El clima del Ártico se está calentando al menos cuatro veces más rápido que el promedio mundial, provocando cambios irrevocables en este vasto paisaje y ecosistema precario , desde la extinción anticipada de los osos polares hasta la aparición de orcas en cantidades cada vez mayores.
Un nuevo estudio sugiere que el Océano Ártico podría estar libre de hielo en el verano tan pronto como en la década de 2030, alrededor de una década antes de lo previsto anteriormente.
por Arwyn Edwards
Pero para comprender correctamente el ritmo y la fuerza de lo que está por venir, deberíamos centrarnos en organismos demasiado pequeños para ser vistos a simple vista. Estos microbios unicelulares son tanto los vigilantes como los archi-agitadores de la desaparición del Ártico.
Los científicos como yo que los estudiamos se han convertido en patólogos forenses, procesando escenas del crimen en nuestros sitios de campo del Ártico. Nos ponemos los mismos trajes blancos anticontaminación, fotografiamos cada sitio de muestreo y embolsamos nuestras muestras para el análisis de ADN. En algunas áreas, los microbios de color rojo incluso crean un efecto conocido como “nieve de sangre”.
En esta compleja investigación criminal, sin embargo, los testigos invisibles también son responsables del daño causado. Los microbios dan testimonio de la vulnerabilidad de sus hábitats árticos a los cambios que han causado los humanos. Pero también crean poderosos circuitos de retroalimentación climática que están causando un daño cada vez mayor tanto al Ártico como al planeta en su conjunto.
Lanzándose de cabeza al olvido helado
Mi primera visita al Ártico fue también casi la última. Como doctorado estudiante de unos 20 años en 2006, me propuse con colegas tomar muestras de microbios que crecían en un glaciar en el archipiélago noruego de Svalbard , el asentamiento más septentrional del planeta durante todo el año, a unas 760 millas del Polo Norte.
Nuestro viaje traicionero nos llevó muy por encima del glaciar, atravesando una pendiente de pedregal helado para acercarnos a su flanco antes de cruzar un río en el margen del hielo. Era una ruta que habíamos navegado recientemente, pero este día di un paso en falso. El tiempo se ralentizó mientras me deslizaba hacia el arroyo hinchado por el hielo derretido, mi hacha rebotaba inútilmente en el hielo cristalino. Estaba cayendo de cabeza en el olvido helado.
En esa calma cercana a la muerte, dos cosas me molestaron. El agua me llevaría a las profundidades del glaciar, por lo que pasarían décadas antes de que mis restos fueran devueltos a mi familia. Y el gusano de la oreja de esa temporada de campo significaba que moriría con la melodía de Indiana Jones.
Afortunadamente, el pedregal ralentizó mi deslizamiento: viví y aprendí, rápidamente, que los científicos muertos no pueden escribir sus artículos. Y todavía estoy aprendiendo sobre los pequeños organismos que pueblan cada hábitat allí: desde el agua de mar en el Océano Ártico hasta los cristales de hielo enterrados en las profundidades de la capa de hielo de Groenlandia .
Estos microgestores de todo tipo de procesos planetarios son sumamente sensibles a las temperaturas de sus hábitats. El más mínimo cambio por encima del punto de congelación puede transformar un paisaje ártico de un desecho congelado sin agua líquida a uno donde los microbios se ocupan de reproducirse en agua rica en nutrientes, transformándose de maneras que amplifican aún más los efectos del calentamiento climático .
La región de Svalbard ahora se está calentando siete veces más rápido que el promedio mundial . Si bien gran parte del mundo continúa sus esfuerzos para limitar el calentamiento global a 1,5 °C por encima de los niveles preindustriales, en el Ártico esa batalla se perdió hace mucho tiempo.
Décadas por delante de todos nosotros
Es 2011 y Nozomu Takeuchi visita Svalbard desde Japón. Ha sido un año difícil en casa, después del terremoto, el tsunami y el incidente nuclear de Fukushima, pero Nozomu, ecologista de glaciares y profesor de la Universidad de Chiba, es implacable en su búsqueda para medir los efectos del cambio climático.
