Resulta difícil de creer que en lo más profundo y oscuro las aguas polares, sobre las que pesa una capa de hielo que puede tener hasta 400 metros de espesor que provocan la ausencia perenne de la luz, la vida se abra paso. Y sí, lo hace. Se abre camino en forma de bacteria y, en concreto de las llamadas oxidadoras de azufre, que habitan en las heladas aguas de la Antártida.
Estos microorganismos se mueven a sus anchas en el conocido como el último océano, el mar de Ross, la mayor reserva marina del planeta, cubierto por una gruesa capa de hielo, de cuyas aguas llegaron las muestras que prueban que el grupo de bacterias UBA868 oxida azufre para fijar carbono a partir de los 200 metros. Un hallazgo revelador con el que puede afirmarse que en las zonas más profundas del océano, y a pesar de la carencia de luz natural, también se puede fijar CO2 con azufre inorgánico como única fuente de energía, algo que se desconocía hasta ahora, tal y como afirma José Manuel González Hernández, profesor del Departamento de Bioquímica, Microbiología, Biología Celular y Genética de la Universidad de La Laguna.
González Hernández lidera junto a Federico Baltar González, licenciado en Ciencias del Mar por la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC) y profesor del Departamento de Ecología Funcional y Evolutiva de la Universidad de Viena, una línea de investigación centrada en el estudio de estas bacterias, que ya se conocían, pero sobre las que se había pasado de puntillas hasta que los dos investigadores canarios pusieron sus ojos en ellas y decidieron estudiarlas a fondo.
Y ha sido justo por eso, por dar a conocer su estructura y funciones, así como el papel que desempeñan en la fijación de carbono a partir de compuestos inorgánicos de azufre −proceso que se conoce como litoautotrofía− por lo que su estudio ha derivado en la reciente publicación de un artículo en la revista científica Nature Microbiology, en el que se concluye que este tipo de microorganismos no es exclusivo del mar de Ross. De hecho, están presentes en todos los océanos.
“Las algas unicelulares y las bacterias fijan el CO2 en los océanos, sobre todo en la superficie, y eso supone alrededor de la mitad de la emisión total del planeta. Las bacterias degradan esa materia orgánica y ese CO2 vuelve, en gran cantidad, a la atmósfera. Dicho así suena muy sencillo, aunque la verdad es que es un equilibrio bastante más complejo que eso. Todavía nos faltan muchas piezas del puzle que no se conocen”, explica el profesor de la Universidad de La Laguna.
Y con este tipo de investigaciones se añade otra pieza más. “Yo quería saber si esos microorganismos que encontramos en la Antártida se hallaban también en otras partes de los océanos, y lo que hice fue analizar, con nuestros propios métodos, muchas más muestras procedentes de otros sitios mediante secuencias, es decir, ficheros con los que saber qué clase de componentes hay en esa comunidad y qué genes tienen, y en este caso concreto, lo que interesaba era saber la diversidad de los genes de oxidación de azufre”.
Esas otras muestras, que proceden del océano Ártico, también de la Antártida, del Índico, del Pacifico o el mar Mediterráneo, ya estaban secuenciadas de antes −se había descifrado su código genético en campañas previas− pero no así las procedentes del mar de Ross. Las muestras extraídas de las aguas de la Antártida llegaron años más tarde al laboratorio para su estudio y análisis tras la culminación de una expedición científica que no estuvo exenta de todo tipo de dificultades y contratiempos.
En el mar de Ross
La iniciativa que llevó en 2017 a un grupo multidisciplinar de científicos hasta la Antártida en una expedición promovida por la Universidad de Otago (Nueva Zelanda) en la que entonces trabajaba como profesor Federico Baltar, era la segunda exploración que se emprendía en 40 años. La primera fue en 1977, y aunque consiguió su objetivo, alcanzar el agua líquida bajo la gruesa capa de hielo para mostrar al mundo que la vida se hacía un hueco pese al tremendo frío y la falta de luz, las técnicas no eran tan sofisticadas y precisas como las de hoy en día.
