LA EXTREMOFILIA, LA PARTE DE LA MICROBIOLOGÍA QUE ESTUDIA los microorganismos que se desarrollan en ambientes extremos, ha permitido demostrar que la vida es extremadamente robusta, tenaz y capaz de adaptarse a condiciones que considerábamos inhabitables hasta hace relativamente poco. La extremofilia ha tenido un papel fundamental en el desarrollo de la astrobiología, en cuyo mapa de ruta ocupa un lugar predominante. El análisis de los datos de las misiones Viking, desarrolladas hace más de cuarenta años con el fin de buscar señales de vida en Marte, concluyó, aunque aún sigua viva la controversia, que la vida en la superficie oxidante, fría, seca y bañada por la radiación ultravioleta del planeta rojo era imposible. En los últimos años, los avances en microbiología, sobre todo en extremofilia, han permitido cuestionar esta visión extremadamente pesimista sobre las posibilidades de vida en Marte.

La cuenca del Río Tinto

Río Tinto es un río ácido que recorre la provincia de Huelva. Nace en Peña de Hierro, en el corazón de la Faja Pirítica Ibérica (FPI) y desemboca en el Atlántico. La FPI es uno de los mayores depósitos de sulfuros metálicos del mundo. Debido a la elevada concentración de ion férrico que posee a lo largo de sus noventa y dos kilómetros de longitud, y a la capacidad tampón del mismo, el pH (nivel de acidez) se mantiene constante a lo largo de su cauce.
La caracterización geomicrobiológica de la columna de agua del río a lo largo de su cauce muestra que los microorganismos mayoritarios (el 80% de la población) corresponden a miembros del ciclo del hierro: Leptospirillum ferooxidans (un oxidador de hierro), Acidiphilium sp. (un reductor de hierro) y Acidithiobacillus ferrooxidans (un oxidador de hierro en condiciones aerobias -con presencia de oxígeno- y un reductor del mismo en condiciones anaerobias -carentes de oxígeno-; este microorganismo puede mantener por sí solo en funcionamiento el ciclo del hierro). Aunque otros oxidadores de hierro han sido identificados en la cuenca del Tinto, su baja proporción numérica sugiere que su papel en el funcionamiento del ciclo del hierro es menor, por lo menos en la columna de agua.
Recientemente se ha concluido un estudio comparativo entre muestras de sedimentos y de la columna de agua a lo largo del gradiente físico-químico del río. Este estudio ha mostrado un mayor nivel de biodiversidad, esperable, en los sedimentos que en las muestras de la columna de agua. La mayor parte de los microorganismos identificados están relacionados de alguna manera con el ciclo del hierro. En las condiciones estrictamente anaerobias que se dan en la parte más profunda de los sedimentos a lo largo del río, la reducción de sulfato es una actividad recurrente, consecuencia de la elevada concentración de sulfatos existente en el ecosistema.
En general se asume que la toxicidad exhibida por la mayoría de los metales pesados debería ser el factor limitante para el desarrollo de organismos eucarióticos (organismos formados por células con núcleo verdadero). Sin embargo, vistosas biopelículas con intensos pigmentos verdes cubren grandes superficies de la cuenca del Tinto. De hecho, se ha evaluado que más del 60% de la biomasa del río corresponde a microorganismos eucarióticos. Y una parte importante de los mismos son fotosintéticos.

En la superficie negativamente cargada de estas biopelículas precipitan minerales de hierro, generando bioformaciones de hierro que crecen siguiendo los ciclos hidrológicos y se consolidan formando terrazas fluviales. En las épocas secas y calurosas la evaporación del agua del río favorece la precipitación de minerales como la jarosita y la schwertmannita, mientras que la copiapita, coquimbita, los yesos y otros minerales sulfatados generan eflorescencias en los suelos por acción de la capilaridad. Durante la época húmeda, la hidrólisis de los sulfatos se añade al efecto de la hidrólisis del hierro, facilitando la precipitación de oxihidróxidos de hierro (goetita). La deshidratación de la goetita genera óxidos férricos (hematites). Dependiendo de la proporción relativa de estos minerales se puede conocer la antigüedad de los distintos depósitos de rocas sedimentarias a lo largo del cauce del río.
Sin embargo, no solo los microorganismos eucariotas unicelulares son capaces de desarrollarse en las condiciones extremas del río. Distintas plantas son capaces de crecer en los suelos ácidos de la cuenca del Tinto. El análisis de los minerales de hierro asociados a los rizomas y hojas de Imperata cylindrica, una planta perenne hiperacumuladora de hierro recolectada en los márgenes del Tinto, muestran elevadas concentraciones de jarosita e hidróxidos de hierro. Estos resultados demuestran que sistemas multicelulares complejos son capaces de desarrollarse en condiciones extremas, lo que es de indudable interés astrobiológico.
Hasta hace poco, era generalmente aceptado que las condiciones extremas del Río Tinto se debían a la actividad minera desarrollada en la zona durante más de cinco mil años. Un estudio reciente del subsuelo de la Faja Pirítica Ibérica mediante el desarrollo de un proyecto de perforación en Peña de Hierro, considerada la zona del origen del río, ha permitido detectar la zona de recarga del acuífero a una profundidad de entre cien y cuatrocientos metros. La capa freática se mueve siguiendo un entramado de fracturas y, cuando alcanza los sulfuros masivos, el agua facilita el metabolismo de los microorganismos quimiolitoautótrofos, que obtienen su energía de la oxidación de sustancias inorgánicas sencillas y generan fluidos ácidos. Estos fluidos ácidos originan las fuentes de aguas ácidas que alimentan la cabecera del Río Tinto. Así pues, la generación de aguas ácidas en esta zona ocurre de manera natural a partir de la biooxidación de los sulfuros metálicos presentes en el subsuelo.
Este proyecto ha permitido a su vez demostrar que existe una importante diversidad microbiana en el subsuelo de la Faja Pirítica Ibérica responsable no solamente de la oxidación del hierro y del azufre en condiciones anaerobias sino de otras actividades que permiten evidenciar el funcionamiento de los ciclos biogeoquímicos más importantes en lo que llamamos la biosfera oscura (independiente de la radiación solar). Estos datos son de indudable interés astrobiológico, ya que de existir vida en Marte deberá desarrollarse necesariamente en el subsuelo.
 

