Las algas del hielo

Imagen de portada: mapa de «Los tres viajes por el Ártico», de W. Barents [Fuente: Sutori]

Estoy muy bien, amigo. Espero correr por esas laderas antes de que lleguemos.

Willem Barents (junio, 1597). Fuente: 500 años de frío (Autor: Javier Peláez, 2019).

Que la realidad supera (tristemente) a la ficción es una frase que hoy cobra pleno sentido en muchos países, entre ellos España, que es donde vivo.

Al mismo tiempo no dejo de pensar en la suerte de estar en una parte del mundo donde la calidad de vida –en promedio– es envidiable para tantas personas que luchan por llegar a Europa huyendo de guerras, hambre y enfermedades. Muchas veces dejándose la vida en el camino o hacinados en campos de refugiados en nuestras fronteras.

Nos han sacado bruscamente de nuestra burbuja de confort. Desde ella contemplábamos calamidades en la distancia y ahora sufrimos con extrema dureza una catástrofe sanitaria, social y económica. Eso sí, con la protección de un estado que puede afrontar el problema mal que bien. Si no fuese así también nosotros huiríamos a otra parte. No olvidemos esto cuando todo haya pasado.

Pero lo cierto es que, aún así, en España dependemos del exterior para obtener muchos recursos, p.ej. a través de la compra o donación de material para cubrir la urgente necesidad de equipos de protección individual y tests para diagnosticar el SARS-CoV-2.

Homenaje de la policía al personal sanitario (Hospital Álvaro Cunqueiro, Vigo). Fuente: El Metropolitano (22-III-2020).

Habrá que revisar nuestras prioridades y ver en qué hemos fallado.

Sin entrar en plazos de reacción y medidas políticas (que también deberán analizarse), debemos exigir que se haga un esfuerzo serio en este país por mejorar las condiciones laborales del personal sanitario, aumentando plantillas y dotándolas de más y mejores medios. ¡Aplaudirles está muy bien! pero hay que recuperar mucho terreno perdido tras la crisis de 2008.

Y también invertir en investigación al menos el porcentaje promedio del PIB que dedican nuestros socios de la UE.

Pero de este asunto ya traté en otra ocasión: Fútbol y Ciencia.

Vamos al tema de hoy. Llevo más de una semana confinado en un piso de 88 m2 con mi pareja (un gato y un puñado de peces tropicales), saliendo únicamente para lo esencial.

Y dado que nuestras vidas transcurren en un espacio limitado suspendidas en el tiempo, he pensado que podría hablar de otros seres confinados: las algas del hielo. En concreto las del Ártico.

Foca barbuda (Erignathus barbatus) en el mar de Barents. Autor: Norwegian Polar Institute. Fuente: Barentsportal.com
W. Barents (c.a. 1550-1597). Fuente: Wikimedia commons.

El mar de Barents debe su nombre al explorador Willem Barents, quien intentó encontrar una ruta para comerciar con las Indias a través del Atlántico Nordeste.

El suyo era un reto demasiado ambicioso para la tecnología del s.XVI: cruzar el Ártico.

Sin embargo, consiguió alcanzar los 80 ºN en la última de sus intrépidas expediciones. Todo un récord para la época acompañado del descubrimiento de Svalbard y Spitsbergen.

Si desean aprender más sobre Barents y la apasionante historia de las expediciones en el Ártico les recomiendo 500 años de frío, un librazo de Javier Peláez.

Precisamente uno de los nombres más destacados en esa historia, Fridtjof Nansen (1861-1930), describió en 1906 los microorganismos de las comunidades del hielo en la primera expedición polar noruega (1893-1896).

Editorial Crítica (2019).

Se trató de una expedición increíble: a bordo del «Fram», diseñado para resistir atrapado en el hielo del Ártico según los planes de Nansen. Lean el libro si pueden.

En el hielo habita una comunidad compleja en la que no falta de nada: virus, bacterias, hongos, microalgas y zooplancton.

Las microalgas del hielo (o simpágicas) pueden vivir en él todo el año o establecerse sólo de forma estacional.

Su óptimo de crecimiento está entre -0,5 y 4 ºC (bastante por encima de la temperatura a la que suelen vivir). Para observarlas vivas en el microscopio hay que mantener la muestra refrigerada porque si no se «fríen».

