Por Carl Zimmer, BBC
Billones de bacterias, hongos, virus y organismos unicelulares recorren el planeta en la atmósfera superior. Los científicos están descubriendo que desempeñan un papel vital en el clima e incluso en nuestra salud.
Las nubes son nuestras compañeras de toda la vida. A veces flotan como filigranas tenues. Otros días, oscurecen el cielo y nos dejan caer la lluvia. Pero a pesar de nuestra familiaridad con estos velos de vapor de agua, nos han estado ocultando un secreto. Las nubes son, en realidad, islas flotantes de vida, hogar de billones de organismos de miles de especies.
Junto con aves, libélulas y semillas de diente de león, un vasto océano de organismos microscópicos viaja por el aire . El químico francés Louis Pasteur fue uno de los primeros científicos en reconocer lo que ahora se denomina aerobioma en 1860. Sostuvo frascos de caldo estériles y dejó que los gérmenes flotantes se depositaran en ellos , enturbiando el caldo transparente. Pasteur capturó gérmenes en las calles de París, en la campiña francesa e incluso en la cima de un glaciar en los Alpes. Pero sus contemporáneos se resistieron a la idea . «El mundo al que pretende llevarnos es realmente fantástico», le dijo un periodista a Pasteur en aquel momento.
La gente tardó décadas en aceptar la realidad del aerobioma. En la década de 1930, algunos científicos surcaron el cielo en aviones , sosteniendo portaobjetos y placas de Petri para capturar esporas de hongos y bacterias en el viento. Las expediciones en globo a la estratosfera también capturaron células allí . Hoy, los aerobiólogos del siglo XXI despliegan sofisticados muestreadores de aire en drones y utilizan tecnología de secuenciación de ADN para identificar la vida aérea a partir de sus genes. El aerobioma, como reconocen ahora los investigadores, es un enorme hábitat lleno solo de visitantes .
Estos visitantes provienen de gran parte de la superficie del planeta. Cada vez que una ola oceánica rompe, expulsa finas gotas de agua de mar al aire, algunas de las cuales transportan virus, bacterias, algas y otros organismos unicelulares . Mientras que algunas de estas gotas caen rápidamente de vuelta al océano, otras son arrastradas por el viento y se elevan al cielo , donde pueden ser transportadas a miles de kilómetros.
En tierra, los vientos pueden erosionar el suelo, arrastrando bacterias, hongos y otros organismos . Cada mañana, al amanecer y evaporarse el agua, también puede arrastrar organismos microscópicos. Los incendios forestales crean violentas corrientes ascendentes que pueden absorber microbios del suelo y arrancarlos de los troncos y hojas de los árboles, llevándolos hacia arriba con el humo ascendente .
Muchas especies no esperan simplemente que las fuerzas físicas las lancen al aire. Los musgos, por ejemplo, desarrollan un tallo con una bolsa de esporas en la punta , que liberan como bocanadas de humo. Hasta seis millones de esporas de musgo pueden caer en un solo metro cuadrado de pantano a lo largo de un verano. Muchas especies de plantas polinizadoras se reproducen liberando miles de millones de granos de polen en el aire cada primavera.
Los hongos son particularmente hábiles para volar. Han desarrollado cañones biológicos y otros medios para lanzar sus esporas al aire , y estas están equipadas con conchas resistentes y otras adaptaciones para soportar las duras condiciones que encuentran al ascender hasta la estratosfera. Se han encontrado hongos hasta a 20 km de altura , muy por encima del océano Pacífico, transportados por el viento.
Se estima que alrededor de un billón de billones de células bacterianas ascienden cada año desde la tierra y el mar hasta el cielo. Según otra estimación, 50 millones de toneladas de esporas de hongos se transportan por el aire en ese mismo tiempo. Un número incalculable de virus, líquenes, algas y otras formas de vida microscópicas también se elevan por el aire. Es común que viajen durante días antes de aterrizar , tiempo durante el cual pueden elevarse cientos o miles de kilómetros.
Durante esa odisea, un organismo puede volar a una región del aire donde el vapor de agua se condensa en gotitas. Pronto se ve envuelto en una de esas gotitas, y las corrientes ascendentes pueden llevarlo a las profundidades de la masa de agua. Ha entrado en el corazón de una nube.
Gran parte del conocimiento científico sobre la vida en las nubes proviene de la cima de una montaña en Francia llamada Puy de Dôme. Se formó hace unos 11.000 años cuando un puño de magma irrumpió en las ondulantes colinas del centro de Francia, creando un volcán que derramó lava antes de quedar inactivo tan solo unos cientos de años después. Durante los últimos veinte años, aproximadamente, una estación meteorológica en la cima de Puy de Dôme ha estado equipada con muestreadores de aire. La montaña es tan alta que las nubes cubren regularmente su cima, lo que permite a los científicos capturar parte de la vida que transportan.
