¿Cómo funciona la criptobiosis?

En la ficción, un zombi es algo muerto que, técnicamente, no está muerto. Desafía la lógica porque no puedes estar muerto y caminar al mismo tiempo, por lo que tenemos que aceptar la idea de que de alguna forma un cadáver ha sido animado y puede moverse.

En la vida real, las líneas entre la muerte y la vida son a veces difusas. Todos hemos oído hablar de hormigas zombis y otros insectos infectados con hongos que los matan pero los mantienen en movimiento. Sin embargo, eso no es lo único que considerar. La criptobiosis se sitúa en la frontera entre la vida y la muerte, generando gran confusión si tenemos conceptos fijos sobre lo que significan vivir y morir.

Un grupo de científicos perforando cerca de la Antártida encontró un musgo antiguo atrapado en el hielo. Tenía 1,500 años. Cualquier cosa en el hielo durante 1,500 años debería estar muerta, ¿cierto? Pues no siempre.

Se han descubierto microorganismos, como bacterias, en el hielo de entre 100,000 y 8 millones de años. Estas bacterias fueron reanimadas y siguieron creciendo, aunque quizá no tan eficientemente como si fueran más jóvenes.

Sin embargo, el musgo encontrado es mucho más complejo que las bacterias. Es un organismo multicelular. A pesar de ello, el equipo pudo revivirlo. Empezó a crecer de nuevo, alimentando la esperanza de que musgos más antiguos, de hasta 6,000 años, pudieran también revivir.

Esto es un ejemplo de criptobiosis. Un estado de inactividad extrema o animación suspendida que apaga casi toda la función metabólica en un organismo. Esto generalmente es causado por condiciones extremadamente adversas, como el congelamiento en la Antártida, y es un intento extremo de preservación de la vida. Y, para algunas formas de vida, puede permitir sobrevivir en condiciones extremas durante mucho tiempo.

¿Cómo funciona?

Como mencionamos, el congelamiento puede llevar a un estado de criptobiosis, pero no es la única causa. Por ejemplo, ¿alguna vez has tenido monos marinos? Los monos de mar son camarones de salmuera, y ese pequeño paquete de polvo que se convierte en monos marinos cuando lo agitas en agua son en realidad huevos deshidratados de camarones de salmuera.

Los huevos de camarones de salmuera son extremadamente resistentes y pueden soportar la criptobiosis cuando están secos, en un entorno salino extremo o sin oxígeno.

Organismos como rotíferos, tardígrados, semillas, ciertos tipos de huevos de peces y levaduras experimentan criptobiosis de alguna forma. Incluso algunos insectos pueden sobrevivir.

Normalmente, cualquier organismo vivo requiere algún tipo de metabolismo para permanecer con vida, produciendo energía de forma química. Fotosíntesis, digestión, etc. Pero en la criptobiosis, su metabolismo está esencialmente apagado, por lo que ya no necesitan energía hasta que las condiciones sean más favorables a la vida y pueden reactivarse.

Se deben cumplir condiciones ideales para que el organismo se reactive, tal como cuando pones los huevos de camarones de salmuera en agua para que eclosionen los monos marinos. Si las condiciones no mejoran, el organismo podría morir. No todos pueden sobrevivir tanto como ese musgo en el hielo. Algunos pueden sobrevivir meses, algunos años, pero raramente algo complejo sobrevive más que eso. Los camarones de salmuera pueden sobrevivir 25 años en criptobiosis. ¿Y los tardígrados? Son aún más asombrosos.

Resistencia de los tardígrados

Los tardígrados son unas de las criaturas más sorprendentes de la Tierra. Pueden sobrevivir a algunas de las condiciones más extremas que existen y, en parte, la criptobiosis es su secreto.

Los tardígrados pueden sobrevivir al vacío espacial. En 2007, Rusia envió 3000 al espacio y los expusieron al exterior durante 10 días. Al final, El 68% había sobrevivido a condiciones sin oxígeno, expuestos a la radiación cósmica, y todos tuvieron crías normales.

