I'm an ocean microbiologist at the University of Tennessee, and I want to tell you guys about some microbes that are so strange and wonderful that they're challenging our assumptions about what life is like on Earth.
Soy microbióloga oceanográfica en la Universidad de Tennessee, y quiero hablarles sobre algunos microbios que son tan extraños y maravillosos que desafían nuestras suposiciones sobre cómo es la vida en la Tierra.
So I have a question. Please raise your hand if you've ever thought it would be cool to go to the bottom of the ocean in a submarine? Yes. Most of you, because the oceans are so cool.
Y tengo una pregunta. Por favor, levanten la mano si alguna vez pensaron que sería genial ir al fondo del océano en un submarino. Sí. La mayoría de Uds., porque los océanos son geniales.
Alright, now -- please raise your hand if the reason you raised your hand to go to the bottom of the ocean is because it would get you a little bit closer to that exciting mud that's down there.
Ahora, por favor, levanten la mano si la razón por la que levantaron la mano para ir al fondo del océano es porque les acercaría un poco a ese fango emocionante que está ahí abajo.
(Laughter)
(Risas)
Nobody. I'm the only one in this room.
Nadie. Soy la única en esta sala.
Well, I think about this all the time. I spend most of my waking hours trying to determine how deep we can go into the Earth and still find something, anything, that's alive, because we still don't know the answer to this very basic question about life on Earth.
Pienso en esto todo el tiempo. Paso la mayor parte de mis horas de vigilia tratando de determinar cuán de profundo podemos entrar en la Tierra y aún así encontrar algo, cualquier cosa, que esté viva, porque todavía no sabemos la respuesta a esta pregunta muy básica sobre la vida en la Tierra.
So in the 1980s, a scientist named John Parkes, in the UK, was similarly obsessed, and he came up with a crazy idea. He believed that there was a vast, deep, and living microbial biosphere underneath all the world's oceans that extends hundreds of meters into the seafloor, which is cool, but the only problem is that nobody believed him, and the reason that nobody believed him is that ocean sediments may be the most boring place on Earth.
Y en la década de 1980 un científico llamado John Parkes, en el Reino Unido, estaba igualmente obsesionado, y se le ocurrió una idea loca. Él creía que había una biosfera microbiana extensa, profunda y viva debajo de todos los océanos del mundo extendida sobre cientos de metros en el lecho marino, lo que es genial, pero el único problema es que nadie le creyó, y la razón por la que nadie le creyó es que los sedimentos oceánicos pueden ser el lugar más aburrido de la Tierra.
(Laughter)
(Risas)
There's no sunlight, there's no oxygen, and perhaps worst of all, there's no fresh food deliveries for literally millions of years. You don't have to have a PhD in biology to know that that is a bad place to go looking for life.
No hay luz solar, no hay oxígeno, y quizás lo peor de todo, no ofrece entregas de alimentos frescos durante literalmente millones de años. No es necesario tener un doctorado en biología para saber que ese es un mal lugar para buscar vida.
(Laughter)
(Risas)
But in 2002, [Steven D'Hondt] had convinced enough people that he was on to something that he actually got an expedition on this drillship, called the JOIDES Resolution. And he ran it along with Bo Barker Jørgensen of Denmark. And so they were finally able to get good pristine deep subsurface samples some really without contamination from surface microbes. This drill ship is capable of drilling thousands of meters underneath the ocean, and the mud comes up in sequential cores, one after the other -- long, long cores that look like this. This is being carried by scientists such as myself who go on these ships, and we process the cores on the ships and then we send them home to our home laboratories for further study.
Pero en 2002 Steven D'Hondt convenció a suficientes personas que estaba en algo lo que le llevó a recibir una expedición en este buque de perforación, llamado Resolución JOIDES. Y lo dirigió junto con Bo Barker Jørgensen de Dinamarca. Y así finalmente pudieron obtener buenas muestras prístinas del subsuelo profundo, algunos sin contaminación de microbios de superficie. Este barco de perforación puede perforar miles de metros debajo del océano, y el barro aparece en núcleos secuenciales, uno después de otro, núcleos largos, largos que se ven así. Esto lo llevan científicos como yo, que vamos en estos barcos, y procesamos los núcleos en los barcos y los enviamos a casa a nuestros laboratorios caseros para su posterior estudio.
