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Tardígrados: los pequeños sobrevivientes de la naturaleza

Descubre cómo los tardígrados aguantan condiciones extremas en la Tierra.

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Los tardígrados, también conocidos como osos de agua, son unos animales diminutos que pueden sobrevivir en algunos de los ambientes más extremos de la Tierra. Estas criaturas microscópicas han fascinado a los científicos por sus increíbles habilidades para aguantar condiciones severas, como el calor extremo, el frío y la sequedad. Este artículo busca explorar las características únicas de los tardígrados, sus estrategias de supervivencia y por qué son interesantes para la investigación científica.

¿Qué Son los Tardígrados?

Los tardígrados son criaturas diminutas que viven en el agua y suelen medir entre 0.5 mm y 1 mm de largo. Tienen un cuerpo segmentado y ocho patas, cada una con garras. Se pueden encontrar en varios hábitats, como musgo, líquenes, hojarasca e incluso en el fondo del mar. A pesar de su pequeño tamaño, juegan un papel importante en sus ecosistemas.

Supervivencia en Condiciones Extremas

Una de las características más sorprendentes de los tardígrados es su capacidad para sobrevivir en condiciones ambientales extremas. Pueden tolerar temperaturas que van desde casi el cero absoluto hasta más de 150 grados Celsius. Además, pueden aguantar altos niveles de radiación e incluso el vacío del espacio. Estas capacidades hacen que los tardígrados sean únicos entre los organismos vivos.

Dormancia Protectora

Los tardígrados pueden entrar en un estado de dormancia llamado criptobiosis cuando enfrentan estrés, como temperaturas extremas o falta de agua. En este estado, pierden casi toda su agua y se enrollan en una bola. Este mecanismo de protección les permite sobrevivir en condiciones desfavorables. Cuando el ambiente se vuelve más adecuado, los tardígrados pueden rehidratarse y volver a su estado activo.

El Proceso de Criptobiosis

La criptobiosis involucra varios pasos. Cuando los tardígrados enfrentan deshidratación o temperaturas extremas, comienzan a expulsar agua y entran en un estado llamado tun. En este estado, sus procesos metabólicos se ralentizan a un nivel casi inactivo. Pueden permanecer en este estado durante años, incluso décadas, hasta que encuentran condiciones favorables.

Estrategias de Supervivencia en Frío

Los tardígrados enfrentan desafíos en ambientes fríos, donde el agua puede congelarse. Para sobrevivir a estas condiciones, tienen dos estrategias principales: evitar la congelación y tolerar la congelación.

  1. Evitar la Congelación: Los tardígrados que utilizan estrategias de evitar la congelación no permiten que el hielo se forme dentro de sus cuerpos. Logran esto produciendo sustancias especiales que bajan el punto de congelación de sus fluidos corporales. De este modo, permanecen en estado líquido incluso a bajas temperaturas.

  2. Tolerancia a la Congelación: Otros tardígrados pueden tolerar cierta formación de hielo en sus cuerpos. Estas criaturas pueden sobrevivir tanto a la formación de hielo extracelular (fuera de las células) como intracelular (dentro de las células). Hacen esto controlando cómo se forma el hielo y utilizando proteínas que ayudan a manejar el proceso de congelación.

Bacterias Nucleantes de Hielo

La investigación también ha mostrado que los tardígrados pueden beneficiarse de la presencia de bacterias nucleantes de hielo, como Pseudomonas syringae. Estas bacterias ayudan a gestionar el proceso de congelación en su entorno. Cuando los tardígrados están expuestos a bajas temperaturas junto con estas bacterias, pueden sobrevivir mejor a la congelación que cuando el hielo se forma por sí mismo.

Factores que Afectan la Supervivencia en Frío

La temperatura y la duración de la exposición al frío juegan roles cruciales en la supervivencia de los tardígrados. Hay evidencia que sugiere que temperaturas más bajas y tiempos de exposición más largos pueden disminuir significativamente sus posibilidades de supervivencia. Por ejemplo, cuando los tardígrados son expuestos a -20 grados Celsius durante períodos prolongados, sus tasas de supervivencia caen drásticamente.

Resiliencia Más Allá del Frío

Además de sobrevivir a temperaturas frías, los tardígrados también son resistentes a otros estresores ambientales como la sequía, altos niveles de radiación e incluso altas presiones encontradas en ambientes de aguas profundas. Su capacidad para soportar tales condiciones es un tema de investigación científica en curso.

El Papel de la Aclimatación

La aclimatación térmica, o el proceso de acostumbrarse a diferentes temperaturas a lo largo del tiempo, también puede afectar cuán bien los tardígrados sobreviven en condiciones frías. La investigación sugiere que cuando los tardígrados están aclimatados a temperaturas moderadas antes de ser expuestos a frío extremo, tienden a tener mejores tasas de supervivencia.

