In the previous post on Alien Life we talked about the Pozas Azules ponds in México, with chemical compositions resembling the oceans of 4 billion years ago, as a model of how extraterrestrial life could be. But there are many more potential models. Without leaving the Chihuahua desert, we can find the "resurrection plant" Selaginella lepidophylla. It can dry out almost completely and return to normal conditions as soon as it is exposed to moisture (1).
Selaginella lepidophylla
Sight is one of the most important senses for many animal species; however, many species lacking vision inhabit deep caves all over the planet. Photosynthesis also depends on light, which is used by most current plants. Yet there are multiple ecosystems that lack illumination. Underwater hydrothermal ocean vents were discovered only about forty years ago, along with their communities of living beings more than 2.5 km—1.55 miles—deep where sunlight does not reach. There, scientists found bacteria, taking advantage of seawater, rocks, and high temperatures, capable of using sulfur as an energy source. The ecosystems generated are capable of maintaining organisms much more complex than bacteria, such as giant bivalves, mussels, prawns, and blind crabs (2). We know more than a thousand of these hydrothermal vents, which have been called "oases of life,” when compared to the scarcity of life in seabeds devoid of hot springs (3).
Blind crab in a submarine hydrothermal vent / Cangrejo ciego en manantial hidrotermal submarino
In addition to the absence of light, high temperatures are a characteristic of underwater hydrothermal vents. These temperatures are much higher than many known animals or plants could withstand. There are archaea, such as Methanopyrus kandlerii that proliferate at 121 ºC (4), and multicellular organisms, such as tube worms whose optimal temperature is 42 ºC (5).
A colony of tubeworms in an underwater ocean vent / Una colonia de gusanos de tubo en un manatial submarino
Beyond these vents, a large number of microbes have been observed in sediments under the seabed. Their frequency beneath the seabed decreases until reaching 600 meters below, where the temperature is 70 ºC. Farther down there is an almost sterile area, but with spores that can act as a reservoir of potential life. Even below 1,000 meters where temperatures are close to 120 ºC, large concentrations of acetate and sulfate are detected, indicators of the presence of hyperthermophilic microbes (6).
At the other extreme, Psychrophiles, also called cryophiles, show the greatest resistance to low temperatures. They can proliferate below -20 ºC. The lichen Xantoria elegans is even capable of photosynthesis at -24 ºC and in the Antartic ice one can find microorganisms that live close to -30 ºC (7).
Xanthoria elegans
Perhaps more startling, frozen worms (nematodes) may come back to life after 30,000 to 40,000 years when thawed (8), and Bdelloidea rotifers—microscopic aquatic invertebrates—survived at least 24,000 years at -10 ºC (9).
If life can thrive in spite of the absence of light or under temperature extremes, it can also overcome radiation. Chrococcidiopsis is a cyanobacterium that inhabits rocks in deserts and can withstand 15 kiloGrays (kGy) of radiation, more than a thousand times the dose that would sicken or kill a person, between 1.5 and 5 Gy (10). It is not in the least the only type of organism resistant to radiation. For instance, the bacterium Deinococcus radiodurans can withstand 10 kGy (11) and could survive under the surface of Mars for 280 million years (12). On the International Space Station, in spite of the radiation level, fungal infestations are frequent, and the astronauts found nitrogen-fixing bacteria. The spores of Aspergillus niger, a fungus common in the station, can withstand between 500 and 1,000 Gy, as well as high doses of ultraviolet radiation (13-15).
More about alien life in future posts.
Versión en español:
En el post anterior sobre la vida en otros mundos se citaron los estanques de Pozas Azules en México, con composiciones químicas que se asemejan a los océanos de hace 4 mil millones de años, como un modelo de la posible vida extraterrestre. Pero hay muchos más modelos posibles. Sin salir del desierto de Chihuahua, podemos encontrar la doradilla o Selaginella lepidophylla, que en América llaman "la planta que resucita". Puede secarse casi por completo y volver a condiciones normales tan pronto como se expone a la humedad (1).
