El mundo de la ciencia | Capas de nieve de los ecosistemas

Energía, carbono y supervivencia en condiciones extremas

En general, hay tres componentes esenciales para toda forma de vida conocida: una fuente de energía (también conocida como donante de electrones), un aceptor de electrones (es decir, una molécula que acepta electrones) y una fuente de carbono (material de construcción para todas las estructuras importantes de un organismo) (Pascal 2012).

En los seres humanos, la energía y el carbono proceden principalmente de la glucosa, mientras que el oxígeno sirve como aceptor de electrones. Sin embargo, hay muchas otras moléculas que pueden cumplir estas funciones. Mientras en un lugar existan compuestos químicos que cumplan la finalidad respectiva y las condiciones físicas permitan la existencia de biomoléculas estables, cabe suponer que la vida ha conquistado estos parajes de la Tierra.

Las arqueas (organismos parecidos a las bacterias) Geogemma barossii, por ejemplo, viven en un manantial hidrotermal del Pacífico. La alta presión que reina allí hace que el agua se mantenga líquida incluso a temperaturas de unos 120 °C. Hasta la fecha, la temperatura más alta a la que pueden crecer formas de vida se ha medido en estas condiciones (Clarke 2014).

Los organismos también pueden prosperar a temperaturas bajo cero en determinadas condiciones. La bacteria Planococcus halocryophilus Or1 se aisló de pequeñas inclusiones de agua líquida en una muestra de núcleo de hielo marino. El alto contenido de sal en el líquido impide la congelación y, por tanto, permite el crecimiento a temperaturas extremadamente bajas. La temperatura mínima de crecimiento demostrada hasta la fecha es de -10 °C. Las pruebas de laboratorio han alcanzado incluso los -15 °C (Pascal 2012, Maccario et al. 2015, Merino et al. 2019).

Adaptaciones de los organismos al manto de nieve como hábitat

Sin embargo, este artículo trata de los organismos que han encontrado en el manto de nieve su nicho ecológico y pueden contribuir a conformar su composición.

En comparación con las aguas termales o las burbujas de agua salada, el manto de nieve es un hábitat bastante templado. Sin embargo, este hábitat tiene algunas características que requieren cambios moleculares especiales en los organismos psicrófilos (amantes del frío).

En primer lugar, la luz se refleja y dispersa en la nieve. El resultado es un aumento de la radiación UV, que puede causar daños en el ADN. Un mecanismo de protección clásico es la producción de pigmentos como la astaxantina. Esta molécula actúa como un escudo que absorbe los rayos UV: protege las estructuras celulares filtrando las longitudes de onda nocivas y reduciendo así la penetración de la radiación UV en orgánulos sensibles como los cloroplastos, el lugar de la fotosíntesis. La astaxantina es producida, entre otras, por el alga de las nieves Chlamydomonas nivalis, y es responsable de la intensa coloración roja que crea el llamado efecto "nieve de sangre" (Fig. 3). Las propiedades especiales de esta molécula también la convierten en un componente útil de las cremas solares (Remias et al. 2005).

Las bajas temperaturas también suponen un reto importante. El agua es esencial para los procesos vitales de todos los organismos; sin embargo, si es sólida y, por tanto, menos móvil, está menos disponible para fines biológicos. Además, la formación de cristales de hielo puede causar daños físicos a los organismos, ya que los organismos unicelulares pueden ser destruidos por los cristales. Para evitarlo, se altera la composición de los ácidos grasos de la membrana celular para hacerla más dinámica y flexible. También existen proteínas que impiden la formación de grandes cristales de hielo en las inmediaciones de la célula.

Las llamadas proteínas antihielo se unen a la superficie de los cristales de hielo en desarrollo y, gracias a su forma especial, crean una curvatura cóncava que inhibe el crecimiento de grandes cristales de hielo. Estas proteínas son producidas por muchas plantas, hongos, algas y animales (Arrigo 2014, Maccario et al. 2015) y se utilizan en la industria alimentaria, por ejemplo para preservar la estructura de las verduras o la carne congeladas o en la producción de anticongelantes.