Apenas unas horas después de que descendiera de un avión bajo el sol de medianoche de agosto en el aeropuerto de Longyearbyen, estamos marchando hacia el glaciar más cercano. Por encima de nosotros, las laderas de las montañas cubiertas de nieve emergen de la niebla arremolinada.
Desde la década de 1990, Nozomu ha estado recopilando muestras y medidas de los glaciares de todo el mundo. Cuando llegamos a nuestro objetivo cerca de la línea de nieve, abre su mochila para revelar una caja de bento llena de equipo de muestreo: palas de acero inoxidable, tubos de ensayo, bolsas de muestra, todo dispuesto para la eficiencia. Mientras corre alrededor con eficiencia practicada, pienso en ofrecerle ayuda, pero temo que solo lo retrasaría.
En verdad, Nozomu está décadas por delante de todos nosotros. Hace años, estableció el vínculo entre el futuro de la vida y la muerte del hielo, y estos glaciares de Svalbard que se derriten están agregando aún más puntos a sus gráficos.
Así como aplicamos montones de factor 50 para protegernos del sol, los miles de millones de microbios intercalados entre el cielo y la superficie del glaciar se protegen acumulando pigmentos similares a los de los filtros solares. Y si una cantidad suficiente de estos pigmentos descansa en un lugar bajo el sol, esta área de “oscurecimiento biológico” absorbe el calor del sol de manera mucho más efectiva que la nieve y el hielo blancos reflectantes, por lo que se derrite más rápido.
Nozomu recoge algo de la llamada nieve de sangre, muy cargada de algas. Bajo el microscopio, sus células recuerdan a los glóbulos rojos. Pero en lugar de hemoglobina, estas células están cargadas de carotenoides, pigmentos que también se encuentran en los vegetales y que protegen a las algas del sobrecalentamiento . Otros parches del glaciar son de un verde verdoso, ricos en algas que están ocupadas fotosintetizando la luz en energía química en este mundo diurno de 24 horas.
Más abajo en el glaciar, el profesor tritura un poco de hielo “sucio” en una bolsa. Aquí vive un tipo diferente de alga que, dependiendo de tu punto de vista, es negra, marrón o morada (tal vez depende del tinte de tus lentes de sol). El pigmento creado es como los compuestos que dan color al té, y las algas lo mantienen en capas como sombrillas sobre las fábricas fotosintéticas dentro de sus células, asegurando que tengan suficiente luz solar para hacer la fotosíntesis, pero no suficiente para quemar.
Abre Google Earth y, a medida que te acercas al Ártico, puedes ver la gran franja oscura que marca el margen occidental de la capa de hielo de Groenlandia . Esta es la “zona oscura”, pero no es causada por polvo u hollín oscuro. Está vivo, cargado de algas , y se ha estado oscureciendo y creciendo a medida que Groenlandia se calienta.
Entre 2000 y 2014, el área de la zona oscura creció un 14 % . Con 279.075 km² en 2012, ya era más del doble del tamaño de Inglaterra que el hielo desnudo.
A la mañana siguiente, me despierta el olor a productos químicos, después de haber dormido debajo de una mesa de café. Nozomu está ocupado procesando sus muestras: bolsas de hielo derretido sujetas a un tendedero con clips de bulldog. Parecen banderines alrededor de la sala llena de gente, pero este no es momento para celebraciones. El tinte de cada bolsa agrega una medida que cuantifica el vínculo entre estas algas, sus pigmentos y la muerte de su hogar helado.
El caso se vuelve urgente
Para el verano de 2014, los glaciólogos de todo el mundo comenzaron a escuchar las advertencias de ecólogos pioneros como Nozomu. Los glaciares están muriendo mientras la vida florece en sus superficies oscurecidas. El caso se ha vuelto urgente.
Estoy en un helicóptero, volando con colegas a un campamento en la zona oscura de la capa de hielo de Groenlandia, la mayor masa de hielo glacial del hemisferio norte. Con una superficie de 1,7 millones de km², su hielo contiene el equivalente al agua necesaria para elevar el nivel mundial del mar en 7,7 metros.
