¿Qué diantres es eso de “Arquea”?

Antes de comenzar a leer me gustaría que tratarais de dar respuesta a la pregunta que titula este post: ¿qué tienen en común una bacteria y los ferrofluidos? De acuerdo, pilule information pills no he especificado de qué bacteria estoy hablando y es un dominio realmente extenso como para que la adivinéis sin más, cost pero aún así intentad buscar una relación. Por si eso llamado ferrofluido os ha dejado fuera de juego comenzaremos explicando fácilmente de qué se trata. Afortunadamente, la mejor forma para entenderlo es mediante una imagen, como la que acompaña a estas líneas y que os invito a pinchar para ver ampliada, y el siguiente vídeo donde lo vemos en acción.

Este solo es uno de los muchísimos vídeos sobre arte hecho con magnetismo. Si os gusta esta forma de arte tenéis algunos vídeos interesantes en puratura, y muchos otros más por la red.

Ferrofluidos, magnetita y propiedades magnéticas

Volviendo a nuestros ferrofluidos, su funcionamiento es bastante sencillo. Se trata de un líquido, por ejemplo agua, al que se le añaden nanopartículas magnéticas, normalmente magnetita (Fe3O4). De esta forma el líquido adquiere un carácter magnético y puede ser dirigido mediante imanes o cualquier cosa que genere un campo magnético. Se suelen añadir también surfactantes, cuya función es impedir que las nanopartículas se acumulen y formen aglomeraciones que limiten su movimiento.

Como ya sabéis, no todos los materiales responden igual ante la presencia de un campo magnético. Existen algunos que se sienten fuertemente atraídos si se les acerca un imán, como por ejemplo el hierro; otros que solo son atraídos débilmente, como el aluminio; y otros en cambio que se siente ligeramente repelidos, como el oro. Físicamente, estos tres fenómenos reciben un nombre, y son respectivamente el ferromagnetismo, el paramagnetismo y el diamagnetismo.

La diferencia básica entre estos tres tipos radica en cómo tienen orientados los momentos magnéticos los átomos del material, en lo que se denomina dominios magnéticos. Estos dominios son estructuras móviles que pueden cambiar su orientación, crearse o incluso desaparecer cuando el material se somete a un campo magnético. De una forma gráfica se puede entender como una serie de flechitas o vectores (una por átomo) que están orientadas en una dirección al azar. Cuando se juntan un grupo de varias estas flechitas apuntando en una misma dirección dan lugar a un dominio magnético, que es lo que aparece representado en la imagen que acompaña a estas líneas. Los materiales no magnéticos están compuestos de diferentes dominios, cada uno apuntando en una dirección. Esto hace que la suma total sea 0, ya que se van anulando las contribuciones entre sí. El caso contrario se da en los imanes, donde todos sus dominios están orientados en una misma dirección lo que hace que sean fuertemente magnéticos.

La magnetita se encuentra dentro del grupo de materiales ferromagnéticos, pues se siente fuertemente atraída ante la presencia de un imán. Esto nos ha posibilitado, entre otras muchas cosas, la creación de brújulas, cuya aguja está compuesta por dicho material. Además ha conseguido despertar en los seres humanos el interés y la fascinación por el magnetismo ya desde la Antigua Grecia, pues recordad que la magnetita recibe su nombre de la antigua ciudad griega de Magnesia, donde sus propiedades fueron descubiertas por primera vez. Ahora bien, a diferencia de la magnetita descrita en el párrafo anterior, la que se encuentra en los ferrofluidos no es ferromagnética, sino que está en un estado especial conocido como superparamagnético.

A medida que descendemos en el mundo de lo más pequeño, lo cuántico, las propiedades físicas de los materiales varían, y mucho. El magnetismo no es una excepción. Al tener magnetita en un tamaño pequeño, esferas del orden de 10 nanómetros de diámetro, las interacciones magnéticas dentro del material que causan el ferromagnetismo pierden gran parte de su poder y por tanto la magnetita pasa a convertirse en superparamagnética. Además, las esferas son tan pequeñas que no hay espacio material para tener más de un dominio, por lo que todos los momentos magnéticos apuntan en la misma dirección. Por tanto siguen sintiéndose atraídas por campos magnéticos, pero de una forma menos intensa que en su tamaño normal.

