciamiento entre evento y evento es sólo un promedio.

Terremotos de magnitud 8.0 o mayor (USGS)

Según los datos del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), desde 1900 se han producido en todo el mundo 87 terremotos de magnitud 8.0 ó mayores.   En promedio esperaríamos un temblor de tal magnitud cada 1.26 años (87 temblores en 110 años), es decir uno cada aproximadamente 15 meses.  Esto por supuesto no significa que estemos a salvo de un terremoto de esta magnitud por el resto del año dado que ya sucedió el de Japón.  El siguiente gran terremoto podría suceder mañana mismo o dentro de cinco, diez o más años.

En años recientes hemos sido testigos de algunos de los terremotos más intensos de la lista del USGS.  El terremoto de Tohoku del 2011 (magnitud 9.0) y el de Sumatra de 2004 (magnitud 9.1) son dos de los cinco terremotos más intensos de los últimos 110 años.  Los otros sucedieron en Kamchatka (1952, magnitud 9.0), Alaska (1964, magnitud 9.2) y Chile (1960, magnitud 9.5).  Además, todavía tenemos fresco en la memoria el terremoto de Maule, Chile de febrero de 2010, que tuvo una magnitud de 8.8.

El terremoto y tsunami de Lisboa 1755

Sin embargo, existen registros históricos de terremotos que seguramente fueron al menos tan intensos como los que recientemente han ganado los titulares de los periódicos.  En 1755 la ciudad de Lisboa fue destruida por un terremoto que se produjo en el océano Atlántico y que generó un enorme tsunami que arrasó con las zonas costeras de la península ibérica y del norte de África. Se estima que el terremoto de Lisboa debe haber sido de magnitud 9.0 o mayor.

Con todos estos registros históricos y una mejor comprensión de las causas de los terremotos, los geofísicos pueden hacer estimaciones del riesgo relativo de algunas zonas del planeta.  Respecto a Japón, por ejemplo, se ha dicho que Tokio es una ciudad condenada a desaparecer pues la probabilidad de un sismo de gran magnitud en las cercanías de la ciudad más poblada del planeta es muy alta.  Igualmente, California se ha preparado por décadas para un gran terremoto (the big one) y la historia advierte que lugares como Valparaíso en Chile, Creta en el Mediterráneo y Sumatra en el sureste Asiático sufrirán sin duda temblores de gran magnitud en un futuro no muy lejano.  El problema es, por supuesto, que no podemos decir exactamente cuándo sucederán esos eventos.

Así como los espasmos de Namazu producen los sismos de acuerdo con la mitología japonesa, en la mitología griega eran los arranques de ira de Poseidón los que producían los terremotos y en la mitología nórdica era Loki, el embaucador, el que sacudía la Tierra cada vez que se acomodaba en su prisión en el interior de la Tierra.  Para la ciencia moderna, los terremotos siguen siendo casi tan impredecibles como para las mitologías antiguas: sabemos con cierta certeza las regiones más vulnerables y conocemos la frecuencia de los sismos; desafortunadamente, no sabemos con precisión cuándo y dónde se producirá el siguiente gran sismo.  ¿Cuándo será que Namazu se moverá de nuevo?