Río Tinto, un análogo terrestre de Marte   

El descubrimiento de sulfatos, datados en el periodo Noachiano (hace entre 3700 y 4100 millones de años), en distintas localidades de Marte sugiere un pasado acuoso, ácido, probablemente originado por la alteración de minerales ricos en sulfuros. En 2004, el rover Opportunity de la misión Mars Exploration Rovers (MER) inició su exploración en la zona Meridiani Planum. La selección de este lugar de aterrizaje se debió a la identificación mediante observaciones orbitales de una zona rica en hematites, posiblemente generada por las condiciones acuosas existentes en Marte en épocas remotas. La identificación de jarosita en estas formaciones introdujo constricciones paleo-ambientales importantes, ya que se considera que este mineral se forma únicamente en condiciones ácidas. Este hallazgo hermanó definitivamente Río Tinto con Marte.
Río Tinto como análogo geológico y mineralógico de Marte genera una interesante perspectiva para la interpretación de algunos datos del planeta rojo. Por un lado, los óxidos y los sulfatos de hierro detectados en la cuenca del Tinto han sido formados en condiciones físico-químicas y biológicas convenientemente caracterizadas. Por otro, las condiciones actuales de drenaje se complementan con un record histórico de deposición convenientemente preservado como rocas sedimentarias a distintos niveles por encima del río. La combinación de depósitos antiguos y modernos del río nos facilitan la comparación con Meridiani Planum y otras regiones con minerales de hierro, como Vallis Marineris, Mawrth Vallis and Syrtis Major, en los que los procesos de deposición y diagénesis (conjunto de procesos de formación de una roca sedimentaria) deben inferirse a partir de rocas sedimentarias antiguas.
Los sistemas deposicionales de Meridiani Planum y Río Tinto poseen similitudes y diferencias. La diferencia más obvia está relacionada con las condiciones de formación. Mientras que las rocas de Meridiani Planum se acumularon mediante procesos eólicos y acuosos en un ambiente árido, las rocas sedimentarias de Río Tinto se han formado en lechos de arroyos estacionalmente secos. Más aún, los precipitados de la cuenca del Tinto deben su origen a la oxidación biológica de sulfuros metálicos, como la pirita, formados fundamentalmente por actividad hidrotermal. Los espectros Mössbauer de los minerales depositados a lo largo de la cuenca del Tinto son muy similares a los obtenidos en Meridiani, proveyendo por lo tanto de un análogo geoquímico y mineralógico de los posibles procesos que las originaron. Los minerales de la cuenca del Tinto también documentan los efectos de su diagénesis, haciéndolos doblemente útiles en la comparación con los sedimentos de Meridiani. Como en la cuenca del Tinto, las efloraciones rocosas de Meridiani contienen hematites, pero a diferencia de las terrazas antiguas del río, las rocas de Meridiani son ricas en sulfatos, incluyendo sulfatos de hierro, que no se han retenido en las rocas sedimentarias de Río Tinto. Este hecho sugiere que la formación mineral y su diagénesis se dieron en Marte bajo condiciones extremadamente limitantes de agua.          
Como hemos mencionado, diversos microorganismos son capaces de crecer en la cuenca del Tinto en condiciones ácidas y fuertemente oxidantes que, desde una perspectiva astrobiológica, son condiciones similares a las existentes en Meridiani y otras regiones ricas en hierro de Marte en la época en la que se depositaron las sucesiones sedimentarias ricas en sulfatos. Como consecuencia, Río Tinto permite enmarcar algunas de las expectativas biológicas de la exploración de Marte. Los depósitos sedimentarios de Río Tinto reportan aspectos físicos, químicos y biológicos del ecosistema, y estos indicadores persisten a través de su diagénesis, proveyendo una crónica geoquímica y geomicrobiológica de los procesos que se han dado en Río Tinto a lo largo de su historia. De igual manera, los afloramientos marcianos poseen un potencial similar de preservar el registro ambiental y biológico (si hubiera existido o existe vida en Marte).
Los resultados de la caracterización geomicrobiológica de la Faja Pirítica Ibérica en la zona de Río Tinto sugieren que los ecosistemas detectados en ese ambiente podrían tener éxito en Marte, sobre todo los que se dan en el subsuelo, donde estarían protegidos de las condiciones extremadamente oxidantes que se dan en la superficie de Marte hoy día. El metabolismo microbiano subterráneo asociado a la oxidación de los sulfuros metálicos de la Faja Pirítica Ibérica es además capaz de producir metano, uno de los posibles indicadores atmosféricos de vida en Marte. Aunque el metano se puede producir abióticamente, más del 80% del metano de la atmósfera terrestre se produce biológicamente por acción de microorganismos (arqueas) metanogénicos. Estos microorganismos, con muy pocas excepciones, operan en hábitats que tienen tres propiedades físico-químicas comunes: pH neutro, condiciones de vida en ausencia de oxígeno (anaerobiosis) y un potencial redox negativo (el potencial redox es una medida de la actividad de los electrones, relacionado con el pH y con el contenido de oxígeno). Estas condiciones son lo más opuesto a las que encontramos en Río Tinto.
Poco después de la detección de metano en la atmósfera marciana, se inició un estudio sistemático en los sedimentos anóxicos (privados de oxígeno) de la cuenca del Tinto y en el subsuelo de la Faja Pirítica Ibérica con el fin de detectar actividad metanogénica en los mismos. En ambos casos se ha podido demostrar dicha actividad no solamente en cultivos de enriquecimiento, sino que se han podido detectar los microorganismos responsables por técnicas de hibridación in situ con sondas fluorescentes. 
Como ya se ha mencionado, las condiciones físico-químicas de Río Tinto están muy alejadas de las condiciones óptimas que requieren las arqueas metanogénicas. ¿Cómo podemos explicar que se produzca biológicamente metano en condiciones que no lo deberían permitir? Esta aparente contradicción se puede resolver a nivel microscópico. En la columna de agua solo pueden desarrollarse aquellos microorganismos capaces de operar en las condiciones existentes en el medio. La generación en matrices semisólidas (sedimentos) o sólidas (rocas) de “micronichos” permite el desarrollo de microorganismos con requerimientos muy distintos a las condiciones globales del ecosistema o incluso antagónicas.
La presencia de metano en un ambiente oxidante controlado por el ion férrico tiene implicaciones importantes en la búsqueda de señales de vida en Marte. El argumento de que las condiciones ambientales de Marte no podrían permitir la actividad metanogénica y que, por lo tanto, el metano detectado en la atmósfera de Marte debe ser de origen geológico, queda en entredicho teniendo en cuenta los datos obtenidos en los sedimentos del Tinto y el subsuelo de la Faja Pirítica Ibérica. El rover Curiosity de la misión MSL, que se halla actualmente explorando el cráter Gale, no solo ha detectado metano en dicho entorno sino que además está equipado con un espectrómetro de masas capaz de medir su fraccionamiento isotópico, lo que podría ayudar a clarificar su origen.

