FECHA: 30/10/20
Federico Baltar. Departamento de Ecología Funcional y Evolutiva. Universidad de Viena./
José M. González. Departamento de Bioquímica, Microbiología, Biología Celular y Genética. Universidad de La Laguna./
Los océanos, el mayor ecosistema de la biosfera, se caracteriza por mantener un ambiente relativamente homogéneo, frío (con temperaturas de 4ºC de media) donde ocurren procesos cruciales en la dinámica de los ciclos de los elementos del planeta Tierra. La biosfera depende, directa o indirectamente, del equilibrio en el intercambio de compuestos de carbono, nitrógeno y azufre, principalmente, y son los microorganismos los agentes principales que participan en estos intercambios.
En los océanos los microorganismos son las especies predominantes, tanto en número como en actividad. Las comunidades de algas unicelulares y cianobacterias, conocidas como fitoplancton, son las responsables de generar una gran cantidad de materia orgánica, equivalente a la que se genera en los ambientes terrestres. Mientras, el bacterioplancton, formado por las bacterias que se mueven libremente en el agua, utiliza la materia orgánica generada por el fitoplancton como fuente de carbono y energía para crecer y multiplicarse. Todos son elementos claves en un ciclo dinámico que, por una parte, fija el CO2 disuelto en el agua y, por otra, a través de la respiración de la materia orgánica, libera casi la misma cantidad del CO2 fijado. Los organismos más complejos, desde los que no se ven a simple vista hasta las ballenas, dependen de estos microorganismos para su supervivencia ya que constituyen la base de la cadena trófica.
La luz solar que llega a los océanos, apenas penetra el 0,005% en la columna de agua que va desde la superficie hasta el fondo. Por debajo de esta fina capa, “la piel de los océanos”, existen microorganismos que viven en la oscuridad y están adaptados a ambientes de alta presión hidrostática y temperaturas inferiores a las superficiales, capaces de degradar la materia orgánica que les llega de la capa superficial iluminada.
El Mar de Ross constituye un caso especial, diferenciado de este escenario general. Se trata de una zona del globo con una superficie similar a la de España, que se encuentra permanentemente, al 50%, cubierta por una capa de hielo de 300 metros de espesor que impide el paso de la luz. En el inmenso volumen de agua bajo ese hielo (54.000 km3) hay microorganismos que, sin embargo, no disponen de materia orgánica proveniente de las capas superficiales iluminadas de las que nutrirse. Es por esto que este ambiente tan particular ha atraído la atención de los científicos desde hace tiempo, aunque las dificultades logísticas relacionadas con su exploración y muestreo han impedido su estudio. En 1977, un grupo de investigadores establecidos en el campamento J-9 (Fig. 1) tardó 6 años en perforar la capa de hielo para, por primera vez, llegar al agua líquida. A través de la determinación de sus parámetros físicos y biológicos, fueron capaces de describir un ambiente que compartía características de zonas abisales del océano abierto en cuanto a la temperatura del agua y falta de luz. El recuento de microorganismos mostró que se encontraba en el rango de las zonas más profundas de los océanos.
Pero desde entonces, y a pesar del interés que tiene conocer los procesos que ocurren en las zonas profundas de los océanos, ninguna otra expedición ha tenido éxito. Una de las razones del interés en estudiar esta zona tan especial es el hecho de que los procesos que tienen lugar en el océano profundo son esenciales en los ciclos de los elementos. Los científicos han ido ajustando los modelos de estos ciclos según se han ido descubriendo nuevos procesos. Por otra parte, las actividades humanas, especialmente en la liberación de CO2 a partir de combustibles fósiles, afectan a las zonas profundas de los mares y esto tiene un impacto a largo plazo en el funcionamiento de los mismos. Y a nadie se le escapa que lo que afecte a los océanos nos afecta a todos.
El mar bajo el hielo del Mar de Ross, al no estar bajo la influencia de la capa superficial donde ocurre la fotosíntesis, constituye una oportunidad para estudiar estos procesos tan importantes. Con el objetivo de avanzar en el conocimiento de lo que allí ocurre, en diciembre de 2017 una expedición neozelandesa, en la que participó el Dr. F. Baltar, uno de los autores de este artículo, estableció un campamento (el HWD-2B; Fig. 2) desde donde perforaron la capa de hielo con un chorro de agua caliente hasta alcanzar el agua líquida (Fig. 3). Se tomaron entonces muestras justo por debajo de la capa de hielo y hasta una profundidad de 750 metros. Y como suele ocurrir con frecuencia, los resultados constituyeron una auténtica sorpresa. Encontraron que la temperatura de las aguas bajo el hielo oscilaba entre 2,2 y 1,9ºC bajo cero. Se trata de temperaturas por debajo del punto de congelación del agua que la sal mantiene en estado líquido, si bien en un proceso de congelación y fusión continuo con la capa de hielo. Estas temperaturas resultaron ser, sin embargo, superiores a las que se registraron en la primera expedición, probablemente debido al efecto del cambio climático. También eran distintos los valores de la salinidad, inferiores a las registradas anteriormente, lo cual vuelve a sugerir un proceso de calentamiento.
Otro grupo de resultados interesantes tiene que ver con las comunidades de microorganismos. Aunque en el momento de la primera expedición no se disponían de técnicas moleculares basadas en ácidos nucleicos (ADN y ARN) para la descripción de las comunidades de microorganismos en ambientes oceánicos, en esta ocasión sí estaban al alcance. Mediante el uso de las mismas se encontró una comunidad de bacterioplancton activa adaptada a la utilización de compuestos de nitrógeno, amoniaco (NH4+) o nitrito (NO2–) capaces de generar la energía necesaria para fijar el CO2 disuelto en el agua. Se trata de microorganismos situados en la base de la cadena trófica, responsables de una parte importante del ciclo del carbono. El hielo, que se mueve lentamente desde el continente antártico hasta el mar, es el que aporta los compuestos de nitrógeno que el bacterioplancton utiliza.
A este proceso, por el que los microorganismos generan energía a partir de compuestos inorgánicos de nitrógeno o azufre, para fijar CO2, se conoce como litoautotrofía; se trata de una adaptación metabólica propia de ambientes como las profundidades de los océanos que se manifiesta especialmente en el agua bajo la capa de hielo del Mar de Ross. El Mar de Ross alberga el mayor ecosistema litoautotrófico conocido y constituye un inmenso laboratorio para la investigación de importantes procesos que tienen lugar en las profundidades abisales donde la influencia del ser humano ya se está dejando sentir.
Fig. 1. Situación del campamento J-9. El nuevo punto de muestreo, HWD-2B, se encuentra a 300 km del límite del hielo sobre el Mar de Ross y a 400 km del lugar del primero.
Fig. 2. Campamento HWD-2B instalado sobre el hielo del Mar de Ross en la Antártida. F. Baltar.
Fig. 3. Orificio en el hielo sobre el Mar de Ross. El diámetro es de unos 25 cm de diámetro y 350 m de profundidad. F. Baltar.