A medida que calentamos nuestro clima, la tasa de agua que fluye de este depósito aumenta, y cada grado Celsius que se suma a las temperaturas globales abre aún más la válvula de drenaje. Los procesos de retroalimentación, como el oscurecimiento biológico, tienen el potencial de multiplicar el número de válvulas de drenaje que están abiertas, lo que acelera drásticamente la velocidad a la que aumenta el nivel del mar.
Para monitorear este efecto, todos los días Karen Cameron , la líder de nuestro campamento este verano, camina hacia parches de hielo intactos con una mochila de £ 100,000 que contiene un espectrómetro para medir la oscuridad del hielo, capturando cómo absorbe la energía solar que causa derritiendo. Los glaciólogos están desesperados por la verdad sobre el terreno, y sus modelos necesitan datos.
Hasta este punto, ninguna de sus predicciones sobre cómo respondería la capa de hielo de Groenlandia a nuestro clima más cálido ha incluido el oscurecimiento biológico. Incluso si el efecto fuera modesto, aún podría derribar la capa de hielo a partir de una respuesta predecible y lineal al calentamiento climático.
Durante todo el tiempo que estamos en Groenlandia, las únicas formas de vida que encontramos son las moscas que nacen de la fruta fresca y los pimientos en nuestras raciones de alimentos. Estos y los pocos tipos de algas glaciares y varios cientos de tipos de bacterias que oscurecen biológicamente el hielo: una escoria viva que cicatriza la superficie de la capa de hielo.
Mi trabajo se centra en cómo estos diminutos organismos se adaptan a su hábitat helado, pero las implicaciones de su comportamiento ahora son motivo de preocupación mundial. Un cineasta en el campamento está tejiendo un hilo entre el derretimiento del hielo en Groenlandia y sus consecuencias para las personas que viven en comunidades costeras de todo el mundo, desde pueblos cerca de mi casa en la costa oeste de Gales, hasta grandes metrópolis como Manhattan, Amsterdam y Mumbai. , e incluso naciones insulares bajas enteras en el Pacífico.
A medida que los glaciares más pequeños se desvanecen y las capas de hielo más grandes de Groenlandia y la Antártida comienzan a responder con toda su fuerza a nuestro clima más cálido, son estas comunidades, capitales y países los que soportarán la peor parte de las inundaciones, las inundaciones y la erosión que conlleva el aumento del nivel del mar. niveles
Antes de regresar a casa, nuestro helicóptero nos lleva por un desvío, muy por encima de la capa de hielo. Volamos sobre las algas marrón-negras-moradas hacia elevaciones más altas y brillantes donde la paleta se reduce al azul y blanco del agua y el hielo, luego la nieve y el cielo. Groenlandia crea su propio clima y, en estas elevaciones más altas, esperamos que el hielo esté congelado todo el año. Sin embargo, cuando aterrizamos y comenzamos a recolectar muestras de nieve y un pequeño núcleo de hielo, descubrimos que estamos excavando en aguanieve. El hielo también ha comenzado a derretirse aquí.
Levantamos nuestro descorazonador de hielo y el agua de deshielo gotea desde el fondo. En períodos de calentamiento extremo, gran parte de la superficie de la capa de hielo puede experimentar episodios de derretimiento, perturbando a los microbios dormidos almacenados dentro de la superficie permanentemente congelada. Es un momento aleccionador para todos nosotros.
Volando de regreso al campamento, observo cómo los arroyos se convierten en ríos y lagos mientras regresamos a la zona oscura, donde el derretimiento y los microbios dominan el paisaje de hielo. Contemplo cuánta agua, una vez atrapada en el hielo, se liberará para fluir hacia el mar y hacia millones de hogares para fines de siglo.
haciendo estallar un pingo
Las tierras heladas de ocho naciones rodean el Ártico. Sus suelos almacenan grandes cantidades de carbono: un tercio de la cantidad total de carbono del suelo del planeta reside en este suelo helado.
El carbono es un legado de suelos formados en climas pasados y conservados durante milenios. Sin embargo, el cambio climático inducido por el hombre está recalentando este carbono sobrante, proporcionando una fuente de alimento exuberante para los microbios que residen dentro de la tundra , que luego lo emiten como gases de efecto invernadero.