Cuatro décadas después, la ‘cruzada’ científica a la Antártida que permitió extraer reveladoras muestras que han posicionado en el mapa científico mundial al grupo de bacterias UBA868 volvía a repetirse, pero en esta ocasión con una tecnología y unos medios mucho más avanzados, que redujeron al mínimo los seis años que los primeros científicos tardaron en hacer un agujero en esta bahía del océano Austral.
En esta ocasión, excavar un hueco de 30 centímetros de diámetro y 400 metros de profundidad hasta llegar al agua que se encuentra bajo la gruesa capa de hielo en la que la temperatura oscila
Hueco excavado en el mar de Ross para extraer las muestras de agua. Foto: Federico Baltar.
entre uno y dos grados bajo cero (frente a los cuarenta bajo cero, o más, que puede haber en el exterior) tampoco fue nada fácil. Se tardaron varios meses en preparar una expedición que apenas llegaba a los cinco días de duración, debido no solo al altísimo coste que suponía un proyecto de tal envergadura, sino a las inclemencias meteorológicas y temperaturas extremas que hay que enfrentar.
Como avanzadilla a la expedición científica estaba la técnica. Expertos en excavaciones sobre hielo e ingenieros, junto a un equipo de geólogos, se desplazaron meses antes para preparar el terreno y acometer la perforación de la barrera de hielo de Ross, que tanto interés despierta entre los científicos de todo el mundo, y donde ya había llegado Julio Verne un siglo antes con su magnífica pluma y el Nautilus de Veinte mil leguas de viaje submarino.
La fascinación (científica y no científica) por esta bahía situada al sur de Nueva Zelanda, entre el océano glacial Antártico y la Antártida, donde existen multitud de microorganismos viviendo en la más absoluta oscuridad −a temperaturas extremas y con una salinidad muy superior a la del mar− ha ido in crescendo a medida que se producen más hallazgos que dan pistas de la increíble riqueza biológica de este ecosistema marino, uno de los pocos que quedan aún intactos en el mundo, que fue declarado reserva marina en 2016.
Sobre territorio inexplorado
En este escenario tan particular, cuya superficie se asemeja a la de España (505.370 kilómetros cuadrados), el volumen de agua que se esconde bajo el hielo es descomunal: alrededor de 54.000 kilómetros cúbicos dan cobijo a microorganismos huérfanos de materia orgánica con la que alimentarse. “Estamos hablando de un ambiente que no está nada explorado −puntualiza el profesor de la Universidad de La Laguna− y es en este aspecto donde radica la importancia de este proyecto, ya que la única expedición que llegó antes que la nuestra fue la del 77, pero no hay que olvidar que hubo otras personas que lo intentaron y fracasaron e, incluso, algunas murieron en el lugar”.
En 2017, afortunadamente, no hubo que lamentar pérdidas humanas, pero sí un giro de tuerca en el curso de la expedición a consecuencia de las inclemencias meteorológicas, que se volvieron tan desmedidas como peligrosas. El cambio de tiempo puso todo en contra. Al frío polar, el viento huracanado y la niebla intensa se unieron los intentos de aterrizaje frustrados del avión que debía llevar de regreso a los integrantes de la expedición y, por tanto, trasladar las muestras de agua con las bacterias oxidadoras que se cogían y se tiraban día tras día debido a que se congelaban. Era imposible mantenerlas frescas.
Campamento de la expedición científica instalado en la Antártida. Foto: Federico Baltar.
Las operaciones de desecho y nuevas recogidas de muestras se repitieron durante tres semanas, justo las que tardaron en poder abandonar el lugar y recorrer bastantes kilómetros hasta cruzarse con una expedición americana que contaba con mejores vehículos para poder desplazarse sobre las capas de hielo, y gracias a la que pudieron, finalmente, alcanzar una estación donde procesar las muestras. Tras cuatro horas en el laboratorio, estaban a salvo. El objetivo de la expedición se había cumplido.
