Descubren mecanismo de adaptación evolutiva en bacterias del volcán Copahue

Un estudio desarrollado en el complejo volcánico Copahue–Caviahue, en la frontera entre Chile y Argentina, mostró cómo una bacteria acidófila logra adaptarse genéticamente a condiciones ambientales extremas, identificando el rol de la salinidad como factor clave en su evolución.

El hallazgo, realizado por investigadores del Centro Ciencia & Vida (FCV-USS), como parte de la tesis doctoral de la doctora Dilanaz Arisan, fue reconocido como el mejor póster del congreso de la Society for Molecular Biology and Evolution (SMBE), realizado en Puerto Varas. El encuentro reunió a científicos especializados en evolución molecular y adaptación biológica, combinando estudios en ambientes naturales con aproximaciones experimentales.

La investigación se centró en Igneacidithiobacillus copahuensis, una bacteria descrita recientemente y que es capaz de sobrevivir en ambientes con pH extremadamente bajo, altas temperaturas y concentraciones variables de sal. Si bien otros microorganismos también habitan este sistema, esta especie se distribuye a lo largo de todo el gradiente de salinidad del complejo volcánico, lo que la convierte en un modelo natural para estudiar cómo las concentraciones de sal influyen en su adaptación y evolución a nivel genético y fenotípico.

“Encontramos una bacteria acidófila que requiere sal para crecer, algo muy poco frecuente en este grupo, porque normalmente estas bacterias ni siquiera la toleran”, explicó Arisan, integrante del Laboratorio de Ecofisiología Microbiana del centro Basal.

“Haber presentado los resultados de mi tesis doctoral en un congreso internacional con investigadores de Estados Unidos, Europa y Latinoamérica, y que valoraran mi trabajo, fue un honor muy grande”, agregó.

Las bacterias acidófilas habitan ambientes con valores de pH generalmente inferiores a 3, condiciones letales para la mayoría de las demás formas de vida. Se encuentran de manera natural en sistemas volcánicos y geotermales, así como en drenajes ácidos de minas y entornos con altas concentraciones de metales pesados. También están presentes en contextos industriales asociados a la biominería, donde su capacidad para interactuar con minerales las convierte en un componente esencial de diversos procesos.

Exploración pionera en Volcán Copahue

El Laboratorio de Ecofisiología Microbiana, liderado por la Dra. Raquel Quatrini, tiene como uno de sus focos centrales el estudio evolutivo, taxonómico y genómico de la clase Acidithiobacillia, microorganismos clave tanto en ambientes ácidos naturales como en aplicaciones biotecnológicas. Su trabajo, además, ha sido plasmado en el documental Copahue Extremo, que contribuyó a visibilizar la ciencia que se realiza en este entorno en colaboración estrecha con investigadores de la Universidad del Comahue en Argentina.

“La investigación de la Dra. Arisan usa evolución experimental, una estrategia aún poco aplicada en Chile, y demuestra que estos microorganismos resisten una combinación de condiciones clave para procesar minerales recalcitrantes como calcopirita, un mineral de cobre muy relevante para la minería actual”, señaló la Dra. Quatrini, quien subrayó que el estudio aborda una pregunta científica de gran relevancia: cómo los microorganismos son capaces de adaptarse, al mismo tiempo, a un pH extremadamente ácido y a condiciones de alta salinidad, una combinación casi inexistente en la naturaleza y de enorme exigencia fisiológica..

La científica añadió que el trabajo –que forma parte de la tesis para el doctorado de Biotecnología y Bioemprendimiento de la Universidad San Sebastián– se sitúa en la frontera entre ecología y evolución, explorando las bases genéticas y moleculares de esta adaptación. Su trabajo de campo implicó recolectar muestras en sectores de difícil acceso, cercanos al cráter activo, con el objetivo de caracterizar comunidades microbianas capaces de sobrevivir en condiciones límite para la vida.

Esta aproximación integró observaciones ecológicas directas con análisis genómicos posteriores, fortaleciendo el vínculo entre naturaleza y experimentación.

“El reconocimiento obtenido por Dilanaz en un congreso internacional es muy justo y merecido: aun presentando un póster, logró transmitir el peso de su tesis y validar su trabajo ante expertos del área. Su tesis es interesante desde lo fundamental porque estudia organismos que toleran una combinación muy rara de extremos: bajo pH y alta salinidad, abordando la adaptación desde la ecología y la evolución”, dijo la Dra. Quatrini.

La fuerza evolutiva

El estudio identificó que la salinidad actúa como la principal fuerza selectiva para la diferenciación genética de poblaciones de bacterias acidófilas (en específico, poblaciones de  Igneacidithiobacillus copahuensis) en este sistema geotermal extremo. El complejo Copahue–Caviahue presenta condiciones altamente variables de temperatura, acidez y química del agua, lo que permitió analizar cómo estas variaciones influyen en la evolución microbiana dentro de un mismo sistema natural.