Esto se conoce como el bucle de retroalimentación del carbono del permafrost . Cuando incluso cantidades modestas de esta gran reserva de carbono llegan a la atmósfera, el calentamiento se acelera, lo que da como resultado un descongelamiento más rápido de la tundra y la liberación de aún más gases de efecto invernadero.
Además, no todos los gases de efecto invernadero tienen el mismo impacto. Mientras que el dióxido de carbono es relativamente abundante y estable durante siglos en la atmósfera, el metano es menos abundante y de vida más corta, pero notablemente poderoso como gas de efecto invernadero, casi 30 veces más dañino para el clima que el dióxido de carbono, para el mismo volumen.
Durante más de tres décadas, Andy Hodson ha trabajado en la frontera donde se encuentran los microbios, el carbono y el paisaje ártico. En 2018, nos unimos a él en un fresco día de primavera en Svalbard. Hace -26 °C, pero afortunadamente el viaje en moto de nieve es breve; luego trabajamos rápidamente contra el frío.
El plan de Hodson es “explotar” uno de los muchos pingos que pueblan el suelo de este amplio valle abierto. Piense en los pingos como el acné del Ártico: se forman cuando el permafrost comprime sedimentos húmedos descongelados, erupcionando como pequeñas colinas que ampollan la piel de la tundra.
La historia de la vida de estos microbios es complicada. Solo viven fuera del alcance del oxígeno: donde el oxígeno es más frecuente, los microbios que consumen metano prosperan, apagando los eructos de metano desde abajo. Del mismo modo, si hay fuentes minerales de hierro o sulfuro cerca, los microbios que las utilizan superan a los metanógenos.
Todo se suma a una de las mayores incertidumbres de nuestra civilización: el alcance y la composición de los gases de efecto invernadero que se escapan de las tierras árticas. Las estimaciones de los impactos económicos de esta retroalimentación de carbono del permafrost ascienden a decenas de billones de dólares para la economía global. Sabemos que son malas noticias, pero qué tan malas depende exactamente de los microbios en su mosaico microscópico.
El trabajo de campo de Hodson muestra que, durante el invierno ártico, este pingo es probablemente la única fuente de metano en el área inmediata, su chimenea permite que el gas escape de las profundidades del hielo antes de que los microbios que consumen metano puedan atraparlo. Anualmente, decenas de kilogramos de metano y más de una tonelada de dióxido de carbono escaparán solo de este pingo, uno de los más de 10,000 esparcidos por el Ártico, además de sus otros puntos críticos de producción de metano.
Un ecosistema casi perfecto
Las tierras árticas son un mosaico de retroalimentaciones de carbono del permafrost, y nuestro futuro depende del destino incierto de los microbios que se encuentran en su interior.
Si bien el derretimiento del hielo aumenta el crecimiento de microbios a corto plazo, si continúa hasta el punto de borrar los hábitats, los microbios se perderán con ellos. Reconocemos este peligro para los osos polares y las morsas, pero no para la biodiversidad invisible del Ártico. Sin embargo, pequeño no significa insignificante.
Para apreciar esto, podemos regresar a la zona oscura de la capa de hielo de Groenlandia y unirnos a Joseph Cook durante nuestra temporada de campo de verano de 2014. Está tumbado en una colchoneta improvisada con una toalla de baño y una bolsa de basura envuelta en cinta adhesiva, mirando a través de una depresión oscura que parece un bache en el hielo. Es un agujero de crioconita, y millones de ellos están repartidos por los bordes de la capa de hielo. Donde los pingos contribuyen al calentamiento climático al emitir metano, la crioconita es un buen sumidero de gases de efecto invernadero , pero esto crea sus propios problemas.
La primera estimación de su capacidad para almacenar dióxido de carbono del aire en la superficie de hielo de los glaciares del mundo superó las emisiones totales de carbono de Finlandia en el mismo año. Cada agujero de crioconita es un ecosistema casi perfecto, con un defecto singular. Sus habitantes deben derretir hielo para vivir. Pero el acto mismo de derretir el hielo acelera la desaparición de su hábitat glaciar.
A pesar de encontrarse en algunos de los lugares más duros de la Tierra, la crioconita es el hogar de miles de tipos diferentes de bacterias (incluidas las cianobacterias fotosintéticas de suma importancia), hongos y protozoos . Incluso los tardígrados prosperan en crioconita.
