En la Antártida, tapetes con vida microbiana

En la Antártida, el continente más frío, seco, ventoso y con mayor altura media del la Tierra, hay tapetes de microorganismos que duermen en invierno y se reactivan en verano, como los osos que invernan en el Ártico.

El Ártico y la Antártida, ubicadas en los polos norte y sur, son zonas con diferentes condiciones ambientales, producidas por la inclinación de la Tierra y las diferencias en la radiación solar.

La Antártida es una masa enorme de hielo, con algunas cordilleras y con veranos más fríos que el Ártico. “Cuando acá, en el hemisferio norte, es verano; allá es invierno”, dice Rocío Jetzabel Alcántara, especialista en geomicrobiología.

Ambiente casi intacto, aunque ya había bases de investigación, después de la Segunda Guerra Mundial se estableció el Sistema Antártico (serie de tratados) que actualmente congrega a 54 países firmantes.

El detonante del acuerdo precursor del Sistema Antártico fue el Año Internacional de la Geofísica (celebrado entre 1957 y 1958), que se propuso explorar la Tierra para “resolver grandes preguntas de exploración geofísica”.

Convocados por Estados Unidos y dado que por la Guerra Fría no había un ambiente amigable para la ciencia, 12 países firmaron en 1959 un tratado de unificación antártica. Fue así posible que varias naciones montaron bases en la Antártida donde habría un ambiente de colaboración científica.

Desde entonces, dice Alcántara, investigadora de la UNAM, las bases y expediciones científicas en la Antártida están sujetas a reglas rigurosas para estudiar y proteger el medio ambiente.

Al muestrear no se puede tirar basura ni alterar el paisaje ni la vida silvestre. Los aviones no pueden sobrevolar los nidos de los pingüinos.

Por protocolo, los investigadores tienen que llenar formularios en los que especifican zonas a estudiar y número de muestras a recolectar.

Esta prohibida también cualquier actividad relacionada con recursos minerales que no sea con carácter científico, puntualiza la doctora Alcántara, del Instituto de Geología.

Laboratorio natural

Los polos Norte y Sur son buenos laboratorios para estudiar el cambio climático global. Cortes de hielo, por ejemplo, “nos han permitido conocer fenómenos que han cambiado la atmósfera”.

En la Antártida marina o tropical hay islas asociadas que no tienen condiciones tan frías como el sistema continental. Ese archipiélago, al ser una zona susceptible “a grandes deltas de temperatura”, es un ecosistema adecuado para estudiar el calentamiento global.

En esas Islas Shetland del Sur, en la más grande llamada King George Island, se encuentra la mayoría de las bases científicas, entre ellas la de Uruguay, donde cursó una estancia Alcántara.

Gran parte de la Isla Rey Jorge está cubierta por el glacial Bellingshausen, pero tiene un sistema rocoso y algunas partes de deshielo: la más grande es la península de Fildes. Ahí se encuentra el aeropuerto Frei.

Asociación exitosa

Aquí no hay árboles grandes ni pasto, nada vegetal como en los trópicos, porque es un “terreno difícil para que se de una cobertura vegetal”.

Casi todos los organismos macro están asociados a las costas. Se ven florecimientos de macroalgas que son arrastrados por las mareas. Hay pingüinos y algunos mamíferos, como focas y cetáceos como la ballena azul.

Más hacia dentro, apunta Alcántara, en zonas de deshielo, incluso sobre rocas, el sistema primario de producción más grande que crece son tapetes de líquenes, musgo y otras pequeñas plantas asociadas que no rebasan los 2 cm de altura. Hay gran diversidad, pero “no muchísimas” especies.

Sin embargo, todas estas formas de vida padecen un estrés hídrico fuertísimo en invierno. Aquí la limitante para la vida no son las temperaturas muy frías, sino la disponibilidad de agua líquida, ya que se encuentra congelada durante casi todo el año.

Por eso, los microorganismos se desarrollan más hacia las costas, donde hay alimento derivado de la producción primaria del fitoplancton y de la fijación de nitrógeno por consumo de nitratos contenidos en las llamadas aguas viejas

Los tapetes de microorganismos y de otras plantas, como no hay agua disponible en invierno, puedes estar en la oscuridad, a bajas temperaturas. Pero en verano, al formarse escorrentías y arroyos, se reactivan mediante una serie de procesos biogeoquímicos que les asegura la vida.