So when John and his colleagues got these first precious deep-sea pristine samples, they put them under the microscope, and they saw images that looked pretty much like this, which is actually taken from a more recent expedition by my PhD student, Joy Buongiorno. You can see the hazy stuff in the background. That's mud. That's deep-sea ocean mud, and the bright green dots stained with the green fluorescent dye are real, living microbes.
Y cuando John y sus colegas obtuvieron estas primeras muestras prístinas de aguas profundas preciosas, los colocaron bajo el microscopio, y vieron imágenes que se veían bastante así, que en realidad las tomó en una expedición más reciente mi estudiante de doctorado, Joy Buongiorno. Puedes ver las cosas nebulosas en el fondo. Eso es barro. Eso es barro del océano de aguas profundas, y los puntos verdes brillantes teñidos con el tinte verde fluorescente son microbios reales y vivos.
Now I've got to tell you something really tragic about microbes. They all look the same under a microscope, I mean, to a first approximation. You can take the most fascinating organisms in the world, like a microbe that literally breathes uranium, and another one that makes rocket fuel, mix them up with some ocean mud, put them underneath a microscope, and they're just little dots. It's really annoying. So we can't use their looks to tell them apart. We have to use DNA, like a fingerprint, to say who is who.
Debo decirles algo realmente trágico sobre los microbios. Todos se ven iguales bajo un microscopio. Quiero decir, en una primera aproximación. Puedes tomar los organismos más fascinantes del mundo, como un microbio que literalmente respira uranio, y otro que hace combustible para cohetes, mezclarlos con algo de barro del océano, ponerlos bajo un microscopio, y son solo pequeños puntos. Es muy molesto. No podemos usar su apariencia para distinguirlos. Tenemos que usar ADN, como una huella dactilar, para decir quién es quién.
And I'll teach you guys how to do it right now. So I made up some data, and I'm going to show you some data that are not real. This is to illustrate what it would look like if a bunch of species were not related to each other at all. So you can see each species has a list of combinations of A, G, C and T, which are the four sub-units of DNA, sort of randomly jumbled, and nothing looks like anything else, and these species are totally unrelated to each other. But this is what real DNA looks like, from a gene that these species happen to share. Everything lines up nearly perfectly. The chances of getting so many of those vertical columns where every species has a C or every species has a T, by random chance, are infinitesimal. So we know that all those species had to have had a common ancestor. They're all relatives of each other.
Y les enseñaré cómo hacerlo ahora mismo. Inventé algunos datos y les mostraré algunos datos que no son reales. Esto es para ilustrar cómo se vería si un grupo de especies no estuviera relacionado entre sí en absoluto. Y se puede ver cada especie hay una lista de combinaciones de A, G, C y T, que son las cuatro subunidades del ADN, algo aleatoriamente desordenado, y nada se parece a nada más, y estas especies no tienen ninguna relación entre sí. Pero así es como se ve el ADN real, de un gen que comparten estas especies. Todo se alinea casi a la perfección. Las posibilidades de obtener tantas de esas columnas verticales donde cada especie tiene una C o cada especie tiene una T, por azar, son infinitesimales. Sabemos que todas esas especies tenían que haber tenido un ancestro común. Todos son parientes el uno del otro.
So now I'll tell you who they are. The top two are us and chimpanzees, which y'all already knew were related, because, I mean, obviously.
Así que ahora les diré quiénes son. Los dos arriba somos nosotros y los chimpancés, que ya sabían que estaban relacionados, porque, quiero decir, obviamente.
(Laughter)
(Risas)
But we're also related to things that we don't look like, like pine trees and Giardia, which is that gastrointestinal disease you can get if you don't filter your water while you're hiking. We're also related to bacteria like E. coli and Clostridium difficile, which is a horrible, opportunistic pathogen that kills lots of people. But there's of course good microbes too, like Dehalococcoides ethenogenes, which cleans up our industrial waste for us. So if I take these DNA sequences, and then I use them, the similarities and differences between them, to make a family tree for all of us so you can see who is closely related, then this is what it looks like. So you can see clearly, at a glance, that things like us and Giardia and bunnies and pine trees are all, like, siblings, and then the bacteria are like our ancient cousins. But we're kin to every living thing on Earth. So in my job, on a daily basis, I get to produce scientific evidence against existential loneliness.
