Cuando normalmente examino líquenes, estoy en un bosque, observando con mi lupa los crecimientos con volantes en las ramas de los árboles. O en rocas expuestas en lo alto de los Alpes, o en antiguas lápidas, o en la costa rocosa del mar, en la zona donde las algas dejan de crecer pero antes de que las plantas terrestres más grandes tomen el control. He estado observando muchos líquenes durante la investigación para un libro sobre simbiosis, pero nunca antes los había visto en un matraz de laboratorio girando en una incubadora. Y aunque a menudo pienso en lo que los líquenes nos dicen sobre el pasado, hasta hace poco no había pensado en lo que nos dicen sobre el futuro.
El fluido verde turbio que estoy viendo en la incubadora no es en absoluto lo que consideramos un liquen, que es una asociación simbiótica entre un hongo y un alga. “Eso se debe a que se trata de un liquen sintético”, dice Rodrigo Ledesma-Amaro, director del Centro Bezos para la Proteína Sostenible aquí en el Imperial College de Londres. El fluido es un cocultivo de dos especies, un hongo (levadura) y una cianobacteria. Al igual que un liquen natural, el hongo proporciona un andamio, una estructura huésped para la bacteria, y la bacteria produce azúcares mediante la fotosíntesis utilizando luz, agua y dióxido de carbono, y los alimenta al hongo.
¿Por qué querrías hacer una poción así? Porque, me dice Ledesma-Amaro, podemos editar genéticamente la levadura para que cree todo tipo de productos útiles (alimentos, combustibles, productos químicos, materiales, productos farmacéuticos) y si podemos impulsar esa producción a través de la fotosíntesis, entonces podremos producir esas cosas de manera sostenible. Por esa razón, los líquenes sintéticos están generando entusiasmo no sólo en la industria biotecnológica sino también fuera de ella. Resulta que los líquenes podrían aprovecharse para reparar edificios, luchar contra la crisis climática e incluso construir viviendas en Marte.
“Los líquenes sintéticos recrean la simbiosis de los líquenes naturales, pero crecen mucho más rápido, y el uso de levadura como socio nos permite producir de manera sostenible toda una gama de compuestos de alto valor”, dice Ledesma-Amaro. La levadura es un organismo industrializado bien conocido que es “programable” y se cultiva fácilmente a escala. En el liquen sintético que veo, Ledesma-Amaro y su equipo utilizan levadura genéticamente modificada para producir cariofileno, un compuesto que tiene aplicaciones en las industrias farmacéutica, cosmética y de combustibles. En un futuro próximo, prevé una gama de productos útiles: antibióticos, biocombustibles y aceite de palma sintético. Se podría diseñar otra forma de liquen sintético para capturar y almacenar dióxido de carbono. Otros científicos ven que se utilizan líquenes para reparar estructuras de hormigón envejecidas en todo el mundo. Las ambiciones para los líquenes son grandes e incluso van más allá de nuestro propio planeta. En la Luna y Marte, la NASA y las empresas espaciales privadas planean utilizar líquenes espaciales sintéticos (conocido propiamente como material vivo diseñado) para crecer en regolito y fabricar material para construir edificios y muebles.
vivir juntos
De apariencia modesta y crecimiento lento, los líquenes son la demostración arquetípica de simbiosis, que significa “vivir juntos” y se refiere a la convivencia de dos especies diferentes. En el caso del liquen, la explicación de los libros de texto es que un hongo asociado alberga a un individuo de otra especie, conocido como fotobionte. Por lo general, se trata de algas, pero a veces de bacterias, y produce alimento mediante la fotosíntesis y lo comparte con su huésped. El hongo asociado proporciona, entre otras cosas, una magnífica protección contra los elementos, de modo que el liquen puede sobrevivir en condiciones extremas en las que pocas personas pueden ganarse la vida. Es por eso que algunos científicos están reutilizando líquenes y creando sus propias versiones sintéticas.