Dynabeads®. Nanopartículas de magnetita como las que hay en los ferrofluidos vistas en un microscopio electrónico de barrido.

En resumen, la magnetita presente en el ferrofluido actúa como elemento magnético que ayuda a que el líquido adquiera formas sorprendentes por el mero hecho de estar ante la presencia de imán. Y evidentemente las formas tienen que ver con el magnetismo, pues el ferrofluido tratará de seguir las líneas de campo magnético creadas por el imán. Una clara prueba del arte que se puede hacer gracias a la ciencia.

¿Bacterias magnéticas?

Llegados a este punto es lógico que ya hayáis visto la relación entre los ferrofluidos y esa bacteria de la que aún no os he desvelado nada. El nexo de unión es el magnetismo.

El descubrimiento de este tipo de “bacterias magnéticas” ocurrió en 1975 cuando el estudiante Richard Blakemore descubrió por casualidad como las bacterias que estaba observando en el microscopio se movían atendiendo al campo magnético terrestre. Fue una de estas curiosas serendipias de la ciencia que tanto gustan al amigo Iker Jiménez y a El Gran Wyoming.

En el artículo publicado en Science ese mismo año Blackmore utilizó por primera vez el término bacteria magnetotáctica, es decir, bacteria que se mueve dirigida por un campo magnético. Existen gran cantidad de bacterias que poseen este comportamiento, aunque quizá la más estudiada sea la Magnetospirillum magnetotacticum. Se trata de una bacteria alargada que se mueve mediante flagelos y que posee en su interior una cosa muy curiosa. A ver si adivináis lo que es viendo en la imagen inferior.

Bacteria Magnetospirillum magnetotacticum (cepa MV-4) vista en un microscopio electrónico de transmisión

Esa especie de cordón oscuro formado por estructuras más o menos cuadradas que atraviesa la bacteria longitudinalmente es lo que hace que esta bacteria sea capaz de detectar campos magnéticos, y recibe el nombre de magnetosomas. Son pequeñas vesículas, de entre 35 y 120 nanómetros, que se encuentran en el interior de la bacteria y cuyo cometido es almacenar unas partículas magnéticas. ¿Os imagináis cuáles? Magnetita.

Primeros pasos de la síntesis de la magnetita dentro de un magnetosoma, visto en un microscopio electrónico de transmisión. Las flechas blancas nos indican la membrana del magnetosoma.

En los magnetosomas las bacterias magnetotácticas biosintetizan nanopartículas de magnetita (Fe3O4) de la forma más perfecta que conocemos hasta la fecha, mucho mejores que las que podemos fabricar en un laboratorio. Lo hacen controlando todo el proceso mediante diferentes proteínas y procesos bioquímicos sobre los que no puedo entrar porque se alejan demasiado de mi campo de conocimientos. Aún así, y siendo fieles a la realidad, sí que os puedo decir que la magnetita no es el único elemento que pueden fabrican estas bacterias, sino que algunas pueden crear greigita donde los oxígenos son sustituidos por azufre (Fe3S4).

Al igual que un ferrofluido se mueve en un campo magnético gracias a la magnetita que contiene, las bacterias magnetotácticas se orientan aprovechando el campo magnético terrestre con la magnetita presente en sus magnetosomas. Es posible que os haya llamado la atención que los magnetosomas están juntos y parecen formar una cadena. La razón de hacer esto es muy sencilla si tenéis presente lo que vimos más arriba sobre los dominios magnéticos. La magnetita de las nanopartículas formaba un único dominio magnético, ¿lo recordáis? Pues bien, en este caso ocurre lo mismo, luego la bacteria puede crear toda su magnetita apuntando en la misma dirección y sumar sus contribuciones para convertirse en una brújula suficientemente potente como para orientarse y moverse aprovechando el débil campo magnético terrestre.

La bacteria magnetotáctica actúa como si fuera un imán para orientarse

Existen otras especies que utilizan el magnetismo para ayudarse en su orientación, como algunas aves, algas, tortugas o peces, pero sin duda las bacterias magnetotácticas están muchos pasos por delante: seguir las líneas creadas por el campo magnético terrestre es su principal y casi única forma de orientación. Un punto más para las maravillas de la naturaleza y la evolución.

