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Estudian el efecto del calentamiento global y de las pingüineras sobre las especies de musgo

Por La Prensa Austral martes 21 de abril del 2020

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Expedición Científica Antártica 56 e investigación sobre flora polar
La Dra. Angélica Casanova, ecofisióloga vegetal y parte del Núcleo de Estudios Ambientales (Nea) Universidad Católica de Temuco, postuló un estudio del efecto de las pingüineras sobre el musgo y también realizó comparaciones sobre el esfuerzo de reproducción, morfología y estrés fisiológico de especies de musgo y líquenes en respuesta al incremento de temperaturas en Antártica

Las condiciones climáticas adversas de la Antártica parecieran ser extremas para el desarrollo de vegetación terrestre debido a sus características: temperaturas muy frías, baja humedad, poca luz solar, calidad de suelo poco óptima y ausencia de lluvias. Siendo una barrera de este ecosistema, las plantas que habitan en esta zona han evolucionado de tal manera que resisten estas condiciones y han logrado expandirse por distintas zonas del Continente Blanco. La vegetación antártica nativa presenta un mundo único de descubrir.

Entendiendo aún más las características evolutivas de estas plantas, las estructuras esenciales de las células vegetales están constituidas por agua, es decir, que al igual que la solidificación (hielo) del agua dulce disponible en la Antártica, podrían sufrir de nucleación de cristales de hielo en sus estructuras por condiciones ambientales, pudiendo así causar muerte celular que acabarían con ellas. Para evitar la formación de estos cristales, estas plantas han creado mecanismos fisiológicos, expresando proteínas anticongelantes y crioprotectoras que resguardan su composición molecular. Esta fabricación de proteínas anticongelantes también está presente en peces antárticos, permitiéndoles resistir las bajas temperaturas del océano.

La flora nativa de la Antártica se distingue por no ser mayoritariamente vascular, es decir, que posean sistemas de transporte de agua y diferenciación de tejidos. Las especies nativas vasculares presentes en las costas libres de hielo permanente en Antártica son el pasto antártico (Deschampsia antarctica) y el clavelito antártico (Colobanthus quitensis), que crecen en zonas de alta presencia de nutrientes que les son aportados por las aves y mamíferos que anidan y se reproducen durante el verano.

La vegetación terrestre dominante está compuesta por líquenes y alrededor de 75 especies de musgos. Ambos son organismos que no regulan el contenido de agua de sus tejidos, adaptando su hidratación en la medida que el ambiente presenta agua disponible. Los musgos crecen en ambientes húmedos, entre grietas y rocas para protegerse del viento, o en lugares donde el aire es altamente húmedo durante el día. Se despliegan en forma de césped o carpetas, y su abundancia les da el color verdoso a las planicies cercanas al mar. Los líquenes se han adaptado al clima antártico de tal manera que existen más de 400 especies. Pueden soportar bajas temperaturas y congelamiento, creciendo sobre rocas, expuestos a alta radiación, sequedad y fuertes vientos.

La relevancia del estudio científico de las diferentes especies botánicas de la Antártica ha alertado su conservación e interés por parte de científicos internacionales en controlar su respuesta frente al cambio climático. Durante la Expedición Científica Antártica Nº 56, la Dra. Angélica Casanova, ecofisióloga vegetal y parte del Núcleo de Estudios Ambientales (NEA) Universidad Católica de Temuco, postuló un estudio del efecto de las pingüineras sobre el musgo, aunque además junto a su equipo aprovechó de revisar sus instalaciones de OTC (Open Top Chamber), instrumento invernadero que compara esfuerzo de reproducción, morfología y estrés fisiológico de especies de musgo y líquenes en respuesta al incremento de temperaturas en Antártica. Además, permiten evaluar el efecto que tiene un calentamiento pasivo sobre las comunidades de musgos y líquenes.

Días antes de la llegada de Angélica Casanova, sus alumnos Diego Segura (licenciado en Bioquímica y realizando Maestría en Bioquímica ambiental en la Universidad de Chile), Cristóbal Araneda (realizando tesis de pregrado para obtener título de Biólogo en la Universidad de Concepción) y Catalina Marín (licenciada en Biología y próximamente realizará Maestría en Botánica en la Universidad de Concepción) monitorearon instalación de las OTC ubicadas frente al mar de Drake en la isla Rey Jorge, tomando muestras y verificando el funcionamiento de una de las 9 instalaciones ubicadas en distintas zonas de la península Antártica.