El grupo más estudiado y diverso son las diatomeas (pennadas, -con simetría bilateral- y céntricas, -simétricas radiales-).

Diatomeas aisladas en el Ártico. Fuente: vaulot.netlify.com

También pueden abundar flagelados fotosintéticos (haptofitas, clorofíceas, dinoflagelados), que proliferan en charcas de derretimiento.

¿Hay algas del hielo que aparezcan en ambos Polos?

Igual que sólo hay osos polares en el Ártico y pingüinos en la Antártida, la mayoría de algas simpágicas sólo se encuentran bien en el Polo Norte o en el Sur. No obstante, muchos géneros sí son cosmopolitas y existen ejemplos de especies bipolares: dinoflagelados (Polarella glacialis) y diatomeas (Fragilariopsis cylindricus).

En el mar de Barents predomina el hielo joven (anual) sobre el antiguo (plurianual) y las microalgas simpágicas se establecen en su cara inferior a partir del otoño.

El hielo es un bioma muy complejo con distintos microhábitats en función del espesor, salinidad, porosidad, antigüedad, etc.

Sección de hielo ártico mostrando una franja de color a causa de las diatomeas simpágicas. Fuente: windows2universe

La localización de los microorganismos en él (superficial, intersticial, bajo el hielo) condiciona la luz y la dinámica y composición de las comunidades. Las poblaciones más complejas suelen estar asociadas al hielo antiguo.

El hielo ofrece a las microalgas la ventaja de mantenerlas en superficie, ajenas al movimiento vertical del agua.

Por ello las algas simpágicas desarrollan sus poblaciones antes que las planctónicas…

En el mar de Barents desde el mes de febrero, mientras que el fitoplancton en la columna de agua suele proliferar en abril, al aumentar la estabilidad superficial.

A medida que avanza el deshielo primaveral, las algas simpágicas se convierten en un primer alimento esencial para el zooplancton –y para la cadena trófica pelágica y bentónica-.

Esquema recreando el bioma del hielo y las algas simpágicas que crecen bajo la superficie. Fuente: arcticjournal.ca

Como nota curiosa, en el Ártico no hay crustáceos equivalentes al krill antártico (Euphausia superba) y su posición ecológica la ocupan anfípodos (Themisto libelula, Apherusa glacialis) y copépodos pelágicos (Calanus spp.).

Según retrocede el hielo, este deja tras de sí una capa superficial estable, de baja salinidad, donde proliferan microalgas a medida que se liberan al mar.

Al inicio suele ocurrir una sucesión de diatomeas y luego, cuando escasean los nutrientes, abundan más los flagelados.

Las estrategias para sobrevivir durante el invierno y la noche perpetua del Ártico no están del todo claras. Se supone que lo habitual es 1) que reduzcan sus tasas metabólicas y/o 2) la producción de formas de resistencia (parecidas a células vegetativas pero enriquecidas en pigmentos, lípidos y azúcares).

Dichas células sedimentarían en el fondo del océano y se resuspenderían a finales del invierno, siendo atrapadas por el hielo que vuelve a crecer en superficie, iniciando así un nuevo ciclo anual…

Melosira arctica. Autora: Susanne Busch. Fuente: Nordic microalgae.

A partir de cierto grosor (>15 cm) el hielo se tiñe de marrón debido a diatomeas de los géneros Thalassiosira, Porosira, Chaetoceros, Fossula, Nitzschia, etc.

Sus colonias tapizan la base del hielo, mecidas por las corrientes como una oscura alfombra con largos mechones agitados sobre el mar.

En el hielo más viejo (plurianual), llegan a superar un metro de longitud, y se han llegado a medir extensiones de hasta 5-6 metros !!

La especie omnipresente en esas comunidades del Ártico es Melosira arctica, que sirve de sustrato a su vez para diatomeas epífitas como Attheya septentrionalis.

Apherusa glacialis, un anfípodo herbívoro estricto, alimentándose de diatomeas (Melosira arctica). Autor: G. Johnsen. Fuente: Ecosystem Barents Sea (2009).

Las algas simpágicas son esenciales en la cadena trófica del Ártico –desde el zooplancton hasta peces y mamíferos-.

Su contribución a la productividad primaria es relevante y en primavera pueden suponer el 100% en aguas superficiales.