La vista es uno de los sentidos más importantes para muchas especies animales; sin embargo, muchas especies que carecen de visión habitan cuevas profundas en todo el planeta. La fotosíntesis también depende de la luz, que es utilizada por la mayoría de las plantas actuales. Sin embargo, hay múltiples ecosistemas que carecen de iluminación. Los respiraderos hidrotermales submarinos se descubrieron hace solo unos cuarenta años, junto con sus comunidades de seres vivos a más de 2,5 km de profundidad, donde la luz solar no llega. Allí, los científicos encontraron bacterias, que aprovechan el agua de mar, las rocas y las altas temperaturas, y son capaces de usar azufre como fuente de energía. Los ecosistemas generados mantienen organismos mucho más complejos que las bacterias, como bivalvos gigantes, mejillones, langostinos y cangrejos ciegos (2). Conocemos más de mil de estos respiraderos hidrotermales, que han sido llamados "oasis de vida", en comparación con la escasez de vida en fondos marinos desprovistos de aguas termales (3).
Además de la ausencia de luz, las altas temperaturas son una característica de los respiraderos hidrotermales submarinos. Estas temperaturas son mucho más altas de lo que muchos animales o vegetales conocidos podrían soportar. Existen arqueas, como Methanopyrus kandlerii que proliferan a 121 ºC (4), y organismos multicelulares, como gusanos tubulares cuya temperatura óptima es de 42 ºC (5).
Más allá de estos respiraderos, se ha observado una gran cantidad de microbios en los sedimentos bajo el fondo marino. Su frecuencia disminuye hasta llegar a los 600 metros por debajo del fondo, donde la temperatura es de 70 ºC. Más abajo hay una zona casi estéril, pero con esporas que pueden actuar como reservorio de vida potencial. Incluso por debajo de los 1.000 metros, donde las temperaturas son cercanas a los 120 ºC, se detectan grandes concentraciones de acetato y sulfato, indicadores de la presencia de microbios hipertermófilos (6).
En el otro extremo, los psicrófilos, también llamados criófilos, muestran la mayor resistencia a las bajas temperaturas. Pueden proliferar por debajo de -20 ºC. El liquen Xantoria elegans es incluso capaz de realizar la fotosíntesis a -24 ºC y en el hielo antártico se pueden encontrar microorganismos que viven cerca de -30 ºC (7).
Quizás más sorprendente, gusanos (nematodos) congelados pueden volver a la vida tras descongelación después de 30.000 a 40.000 años (8), y los rotíferos bdeloideos (Bdelloidea), invertebrados acuáticos microscópicos, sobreviven al menos 24.000 años a -10 ºC (9).
Si la vida puede prosperar a pesar de la ausencia de luz o bajo temperaturas extremas, también puede superar la radiación. Chrococcidiopsis es una cianobacteria que habita rocas en desiertos y puede soportar 15 kiloGrays (kGy) de radiación, más de mil veces la dosis que enfermaría o mataría a una persona, entre 1,5 y 5 Gy (10). No es en absoluto el único tipo de organismo resistente a la radiación. Por ejemplo, la bacteria Deinococcus radiodurans puede soportar 10 kGy (11) y podría sobrevivir bajo la superficie de Marte durante 280 millones de años (12). En la Estación Espacial Internacional, a pesar del nivel de radiación, las infestaciones de hongos son frecuentes, y los astronautas encontraron bacterias fijadoras de nitrógeno. Las esporas de Aspergillus niger, un hongo común en la estación, pueden soportar entre 500 y 1.000 Gy, así como altas dosis de radiación ultravioleta (13-15).
Más sobre la vida en otros mundos en futuras publicaciones.
Images / Imágenes:
Selaginella lepidophylla. James St. John, CC BY 2.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/2.0>, via Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Selaginella_lepidophylla_(resurrection_plant)_(Mexico)_1_(49748122767).jpg.
Blind crab in a submarine hydrothermal vent / Cangrejo ciego en manantial hidrotermal submarino NOAA Photo Library. “Galapagos Rift Expedition” 2011. NOAA Okeanos Explorer Program. CC BY 2.0, https://www.flickr.com/photos/noaaphotolib/9664003207.