Bibliografía

Probablemente muchos de vosotros no os hayáis hecho nunca esta pregunta, ailment y de habérosla hecho, decease habríais acudido corriendo a mirarlo en internet así que ya conoceréis la respuesta. Los que aún vivís en la dulce ignorancia, sildenafil os la estaréis haciendo justo desde que habéis leído el título de esta entrada. En cualquier caso aquí vengo yo, en mi primera colaboración, a hablaros sobre este fascinante grupo de organismos: las arqueas.

Los grandes reinos

Antes de nada quiero hacer un pequeño repaso a la clasificación a gran escala de los seres vivos, porque este es el motivo de que muchos de vosotros no sepáis lo que son las arqueas. Hasta hace bien poco (tengo 22 años y recuerdo haberlo estudiado así en el colegio) se dividía a los seres vivos en los cinco reinos de Whittaker: Plantae, Animalia, Fungi, Protista y Monera. Es decir: plantas, animales, hongos, protistas y moneras.

Los cinco Reinos de Whittaker: Plantae, Animalia, Fungi, Protista y Monera.

¿Monera? Guau, es casi tan raro como Arquea, aunque este nombre sí que nos suena algo más. Adentrémonos, pues, en el reino Monera a ver qué es lo que nos encontramos.

En este reino se incluían los organismos unicelulares carentes de núcleo y otros orgánulos definidos por membranas, es decir, a los Procariotas. A los demás reinos, que sí tienen estas estructuras y en muchos casos forman seres pluricelulares, se les llama Eucariotas. Por lo tanto, tenemos un reino de organismos “rudimentarios” o “primitivos” que podríamos considerar en la base del árbol de la vida y a partir de los cuales evolucionaron todos los demás. Hasta aquí todo bien, ¿no? Pues no, todo mal.

Resulta que un día allá por el año 1977, el amigo Woese decidió hacer un análisis filogenético molecular basándose en las diferencias de las secuencias del rRNA (RNA estructural que forma parte de los ribosomas, esos orgánulos encargados de sintetizar proteínas a partir del RNA mensajero transcrito del DNA en el proceso conocido como traducción) de la subunidad pequeña de dichos orgánulos y vio que dentro de los procariotas hay dos grupos bien distintos, a los que en principio se llamó Eubacteria y Archeobacteria, que ya se va pareciendo bastante a Arquea…

A medida que pasaba el tiempo se fueron encontrando cada vez más diferencias entre estos dos grupos de procariotas. Las arqueobacterias ya nada tenían que ver con las eubacterias, ¡las primeras incluso estaban más relacionadas filogenéticamente con el conjunto de los otros reinos, los eucariotas!  Alguien debía abandonar el nido. Algunos piensan que fueron los científicos los que cambiaron la clasificación en base a los estudios de Woese, pero yo creo (basado en pruebas empíricas, ¡como buen hombre de ciencia!) que lo que sucedió realmente fue algo así…

Eubacterias vs. Arqueobacterias: el origen de los tres dominios

Las anteriormente amigas eubacterias y arqueobacterias comenzaron una encarnizada lucha que duró generaciones (no penséis que fue mucho tiempo, gran parte de los procariotas tienen tiempos de generación de minutos) pero que las bajas se contaban por billones y olía a muerte por doquier. Para no autodestruirse finalmente hicieron una tregua y llegaron a un acuerdo: el reino Monera debía disolverse. Así se hizo y las Eubacterias pasaron a llamarse Bacterias y las Archeobacterias sería reconocidas como Archaeas.

A pesar de esto no se separaron en dos reinos. Las diferencias eran mucho mayores, y mucho mayores también en relación al conjunto de los otros reinos, así que los científicos, reacios al principio a aceptar esta chocante novedad y presionados por estos dos grupos de Procariotas, rehicieron la clasificación. El resultado fue la clasificación de los seres vivos en tres dominios: Bacteria, Archaea y Eukarya. Es decir: bacterias, arqueas y eucariotas.

Los tres Dominios: en verde arqueas, en azul bacterias, y en rojo eucariotas.

