Nostoc, superviviente infinito

En medio de un efímero charco una colonia de Nostoc muestra su aspecto deshidratado, esperando la llegada de las lluvias. Nada nos haría pensar cual es la magia que encierra “esto” que podría pasar por un resto vegetal muerto y semidescompuesto. 2011 04 28

Un día, paseando, descubres algo en el suelo. Es de apariencia gelatinosa. Enseguida piensas que es una deposición y casi fijo continuas el camino sin reparar en nada más. Sin embargo, el desconocimiento y los prejuicios, te han impedido presentar tus respetos a uno de los seres más intrigantes de los que nos podemos encontrar en nuestro entorno.

A primera vista no es más que un acúmulo de deyecciones sin interés alguno (aunque los coprólogos no estarían de acuerdo) y nuestra primera opción no es, precisamente, detenernos a comprobar cuál es su identidad. No es de extrañar que en algunos lugares se los conozca con la expresión “cagadas de bruja” por su forma repentina de aparecer tras la lluvia.
Jardín urbano 2020 03 05

Ese ser es Nostoc y su historia es realmente fascinante. Si cierras los ojos y dices su nombre en voz alta te sugiere naves espaciales, planetas incógnitos… y la realidad no está muy lejos de todo eso.
Nostoc es un ser de apariencia extraña, y no es para menos. Parece gelatinoso, una masa amorfa, y ciertamente lo es. ¿Pero qué es exactamente? Ya sabemos lo que no es: ni animal, ni hongo, ni vegetal, Al mirarlo al microscopio, consta de una aglomeración de pequeñas células esféricas o con forma de barrilete unidas formando hileras. Estas hileras son las que forman una matriz gelatinosa que es lo que vemos a simple vista. Por su tamaño y aspecto recuerdan a una bacteria; pero Nostoc pertenece a otra estirpe de pasajeros de La Tierra.
Hay dos formas fundamentales de organización de la vida. Una de ellas, la que tenemos más costumbre de apreciar, se basa en las células eucariotas. Estas células son las que aparecían en nuestros libros de ciencias. Tienen una membrana que las protege y aísla del mundo, un citoplasma y un núcleo. En el núcleo se guarda lo importante de las células. En el citoplasma hay orgánulos, que son lugares como rincones o cajones para realizar tareas concretas.
Pues bien, hay otra estructura celular, que tiene una membrana, pero en su interior no hay un núcleo, aunque también se guarde lo más importante, y todo se realiza a la vista de todo, porque no hay rincones apartados para hacerlo. Son las células procariotas, son mucho más simples y antiguas que las anteriores. A este grupo pertenecen las bacterias y otros seres más raros todavía. Pero son estos seres, los más raros, lo más granado de la vida, y aunque las personas normalmente desconocen de su existencia, son, sin duda, los pasajeros más importantes de La Tierra porque sin ellos, la vida es, sencillamente, imposible. Estos son el grupo de las arqueobacterias, y dentro de ellas se encuadran las cianobacterias, el grupo que engloba a Nostoc.

Sin embargo, al verter un poco de agua y esperar unos segundos, cambia la forma, la textura, la disposición, el metabolismo, … y renace la vida.
2011 04 28

Las cianobacterias son unos organismos capaces de formar azúcares y compuestos orgánicos a partir del CO2, la luz y el agua, desprendiendo oxígeno molecular O2, ¿os suena? Por eso, en muchos textos todavía se las llama algas verdeazuladas,

Su estirpe es muy antigua, hay autores que las sitúan hace ya 3800 millones de años. Sin embargo, no empezaron a fotosintetizar hasta unos 3000-2400 millones de años. Este es el hito que dará que hablar, No sabemos que ocurría en este periodo, pero parece ser que un grupo importante de microorganismos se percataron de que a través de la luz podían obtener energía para convertir el CO2 en componentes celulares. Para la alquimia necesitaban compuestos a base de hierro, azufre, y/u otros parecidos que procedían principalmente de la actividad geológica. Y les fue muy bien, ya que se encontraron en un lugar donde la actividad de otros organismos no entraba en competencia.