Pero también estamos relacionados con cosas que no se nos parecen, como pinos y la giardiosis, que es esa enfermedad gastrointestinal se puede tener si no se filtra el agua en una excursión. También estamos relacionados con bacterias E. coli y Clostridium difficile, patógenos horribles y oportunistas que matan a muchas personas. Pero también hay buenos microbios, como el Dehalococcoides ethenogenes, que limpia nuestros desechos industriales. Y, si tomo estas secuencias de ADN, y luego uso las similitudes y diferencias entre ellos, para hacer un árbol genealógico de todos nosotros y para que se vea quién está estrechamente relacionado, es así como aparece. Para que pueda ver claramente, a simple vista, que cosas como nosotros, la Giardia lamblia, los conejos y los pinos son todos, como, hermanos, y las bacterias son como nuestros primos antiguos. Pero somos parientes de todos los seres vivos en la Tierra. Y en mi trabajo a diario, produzco evidencia científica contra la soledad existencial.
So when we got these first DNA sequences, from the first cruise, of pristine samples from the deep subsurface, we wanted to know where they were. So the first thing that we discovered is that they were not aliens, because we could get their DNA to line up with everything else on Earth. But now check out where they go on our tree of life. The first thing you'll notice is that there's a lot of them. It wasn't just one little species that managed to live in this horrible place. It's kind of a lot of things. And the second thing that you'll notice, hopefully, is that they're not like anything we've ever seen before. They are as different from each other as they are from anything that we've known before as we are from pine trees. So John Parkes was completely correct. He, and we, had discovered a completely new and highly diverse microbial ecosystem on Earth that no one even knew existed before the 1980s.
Y cuando obtuvimos estas primeras secuencias de ADN, desde el primer crucero de muestras prístinas del subsuelo profundo, queríamos saber dónde estaban. Y lo primero que descubrimos es que no eran extraterrestres, porque podríamos hacer que su ADN se alineara con todo lo demás en la Tierra. Pero ahora vean a dónde van en nuestro árbol de la vida. Lo primero que notarán es que hay muchos de ellos. No era solo una pequeña especie que logró vivir en este horrible lugar. Es un montón de cosas. Y lo segundo que notarán, con suerte, es que no se parecen a nada que hayamos visto antes. Son tan diferentes el uno del otro como son de todo lo que conocíamos antes como somos nosotros de los pinos. John Parkes estaba completamente en lo correcto. Él, y nosotros, habíamos descubierto un completamente nuevo y muy diverso ecosistema microbiano en la Tierra que nadie sabía que existía antes de los años ochenta.
So now we were on a roll. The next step was to grow these exotic species in a petri dish so that we could do real experiments on them like microbiologists are supposed to do. But no matter what we fed them, they refused to grow. Even now, 15 years and many expeditions later, no human has ever gotten a single one of these exotic deep subsurface microbes to grow in a petri dish. And it's not for lack of trying. That may sound disappointing, but I actually find it exhilarating, because it means there are so many tantalizing unknowns to work on. Like, my colleagues and I got what we thought was a really great idea. We were going to read their genes like a recipe book, find out what it was they wanted to eat and put it in their petri dishes, and then they would grow and be happy. But when we looked at their genes, it turns out that what they wanted to eat was the food we were already feeding them. So that was a total wash. There was something else that they wanted in their petri dishes that we were just not giving them.
Estábamos en una buena racha. El siguiente paso fue cultivar esas especies exóticas en una placa de Petri para hacer experimentos reales con ellas como se supone que deben hacer los microbiólogos. Pero con independencia de lo que les dimos, ellos se negaron a crecer Incluso ahora, 15 años y muchas expediciones más tarde, ningún humano ha logrado hacer crecer uno de estos microbios exóticos del subsuelo profundo en una placa de Petri. Y no es por falta de intentos. Eso puede sonar decepcionante, pero en realidad lo encuentro estimulante, porque significa que hay muchas incógnitas incitantes en las que trabajar. Mis colegas y yo tuvimos lo que pensamos que era una gran idea. Íbamos a leer sus genes como un libro de recetas, averiguar qué era lo que querían comer y ponerlo en sus placas de Petri, y luego ellos crecerían y serían felices. Pero cuando miramos sus genes, resulta que lo que querían comer era la comida que ya les estábamos dando. Y eso fue un total fracaso. Había algo más que querían en sus placas de Petri que simplemente no les dábamos.