Pero… ¿por qué tanto alboroto? ¿Qué tienen de especial las arqueas que las hace tan diferentes? En forma y en tamaño son muy similares a las bacterias, pero difieren en la composición y la organización de muchas estructuras celulares en las que no entraré en detalle por ser demasiado denso y puede que incluso aburrido para algunos. Sin embargo si alguien quiere información puede dejar un comentario y lo hablamos sin problema.

Algunas diferencias claras entre el dominio de las arqueas y las bacterias son las siguientes:

  • La membrana celular de todo los seres vivos está formada principalmente por una bicapa de fosfolípidos, constando cada fosfolípido de un glicerol al que se unen dos ácidos grasos y un grupo fosfato. En las arqueas, la unión de estos ácidos grasos al glicerol es un enlace tipo éter y no éster como ocurre en bacterias y eucariotas. El enlace tipo éter tiene una resistencia química algo superior, lo que favorece que las arqueas puedan vivir en ambientes extremos.
    Por otro lado, esto no implica que los eucariotas estén más cerca filogenéticamente de las bacterias que de las arqueas. Puede que en principio todos los seres vivos tuviesen enlace tipo éster y que las arqueas tomasen un camino distinto a posteriori, aunque también podría ser al revés, que en bacterias y eucariotas evolucionase el enlace tipo éster a partir de antepasados con enlace tipo éter. Sin embargo los biólogos somos algo vagos y seguimos el principio de parsimonia, así que nos quedamos con la primera hipótesis.

    Membrana fosfolipídica y esquema químico de un fosfolípido

  • La DNA polimerasa (enzima encargado de replicar el DNA) de las arqueas, al igual que la de los eucariotas, es más compleja que la de las bacterias y está formada por más subunidades polipeptídicas (8 o más frente a las 4 de las bacterias).
  • A nivel metabólico podemos citar que no se han encontrado arqueas que realicen fotosíntesis clorofílica, que sí se conoce en bacterias (cianobacterias) y eucariotas (algas y plantas).
  • Los flagelos de los tres dominios son totalmente distintos, al igual que la composición de la pared celular en los casos en los que ésta exista. Comparar tipos de pared celular entre dominios sería meterse en camisa de once varas ya que hay variedades en y entre los tres (bacterias Gram + y Gram -, células vegetales y fúngicas eucariotas y tipos “raros” en arqueas).

Estas son las características más relevantes, pero por si queréis ver todas las diferencias entre los tres dominios, aquí tenéis un par de tablas con más información:

Tabla comparativa de la pared, la membrana y el genoma de arqueas, bacterias y eucariotas.

Tabla comparativa de diferentes características de arqueas, bacterias y eucariotas.

Entonces, ¿dónde podemos encontrar estos organismos? Esta es la mejor parte. La mayoría de las arqueas son extremófilas, es decir, viven en condiciones extremas (extremas en comparación a lo que nosotros consideramos normal, claro). En concreto, podemos encontrarlas en ambientes hipersalinos (halófilas), ácidos (acidófilas), con temperaturas muy elevadas (termófilas e hipertermófilas) y un sinfín más de posibilidades que pueden estar solapadas entre sí. No obstante, desde hace muy poco se han empezado a encontrar arqueas mesófilas (que viven en condiciones no extremas) en océanos, suelo, tubos digestivos de animales (estas suelen ser metanógenos, formadoras de metano), o sea, que básicamente ocupan todo el espectro ambiental.

Para ser mi primera entrada en un blog de divulgación científica, creo que es suficiente. En el futuro tengo intención de hablar de múltiples temas de forma cada vez más técnica pero sin que deje de ser entendible e interesante. ¿Futuros temas? Alguna cosa sobre algún grupo de arqueas en concreto (como la Halocuadra, unas curiosas arqueas cuadradas), la evolución de los tres dominios, las relaciones simbióticas o parasíticas entre organismos, aplicaciones prácticas de la biología, y por supuesto… ¡bichos!

Para cualquier cosa podéis preguntarme por aquí o a través de mi Twitter: @_Venerable_.

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Sobre el Autor:

Biólogo. Estudiante de máster en Ecología Marina. [...]

14 Comentarios & 5 Trackbacks

  • Gran articulo, no tenia idea de porque se dividía a los procariotas en arqueas y bacterias.

