1.2: Límites de la vida

Objetivos de aprendizaje

• Describir las limitaciones físicas, químicas y evolutivas para sostener la vida.

La vida en la Tierra existe en casi todos los nichos de nuestro planeta. Sin embargo, las formas de vida no son igualmente exitosas en todas las condiciones de la Tierra, y un desafío es encontrar en qué condiciones se pueda sostener la vida. Ciertamente, la vida en la Tierra es muy adaptable, lo que ha llevado a una inmensa biomasa y una biodiversidad increíble. Por lo tanto, es un reto encontrar dónde están los límites a esta adaptabilidad.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Trate de llegar a la mejor respuesta para la siguiente pregunta:

¿Cuál de los siguientes puede ser el factor físico más limitante para los animales que viven en ambientes acuáticos? ¿Por qué?

1. locomoción
2. estar mojado todo el tiempo
3. acceso a los nutrientes
4. acceso al oxígeno

En la Tierra, la vida se basa en el carbono como bloque principal de construcción, el agua como solvente y enlaces químicos y la luz como fuentes de energía que sostienen la vida, lo que parece ser una combinación ideal en un planeta terrestre como la Tierra, que tiene una temperatura superficial promedio de aproximadamente 15 °C bajo una presión de 1 bar. En principio, son factibles otros bloques de construcción además del carbono, como el silicio, pero estos requerirían condiciones planetarias muy diferentes para ser utilizadas de manera comparable al carbono en la Tierra. El agua como solvente tiene grandes beneficios y también algunos retos (revisado por Schulze-Makuch e Irwin [Schulze-Makuch & Irwin., 2008]), pero al ser la molécula más abundante de nuestro planeta que existe en forma líquida, la vida simplemente tenía que adaptarse a algunos de sus inconvenientes. La luz es abundante en nuestro planeta, y los compuestos orgánicos con enlaces covalentes son versátiles a temperaturas promedio de la Tierra, proporcionando así una poderosa combinación que resultó en la Tierra en una biosfera con una gran biomasa y una biodiversidad increíble, incluyendo vida compleja.

Hay límites a las condiciones bajo las cuales la vida puede existir en nuestro planeta. Lo más pronunciado es la envolvente de temperatura bajo la cual puede existir la vida activa. Por lo general, el crecimiento organizativo puede ocurrir a temperaturas de al menos −15 °C a aproximadamente 113 °C. También hay reportes en la literatura que el rango de temperatura puede ser incluso más amplio. Por ejemplo, la actividad metabólica se dedujo hasta temperaturas de −40 °C debido a concentraciones anómalas de gases [Campen et al., 2003], y el límite superior de temperatura puede ser tan alto como alrededor de 122 °C. A esa temperatura, las arqueas metanogénicas podrían cultivarse bajo una presión de 20 MPa [Takai et al., 2008], solo limitado por la solubilidad de los lípidos en agua y la estabilidad proteica [McKay, 2014]. En principio, si la bioquímica de los organismos pudiera adaptarse a estos extremos, tal vez se puedan tolerar temperaturas incluso más altas, pero el límite práctico debido a las restricciones energéticas y bioquímicas bajo las cuales la vida aún puede metabolizarse y reproducirse es seguramente mucho menor [Schulze-Makuch, 2015]. Los microorganismos hipertermófilos requieren componentes celulares especializados, como proteínas y membranas, para ser estables y funcionar a altas temperaturas. Particularmente, a temperaturas de 100 °C y más, algunos compuestos de bajo peso molecular, como ATP y NAD, se hidrolizan bastante rápidamente, y los aminoácidos termoláviles, como la cisteína y el ácido glutámico, se están descomponiendo [Stetter, 1999]. La tolerancia a la presión de la vida, sin embargo, es alta y se extiende hasta al menos 1100 bar ^{[1 ]} [Stan-Lotter, 2007].

Los organismos, particularmente los microbios y otros organismos microscópicos, son bastante tolerantes a valores extremos de pH, desde justo por debajo de 0 hasta aproximadamente 13. Ferroplasma sp. y Cephalosporium son ejemplos de organismos que viven a valores de pH bajos, Natronobacterium, y varias especies de protistas y rotíferos son ejemplos de organismos que viven a valores de pH muy altos [Schulze-Makuch & Irwin, 2008, Baross et al., 2007].

Sin embargo, la vida en la Tierra es relativamente sensible a la falta de agua: bacterias, arqueas y hongos solo pueden metabolizarse en actividades acuáticas hasta aproximadamente 0.6 [Stevenson, et al., 2014]. La adaptación al agua con alto contenido de sal, sin embargo, es bastante común, ya que algunas Halobacterias y arqueas pueden crecer en solución de NaCl al 35% [Schulze-Makuch & Irwin, 2008].

Otro límite físico para la vida es la radiación, tanto UV, como la radiación ionizante. Las tolerancias a la radiación varían ampliamente. Los tardígrados, animales microscópicos que suelen vivir en musgos y líquenes, pueden soportar dosis de radiación ionizante de hasta 5000 Gy cuando están en estado latente [Schulze-Makuchh & Seckbach, 2013] y mostrar rasgos de adaptación especiales adicionales, como anhidrobiosis y criptobiosis [Watanabe, 2006] (elaborado sobre abajo). Deinococcus radiodurans aún puede tolerar dosis más altas de radiación y crecer a dosis superiores a 10,000 Gy.

Nota

Una limitación no química de la vida en la tierra está relacionada con la escala del tamaño corporal.

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

Algunos ejemplos de limitaciones físicas y químicas de la vida se enumeraron anteriormente. Un aspecto que no se discutió es el tamaño. ¿Cómo crees que el tamaño es una limitación física para sostener la vida de los animales? Encuentra un ejemplo específico con uno de tus compañeros. Una vez que hayas encontrado tu ejemplo, deberías pensar por qué el tamaño es el límite en tu ejemplo.

Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

Agrega texto de ejercicios aquí. Para el numbDescribe cinco limitaciones diferentes a la vida en la Tierra.

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1. Stan-Lotter, H. Extremophiles, los límites fisicoquímicos de la vida (crecimiento y supervivencia). En Curso Completo en Astrobiología; Horneck, G., Rettberg, P., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, Alemania, 2007; pp. 121—150.