Pero las cianobacterias llegaron algo más allá: descubrieron el modo de que algo tan abundante y omnipresente como el agua les sirviera para sus propósitos, nada de rarezas debidas a accidentes puntuales, Sin embargo, la cosa no era tan fácil, el oxigeno es tan reactivo que es terriblemente tóxico. Y gestionar esta toxicidad tubo sus problemas. Nadie estaba allí, pero en una atmósfera primitiva, los rayos ultravioletas freían literalmente las células liberando los radicales de oxígeno que se encuentran en sus estructuras moleculares y que podían destruirlas. Sin embargo, quizá reutilizando la base de esos mismos sistemas de protección, lograron gestionar este recurso. El caso es que las cianobacterias aprendieron a dominar el monstruo y comenzaron a proliferar. Al principio el oxigeno reaccionaba rápidamente en el ambiente y no ocurría nada, pero con el paso de los millones de años, las cosas empezaron a cambiar, el agua de los océanos era tan rica en este producto que los organismos ya no podían soportarlo. Presumiblemente aconteció una de las primeras extinciones masivas. En este tiempo los organismos sólo podían aspirar a tolerar ese gas tan tóxico. Aún así, muchas arqueobacterias descubrieron ambientes donde este gas no llegaba y se refugiaron en ellos.

Nostoc es muy oportunista y ubiquista. Cualquier lugar en el que pensemos puede ser oportuno e idóneo para este organismo; en este caso entre la hierba del parque. 2021 02 14.

Pero la cosa no quedó ahí. Se extendieron por todo el mundo y algunas de sus estirpes, que habitaban en mares poco profundos, generaron unos agregados en piedra caliza, con forma de hongo, en las que vivían.  Son los estromatolitos. Son de los aglomerados de organismos vivos más antiguos que se conocen, pruebas fehacientes de la antigüedad de estos seres. Todavía, a día de hoy, se encuentran en lugares donde pueden vivir tranquilos en condiciones ambientales en las que otros organismos se encuentran incómodos.  No obstante, dieron un gran salto al salir del agua para conquistar la tierra seca. Muchos millones de años antes de que ningún animal se arrastrara por el fango del océano, las cianobacterias empezaron a ocupar espacios fuera del agua. Dieron lugar a tapices o cojines, seguramente muy parecidos a los actuales. Su comportamiento no sería muy distinto del actual manteniéndose activos mientras la humedad permaneciese y esperando mientras tanto a las próximas lluvias. Pero esto ya comienza a nuevos cambios en la estructura del planeta. Acaba de empezar la formación de lo que llamamos “suelo” así como un paso cualitativo y cuantitativo importante en la infiltración del agua de lluvia hacia la formación de acuíferos y depósitos subterráneos de agua con enormes repercusiones en los ciclos hídricos primigenios.

No obstante, todo ello acabó desencadenando una tormenta de sucesos. Para empezar, a la hecatombe debida a la toxicidad de los mares, continuó al desprenderse el oxigeno a la atmósfera. La química de ésta varió radicalmente. Se supone que la atmósfera original estaría compuesta de gases raros hoy en día como el metano, amoníaco, sulfhídrico, … La acción de las cianobacterias la transformó en una muy similar a la que tenemos ahora. No obstante, este cambio arrastró tremendas consecuencias. Por una parte, el   oxigeno atmosférico generó ozono en las capas altas que filtró la radicación ultravioleta que llegaba a la superficie terrestre, facilitando las condiciones para la vida. Pero por otra, supuso una ruptura del equilibrio de los gases de efecto invernadero que la dominaban, tanto fue así que son las responsables de al menos un episodio de glaciación global (la gran bola de nieve) que cubrió de hielo completamente nuestro planeta durante algunas decenas de millones de años.

En la foto, una de las diagonales sigue la línea de un charco temporal. Sobre el barro seco y entre los cantos, pueden apreciarse cojines o tapices de Nostoc, con fragmentos de distinta coloración en función del grado de deshidratación. Es muy posible que una vista muy semejante a esta fuera, durante cientos de millones de años, la vista de nuestros «bosques» y «praderas» de La Tierra. La nota “poética” corresponde a que está tomada en el lugar arqueológico de Andelos. 2014-03-09

Parecía que la vida en la tierra iba a desaparecer, pero varios grupos de arqueobacterias, entre ellas nuestras cianobacterias, y la actividad volcánica, consiguieron revertir la situación y hacer que el planeta en su conjunto se calentara de nuevo. Así, casi del mismo plumazo, por los pelos, no se barrió la vida en el planeta. Luego no os asombréis cuando oigáis hablar de los extremófilos, organismos que viven en condiciones que nos parecerían impensables.