Los resultados mostraron que las poblaciones de I. copahuensis que habitan zonas más salinas presentan señales de selección purificadora, una fuerza evolutiva que elimina cambios genéticos perjudiciales y conserva los rasgos funcionales. Estas bacterias exhiben una menor diversidad genética y tamaños poblacionales más reducidos, lo que sugiere una presión ambiental más intensa que en otros sectores del volcán. Son también las poblaciones más tolerantes a sal.

Las mayores diferencias se encontraron en elementos genéticos móviles, fragmentos de ADN capaces de transferirse entre bacterias. En particular, se identificaron genes asociados a la formación de cápsula y biopelículas, estructuras que protegen a las bacterias frente a condiciones adversas como la alta concentración de sal. En conjunto, el trabajo muestra cómo la evolución puede observarse en acción en un entorno natural extremo, donde la selección ambiental, el intercambio genético y la especialización local permiten a estos microorganismos prosperar en condiciones donde pocas formas de vida podrían hacerlo.

“Hoy podemos secuenciar todo lo que está presente en un ambiente, es decir, todo el ADN de las bacterias que viven ahí, sin necesidad de cultivarlas una por una en el laboratorio. Y además, trabajar a nivel de poblaciones, no solo individuos, observando sus cambios con el paso del tiempo”, dijo la científica turca.

Un gradiente ambiental extremo

Ambientes como los sistemas volcánicos termales ofrecen condiciones que elevan de manera significativa el desafío de sobrevivencia para la vida.

En Copahue, este escenario se expresa en un gradiente ambiental marcado: en la parte superior del sistema se encuentra el Lago del Cráter con pH cercano a cero, altas temperaturas y elevadas concentraciones de metales disueltos. En cambio, a medida que el agua fluye desde las vertientes cercanas al cráter hacia zonas más bajas, se va mezclando y diluyendo con aportes de deshielo de otros tributarios, dando origen a un río donde el pH, la temperatura y la salinidad cambian progresivamente.”

“Trabajamos con el volcán como sistema modelo. Al recolectar muestras en distintos puntos del gradiente buscamos entender cómo estas condiciones ambientales afectan a los microorganismos”, explicó Arisan.

La investigadora subraya que comprender estos mecanismos no solo contribuye al conocimiento fundamental en biología evolutiva, sino que también tiene implicancias prácticas. Los microorganismos extremófilos se utilizan en biominería, donde facilitan la extracción de metales de interés económico con menor consumo de energía y agua dulce que los métodos tradicionales.

El análisis genético de estas bacterias fue posible gracias al uso de herramientas modernas de secuenciación genómica y metagenómica, que permiten estudiar comunidades microbianas completas directamente desde muestras ambientales. Estas técnicas hacen posible comparar poblaciones, identificar variantes genéticas y observar cómo cambian en el tiempo bajo distintas presiones ambientales.

Visibilidad global de estudios en Chile

El reconocimiento obtenido en el congreso de la SMBE refuerza la proyección internacional del trabajo desarrollado en el Centro Ciencia & Vida (FCV-USS) y el aporte de la investigación realizada en Chile a preguntas fundamentales sobre evolución microbiana. Este fue el principal motivo que llevó a Arisan a llegar al país hace siete años desde Estambul, Turquía, para integrarse al laboratorio de la Dra. Quatrini.

Tras una pasantía inicial, continuó sus estudios de doctorado, que finalizó en 2025. Su trayectoria refleja el carácter internacional de la ciencia y la importancia de los flujos de conocimiento entre países. Su trabajo no solo contribuye al avance científico, sino que también sirve como inspiración para estudiantes y jóvenes investigadores interesados en explorar la vida en los ambientes más inhóspitos del planeta.

“Estudiar cómo los microorganismos se adaptan a ambientes extremos no es solo relevante para entender la evolución en un volcán específico. Estos sistemas funcionan como laboratorios naturales que nos permiten anticipar cómo la vida responde a cambios ambientales drásticos, un conocimiento clave a escala global en un contexto de cambio climático y presión creciente sobre los ecosistemas”, concluyó la Dra. Arisan.

El volcán Copahue es un imponente estratovolcán de casi 3000 metros de altura en la frontera entre Chile y Argentina, con una amplia base que cubre unos 160 km². Ha tenido erupciones moderadas en el pasado, como en 1992, 2000 y 2012, que podrían generar flujos de lodo en ríos cercanos, pero siempre bajo vigilancia constante, de acuerdo al Servicio Nacional de Geología y Minería (Por Luis Francisco Sandoval, Agencia S&M Comunicaciones).