Otros tardígrados fueron bombardeados con radiación a dosis 1,000 veces superiores a lo que sería letal para un humano. Estas pequeñas criaturas produjeron pigmentos llamados betalainas, que combatieron el daño por radiación. Inyectadas en humanos, estas betalainas dieron a los sujetos mayor resistencia a la radiación también.

En cuanto a temperaturas extremas, los tardígrados han resistido hasta 0.05 Kelvin, apenas sobre el cero absoluto (-272.95 Celsius), y el calor de hasta 150 Celsius. Han pasado 30 años en un congelador y soportado presiones de 40,000 kilopascales.

A pesar de lo resistentes que son, necesitan agua para sobrevivir adecuadamente. Sin agua, se convierten en algo llamado tun, y este es su estado criptobiótico, lo que les permite sobrevivir al frío, calor, presión, radiación e incluso al paso del tiempo.

En su estado normal, un tardígrado puede vivir entre 8 meses y un par de años. Pero en criptobiosis, pueden vivir más de un siglo.

Los científicos pensaban que un azúcar llamado trehalosa era la clave para la criptobiosis de los tardígrados. Cuando otros organismos se secan, producen trehalosa para sobrevivir. Pero los tardígrados producen muy poco o ninguno. En lugar de eso, tienen genes y proteínas especiales que les permiten soportar extremos en criptobiosis. Las proteínas forman vidrio dentro de sus células para mantenerlos vivos en estado deshidratado. Aunque el mecanismo completo sigue siendo un misterio, esto explica parte de su resistencia.

Lo curioso de los tardígrados es que sobreviven a diferentes extremos de maneras distintas. La criptobiosis es un término general. Cuando enfrentan el frío extremo, es la criobiosis la que los mantiene vivos. ¿Sin agua? Eso es anhidrobiosis. ¿Ambientes altamente salinos? Eso sería osmobiosis.

Cada tipo de criptobiosis afecta a los tardígrados de manera diferente, lo que implica diferentes mecanismos por los cuales sobreviven. Cada uno debe estudiarse de manera individual para entender cómo funciona. Mientras que las estructuras de biovidrio pueden mantenerlos vivos durante la anhidrobiosis, la criobiosis podría incluir la producción de anticongelantes biológicos, sustancias que previenen el congelamiento de su citoplasma o alteran el tipo de cristales de hielo formados en las células para que permitan al tardígrado revivir sin daño.

Dado lo que un tardígrado puede resistir, es razonable preguntar si cualquier cosa puede matar a una criatura en criptobiosis, o si estos organismos son efectivamente inmortales.

Inmortalidad

Los rotíferos son organismos microscópicos que viven en agua dulce. Son notablemente resistentes, aunque no alcanzan el nivel de los tardígrados. No obstante, un rotífero sobrevivió en criptobiosis durante 24,000 años y revivió. Son diminutos, pero tienen cerebros, músculos y múltiples células. Antes se pensaba que solo podían sobrevivir una década en criptobiosis.

Los nematodos son una clase de gusanos redondos. Se han identificado más de 30,000 especies, pero se estima que podría haber millones. Al menos un tipo permaneció congelado en el hielo ártico durante la era del Pleistoceno y luego fue revivido, 46,000 años después. ¿Cómo sobrevivió? De la misma forma en que pensábamos que los tardígrados lo hacían.

El nematodo regula un azúcar llamado trehalosa que protege las membranas celulares y permite al organismo soportar el frío casi indefinidamente.

Básicamente, el azúcar reemplaza el agua en las membranas celulares, manteniendo la forma de las células como si estuvieran hidratadas, aunque no haya agua.

Los tardígrados pueden vivir alrededor de un siglo en criptobiosis. Oímos sobre musgos que sobrevivieron durante 1,500 años, pero los nematodos ahora son los campeones de longevidad.