Sin embargo, no todo son desgracias, las cianobacterias han abierto nuevos caminos a la Vida. Son unas pioneras en la cooperación intercelular. Uno de los nutrientes más fundamentales y limitantes para el crecimiento de los seres vivos es el aporte de nitrógeno. El nitrógeno es muy abundante en la atmósfera, pero el nitrógeno, como gas, es inerte e inaccesible para los seres vivos. Pero he aquí que, muchas cianobacterias y entre ellas Nostoc, aprendieron el modo de lograrlo. Una célula de la hilera cambia y pierde su color verde. Por alguna causa, no puede asimilar nitrógeno atmosférico en presencia de oxigeno. Por eso la célula pierde la capacidad de nutrirse. Sin embargo, hay una conexión con las compañeras y comparten productos que les permiten seguir adelante a todas ellas en conjunto, unas comparten sus nutrientes y la otra sus compuestos nitrogenados. A nadie antes se le había ocurrido cooperar de modo parecido (o eso creemos)
Pero, además, las cianobacterias son pioneras en eso de la cooperación interespecífica, y es que la capacidad de formar alianzas simbióticas con otros tipos de vida es muy alta.

¿Os acordáis de las células que organizan su actividad en “cajitas” en su citoplasma? Hay motivos para pensar que en alguna ocasión una célula se tragó a una cianobacteria, pero esta, en vez de ser digerida, se las ingenió para continuar viviendo y seguir generando esos productos por los que las células se pelean de por vida. De algún modo esto dio pie a las células vegetales en el sentido más amplio. Ocurrió en varios tipos de algas, incluyendo las algas verdes que dieron lugar a todos los tipos vegetales que viven en tierra firme. Pero no solo eso, por ejemplo, ellas fueron las primeras en dejarse seducir por los hongos para conformar los líquenes, y así con otros muchos organismos más. Todavía hoy, las cianobacterias generan el casi todo el nitrógeno sintetizado en los océanos, lo que supone el 30% a nivel mundial. Con todo ello, según autores, representa el 66% de la producción primaria del planeta y son las responsables del 30% del oxígeno liberado a la atmósfera cada año.

Cualquier lugar es adecuado para que las colonias se ubiquen, incluso, como en este caso, sobre el musgo.
2012 04 05

Pero volviendo a Nostoc, hay que pensar que sólo es uno de los aproximadamente 10.000 géneros de cianobacterias estimados, compuesto por unas 600 especies, aunque el concepto de especie entre estos seres es difícil de interpretar. Viven en cualquier lugar que queramos pensar: en el suelo, en las aguas dulces, en las saladas, en las salobres, sobre musgos, bajo la hierba, en medio del hielo, entre rocas transparentes, la imaginación se nos queda corta… cualquier entorno es un buen lugar para algunas de ellas. Sin embargo, de alguna manera descubrieron que podían hacer muchas más cosas y empezaron a formar otros compuestos que afectan al crecimiento de otros seres. En efecto, cuando las condiciones son favorables, generalmente con aguas especialmente ricas en nutrientes, Nostoc y otras cianobacterias, crecen de forma desmesurada, pudiendo, paradójicamente, acabar con el oxígeno del agua. Y es que tienen la capacidad para dejar de fotosintetizar si el medio tiene mucha materia orgánica. Es economía, para qué molestarse en consumir esfuerzos para crear lo que ya está al alcance. Estas situaciones, además se acompañan de la emisión al agua de cantidades importantes de toxinas que hacen que estas sean inutilizables para los animales y las personas, tanto por su peligrosidad como por su olor y sabor.
No obstante, no todo tiene que ser negativo, ya que algunos de esos tóxicos podrían tener valor farmacológico: se ha comprobado que algunos tienen propiedades antivíricas prometedoras e interesantes que afectan a virus del tipo del VIH, un virus basado en RNA (hay alguno muy en boga actualmente, que igual os suena) .