So by combining measurements from many different places around the world, my colleagues at the University of Southern California, Doug LaRowe and Jan Amend, were able to calculate that each one of these deep-sea microbial cells requires only one zeptowatt of power, and before you get your phones out, a zepto is 10 to the minus 21, because I know I would want to look that up. Humans, on the other hand, require about 100 watts of power. So 100 watts is basically if you take a pineapple and drop it from about waist height to the ground 881,632 times a day. If you did that and then linked it up to a turbine, that would create enough power to make me happen for a day. A zeptowatt, if you put it in similar terms, is if you take just one grain of salt and then you imagine a tiny, tiny, little ball that is one thousandth of the mass of that one grain of salt and then you drop it one nanometer, which is a hundred times smaller than the wavelength of visible light, once per day. That's all it takes to make these microbes live. That's less energy than we ever thought would be capable of supporting life, but somehow, amazingly, beautifully, it's enough.
Así que combinando medidas de muchos lugares diferentes alrededor del mundo, mis colegas en la Universidad del Sur de California, Doug LaRowe y Jan Amend, lograron calcular que cada una de esas células microbianas de aguas profundas requiere solo de un zeptowatt de potencia, y antes de que abran sus teléfonos, un zeptowatt es de 10 a la menos 21, porque sé que a mí me gustaría mirar eso. Los humanos, por otro lado, requieren alrededor de 100 vatios de potencia. Y 100 vatios es básicamente si uno agarra una piña y la deja a caer de la altura de la cintura hasta el suelo 88 1632 veces por día. Si lo hiciéramos y luego lo conectáramos a una turbina, eso crearía suficiente energía para hacernos pasar un día. Un zeptowatt, en términos similares, es si se toma solo un grano de sal y luego uno se imagina una pequeña, pequeña pelota, eso es una milésima de la masa de ese grano de sal, y luego lo dejas caer un nanómetro, que es cien veces más pequeño que la longitud de onda de la luz visible, una vez al día. Eso es todo lo que se necesita para hacer que estos microbios vivan. Eso es menos energía de lo que pensamos sería capaz de soportar la vida, pero de alguna manera, increíblemente, bellamente, es suficiente.
So if these deep-subsurface microbes have a very different relationship with energy than we previously thought, then it follows that they'll have to have a different relationship with time as well, because when you live on such tiny energy gradients, rapid growth is impossible. If these things wanted to colonize our throats and make us sick, they would get muscled out by fast-growing streptococcus before they could even initiate cell division. So that's why we never find them in our throats. Perhaps the fact that the deep subsurface is so boring is actually an asset to these microbes. They never get washed out by a storm. They never get overgrown by weeds. All they have to do is exist. Maybe that thing that we were missing in our petri dishes was not food at all. Maybe it wasn't a chemical. Maybe the thing that they really want, the nutrient that they want, is time. But time is the one thing that I'll never be able to give them. So even if I have a cell culture that I pass to my PhD students, who pass it to their PhD students, and so on, we'd have to do that for thousands of years in order to mimic the exact conditions of the deep subsurface, all without growing any contaminants. It's just not possible. But maybe in a way we already have grown them in our petri dishes. Maybe they looked at all that food we offered them and said, "Thanks, I'm going to speed up so much that I'm going to make a new cell next century. Ugh.
Si estos microbios profundos subsuperficiales tienen una relación muy diferente con la energía de lo que creíamos, se deduce que tendrán que tener una relación diferente con el tiempo también. Porque cuando se vive en tan pequeños gradientes de energía, el crecimiento rápido es imposible. Si estas cosas quisieran colonizar nuestras gargantas y enfermarnos, serian echados por estreptococos de veloz crecimiento antes de que pudieran iniciar su división celular. Y por eso nunca los encontramos en nuestras gargantas. Tal vez el hecho de que el subsuelo profundo es tan aburrido es realmente un activo para estos microbios. Nunca son arrastrados por una tormenta. Nunca dejan de crecer por las malas hierbas. Todo lo que tienen que hacer es existir. Tal vez esa cosa que nos faltaba en nuestras placas de Petri no era comida en absoluto. Quizás no fue un químico. Tal vez lo que realmente quieren, el nutriente que quieren, es tiempo. Pero el tiempo es lo único que nunca podré darles. Incluso si tengo un cultivo celular que paso a mis estudiantes de doctorado, quien se lo pasa a sus estudiantes de doctorado, y así sucesivamente, Tendríamos que hacer eso durante miles de años para imitar las condiciones exactas del subsuelo profundo, todo sin cultivar ningún contaminante. Simplemente no es posible. Pero de alguna manera ya los hemos cultivado en nuestras placas de Petri. Tal vez vieron toda la comida que les ofrecimos y dijeron: "Gracias, voy a acelerar tanto que voy a hacer una nueva célula el próximo siglo. Uy.
