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Presentación a Vida Sin Luz

Cerca del 99% de los artículos acerca del metabolismo son difíciles de entender por los estudiantes de bachillerato; esto debido a la abundancia de términos y formulas bioquímicas. Hasta donde nosotros captamos, el curso de Biología III no pretende que nuestros estudiantes desentrañen el proceso bioquímico fino implicado en los procesos metabólicos. Así, el presente artículo fue seleccionado por su sencillez en cuanto a la terminología bioquímica, pero también por la importancia de su contenido, ya que abre a nuestros ojos la existencia de ecosistemas no basados en la fotosíntesis, sino en materiales casi inexistentes en los ecosistemas habitados por el hombre y en la mayor parte del fondo marino. Asimismo, nos abre la puerta para conocer procesos implicados en la conservación de la atmósfera planetaria, así como del mantenimiento de la temperatura terrestre en los límites permisibles para nuestras formas de vida, ya que los mecanismos metabólicos en cuestión eliminan gases de invernadero que generan calentamiento global. Por si fuera poco, su ubicación en el Golfo de México implica a nuestro país y nos lleva a consideraciones acerca de la responsabilidad que tenemos hacia la conservación de la biodiversidad, no solo de tierra firme, sino en los océanos. Si bien la explotación petrolera nos ha beneficiado para mantener relativamente sana nuestra economía, también tenemos obligaciones no solo con México, sino con el mundo y con el destino de la vida en el planeta.

Los autores nos llevan de la mano por un mundo que bien podría ser ajeno al nuestro, brindándonos un ejemplo plausible de procesos de obtención de energía que la exobiología pudiese encontrar en planetas remotos.

Acerca de los autores

Ian R. MacDonald es oceanógrafo en la Universidad de Texas A & M, donde estudió y es profesor de Ciencias Ambientales. Ha publicado una serie de artículos acerca de organismos Quimiosintéticos, principalmente de ventilas hidrotermales y de filtraciones.

Charles Fisher es biólogo marino de la Universidad del Estado de Pennsylvania, donde es Profesor de Biología y Asistente del Departamento de Graduados. Ha publicado mas de 80 artículos relacionados con simbiontes de animales marinos, principalmente de ventilas hidrotermales y de filtraciones.

VIDA SIN LUZ

Por Ian R. MacDonald and Charles Fisher Fotografías por Jonathan Blair

Las frías y oscuras aguas del Golfo de México hospedan millones de criaturas alimentadas por yacimientos subyacentes de aceite y gas.

Traducción por: Luis Alfredo Vázquez Bárcena

No importa cuantas inmersiones hayamos hecho, la transición de la superficie a las profundidades siempre es intensa. El cielo desaparece en un torrente de espuma alrededor de la clara esfera de observación de nuestro batiscafo. La luz se hace más suave, y se desvanece. Pronto, organismos bioluminiscentes brillan como chispas surgidas de un incendio. Seiscientos metros mas abajo, nos posamos en un lago submarino de salmuera tan denso, que permanece en una depresión del suelo marino bajo el Golfo de México. Algunas ondas se propagan hacia la fría y oscura, pero de ninguna manera estéril orilla del lago. Una colonia de mejillones nos rodea. Sorprendentemente, ellos viven de gases que se filtran naturalmente, sin el beneficio de la fotosíntesis accionada por la luz.

El lago se encuentra a unas 129 Km. de la costa de Louisiana, donde la plataforma continental inicia su descenso hacia la sima del Golfo, a unos 3600 metros de profundidad. A todo lo largo de su limite norte, la plataforma continental presenta ondulaciones en forma de montículos, crestas y valles que se formaron durante el surgimiento de un vasto deposito salino ocurrido hace unos 150 millones de años.

Surgiendo inexorablemente, la sal rompió las densas capas de sedimentos que se habían depositado durante las eras geológicas. Finalmente se abrió paso hasta el piso marino, abriendo una fisura que permite la filtración hacia las aguas del Golfo de petróleo, gas natural y otras sustancias relacionadas. Este enriquecimiento químico del ambiente ha permitido el desarrollo de abundantes comunidades de animales como almejas, mejillones y gusanos tubícolas.