Las proteínas nucleantes del hielo tienen el efecto contrario. Suelen ser producidas por bacterias, por ejemplo por Pseudomonas syringae, y pueden iniciar la formación de cristales de hielo a temperaturas tan bajas como +2 °C. Orientan las moléculas de agua en el proceso. Orientan las moléculas de agua en ángulos adecuados para favorecer la formación de la estructura cristalina. Esto controla la formación de cristales de hielo y reduce su tamaño. Estas proteínas también se utilizan en la industria, por ejemplo en la producción de helados o nieve artificial. Estas bacterias viven a menudo en simbiosis con otros organismos, como las algas de la nieve, y protegen así sus estructuras (Roeters et al. 2021).

Ciclos de nutrientes y comunidades microbianas en la capa de nieve

Como puede imaginarse, los nutrientes importantes también son bastante escasos en la nieve. Aunque los compuestos de nitrógeno y fósforo son arrastrados por los periodos de deshielo o extraídos de la atmósfera durante las precipitaciones, el intercambio entre la biomasa del suelo y el manto de nieve es escaso. Por tanto, los organismos tuvieron que encontrar nuevas fuentes de nutrientes y utilizarlas eficazmente. La levadura Phenoliferia psychrophenolica, por ejemplo, es una auténtica experta en la obtención eficiente de alimentos.

Se ha encontrado en campos nevados de todo el mundo y obtiene su dosis diaria de carbono principalmente de los restos de algas nevadas muertas. Entre otras cosas, puede descomponer los pigmentos rojos protectores de los rayos UV y es un eslabón importante en el ciclo del carbono entre la atmósfera, la capa de nieve y el suelo. Su impresionante capacidad para descomponer la materia orgánica convierte al hongo en un interesante candidato para la biorremediación, es decir, la limpieza de zonas contaminadas con ayuda de microorganismos (Ezzedine et al. 2025, Maccario et al. 2015).

La vida en la Tierra es extremadamente adaptable y, por tanto, está muy extendida. Por lo tanto, no es de extrañar que el manto de nieve también esté lleno de organismos que se han especializado en las condiciones físicas del lugar y que son un eslabón importante en los ciclos geoquímicos globales. De hecho, los estudios demuestran que en 1 ml de nieve fresca pueden detectarse unas 10⁵ células bacterianas, cifra comparable a la que hay en aproximadamente 1 mg de suelo en el clima centroeuropeo. En el abeto, el número puede ser incluso significativamente mayor, dependiendo de la composición.

Cómo y dónde se encuentran exactamente los organismos dentro de la capa de nieve es bastante difícil de determinar. Se supone que viven tanto en cavidades como encerrados en los cristales de hielo, rodeados por una minúscula película de agua líquida (≈ 1 nm) (Fig. 4).

Bibliografía:

Arrigo, K. R. (2014). Ecosistemas de hielo marino. Annual Review of Marine Science, 6(1), 439-467. https://doi.org/10.1146/annurev-marine-010213-135103

Clarke, A. (2014). Los límites térmicos de la vida en la Tierra. International Journal of Astrobiology, 13(2), 141-154. https://doi.org/10.1017/S1473550413000438

Ezzedine, J. A., et al. (2025). Snow- and ice-ecosystem cleaning capability of the pucciniomycotinous yeast Phenoliferia psychrophenolica. Communications Biology, 8(1), Artículo 1084. https://doi.org/10.1038/s42003-025-1084-x

Maccario, L., et al. (2015). Ecosistemas de nieve y hielo: No tan extremos. Investigación en Microbiología, 166(10), 782-795. https://doi.org/10.1016/j.resmic.2015.10.002

Merino, N., et al. (2019). Vivir en los extremos: Extremófilos y los límites de la vida en un contexto planetario. Frontiers in Microbiology, 10, Artículo 780. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00780

Mykytczuk, N. C. S., Wilhelm, R. C., & Whyte, L. G. (2012). Planococcus halocryophilus sp. nov., an extreme sub-zero species from high Arctic permafrost. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 62(Pt 8), 1937-1944. https://doi.org/10.1099/ijs.0.035097-0

Pascal, R. (2012). Vida, metabolismo y energía. En Astroquímica y astrobiología (pp. 243-269). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-642-27585-4_10

Remias, D., Lütz-Meindl, U., & Leya, C. (2005). Photosynthesis, pigments and ultrastructure of the alpine snow alga Chlamydomonas nivalis. European Journal of Phycology, 40(3), 259-268. https://doi.org/10.1080/09670260500202148

Roeters, S. J., et al. (2021). Ice-nucleating proteins are activated by low temperatures to control the structure of interfacial water. Nature Communications, 12(1), Artículo 1183. https://doi.org/10.1038/s41467-021-21310-3