Cook está profesionalmente enamorado de la perfección de esta “selva tropical microscópica” casi congelada. Sus habitantes están protegidos y nutridos a la profundidad adecuada y en la forma adecuada para crear un ecosistema activo mediante la interacción de la luz solar con las cianobacterias, el polvo y el hielo en beneficio de todos sus habitantes. Las cianobacterias utilizan la luz solar para capturar el dióxido de carbono del aire y convertirlo en el cemento viscoso que construye cada gránulo de crioconita.
Sin embargo, con una gran cantidad de agujeros de crioconita repartidos por la superficie del hielo, los “enjambres” de estos agujeros ayudan a dar forma y oscurecer la superficie del hielo . Esto, a su vez, influye en la tasa de fusión, ya que la superficie se esculpe bajo el sol durante las 24 horas.
Escribiendo en la revista Nature en 1883 , el explorador polar sueco Adolf Erik Nordenskjöld, quien descubrió la crioconita, agradeció a los organismos dentro de la crioconita por derretir el antiguo hielo que una vez cubrió Noruega y Suecia:
“A pesar de su insignificancia, [ellos] juegan un papel muy importante en la economía de la naturaleza, por el hecho de que su color oscuro absorbe mucho más fácilmente el calor del sol que el hielo blanco azulado, y por lo tanto contribuyen a la destrucción del hielo. hoja, y evitar su extensión. Sin duda, tenemos, en un grado no pequeño, para agradecer a estos organismos por el derretimiento de la capa de hielo que una vez cubrió la península escandinava “.
Llevando el análisis de ADN a lugares nuevos y extraños
Regresamos a Groenlandia en el invierno de 2018 para explorar el singular defecto de la crioconita. Cook y yo estamos acompañados por Melanie Hay, entonces un Ph.D. estudiante de bioinformática del Ártico.
Hay y yo estamos llevando el análisis de ADN a lugares nuevos y extraños para aprender más sobre la evolución y la biología de la crioconita. Los poderosos avances en genómica están cambiando nuestra visión del mundo microbiano, pero los grandes instrumentos de secuenciación de ADN funcionan mejor en laboratorios sofisticados.
En cambio, estamos utilizando un secuenciador de nanoporos del tamaño de una grapadora conectado al puerto USB de una computadora portátil preparada para el invierno. Fuera de la tienda, la temperatura es de -20 °C, pero el secuenciador de ADN debe funcionar a la temperatura corporal. La única fuente sostenible de calor es el calor corporal, por lo que me he acurrucado con el secuenciador en mi saco de dormir todas las noches y en mi ropa todo el día.
Esa noche, estamos atrapados en una tormenta con fuerza de huracán. Desorientarse mientras nos movemos entre las tiendas sería letal, así que nos arrastramos en una cadena humana a través de la oscuridad hasta nuestras tiendas para dormir. Hay llega a su tienda, pero la de Cook se ha perdido, así que nos metemos en mi tienda para una sola persona. De alguna manera duermo profundamente, mientras Cook está expuesto a toda la fuerza del terror de la noche.
Por la mañana, excavamos Hay, cuya carpa cargada de nieve se había derrumbado durante la noche. La secuenciación está completa, pero los daños causados por la tormenta en nuestro generador significan que el campamento se está quedando sin energía, por lo que debe trabajar rápidamente. Ella identifica las cianobacterias que construyen la crioconita; es una lista corta dominada por una especie: Phormidesmis Priestleyi.
Esta especie, que se encuentra en la crioconita en todo el Ártico, parece ser el ingeniero de ecosistemas de la crioconita, un castor microscópico que construye una presa de polvo. Pero el defecto es la oscuridad de los ecosistemas de crioconita casi perfectos que crea. Al igual que las algas glaciares vecinas que conocimos anteriormente, Phormidesmis Priestleyi está oscureciendo biológicamente el hielo del Ártico y, finalmente, acelerando la desaparición de los miles de tipos diferentes de organismos contenidos en los agujeros de crioconita.
Y así, este trabajo nos muestra cada vez más claramente que la pérdida de los glaciares del planeta es tanto un componente de la crisis mundial de la biodiversidad como un impacto principal del cambio climático.
