Los lagos subglaciales ocultos de la Antártida: vida microbiana, riesgos de contaminación y la carrera por estudiarlos
En 1996, los datos de radar confirmaron algo que los investigadores sospechaban desde hacía años pero que todavía les costaba imaginar por completo: bajo la capa de hielo de la Antártida, había grandes masas de agua líquida enterradas bajo kilómetros de hielo.
No eran depósitos congelados.
Eran lagos reales.
Uno de ellos, el lago Vostok, resultó ser enorme. Aproximadamente 250 kilómetros de largo, casi 50 kilómetros de ancho en algunos puntos y enterrado bajo cerca de 4 kilómetros de hielo de la Antártida Oriental. Mediciones posteriores sugirieron que partes del lago podrían superar los 1.000 metros de profundidad. Un artículo de 1998 publicado en Nature lo describió como uno de los lagos subglaciales más grandes conocidos en la Tierra. Fuente: https://www.nature.com/articles/32381
Al principio, el descubrimiento sonaba principalmente geológico. Interesante, sin duda. Pero remoto.
Entonces, los microbiólogos empezaron a plantear preguntas más complejas.
Si el agua líquida había permanecido estable bajo la Antártida durante cientos de miles de años (quizás más), ¿podrían sobrevivir allí ecosistemas microbianos?
A lo largo de las dos décadas siguientes, la respuesta pasó de ser especulativa a ser cada vez más probable.
Los investigadores comenzaron a encontrar ADN microbiano, células metabólicamente activas y firmas químicas consistentes con ecosistemas microbianos que operan bajo el hielo. No organismos grandes. No selvas antárticas ocultas. Principalmente bacterias y microorganismos adaptados a entornos fríos, oscuros y con pocos nutrientes.
Y casi de inmediato, surgió otro problema junto a la emoción científica: la contaminación.
Porque una vez que los humanos perforan un ecosistema sellado, el aislamiento termina.
La capa de hielo de la Antártida es mucho más dinámica de lo que parece
Durante gran parte del siglo XX, la Antártida fue tratada como un continente mayoritariamente congelado y geológicamente estático.
Eso resultó ser incompleto.
Las imágenes de radar, el mapeo sísmico, los estudios aéreos y las observaciones satelitales han revelado un sistema hidrológico activo bajo la capa de hielo antártica. Según el Comité Científico de Investigación Antártica (SCAR, por sus siglas en inglés), hasta ahora los científicos han identificado más de 400 lagos subglaciales bajo la Antártida.
Fuente: https://www.scar.org/science/subglacial-lakes/
Algunos de esos lagos parecen estar aislados. Otros pueden conectarse de forma intermitente a través de sistemas de drenaje enterrados bajo el hielo.
La presión y el calor geotérmico son los que hacen posibles estos lagos.
A profundidades que se acercan a varios kilómetros, la presión reduce el punto de congelación del agua lo suficiente como para que existan depósitos de líquido bajo el hielo superficial extremadamente frío. El calor geotérmico que se filtra hacia arriba desde la corteza terrestre contribuye a un calentamiento adicional bajo la capa de hielo.
En algunas regiones, el agua incluso se mueve a través de canales enterrados bajo el continente. Las observaciones satelitales publicadas por investigadores de la NASA y la ESA a finales de la década de 2000 mostraron que sistemas enteros de lagos subglaciales pueden llenarse y drenarse durante períodos de meses a años, cambiando sutilmente la elevación del hielo sobre ellos en varios metros.
Eso era importante porque la Antártida de repente parecía menos estática de lo que los científicos habían asumido alguna vez.
Y biológicamente, el factor más importante puede ser el aislamiento.
Un artículo de 1998 en Nature estimó que el lago Vostok probablemente había permanecido sellado bajo el hielo durante al menos 420.000 años. Algunos modelos posteriores sugirieron que partes del sistema podrían ser significativamente más antiguas dependiendo de las tasas de intercambio de agua y la dinámica del hielo.
Fuente: https://www.nature.com/articles/32381
Esas escalas de tiempo son lo suficientemente largas como para incomodar a los biólogos evolutivos al usar palabras como "ordinario".
El lago Vostok se convirtió en el centro del debate científico
El lago Vostok se convirtió rápidamente en el punto focal de la microbiología antártica.
En parte por su tamaño. En parte porque obligó a los investigadores a enfrentarse a una difícil cuestión técnica:
¿Cómo acceder a un ecosistema aislado enterrado bajo casi 4 kilómetros de hielo sin contaminarlo?