Desde hace algún tiempo los científicos sabían de casos similares en las ventilas hidrotermales, aunque hace pocos años ninguno imaginaba que aquí el suelo marino albergase vida tan abundante, y ninguno tenia motivo para buscar.

Como una astronave en un extraño planeta, el batiscafo Johnson Sea Link desciende por una muestra de mejillones que bordean una poza de salmuera en el piso marino. La abundancia de vida a poco mas de 600 metros bajo el nivel del mar, asombró a los científicos que descubrieron este mundo inhóspito en 1984. Desde entonces, las investigaciones realizadas han revelado que estos mejillones y otros animales sobreviven a partir de bacterias que consumen de manera natural gases que se filtran del fondo.

Durante la década de 1940 las primeras perforaciones marinas del Golfo empezaron a explotar algunos de los campos petrolíferos más ricos del mundo, pero la tecnología limitó la exploración a profundidades de solo unos cientos de metros. No fue sino hasta finales de la década de 1970 que nuevas técnicas de ingeniería permitieron perforaciones de exploración en aguas más profundas donde aparecieron las filtraciones.

Las compañías petroleras tienen enorme interés económico en descubrir filtraciones (prueba de que lo que hay debajo vale la pena) y emplean una cantidad impresionante de científicos especializados. En 1984 investigadores de la Universidad de Texas A & M hicieron un sorprendente descubrimiento. Esperando estudiar de qué manera la exposición crónica al petróleo afecta la vida marina (información importante para asesorar en casos de derrames accidentales), ellos dragaron sobre las filtraciones, esperando encontrar unos cuantos peces y cangrejos enfermos. Puesto que el sol no llega a aguas profundas, no existen plantas que comer, y el escaso material que cae de las aguas superficiales no puede alimentar a muchos animales.

En lugar de lo esperado, sus canastas de dragado salieron llenas de moluscos y gusanos tubícolas que con dificultad pudieron izar hasta el barco. Asumiendo que los correosos gusanos tubícolas se habían deslavado desde la zona costera, los investigadores casi los tiran por la borda.

Ahora sabemos que tanto el metano como el acido sulfhídrico alimentan a bacterias que alimentan tanto a los gusanos tubícolas como a los mejillones. Al parecer estos organismos desde hace mucho han establecido sus colonias sobre cientos de millas cuadradas a profundidades por debajo de los 350 metros. Aunque las dos criaturas tienden a congregarse alrededor de distintas características geológicas, ambas dependen de una relación simbiótica con bacterias.

Estos animales contribuyen a la salud del planeta. Los mejillones, por ejemplo, ayudan a remover el metano (un gas que se piensa que esta involucrado en el calentamiento global) del Golfo. Cuánto metano consumen sus comunidades es uno de los muchos misterios que aun permanecen sobre las criaturas que habitan este reino de oscuridad perpetua.

Los movimientos geológicos han levantado y roto la plataforma continental del Golfo de México (arriba), creando un hábitat para los mejillones en la poza de salmuera, así como para los gusanos tubícolas alrededor de la Colina Bush. Por toda la plataforma continental se pueden encontrar dispersas comunidades similares.

Descendiendo al Punto de Interés

Atracado al barco nodriza al final del día, un batiscafo almacena su captura en una caja de almacenamiento (en primer plano). Los científicos que esperan en cubierta se precipitarán a transportar los especimenes en cubetas con agua fría al laboratorio del barco. Sus experimentos dependen de dos inmersiones al día durante un crucero anual de solo unas cuantas semanas. El autor Chuck Fisher señala “Debes aprender a hacer las preguntas realmente importantes”. Cuando por vez primera los científicos dragaron esta área hace unos 12 años, esperaban encontrar una pequeña muestra de vida marina intoxicada por petróleo. Ellos encontraron exactamente lo contrario. “Las redes estaban tan llenas de conchas y gusanos tubícolas que casi se rompen”, dice Fisher. Emparentados con las colonias de vida corta de las volátiles ventilas hidrotermales, las comunidades de mejillones y gusanos tubícolas han permanecido aquí durante siglos, alimentados por la constante fuga de gases del subsuelo.