Estas cámaras son utilizadas para estudiar los efectos elevados de CO2 y de otros gases atmosféricos sobre vegetación. Las OTC son cámaras hexagonales construidas de acrílico de 3 mm de grosor con 40 cm de altura que cubren un pequeño sector de musgos ya establecidos, creando un efecto invernadero en dicha zona para comparar la fisiología, el crecimiento y reproducción de las mismas especies del exterior en su interior a niveles de temperaturas cercanas a las que podría traer el calentamiento global, ya que en verano la temperatura en la OTC es mayor respecto a lo que está afuera. Con la toma de muestras, el equipo buscará evaluar y caracterizar cómo se ven afectados los holobiontes tanto de musgos como líquenes frente a un escenario de calentamiento pasivo generados por estas OTC.

El calentamiento global es un fenómeno que afecta intensamente a los polos, donde se encuentran los ecosistemas más sensibles a este cambio. Este aumento de temperatura del aire afecta tanto a los ecosistemas marinos como terrestres de la península Antártica, donde ya ha aumentado casi 3 ºC en los últimos 50 años. Estudios científicos argumentan que todos estos cambios provocarán que algunas especies sean beneficiadas y aquellas que no logren adaptarse podrían desaparecer. En el caso de las plantas nativas antárticas, se han visto favorecidas por el incremento de temperatura, colonizando nuevas áreas libres de hielo; además, las plantas producen más flores y semillas, y la tasa de crecimiento ha aumentado, resultados encontrados en los estudios de especies expuestas en OTC.

El efecto de las pingüineras sobre la biota terrestre

Para estudiar el efecto de las pingüineras sobre la biota terrestre, Catalina, Cristóbal y Diego debieron trasladarse desde la isla Rey Jorge hasta la isla Decepción en la lancha científica del Instituto Antártico Chileno Karpuj, con capacidad para 4 científicos y 8 tripulantes. Este trabajo de investigación es para evaluar cómo las pingüineras están influenciando la biota terrestre por cuánto nitrógeno y otros nutrientes estén aportando al suelo. La Antártica es un ambiente de baja cantidad de carbono y bajos nutrientes presentes en el suelo. El carbono y el nitrógeno son absorbidos en general por las plantas, por lo que se cree que los pingüinos mediante el guano (que consiste principalmente en nitrógeno orgánico) estarían incorporando dicho nutriente al ecosistema antártico. Después de procesar las muestras obtenidas durante los 5 días de trabajo en isla Decepción e isla Livingston durante esta campaña científica, el equipo liderado por la Dra. Casanova buscará si es efectiva la entrada del nitrógeno al ecosistema de plantas y musgos.

El proceso de absorción de nutrientes difiere según las especies, por ejemplo, las plantas y los pastos tienen raíces y absorben los nutrientes del suelo, en cambio, los musgos no tienen raíces (en ninguna parte del mundo tienen raíces, no solamente en Antártica), por lo que se buscará si son absorbidos a través de otras estructuras foliares.

Trabajo en laboratorio

Tras los días de extracción de muestras en isla Decepción e isla Livingston, Constanza, Diego y Cristóbal regresaron a la base Escudero en isla Rey Jorge para seguir efectuando su trabajo, rotulando respectivamente las muestras en tubos de ensayo y tamizando el suelo para eliminar restos vegetales y de piedras grandes.

Las muestras de suelo provenientes de Decepción y Livingston fueron extraídas bajo una transecta con distintos puntos de muestreo, con una vegetación distinta a medida que se alejaban de las pingüineras. En los sitios más cercanos a los pingüinos prácticamente no crece vegetación, debido al pisoteo de los pingüinos y la alta cantidad de nutrientes contenidos en el guano. A diferencia, a 200 metros aproximadamente de esta zona, empiezan a aparecer patrones de vegetación que varían de acuerdo con las condiciones del suelo. Esto es debido a que el nitrógeno aportado por los pingüinos suplementaría el rol que tienen los microorganismos, como bacterias y arqueas, de transformar nitrógeno inorgánico atmosférico en moléculas orgánicas asimilables. Diego, encargado del procesamiento de estas muestras, trabajó los días posteriores en separar la misma materia de suelo indicando cuáles serán sometidas a proceso de secuenciación de extracción de ADN, ARN y ensayo de actividad enzimática. Las muestras para la secuenciación de ARN deben ir con preservante que le otorgue estabilidad a la molécula y así no se degrade.

Por otra parte, las muestras de musgo extraídas de las cámaras de calentamiento, OTC, ubicadas en isla Rey Jorge, serán procesadas para evaluar cuáles especies que, en altas temperaturas, dominarían sobre las otras que podrían disminuir, infiriendo en la variación de la diversidad de la microbiota a medida que avance el calentamiento global. Los procesos llevados a cabo son ampliación, PCR para encontrar gen 16S rDNA y luego metabarcoding, proceso de secuenciación.