Nostoc, como otras cianofíceas, ocupan espacios acuáticos. Cuando la concentración de materia orgánica es demasiado elevada, estos microorganismos dejan de fotosintetizar y optan por alimentarse de estos compuestos orgánicos. Con ello, dejan de aportar oxígeno a unas aguas que tanto lo necesitan. La competencia con otros organismos y bacterias impulsa la generación de productos que pueden contaminar estas aguas con compuestos tóxicos para todo tipo de animales como peces, animales domésticos y personas. En la imagen, masas flotantes oscuras, flóculos de cianobacterias. Producidos en las aguas tranquilas de los azudes del Arga a su paso por Iruña. Las crecidas del río, debidas a las lluvias, las arrancan de sus lechos y los gases que generan sus fermentaciones las permiten flotar.
Río Arga presa de San Jorge 2021 05 17

Pero hemos dicho que son extremófilos y no nos hemos metido demasiado en ello. Una de las primeras cosas que veremos es que estos organismos gelatinosos solo los encontramos en temporada de lluvias, pero el resto del año… ¿dónde se encuentran?
La estructura gelatinosa tiene un componente acuoso muy importante, sin embargo, a medida que se va secando pierde esa textura y se transforma en una lámina fina, quebradiza y casi negra, que se parece poco a lo que estamos viendo. Sin embargo, las células no se mueren. Se mantienen en forma suspendida o latente durante periodos de tiempo indefinidos. En este periodo, si lo pisamos y se rompe lo que hacemos es generar una nueva colonia, y si se engancha en nuestro calzado y llevamos ese fragmento unos metros más allá estamos llevando a un nuevo lugar una nueva colonia lejos de su origen. Los animales, el viento, el agua corriente y otros factores ayudan a Nostoc a recorrer el mundo. En cuento llegue el agua, la colonia vuelve a hidratarse y retoma la actividad de nuevo.
Esta es una de las propiedades de estos extremófilos, pero además superan temperaturas que por altas y por bajas consideraríamos incompatibles para la vida, una capacidad para resistir a radiaciones de todo tipo, radiaciones que destrozarían las células y el DNA de cualquier otro organismo. Por ello siempre están en las quinielas de que tipo de organismos se deberían llevar a otros planetas para convertirlos en algo con algún parecido a La Tierra. Esta es la parte de las naves espaciales y la de terraformadores en extraños planetas…

Nostoc hidratado y desecado. Cuando se deshidrata es frágil y quebradizo, con lo que la colonia puede dividirse y extenderse fácilmente. En estado de desecación, las células se mantienen en estado latente, en el cual son especialmente resistentes a todo tipo de situaciones adversas. Pueden mantenerse de este modo durante un tiempo indefinido, esperando mientras tanto a que lleguen unas condiciones adecuadas.
2021 04 03

Pero su utilidad práctica podemos comenzar como fuente de alimentación humana. Algunas especies se han recolectado en la antigüedad para alimentar a las personas, tanto en la antigua China como en la cordillera andina. Se sabe que las autoridades coloniales hispanas hicieron lo posible para erradicar este empleo, que ahora se pretende recuperar. Pero, atención, algunas especies tienen neurotóxicos que pueden afectar a las personas.

También se han usado y se usan para abonar los suelos por su capacidad de fijar el nitrógeno atmosférico. En algunos parajes desérticos se la deja crecer con la intención de que ayude a mejorar la calidad del suelo y la infiltración de agua a los acuíferos. Y es que, en el fondo, solo hay que dejarla estar, y esto es, precisamente, lo que ya hacían muchos millones de años antes de que ninguna planta brotase en la tierra. Sin embargo, en los cultivos, en ocasiones, puede ocasionar problemas, ya que también puede producir sustancias que dificultan o anulan el crecimiento de los mismos.

Una de las mayores capacidades de estos organismos es la de colonizar espacios difíciles. Suelos muy castigados, en condiciones de sequedad y con poca materia orgánica pueden ser ocupados por otro tipo de vegetación gracias a la actividad de estos organismos que generan materia organica, pero sobre todo lo enriquecen con sus aportes de compuestos de nitrógeno. En la imagen fase de regeneración de un terreno degradado al ser víctima de la presión inmobiliaria. 2021 05 08

Son así. Parecen jugar con una maravillosa dualidad entre los seres más entregados del mundo y los más aguerridos egoístas. Por eso, la próxima vez que las veáis podréis reconocer en ellas a una estirpe de pioneras que se encargaron de cambiar el mundo. Si es que ante cualquier mérito que como especie queramos otorgarnos seguro que ellas ya lo hicieron antes.

Si queréis informaros de más:
Un texto que os abrirá los ojos de M.L. Peleato Sánchez

Como alimento humano Scielo

No todo el mundo lo ve bien en el suelo: propuesta de gestión en los invernaderos

En para ubicarnos un poco resumen de Asturnatura

Un poco de mierda de brujas

Una ficha muy interesante desde la microbiología

La perspectiva del Bages