Los líquenes tienen dos cualidades a su favor. Primero, como organismo simbiótico, el todo es mayor que la suma de sus partes. En otras palabras, cada liquen puede hacer cosas que el hongo por sí solo o el fotobionte por sí solo no pueden hacer. Desde lejos, los líquenes pueden tener una apariencia modesta, pero de cerca son organismos complejos, exuberantes y carismáticos. Los líquenes naturales también son mucho más que la asociación de dos especies de hongos y algas de los libros de texto. A menudo, existen estos dos organismos, además de un hongo secundario en forma de levadura y una especie bacteriana adicional, lo que forma una comunidad de cuatro. Pero incluso eso es una subestimación. “En la naturaleza, lo que llamamos coloquialmente un ‘liquen’ es en realidad una comunidad de muchos (decenas a cientos) de microbios diferentes”, dice Arjun Khakhar, biólogo que fabrica líquenes sintéticos en la Universidad Estatal de Colorado. “Dos líquenes que parecen idénticos y están uno al lado del otro pueden tener miembros muy diferentes”. Varios análisis de tejido fresco de líquenes han descubierto que contienen entre 1 millón y 100 millones de bacterias por gramo.
La segunda ventaja de los líquenes es que son robustos. Pueden vivir y realizar la fotosíntesis en las condiciones más duras. En Svalbard, en el interior del círculo polar ártico, hay alrededor de 700 especies de líquenes. Hacen frente a las bajas temperaturas, la aridez y la alta radiación ultravioleta. En la orilla del mar, toleran la inmersión repetida en agua salada, una experiencia que la mayoría de las demás plantas terrestres no pueden afrontar. Algunas especies crecen dentro de la roca (liquen “endolítico”, literalmente “dentro de la roca”). Queda abierta la cuestión de qué aspecto de su biología les permite hacer frente a la desecación y las temperaturas extremas.
Los líquenes, que prosperan naturalmente en una variedad de ambientes, son una forma de vida única, creada a partir de una relación simbiótica entre un hongo y un compañero como las algas o las cianobacterias.
José B. Ruiz/naturepl.com
En Colorado, Khakhar sugiere que la resistencia de los líquenes proviene de las biomoléculas que produce el hongo filamentoso, que protege a toda la comunidad del liquen. “Las moléculas únicas que es capaz de producir se deben potencialmente a la capacidad de los líquenes para aprovechar la bioquímica tanto bacteriana como fúngica mediante la distribución de tareas en toda la comunidad”, dice. Por ejemplo, los componentes de los fotobiontes pueden producir varios pigmentos con clorofila, y el hongo puede producir protector solar sintetizando compuestos como carotenoides (los pigmentos de las zanahorias, los tomates maduros y las hojas de otoño) y las melaninas (que dan color a nuestra piel). Juntos, la comunidad simbiótica de líquenes tiene acceso a una gama mayor de compuestos de los que un solo organismo puede esperar producir, y esto desbloquea el superpoder del liquen. Físicamente, también, el componente fúngico ayuda a proteger a la comunidad de los cambios de temperatura y humedad. Luego está su lento crecimiento, que le permite vivir con recursos mínimos.
Líquenes en el espacio
Estos atributos han sido suficientes para entusiasmar a la NASA. Los líquenes pueden sobrevivir a la exposición a condiciones espaciales tanto simuladas como reales. A partir de 2014, una especie de liquen llamada Circinaria gyrosa vivió (o al menos no murió) en un estante en el exterior de la Estación Espacial Internacional durante 18 meses. Cuando lo trajeron nuevamente al interior y le dieron agua, comenzó a crecer. El hecho de que los líquenes puedan crecer dentro de las rocas y tolerar las condiciones del espacio entusiasma a los defensores de la litopanspermia, la idea de que los microbios podrían viajar entre planetas en asteroides.
Congrui Jin, un ingeniero especializado en materiales vivos en la Universidad Texas A&M, comenzó a pensar en el potencial de los líquenes para un proyecto de la NASA con visión de futuro destinado a encontrar formas eficientes de construir lugares para vivir y trabajar en Marte, cuando finalmente lleguemos allí. Algunas propuestas de viviendas fuera del planeta se basan en estructuras inflables, con la idea de que se necesitan menos materiales para fabricar viviendas llenas de aire. Pero cada pieza de material prefabricado transportada allí por cohete sigue siendo cara. Una alternativa más barata a transportar estos objetos desde la Tierra es encontrar una forma de producir materiales de construcción a partir del regolito que ya se encuentra en el planeta. Para Jin, los líquenes son la solución perfecta. Pero es posible que una especie natural no necesariamente funcione.