El agua en estado líquido parece ser imprescindible para la vida que conocemos. Como ya se ha indicado, el agua es abundante en la cuenca del Tinto, tanto en la superficie como en el subsuelo. Por el contrario, debido a constricciones ambientales, el agua en Marte solo puede existir en la superficie como fase sólida (hielo) o en fase de vapor. Estudios climáticos de la evolución de la atmósfera de Marte indican que, durante el periodo Noachiano, la presión atmosférica debió ser lo suficientemente alta como para permitir la existencia de importantes cantidades de agua líquida que explicarían las distintas observaciones morfológicas de su superficie. Aun cuando hoy en día disponemos de distintos instrumentos orbitando el planeta, solo tenemos datos indirectos sobre la existencia de agua congelada en el subsuelo (permafrost), de agua-hielo en los polos y de soluciones hipersalinas en distintas zonas de Marte. Sin embargo, las imágenes de alta resolución así como los datos espectrales generados por distintos instrumentos orbitando alrededor del planeta o en su superficie sugieren la existencia de distintos episodios húmedos en la historia de Marte, algunos muy recientes. Aunque solo existe una posibilidad remota de que los minerales de hierro detectados en Marte sean el producto de la actividad quimiolitotrófica, la diversidad detectada en Río Tinto, con metabolismos compatibles con las condiciones existentes en Marte, permiten sugerir que en los lugares donde hayan confluido los sustratos minerales y el agua se haya desarrollado o, mejor aún, se esté desarrollando vida en el subsuelo del planeta. Sería muy deseable que tengamos en un futuro próximo una misión de perforación que permita explorar las condiciones físico-químicas que pudieran permitir el desarrollo de vida en el subsuelo de Marte o detectar su existencia pasada o presente. Para ello la experiencia ganada en el estudio de la geomicrobiología de la cuenca del Tinto será fundamental.