Existen registros ocasionales de mamíferos como focas y osos polares alimentándose de los mechones de diatomeas simpágicas (M. arctica).

Los osos polares necesitan del hielo para sobrevivir: en él cazan, se desplazan y reproducen.

Pues bien. Un estudio reciente en Canadá sobre 55 osos polares demostró que el 86% del carbono de su dieta procedía de diatomeas simpágicas y no del fitoplancton en la columna de agua (Brown y col. 2018).

Oso polar (Ursus maritimus) en el mar de Barents. Autora: Angelika Renner / Norwegian Polar Institute. Fuente: icepeople.net

¿Y cómo lo averiguaron? Porque las diatomeas simpágicas sintetizan lípidos específicos (isoprenoides de 25 átomos de carbono, «IP25«) que pueden trazarse a lo largo de la cadena trófica y estimar su importancia e impacto en el ecosistema.

Mediante análisis cromatográficos pudieron cuantificarlos y conocer su proporción frente a lípidos marcadores de diatomeas pelágicas.

Cambio climático y algas del hielo.

En los últimos 30 años el hielo del Océano Ártico ha reducido un 45% su extensión durante el mínimo del verano.

Esta tendencia unida al adelgazamiento y fragilidad del hielo tendrá consecuencias para las algas simpágicas y la cadena trófica que depende de ellas. Aunque los cambios en la composición y producción primaria son difíciles de predecir con los modelos actuales, condicionados por nuestro conocimiento limitado de los ciclos biogeoquímicos en las regiones polares.

Lo que sí sabemos es que las microalgas pueden acelerar el derretimiento del hielo. En concreto en los glaciares de Groenlandia.

Así era el campo de estudio donde muestrearon Williamson y col. (2020) en Groenlandia. Autora: Jenine McCutcheon. Fuente: phys.org

La biología juega un papel destacado en la reducción del albedo en Groenlandia en las últimas décadas.

Se considera de hecho el factor más importante por encima de las partículas inorgánicas de origen natural o antropogénico (incendios, erupciones volcánicas, etc).

Mesotaenium berggrenii, en un glaciar de Nepal. Fuente: wrc.kyoto

Este mismo año se han publicado dos estudios en el Ártico, confirmando que un bloom en 2017 de microalgas de agua dulce (Mesotaenium berggrenii y Ancylonema nordenskioldii) en glaciares del suroeste de Groenlandia, intensificó el derretimiento del hielo.

Ambas son algas verdes de la clase Zygnematophyceae y poseen un compuesto fenólico parecido a la purpurogalina que absorbe intensamente en el UV y la parte más energética del espectro visible.

Su concentración en las células es 11 veces mayor a la de la clorofila a y su función es proteger a los cloroplastos del exceso de luz.

Absorción relativa del compuesto fenólico y los demás pigmentos fotosintéticos y fotoprotectores en las microalgas verdes del bloom. Fuente: Fig.2A de Cook y col. (2020).

Tan a salvo que gracias a ese «filtro solar» están adaptados a baja luz a pesar del brillo cegador del verano en el Ártico !!

La consecuencia es que dicho pigmento fenólico oscurece (y reduce el albedo) del hielo, devolviendo en forma de calor el exceso de radiación perjudicial para la fotosíntesis, contribuyendo hasta en un 10% al derretimiento de los glaciares en el suroeste de Groenlandia.

Referencias:

  • Brown T.A. y col. High contributions of sea ice derived carbon in polar bear (Ursus maritimus) tissue. Plos One 13(1): e0191631 (2018).
  • Cook J.M. y col. Glacier algae accelerate melt rates on the south-western Greenland Ice Sheet. The Cryosphere 14:309-330 (2020).
  • Peláez J. 500 años de frío: la gran aventura del Ártico. Editorial Crítica, 320 pp. (2019).
  • Sakshaug y col. (Eds.) Ecosystem Barents Sea. Tapir Academic Press, 587 pp. (2009).
  • van Leeuwe M. y col. Microalgal community structure and primary production in Arctic and Antarctic sea ice: A synthesis. Elem. Sci. Anth. 6:4. (2018).
  • Williamson C.J. y col. Algal photophysiology drives darkening and melt of the Greenland Ice Sheet. PNAS 117:5694-5705 (2020).
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