Después de tanto trabajo, las muestras de agua se procesaron sin problema, explica González, precisando que se habían recogido justo por debajo de la capa de hielo −cerca del sedimento y a mitad de camino entre este y a plataforma de hielo− lo que les permitía hacer una descripción exhaustiva de la comunidad de microorganismos que se desarrolla y sobrevive en condiciones tan extremas.
En las muestras, que se extrajeron a una temperatura que está por debajo de los cero grados, había alrededor de 100.000 microrganismos por cada mililitro de agua, o lo que es lo mismo, la cantidad de líquido que cabe en una cucharadita de café. “Y eso es lo normal, porque si se suma la biomasa de las bacterias que hay en el océano profundo, la cantidad es comparable a la biomasa de animales marinos”, explica el biólogo de la ULL.
“Si pensamos en 100.000 bacterias por mililitro y las multiplicamos por el volumen total de agua de los océanos es una biomasa inmensa. Hay mucha diversidad, y por eso este tipo de investigaciones tiene mucho potencial. Pueden ser el origen de una fuente de proteínas (enzimas) que, de hecho, se utilizan ya en la industria, en biotecnología, ya que resisten bien las condiciones extremas y no se destruyen”.
De lo que se trata ahora es de estudiar la función que tienen esas bacterias. En el artículo previo (Nature Communications) al publicado en Nature Microbiology ya se dedujo que esta comunidad de microorganismos es bastante parecida a la que hay en el océano más profundo. “Los microorganismos que viven en aguas tan frías no son tan distantes de los que habitan los mares más calientes como el Mediterráneo, por ejemplo. Y el mar de Ros no es una excepción, hay nitrógeno y azufre, que pueden servir como fuente de energía, como en todos los océanos del planeta”.
En manos de la Bioinformática
José Manuel González no coge muestras en expediciones, pero sí las estudia. Una vez que los ejemplares se procesan y extrae el ADN, se envían los genomas de todas las bacterias de ese fondo del mar a laboratorios especializados donde se secuencian en ficheros que, básicamente, son palabras, combinaciones de cuatro letras, lo que ocurre es que cada uno de esos archivos puede tener un tamaño de 20 GB. Hablamos entonces de metagenomas en vez de genomas, de la informática aplicada a aspectos biológicos: la Bioinformática.
Esta nueva rama, eficaz y en constante evolución, que aplica tecnologías computacionales, permitirá seguir la pista a las rutas para la fijación de CO2 en el océano profundo, pero sin tener que sumergirse en él. Se trata de un campo muy competitivo y novedoso. “Siempre estás pensando que alguien te va a pisar el artículo”, dice el experto respecto a las dos publicaciones derivadas de las muestras tomadas en el mar de Ross.
Conocer todos estos modelos es como tener acceso a todas las piezas de este rompecabezas, vital para la ayudar a la salud del planeta. “Se sabe que una buena parte de fijación de carbono ocurre
en la superficie del mar porque es donde llega la luz. Aunque no lo veamos, esas algas unicelulares y las bacterias que habitan en la superficie del mar fijan CO2 y usan la energía de compuestos inorgánicos en ambientes sin luz solar, lo que supone una gran cantidad de biomasa”, explica González.
“Vivimos en una burbuja que es la tierra y liberamos carbono solo con arrancar el coche para ir al supermercado. Lo que hagamos aquí tiene consecuencias en cualquier parte del mundo. El flujo global del carbono y la producción y fijación de CO2 son parte de ese ciclo. Hay que tenerlo en cuenta y ver qué cambios ha habido en los últimos años.
Y aunque José Manuel González aclara que no puede decirse que este paso en la investigación sea el final del camino, sí reclama que se preste “más atención” a este grupo de bacterias que oxidan azufre porque, sin duda, es un “aspecto importante” a valorar en los modelos del ciclo de carbono global de la biosfera.
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