Las primeras campañas de perforación rusas cerca de la estación Vostok se diseñaron principalmente para la recuperación de núcleos de hielo profundos y la reconstrucción paleoclimática, más que para la exploración microbiana. Para evitar que los pozos de perforación se congelaran, los equipos utilizaron fluidos de perforación a base de queroseno y freón.
Operativamente, el sistema funcionó.
Científicamente, se volvió controvertido más tarde.
El problema no era simplemente si se produjo contaminación. El problema mayor era la incertidumbre interpretativa. Una vez que los fluidos de perforación industriales entran en el sistema, demostrar que el material biológico se originó realmente dentro del lago se vuelve mucho más difícil.
En 2013, un artículo de PLoS ONE que analizaba el hielo de acreción asociado con el lago Vostok informó de más de 3.500 secuencias de ADN detectadas. Algunas se parecían a bacterias psicrófilas asociadas con sistemas acuáticos fríos. Otras parecían estar relacionadas con vías metabólicas extremófilas.
Fuente: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0067221
Los críticos cuestionaron inmediatamente cuántas secuencias se originaron genuinamente en el propio lago en lugar de provenir de la contaminación introducida a través de los fluidos de perforación, la manipulación del equipo o el procesamiento de laboratorio.
Ese debate todavía aparece regularmente en las discusiones sobre microbiología antártica hoy en día.
Martin Siegert, uno de los investigadores principales involucrados en la exploración de lagos subglaciales antárticos, resumió la tensión sin rodeos durante una discusión del SCAR años después:
“Estamos tratando de estudiar un entorno prístino sin cambiarlo”.
Eso suena sencillo hasta que empiezas a observar la mecánica de la perforación profunda.
Un pozo de perforación que penetra varios kilómetros de hielo antártico no es una incisión quirúrgica limpia. Implica sistemas de presión, agua de perforación, intercambio térmico, transporte de equipos, riesgo microbiano, incertidumbre en la secuenciación y cuestiones ambientales a largo plazo que los científicos todavía no comprenden del todo.
Y, sinceramente, aquí es donde el campo se vuelve menos cinematográfico y más técnicamente frustrante. El desafío ya no es simplemente perforar el lago.
Es demostrar qué es lo que ya estaba allí antes de que llegara el taladro.
El proyecto WISSARD intentó abordar el problema de forma diferente
A principios de la década de 2010, las preocupaciones sobre la contaminación se habían vuelto lo suficientemente graves como para que los nuevos programas de perforación en la Antártida rediseñaran sus protocolos casi por completo en torno a la esterilidad.
El proyecto WISSARD (Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling) se convirtió en uno de los ejemplos más conocidos.
En lugar de utilizar fluidos de perforación químicos, los investigadores emplearon un sistema de perforación con agua caliente limpia diseñado específicamente para minimizar el riesgo de contaminación biológica. Según la documentación del proyecto de la National Science Foundation, el agua de perforación se sometió a múltiples etapas de filtración, esterilización ultravioleta y pasteurización antes de ingresar al pozo.
Fuente: https://www.nsf.gov/
Los detalles técnicos fueron intensos.
El agua se filtró hasta 0,2 micras. Los sistemas UV atacaron la contaminación microbiana de forma continua. Los instrumentos fueron esterilizados químicamente antes de su despliegue bajo el hielo.
Incluso entonces, los investigadores mantuvieron la cautela en cuanto a la interpretación.
Esa precaución resultó estar justificada porque los hallazgos biológicos fueron significativos.
Un artículo de 2014 publicado en Nature informó sobre comunidades microbianas metabólicamente activas bajo la corriente de hielo Whillans, aproximadamente a 800 metros por debajo de la capa de hielo de la Antártida Occidental. Los investigadores estimaron concentraciones microbianas de alrededor de 130 000 células por mililitro en algunas muestras de agua.
Fuente: https://www.nature.com/articles/nature13667
El estudio identificó microbios vinculados a:
- el ciclo del azufre,
- la oxidación del amonio,
- el metabolismo del metano,
- las vías de reducción de hierro.
Esto fue importante porque demostró que estos sistemas no eran reliquias latentes congeladas bajo el hielo.
Eran ecosistemas microbianos activos que funcionaban en completa oscuridad.
Sin luz solar. Sin fotosíntesis.
Solo química, interacción agua-roca, nutrientes disueltos y adaptación microbiana operando durante largos períodos de tiempo.
Brent Christner, uno de los microbiólogos involucrados en el proyecto, describió más tarde el desafío en términos más simples durante las entrevistas relacionadas con los hallazgos:
“Los microbios están ahí, pero demostrar que son verdaderamente autóctonos es extraordinariamente difícil”.
Esa frase resume una gran parte de la microbiología antártica moderna en una sola línea.