Estudios dirigidos por Pierre Amato, aerobiólogo de la cercana Universidad de Clermont Auvergne, han revelado que cada milímetro de agua de las nubes que flota sobre Puy de Dôme contiene hasta 100.000 células . Su ADN ha revelado que algunas pertenecen a especies conocidas, pero muchas son nuevas para la ciencia .
Los científicos que utilizan el ADN para identificar especies están siempre preocupados por la contaminación, y Amato no es la excepción. Un halcón que sobrevuela Puy de Dôme podría, por ejemplo, sobrevolar los tubos de Amato y desprenderse de microbios. En el laboratorio de Amato, un estudiante de posgrado puede exhalar gérmenes en un tubo de ensayo. A lo largo de los años, Amato ha rechazado miles de especies potenciales, sospechando que él o sus estudiantes hayan manchado inadvertidamente el equipo con microbios de la piel. Sin embargo, han descubierto con seguridad más de 28.000 especies de bacterias en nubes y más de 2.600 especies de hongos.
Amato y otros científicos que estudian las nubes sospechan que podrían ser lugares especialmente propicios para la supervivencia de las bacterias, al menos para algunas especies. «Las nubes son entornos abiertos a todos, pero donde solo algunas pueden prosperar», escribieron Amato y un equipo de colegas en 2017.
Para las bacterias, una nube es como un mundo alienígena, radicalmente diferente de sus hábitats habituales, ya sea terrestres o marinos. Las bacterias suelen agruparse. En los ríos pueden desarrollarse formando esteras microbianas. En nuestro intestino, forman densas películas. Pero en una nube, cada microbio existe en perfecta soledad, atrapado en su propia gota . Este aislamiento significa que las bacterias de la nube no tienen que competir entre sí por recursos limitados. Sin embargo, una gota no tiene mucho espacio para transportar los nutrientes que los microbios necesitan para crecer.
Sin embargo, Amato y sus colegas han encontrado evidencia de que algunos microbios pueden crecer en las nubes. En un estudio, los investigadores compararon muestras recolectadas de nubes en Puy de Dôme con otras recolectadas en la montaña en días despejados. Los investigadores buscaron pistas sobre su actividad comparando la cantidad de ADN en sus muestras con la cantidad de ARN. Las células activas y en crecimiento producen muchas copias de ARN a partir de su ADN para producir proteínas.
Los investigadores descubrieron que la proporción de ARN a ADN era varias veces mayor en las nubes que en el aire limpio , un indicio contundente de que las células prosperan en las nubes. También descubrieron que las bacterias en las nubes activan genes esenciales para metabolizar los alimentos y crecer.
Para comprender cómo estas bacterias prosperan en las nubes, los investigadores criaron algunas de las especies capturadas en su laboratorio y las rociaron en cámaras de simulación atmosférica . Un tipo de microbio, conocido como Methylobacterium , utiliza la energía de la luz solar para descomponer el carbono orgánico dentro de las gotitas de las nubes.
En otras palabras, estas bacterias se alimentan de nubes. Se estima que los microbios de las nubes descomponen un millón de toneladas de carbono orgánico en todo el mundo cada año .
Hallazgos como estos sugieren que el aerobioma es una fuerza a tener en cuenta, que ejerce una poderosa influencia en la química de la atmósfera. El aerobioma incluso altera el clima.
Al formarse una nube, crea corrientes ascendentes que elevan el aire cargado de agua a altitudes lo suficientemente frías como para convertirla en hielo. El hielo luego vuelve a caer. Si el aire cerca del suelo es frío, puede caer en forma de nieve. Si es cálido, se convierte en lluvia.
Puede ser sorprendentemente difícil que se forme hielo en una nube gélida. Incluso a temperaturas muy por debajo del punto de congelación, las moléculas de agua pueden permanecer líquidas. Sin embargo, una forma de desencadenar la formación de hielo es introducirles una impureza. A medida que las moléculas de agua se adhieren a la superficie de una partícula, se unen entre sí, un proceso conocido como nucleación. Otras moléculas de agua se unen a ellas y se ensamblan formando una estructura cristalina que, al alcanzar la densidad suficiente, caerá del cielo.
Resulta que las moléculas biológicas y las paredes celulares son excepcionalmente eficaces para provocar la lluvia. Hongos , algas , polen , líquenes , bacterias e incluso virus pueden sembrar hielo en las nubes . Incluso es posible que las nubes y la vida estén estrechamente vinculadas, no solo viviendo y devorando las nubes, sino contribuyendo a su formación.
Una de las bacterias que más provoca lluvia es la Pseudomonas . Los científicos no están seguros de por qué estas bacterias en particular son tan eficaces para formar hielo en las nubes , pero podría estar relacionado con su crecimiento en las hojas . Cuando la lluvia fría cae sobre una hoja, la Pseudomonas puede contribuir a que el agua líquida se convierta en hielo a temperaturas más altas de lo normal. A medida que el hielo agrieta las hojas, las bacterias pueden aprovechar los nutrientes que contienen.