Aplicaciones de Investigación

Las características únicas de los tardígrados los hacen valiosos para la investigación científica. Su capacidad para sobrevivir en condiciones adversas puede proporcionar información sobre los mecanismos de resiliencia en otros organismos, incluidos los humanos. Entender cómo los tardígrados manejan el estrés y sobreviven podría informar prácticas médicas y agrícolas.

Conclusión

Los tardígrados son organismos notables que se han adaptado para sobrevivir en condiciones extremas. A través de sus estrategias únicas de supervivencia, demuestran resiliencia ante el frío, la deshidratación y otros estresores. A medida que la investigación científica continúa explorando estas pequeñas criaturas, obtenemos una comprensión más profunda de los límites de la vida y el potencial de supervivencia en los entornos más desafiantes. Las lecciones aprendidas de los tardígrados pueden tener implicaciones de gran alcance en varios campos, desde la biología hasta la medicina e incluso la exploración espacial.

Entender a los tardígrados no solo resalta su importancia en los ecosistemas, sino que también enfatiza el tema más amplio de la resiliencia en la naturaleza.

Fuente original

Título: Survival of tardigrades (Hypsibius exemplaris) to subzero temperatures depends on exposure intensity, duration, and ice-nucleation--as shown by large-scale mortality dye-based assays

Resumen: Tardigrades are an emerging model system for understanding a diversity of environmental stress responses, yet few studies describe the physiology of cold tolerance in hydrated, active tardigrades. Here, we develop methods to screen tardigrades for survival in a high-throughput manner, to investigate the impacts of several key environmental conditions on survival. The visualization of dye uptake (SYTOX Green) in hydrated, cold-exposed Hypsibius exemplaris allows us to quickly and accurately quantify the survival of thousands of animals, under a range of ecologically-relevant low temperatures, exposure times, conditions, and thermal acclimations. As a proof-of-concept, we show that SYTOX Green uptake more accurately predicts 2-week survival outcomes of tardigrades post-cold exposure, compared to previous methods of scoring survival (locomotion). We show that hydrated, active tardigrades survive mild cold exposures of - 10{degrees}C at high rates of [~]98%. Survival of tardigrades to exposures of -15{degrees}C depends on environmental freezing in pure mineral water, and survival decreased exponentially with exposure time at -20{degrees}C (to 45% after 24 hours; with freezing occurring at nearly all -20{degrees}C timepoints). To investigate the role of environmental ice-formation on tardigrade survival vs. temperature, we incubated unacclimated tardigrades with ice-nucleating bacteria--which initiate environmental freezing at higher temperatures (-1.8 to 3.8{degrees}C). Surprisingly, we found a significant increase in survival of tardigrades frozen at -20{degrees}C (p-value = 0.0152) with the addition of Pseudomonas syringae compared to non-inoculated controls, as well as observing high-survival of tardigrades in ice-nucleated samples exposed to -10{degrees}C and -15{degrees}C. This indicates the species tolerance to environmental ice formation and exposure to our lowest temperature (-20{degrees}C), under certain conditions of controlled environmental ice formation. A 3-week acclimation of tardigrades to mild cold (1{degrees}C and 4{degrees}C) in constant darkness did not significantly improve survival after acute exposure to low temperature, but acclimating animals to 15{degrees}C did. Overall, we find that H. exemplaris--an emerging tardigrade model species--has a range of cold tolerance capabilities, dependent on time, temperature, environmental ice-formation, and culturing conditions. This work offers a framework with new tools for performing large-scale physiological assays in numerous species, establishing tardigrades as a tractable and uniquely informative model system in comparative physiology and the study of environmental stress. Key Findings- Active, hydrated tardigrades--with no prior acclimation to cold--have high survival of temperatures above -15{degrees}C, even in response to prolonged exposures. - Below -15{degrees}C, tardigrade survival declines exponentially with increasing exposure time. - Incubating tardigrades with ice-nucleating bacteria significantly improves survival after cold exposure, illustrating the importance of ice-formation dynamics and environmental microbes. - A 3-week acclimation of tardigrades to mild cold (1{degrees}C & 4{degrees}C) does not significantly improve survival to low temperature, while acclimation to 15{degrees}C (vs the standard culture condition of 20{degrees}C) does. - Uptake of the dye SYTOX Green is a more accurate metric of tardigrade mortality in response to cold exposure, compared to the traditional method of scoring lack of locomotion during recovery.

Autores: Ana M Lyons, K. T. Roberts, C. M. Williams

Última actualización: 2024-03-02 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.28.582259

Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.28.582259.full.pdf

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

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