  • Muy buen artículo!!
    Bastante bien explicado, de una forma clara pero sin dejar de ser técnico, y a la vez muy ameno.

  • Me ha encantado que empezaras hablando de los reinos porque me ha recordado la simpleza de los tiempos en que todo era fácilmente identificable y clasificable. Dulce ignorancia… o no.

    Mucha gente sigue estancada en esos cinco reinos desde el colegio (doy fe), con lo que el “hasta aquí todo bien, ¿no? Pues no, todo mal.” me ha arrancado una sonrisa.

    Leer sobre las características propias de las arqueas ha sido como un repaso general de un tema que tenía bastante abandonado, así que me ha gustado refrescar algunas cosillas. En definitiva, muy fácil de leer, entendible, asequible y lo más importante: interesante.

    Por cierto, me ha sorprendido lo de las arqueas como “flora intestinal”. Bacterias metanógenas sí, ¿pero arqueas? No había leído nada al respecto.

    • Gracias Cristina, me alegro de que esa frase te haya hecho sonreír, esa era la idea!

      Lo de las arqueas en sistemas digestivos nos lo comentaron en un curso de investigación en microbiología de este verano pasado. A parte de lo de los rumiantes, nos contaron por encima que se están empezando a encontrar arqueas en otros animales, incluido el ser humano, aunque en este último no se habían localizado en todos los individuos de la muestra y no se sabe muy bién por qué; de momento piensan que algunas personas tienen arqueas y otras no, pero esto no es concluyente y puede variar.

      • ¡Gracias a ti por la info!

        A partir de ahora cada vez que vea a una chica acariciándose la barriga en vez de pensar que está embarazada pensaré: “a lo mejor son arqueas…” xD

    • No hay bacterias metanogénicas. Los procariotas metanogénicos son del Dominio Archaea

  • Enhorabuena, de momento lo entiendo todo y has sido capaz de centrar mi atención en las celulitas sin estar obligada a examinarme de ello. Espero que seas consciente de lo que eso significa.
    Utilizas un lenguaje muy cercano pero adecuado a la ciencia y eso es de agradecer. Mis conocimientos biológicos están algo oxidados. Espero encontrar el aceite adecuado para ponerlos en marcha con más entradas como esta.

  • Felicidades por tu primer post!!!. Está muy bien, un lenguaje sencillo y a mi parecer ameno. ¿Para cuando el siguiente?

  • Si. Eso de recordarnos nuestras clases de EGB al principio, ha sido “el hilo”.
    Suerte deseada!

  • Me parece un post estupendo. Está bien escrito, es claro, sencillo y riguroso. Esperemos que los profesores de colegio también lo lean y “refresquen” (y muchos de nosotros también).

  • Muchísimas gracias a todos, de verdad. Esto me anima un montón a seguir haciendo publicaciones regularmente. Veremos cuando y sobre qué será la siguiente

  • ¡¡¡Cousin eres un crack!!! Muy buen estreno y muy interesante. Lo has explicado de lujo y ¡estoy deseando que publiques alguna entrada nueva! Es cierto que es una entrada que te transporta a los primeros años de carrera y a esas clasificaciones generales por las que todos hemos tenido que pasar. ¡¡Enhorabuena y un gran abrazo!!

  • Muy bueno el post. Una pregunta : ¿se conocen arqueas extremófilas y metanógenas? Lo digo por las emisiones estacionales de metano marcianas.

    • Hola Marcos. Pues sí, se conocen casos de arqueas metanógenas y que a su vez sean extremófilas, concretamente se conocen casos de termófilas e hipertermófilas, como los géneros Methanocaldococcus, Methanothermus y Methanopyrus.

      Sin embargo, esto no implica que en Marte haya organismos similares ya que el metano también puede producirse por actividad volcánica. Esperemos a ver qué nos dice la gente de la NASA.

      Desde luego lo que sí es muy improbable es que, en caso de que el metano sea de origen biológico, sea por metanogénesis arqueana o de algún otro tipo de forma de vida terrícola. Este metano sería, en principio, formado por organismos marcianos que hayan tomado las mismas soluciones adaptativas como respuesta a ambientes similares.

      Espero que mi respuesta te sirva de ayuda.

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