Algunos científicos incluso han especulado que las plantas acogen bacterias como las Pseudomonas , a pesar del daño que causan. A medida que el viento arrastra las bacterias de las plantas y las eleva por los aires , estas ascienden formando nubes. Las nubes sembradas con Pseudomonas vierten más lluvia sobre las plantas que se encuentran debajo. Las plantas utilizan el agua para desarrollar más hojas, y estas sustentan más bacterias, que se elevan al cielo e incitan a las nubes a llover aún más agua para nutrir la vida en el suelo. De ser cierto, se trataría de una simbiosis majestuosa que conectaría los bosques con el cielo.
La investigación sobre la vida en las nubes también plantea la posibilidad de que existan organismos aerotransportados en otros planetas, incluso en aquellos que podrían parecer los peores lugares para la vida. Venus, por ejemplo, tiene una temperatura superficial lo suficientemente alta como para fundir el plomo. Pero las nubes que cubren Venus son mucho más frías y quizás capaces de albergar vida.
Sara Seager, astrobióloga del MIT, ha especulado que la vida podría haber surgido en la superficie de Venus en los inicios de su historia, cuando era más fría y húmeda. A medida que el planeta se calentaba, algunos microbios podrían haber encontrado refugio en las nubes . En lugar de volver a la superficie, podrían haber flotado en la atmósfera, flotando en las corrientes durante millones de años, afirma.
Pensar en el aerobioma alienígena de Seager puede hacer que observar las nubes sea aún más placentero. Pero cuando observamos las nubes, según revela la investigación de Amato, también observamos nuestra propia influencia en el mundo. Cuando Amato y sus colegas analizaron los genes de los microbios que capturaron, descubrieron una cantidad notable de ellos que confieren a las bacterias resistencia a los antibióticos .
En la práctica, los humanos hemos impulsado la evolución generalizada de estos genes de resistencia. Al consumir cantidades excesivas de penicilina y otros fármacos para combatir infecciones, favorecemos la aparición de mutantes resistentes. Para colmo, los agricultores alimentan con antibióticos a pollos, cerdos y otros animales para que crezcan. Solo en 2014, 700.000 personas murieron en todo el mundo por infecciones de bacterias resistentes a los antibióticos. Cinco años después, la cifra ascendió a 1,27 millones .
La evolución de la resistencia a los antibióticos ocurre en el organismo humano y en los animales que consume. Las bacterias dotadas de esta resistencia escapan de sus criaderos y se propagan por el medio ambiente: al suelo, a los arroyos e incluso al aire. Los investigadores han encontrado altos niveles de genes de resistencia en las bacterias que circulan por hospitales y granjas porcinas .
Pero los genes de resistencia transmitidos por el aire pueden propagarse aún más. Un equipo internacional de científicos inspeccionó los filtros de aire acondicionado de automóviles en diecinueve ciudades de todo el mundo. Los filtros habían capturado una rica diversidad de bacterias resistentes . En otras palabras, parece que los genes de resistencia se propagan por las ciudades.
En los últimos años, Amato y sus colegas han trazado rutas aún más largas. En un estudio de nubes realizado en 2023, informaron haber encontrado bacterias portadoras de 29 tipos diferentes de genes de resistencia . Una sola bacteria aerotransportada puede portar hasta nueve genes de resistencia, cada uno de los cuales proporciona una defensa diferente contra los fármacos. Estimaron que cada metro cúbico de nube contenía hasta 10 000 genes de resistencia . Una nube típica que flota en el aire puede contener más de un billón de ellos.
Amato y sus colegas especulan que las nubes albergan una cantidad tan elevada de genes de resistencia porque pueden ayudar a las bacterias a sobrevivir allí. Algunos genes proporcionan resistencia a los antibióticos al permitir que las bacterias extraigan los fármacos de su interior rápidamente, eliminándolos antes de que puedan causar daños. El estrés de la vida en una nube puede provocar que las bacterias produzcan desechos tóxicos que también necesitan eliminar rápidamente.
Las nubes podrían propagar estos genes de resistencia a mayor distancia que la carne y el agua contaminadas. Una vez en una nube, las bacterias pueden viajar cientos de kilómetros en cuestión de días antes de sembrar una gota de lluvia y caer de nuevo a la Tierra. Al llegar al suelo, los microbios pueden transmitir sus genes de resistencia a otros microbios con los que se topan. Cada año, Amato y sus colegas estiman que 2,2 billones de billones de genes de resistencia caen de las nubes .
Es un pensamiento aleccionador que hay que tener presente mientras se camina bajo la lluvia.
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