Cuarenta y seis mil años es un periodo largo para que algo sobreviva. Pero recuerde, un nematodo es relativamente complejo comparado con las bacterias unicelulares. Y ya sabemos que algunas bacterias pueden sobrevivir millones de años. Si está intrigado sobre cuáles son las bacterias más longevas descubiertas hasta ahora, debe mirar una simple abeja.

Científicos encontraron una abeja preservada en ámbar, como en Parque Jurásico. La abeja tiene entre 25 y 40 millones de años. No se revivió la abeja, pero había bacterias en su interior que sobrevivieron gracias a la criptobiosis. Los científicos pudieron revivirlas, convirtiéndolas en los organismos más antiguos reanimados.

En las condiciones adecuadas, estos organismos pueden sobrevivir mucho tiempo en criptobiosis, pero no son inmortales. Más del 30% de los tardígrados expuestos al espacio murieron. Exponer huevos criptobióticos de camarones de salmuera a calor extremo también causa la muerte de muchos.

Recordemos que la criptobiosis no es el estado ideal para la vida. Es supervivencia en su forma más extrema. Un último intento del organismo de mantenerse con vida, esperando que las condiciones mejoren. Pero si empeoran, el organismo morirá.

Todo esto es fascinante, pero ¿tiene relevancia para la humanidad? Vimos que la capacidad de resistencia a la radiación de un tardígrado podría beneficiarnos, pero ¿hay algo más de la criptobiosis que pueda ayudarnos? Somos demasiado complejos para replicar criptobiosis. Bajo condiciones extremas simplemente moriríamos. Pero, ¿podemos adaptar lo que sabemos de estos organismos para nuestro beneficio?

Impacto en humanos

Investigadores de Harvard han estado estudiando las proteínas que los tardígrados utilizan para sobrevivir en ambientes extremos. El objetivo es aplicarlas a humanos para ver si podemos obtener la misma resiliencia. Si pudiéramos hacer que una célula desacelere su metabolismo como un tardígrado, podríamos prevenir lesiones como inflamación o muerte celular.

Si las mismas proteínas que usan los tardígrados se adaptan a humanos, condiciones como derrames, ataques cardíacos, sepsis y más podrían detenerse.

Otra investigación analiza la resistencia a la radiación y cómo podría aplicarse a ayudar a los astronautas en misiones espaciales prolongadas. Más allá de eso, con el potencial desarrollo de viajes espaciales novedosos y más rápidos, especies criptobióticas han sido consideradas como nuevos viajeros espaciales. Organismos que podemos enviar a largas distancias espaciales, conservados, para aprender cómo soportan los rigores del viaje espacial. Luego podemos aplicar esos conocimientos a futuras misiones tripuladas para mejorar la capacidad de supervivencia humana en la exploración espacial.

Se está considerando la anhidrobiosis para ayudar en el cultivo y almacenamiento de alimentos. Podríamos evitar el deterioro y permitir que los cultivos crezcan en condiciones más difíciles si estas técnicas se adaptan a nuestra producción alimentaria.

La trehalosa, ese azúcar que otros organismos utilizan además de los tardígrados, también ha sido útil para los humanos. Se utiliza para preservar plaquetas y vacunas que necesitan ser transportadas globalmente en emergencias. No actúa en un organismo completo, pero realiza una función similar para mantener viables cosas esenciales, una ciencia adoptada de entender la criptobiosis.

La trehalosa se usó primero en los años 80 para preservar medicamentos que trataban infecciones fúngicas. Se conservaban con el azúcar, y un poco de agua lo activaba y hacía utilizable.

Existen muchas aplicaciones potenciales que podrían beneficiarse de formas diversas de criptobiosis. Estas incluyen viajes espaciales, avances médicos y posibles adaptaciones al cambio climático y la producción de alimentos. Seguramente habrá aún más usos que aún no se han considerado, y una vez que el proceso se comprenda mejor, podrían aplicarse. La ventaja del futuro de la criptobiosis es que tenemos evidencia de que el tiempo no representa necesariamente un problema. ¿Qué son otros 46,000 años más o menos?