Última línea de defensa contra la resistencia a los antibióticos
La pérdida de la biodiversidad microbiana del Ártico también es importante de otras maneras. Hay y Aliyah Debbonaire son científicos biomédicos reformados que buscan curas del Ártico en forma de nuevos antibióticos. En el verano de 2018, estamos en Svalbard en busca de pistas.
El mundo se está quedando sin antibióticos efectivos, y las fronteras del Ártico pueden ser nuestra última línea de defensa en esta crisis de resistencia a los antibióticos. Innumerables especies de microbios han evolucionado para vivir dentro de sus duros hábitats utilizando todos los trucos del libro, incluida la fabricación de antibióticos como armas químicas para matar a los competidores. Esto significa que pueden ser fuentes de nuevos antibióticos.
Y esta no es su única aplicación. Desde quesos hasta detergentes biológicos ecológicos, pasillos completos de productos se derivan de microbios adaptados al frío. Dado que el calentamiento climático amenaza con perturbar hábitats árticos completos, nuestra oportunidad de usar, aprender y proteger esta biodiversidad puede perderse para siempre.
Mientras nuestro pequeño avión regresa a la ciudad más cercana, Longyearbyen, volamos a baja altura sobre la Bóveda Global de Semillas de Svalbard, que contiene los frutos de más de 12 000 años de agricultura en forma de semillas de un millón de variedades diferentes de cultivos. Cerca de allí, una instalación similar dentro de una mina de carbón en desuso almacena programas informáticos esenciales en microfilm, la copia de seguridad definitiva para nuestro mundo adicto a los datos.
Dentro de un kilómetro nevado, puedes caminar entre el alfa y el omega de la innovación humana en la civilización. Ambas instalaciones han elegido la ciudad de más rápido calentamiento del planeta como el lugar más seguro para almacenar estos tesoros de la humanidad. Sin embargo, ninguna instalación de este tipo está dedicada a la biodiversidad microbiana del Ártico, a pesar de su importancia crítica para el futuro de los sectores médicos y biotecnológicos del mundo.
En cambio, corresponde a microbiólogos como Debbonaire, que compiten contra el tiempo para identificar, nutrir y examinar los microbios del Ártico que se derrite. Su minucioso trabajo acumula torres de placas de Petri, cada una de las cuales es un refugio temporal para un microbio ártico diferente.
Eventualmente, se almacenarán en ultracongeladores en laboratorios repartidos por todo el mundo. Tal trabajo no es glamoroso para los financiadores, por lo que se realiza poco a poco en los bordes de otros proyectos. Sin embargo, representa nuestro único intento de salvar a los microbios del Ártico.
la batalla esta perdida
Sobre todo, el Ártico es importante porque es la parte del planeta que se calienta más rápido y sus microbios están respondiendo primero. Lo que sucede allí tiene implicaciones para todos. Es el presagio del cambio para todas partes.
Otro microbiólogo del Ártico podría hacer notas plañideras sobre el permafrost o el hielo marino, pero como ecologista de los glaciares, me atrae el hielo glacial.
Durante la primera quinta parte de este siglo, los glaciares de la Tierra han descargado unas diez mil billones (diez elevado a 25) cucharadas de derretimiento al año, y dentro de cada cucharada, las decenas de miles de bacterias y virus que alguna vez estuvieron almacenados dentro de ese hielo .
Lo que está por venir es tristemente predecible. Incluso el escenario de calentamiento más modesto de 1,5°C por encima de la era preindustrial conducirá a la extinción de al menos la mitad de los 200.000 glaciares de la Tierra para finales de siglo.
Dependiendo de la urgencia y eficacia de nuestras acciones como civilización, este siglo también podría representar el “pico derretimiento” de nuestra historia. Sin embargo, la batalla para salvar muchos de estos preciosos hábitats helados ya está perdida. En cambio, para científicos como yo, nuestro trabajo de campo es ahora en gran medida una cuestión de documentar estas “escenas del crimen”, para que al menos se pueda preservar el conocimiento de la vida dentro del hielo, antes de que se derrita para siempre.
Información del diario: Nature
Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lee el artículo original .