Un experimento a bordo de la Estación Espacial Internacional ha demostrado que los líquenes pueden ser extremadamente resistentes y sobrevivir más de 18 meses en el espacio.
ESA
“Queremos emparejar los hongos con algunas especies fotosintéticas como las cianobacterias. Pueden convertir la luz solar y el agua en nutrientes orgánicos y precipitar carbonato de calcio”, dice. “Actúa como pegamento para unir las partículas del suelo de Marte en una estructura cohesiva”. Este biomaterial luego se puede utilizar en una impresora 3D para producir materiales de construcción: pisos, tabiques, paredes, muebles, lo que sea. La mayor parte de lo que necesitamos, ya sea luz solar, dióxido de carbono, agua, nutrientes o grandes reservas de roca basáltica, ya se encuentra en Marte.
El trabajo de Jin ha demostrado recientemente que los líquenes son candidatos prometedores para convertir el regolito de Marte en material de construcción y para producir otros biominerales y biopolímeros. Los líquenes son resistentes y algunos futuristas entusiastas los consideran buenos candidatos para ayudar a terraformar el Planeta Rojo. Pero incluso si no hubiera medidas de protección planetaria que respetar, los líquenes no pueden crecer en la superficie de Marte, expuestos a los elementos. Marte no tiene campo magnético y cualquier vida en la superficie debe estar protegida de la fuerte radiación. Entonces, Jin imagina sus líquenes de Marte creciendo en refugios.
El futuro de la construcción.
Sin embargo, colonizar otros planetas está muy lejos y Jin se dio cuenta de que sus líquenes tenían un papel más inmediato en la Tierra. Hay muchas ocasiones en las que sería útil unir los escombros y crear un material de construcción utilizable. Piense en los edificios destrozados que dejaron los desastres naturales y provocados por el hombre. Además, una forma de secuestrar carbono durante el proceso de fabricación del hormigón ayudaría a moderar su enorme huella de carbono. ¿Y si pudiéramos producir hormigón autorreparable? Los edificios y estructuras serían más baratos de mantener y también tendrían una vida más larga. Los intentos anteriores de utilizar microbios para realizar estas funciones han fracasado porque el hormigón es un lugar inhóspito para vivir. Pero si los líquenes pueden arreglárselas en el espacio, razonó Jin, seguramente también podrán arreglárselas con el hormigón.
Jin y sus colegas demostraron que un enfoque basado en líquenes, que combina hongos con cianobacterias, crea un cocultivo que puede crecer en concreto. No solo eso, su liquen sintético precipita carbonato de calcio, el mineral que forma tiza, piedra caliza y mármol, curando grietas en la estructura. “Probamos con hongos filamentosos y cianobacterias y descubrimos que tienen mejor capacidad de supervivencia. [than other microbes] “En las condiciones secas y pobres en nutrientes del hormigón”, dice. “Se llevan bien entre sí y el proceso es autónomo, y también tienen [a] muy buena capacidad para precipitar carbonato de calcio”. A diferencia de los enfoques de una sola especie, el cocultivo no requiere la adición de nutrientes externos, porque el liquen sintético extrae nitrógeno del aire y produce su propio fertilizante.
Khakhar también está intentando crear líquenes de rápido crecimiento seleccionando microbios que ya crecen rápidamente, antes de modificarlos y emparejarlos para que se parezcan a un liquen. Su laboratorio, en un trabajo similar al de Jin, ha creado un liquen sintético en el que el componente fúngico se mineraliza. “Los hongos filamentosos se alimentan de las cianobacterias incrustadas en ellos y desarrollan un micelio que tiene un exoesqueleto de piedra”, dice. “En el futuro, esto permitirá la biofabricación sostenible de materiales de construcción”. A este producto de ingeniería lo llama micomateriales.
Mis investigaciones sobre la simbiosis han profundizado mi apreciación de los líquenes como mini ecosistemas dinámicos, una lección viva sobre la realidad de la interdependencia, al igual que la comprensión de su potencial de ciencia ficción para elaborar los materiales del mañana. Así que la próxima vez que veas esos crecimientos con volantes en un árbol, una lápida o un banco viejo, tal vez tómate un momento para hacer una pausa y considera la maravilla que estás contemplando y que moldea el futuro.
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