A colony of tubeworms in an underwater ocean vent / Una colonia de gusanos de tubo en un manatial submarino. “Galapagos Rift Expedition” 2011. NOAA Okeanos Explorer Program - Flickr NOAA Photo Library, CC BY 2.0, https://www.flickr.com/photos/noaaphotolib/9660806745/in/set-72157635360690997.
Xanthoria elegans. Jason Hollinger. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Xanthoria_elegans_97571.jpg. Mushroom Observer. CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0> , via Wikimedia Commons.
References / Referencias:
1. Suzana Pampurova and Patrick Van Dijck. The desiccation tolerant secrets of Selaginella lepidophylla: What we have learned so far? Plant Physiology and Biochemistry 80: 285-290, 2014. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2014.04.015.
2. John B. Corliss et al. Submarine Thermal Springs on the Galápagos Rift. Science16 Mar 1979: Vol. 203, Issue 4385, pp. 1073-1083. DOI: 10.1126/science.203.4385.1073. https://science.sciencemag.org/content/203/4385/1073.
3. Cindy Lee Van Dover. Forty years of fathoming life in hot springs on the ocean floor. Nature 567, 182-184 (2019). DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-019-00728-3.
4. Kazem Kashefi and Derek R. Lovley. Extending the upper temperature limit for life. Science15 Aug 2003: Vol. 301, Issue 5635, pp. 934. DOI: 10.1126/science.1086823.
5. Ravaux J, Hamel G, Zbinden M, Tasiemski AA, Boutet I, et al. (2013) Thermal Limit for Metazoan Life in Question: In Vivo Heat Tolerance of the Pompeii Worm. PLoS ONE 8(5): e64074. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0064074.
6. Verena B. Heuer et al. Temperature limits to deep subseafloor life in the Nankai Trough subduction zone. Science 2020: Vol. 370, Issue 6521, pp. 1230-1234. DOI: 10.1126/science.abd7934. https://science.sciencemag.org/content/370/6521/1230.
7. Barták, M., Váczi, P., Hájek, J. et al. Low-temperature limitation of primary photosynthetic processes in Antarctic lichens Umbilicaria antarctica and Xanthoria elegans. Polar Biol 31, 47–51 (2007). https://doi.org/10.1007/s00300-007-0331-x; Carlos Briones, José Mª Bermúdez de Castro and Alberto Fernández Soto. Orígenes. El universo, la vida, los humanos. Editorial Planeta, Barcelona, España, 2015.
8. Shatilovich, A.V., Tchesunov, A.V., Neretina, T.V. et al. Viable Nematodes from Late Pleistocene Permafrost of the Kolyma River Lowland. Dokl Biol Sci 480, 100–102 (2018). https://doi.org/10.1134/S0012496618030079.
9. Lyubov Shmakova et al. A living bdelloid rotifer from 24,000-year-old Arctic permafrost. Current Biology 31(11): PR712-R713, 2021. https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.04.077.
10. Charles Cockell. The Equations of Life. How Physics Shapes Evolution. Atlantic Books, London, 2018.
11. Cox, M., Battista, J. Deinococcus radiodurans — the consummate survivor. Nat Rev Microbiol 3, 882–892 (2005). https://doi.org/10.1038/nrmicro1264.
12. William Horne et al. Effects of Desiccation and Freezing on Microbial Ionizing Radiation Survivability: Considerations for Mars Sample Return. Astrobiology. DOI: 10.1089/ast.2022.0065. https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2022.0065.
13. Marta Cortesao et al. https://agu.confex.com/agu/abscicon19/meetingapp.cgi/Paper/479567.
14. Richard A. Lovett. Space station mold survives 200 times the radiation dose that would kill a human. DOI:10.1126/science.aay5644.
15. Swati Bijlani et al. Methylobacterium ajmalii sp. nov., Isolated From the International Space Station. Frontiers in Microbiology. 2021. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.639396.