Comienzan a realizar procesos de fijación de carbono. En ese proceso los líquenes son una asociación exitosa. Formados por un hongo y un micobionte: alga, microalga o cianobacteria; estos productores primarios fijan el carbono y el hongo crea un sistema de hifas que los protege de la radiación solar y de las condiciones extremas.

Son tan exitosos, que enviados en sondas especiales y expuestos a radiación cósmica, regresan viables para la vida. Habitan en los polos y en el desierto de Atacama, Chile.

Dormir y despertar

Asociados a lo líquenes —dice la geomicrobióloga de la UNAM—, los tapetes microbianos son un conjunto de microorganismos que viven en capas estratificadas, bajo diferentes gradientes y unidos por una capa de polímeros extracelulares, hechos principalmente de derivados de carbohidratos, aunque también por otros compuestos como proteínas y lípidos.

Estos derivados de carbohidratos son formados principalmente por microorganismos fotosintéticos que aprovechan los fotones solares para producir energía y poder fijar carbono y nitrógeno, fundamentales para la existencia de comunidades que desarrollan interacciones microecológicas muy complejas.

Con el paso del tiempo, estos tapetes van depositando este carbono y nitrógeno , capa por capa. En invierno se congelan y en verano se vuelven a despertar para la fijación de nitrógeno y carbono. Vuelven a dormir y luego a despertar, formando así un sedimento, principalmente arenoso, que da paso a la formación de musgo más grande.

Todos los microorganismos antárticos gastan muchas energía en soportar el estrés por radicales libres y en producir sustancias que, como el glicerol, funcionan como crioprotector en invierno para que no se congelen y puedan mantener su actividad microbiana al mínimo durante nueve meses. Solo gastan, acota Alcántara, un poco de energía para reparar su ADN en casos graves y sobrevivir.

Muestrear en verano

Como parte de una colaboración México-Uruguay, en un avión Hércules militar, Rocío Alcantara fue a la Antártida para realizar estudios geomicrobiológicos en esa región del polo sur.

Durante el verano austral (entre enero y febrero), en dos temporadas (2011 y 2012), muestreo tapetes microbianos en el glacial Belinghausen y en áreas costeras en King George Island, que forma parte de las Islas Shetland del Sur.

Un objetivo fue conocer la bioquímica antártica. Para eso estudiaron una fase del ciclo de fijación del nitrógeno llamada desnitrificación: una vez que fijan el nitrógeno, los microorganismos lo desmineralizan y respiran en forma de óxido nitroso, que es un gas de efecto invernadero y que adelgaza la capa de ozono, altamente sensible en la atmósfera de los polos .

“Extrajimos el ADN y buscamos la huella de estos microorganismos desnitrificantes”. Del análisis comparativo de las colectas de 2011 y 2012, lo que mas nos asombró fue que los tapetes cercanos a las bases científicas, contenían comunidades desnitrificantes muy parecidas.

Los desnitrificantes, asociados a microbiota, pueden respirar oxígeno y cuando éste se acaba, prender otro sistema y respirar nitrato. Esta interfase óxica-anóxica les permite vivir. Gran cantidad de microorganismos asociados a humanos cuentan con este mecanismo de respiración.

Ante la duda de si la diferencia en las comunidades era por un efecto antrópico , Alcántara estudió todas las bacterias y arqueas contenidas en los tapices, y encontró que los tapetes ubicados cerca de bases científicas tenían una comunidad microbiana completamente diferente a la de los tapetes ubicados cerca de procesos intermareales.

Y estos últimos, a su vez, presentaban “una diferente abundancia”. Contenían, por ejemplo, cloroplastos (fundamentales en la fotosíntesis e indicadores de algas), cianobacterias (fijan nitrógeno) y planctomyces (degradan compuestos orgánicos e inorgánicos), así como arqueas (oxidadoras de amonio y fundamentales en el ciclo del nitrógeno).

En síntesis, apunta Alcántara, los paisajes antárticos sobreviven o tienen una alta productividad, aunque no como en los trópicos, derivada de microorganismos que se alternan en este ciclo de hielo-deshielo, verano-invierno y que son probablemente afectados por la presencia antrópica, aunque “no hay un efecto intencional de ir a contaminar” a la Antártida.

Ya que hay una gran densidad de bases científicas, tan solo el flujo de personas altera totalmente las microbiota. “No se si es malo o bueno, pero si produce un efecto”.