(Laughter)
(Risas)
So why is it that the rest of biology moves so fast? Why does a cell die after a day and a human dies after only a hundred years? These seem like really arbitrarily short limits when you think about the total amount of time in the universe. But these are not arbitrary limits. They're dictated by one simple thing, and that thing is the Sun. Once life figured out how to harness the energy of the Sun through photosynthesis, we all had to speed up and get on day and night cycles. In that way, the Sun gave us both a reason to be fast and the fuel to do it. You can view most of life on Earth like a circulatory system, and the Sun is our beating heart.
Y, ¿por qué el resto de la biología se mueve tan rápido? ¿Por qué una célula muere después de un día? y un humano muere después de solo cien años? Estos parecen límites realmente arbitrariamente cortos cuando se piensa en la cantidad total de tiempo en el universo. Pero estos no son límites arbitrarios. Están dictados por una cosa simple, y esa cosa es el sol Una vez que la vida descubrió cómo aprovechar la energía del sol a través de la fotosíntesis, todos tuvimos que acelerar y lograr ciclos de día y de noche. De esa manera, el Sol nos dio a ambos una razón para ser rápidos y el combustible para hacerlo. Se puede ver la mayor parte de la vida en la Tierra como un sistema circulatorio, y el sol es nuestro corazón latente
But the deep subsurface is like a circulatory system that's completely disconnected from the Sun. It's instead being driven by long, slow geological rhythms. There's currently no theoretical limit on the lifespan of one single cell. As long as there is at least a tiny energy gradient to exploit, theoretically, a single cell could live for hundreds of thousands of years or more, simply by replacing broken parts over time. To ask a microbe that lives like that to grow in our petri dishes is to ask them to adapt to our frenetic, Sun-centric, fast way of living, and maybe they've got better things to do than that.
Pero el subsuelo profundo es como un sistema circulatorio completamente desconectado del Sol pero impulsado por ritmos geológicos largos y lentos. Actualmente no existe un límite teórico sobre la vida útil de una sola célula. Mientras haya al menos un pequeño gradiente de energía para explotar, teóricamente, una sola célula podría vivir durante cientos de miles de años o más, simplemente reemplazando partes rotas con el tiempo. Pedirle a un microbio que vive así que crezca en nuestras placas de Petri es pedirles que se adapten a muestra forma de vida frenética, centrada en el Sol, pero quizá ellos tengan cosas mejores que hacer,
(Laughter)
(Risas)
Imagine if we could figure out how they managed to do this. What if it involves some cool, ultra-stable compounds that we could use to increase the shelf life in biomedical or industrial applications? Or maybe if we figure out the mechanism that they use to grow so extraordinarily slowly, we could mimic it in cancer cells and slow runaway cell division. I don't know. I mean, honestly, that is all speculation, but the only thing I know for certain is that there are a hundred billion billion billlion living microbial cells underlying all the world's oceans. That's 200 times more than the total biomass of humans on this planet. And those microbes have a fundamentally different relationship with time and energy than we do. What seems like a day to them might be a thousand years to us. They don't care about the Sun, and they don't care about growing fast, and they probably don't give a damn about my petri dishes ...
Imagínense si pudiéramos descubrir cómo lograron hacer esto. ¿Y si involucra algunos compuestos interesantes y ultraestables? que podríamos usar para aumentar la vida útil en aplicaciones biomédicas o industriales? O tal vez si descubrimos el mecanismo que usan para crecer tan extraordinariamente lentos, podríamos imitarlo en las células cancerosas y frenar la división celular incontrolada. No lo sé. Es decir, honestamente, eso es toda especulación, pero lo único que sé con certeza es que hay cien billones de billones de células microbianas vivientes subyacentes a todos los océanos del mundo. Eso es 200 veces más que la biomasa total de humanos en este planeta. Y esos microbios tienen una relación fundamentalmente diferente con el tiempo y la energía que nosotros. Lo que parece un día para ellos podría ser mil años para nosotros. No les importa el Sol, y no les importa crecer rápido, y probablemente no les importa un comino mi placa de Petri...
(Laughter)
(Risas)
but if we can continue to find creative ways to study them, then maybe we'll finally figure out what life, all of life, is like on Earth.
pero si podemos continuar encontrando maneras creativas de estudiarlos, tal vez finalmente descubramos cómo es la vida, toda la vida en la Tierra.
Thank you.
Gracias.
(Applause)
(Aplausos)