Visión General

Depósitos de sal de los días de los dinosaurios dieron origen a la deformación de las capas geológicas que permiten la prosperidad de colonias de mejillones. Durante el periodo Jurasico el precursor del actual Golfo de México se secó, dejando una gigantesca capa de sal. Una vez que las aguas retornaron, los sedimentos se acumularon y fueron comprimidos en estratos subyacentes (y pesados), que se acumularon a través de los milenios. Compactados cada vez más, los sedimentos se convirtieron en roca.

Sin embargo, la sal no puede ser fácilmente compactable. Eventualmente, hace algunos millones de años la roca se hizo mas densa que la sal de abajo. Entonces la sal empezó a salir a la superficie, impulsada por el mismo principio de flotamiento que hace que el petróleo se filtre desde el suelo marino hacia la superficie del agua mas pesada.

Forzadas a salir, gigantescas columnas de sal (1) rompen la roca. Cuando una de estas columnas, llamadas diapiras, empuja hacia una bolsa de gas natural atrapado entre estratos de roca, el gas rico en metano se escapa por las fisuras. “Esto libera tremendas cantidades de energía” explica Ian MacDonald. “Imagine un acuario lleno de lodo y una manguera de alta presión debajo.” El resultado: un cráter en el suelo marino (2).

Después de la explosión inicial, la sal de la diapira continua mezclándose con el agua atrapada en la roca y forma salmuera. Mucho mas densa que el agua marina, la salmuera permanece en el cráter para formar un lago (3). Al transcurrir del tiempo, la pared del cráter colapsa, creando una amplia playa que los mejillones pueden colonizar. El metano que ahora burbujea suavemente en la salmuera, proporciona nutrientes. La comunidad de mejillones en la playa de la fotografía de computadora mas abajo, parece haber florecido durante siglos.

El Acercamiento

El buen manejo del batiscafo favorece o arruina las tomas cercanas (ambos lados): Para enfocar y encuadrar una fotografía, el piloto debe maniobrar el batiscafo (y la cámara fija a este) sobre especimenes sujetos tales como un cangrejo araña excavador y una merluza.

Un Ángulo Nuevo

Lo mas actual en imagenología submarina muestra el halo que cientos de miles de mejillones han formado alrededor de una poza de salmuera de unos 200 por 140 metros. Instalada en el NR-1, el mas pequeño submarino atómico de la Armada de los Estados Unidos, un escáner láser mapeó la poza sección por sección. Una vez ensambladas, las secciones generan una imagen que no se afecta por la reflexión de partículas en solución que tienden a distorsionar la fotografía submarina convencional.

Viviendo en el Límite

La ubicación lo es todo, aun cuando el hogar se encuentra bajo el agua. los mejillones (arriba y a los lados) que caen en el lago de salmuera o se ven cubiertos por este, mueren rápidamente. Casi cuatro veces mas salada que el agua marina y careciendo de oxigeno en solución, la salmuera es letal para casi todos los animales.

Por otro lado, los mejillones cercanos al lago se benefician al encontrarse cerca de la fuente de metano, que supersatura la salmuera bajo la presión extrema de tal profundidad marina. Los jóvenes mejillones se aglomeran en el limite interno de la colonia mientras que conchas vacías forman un lecho en la margen externa.

Fisher dice: “En el laboratorio se puede tomar este mejillón, darle metano y ver la concha crecer.“ No obstante, lo que parece simple causa y efecto involucra una simbiosis única. El mejillón no metaboliza el metano; las bacterias en sus branquias se alimentan del gas, y los mejillones consumen a las bacterias, su principal dieta. Con su boca y estomago, un mejillón de filtraciones también se puede alimentar como sus parientes que viven en aguas poco profundas (filtrando partículas de alimento del agua) y pueden tomar alimento extra que puede ser vital de este modo. “Cuando vives sin un simbionte, te encuentras en peligro de una dieta de desperdicios”, dice Fisher.

La comunidad es un buffet en el desierto de las profundidades. Langostas enanas mordisquean a los mejillones, los caracoles comen bacterias de las conchas, y las anguilas se alimentan de todo lo que pueden (a la derecha). Un solitario pez espera algún alimento que pase nadando (a la izquierda).

El Almuerzo de Bacterias

Abriendo su par de conchas, un mejillón de filtración absorbe agua y después la expele (1) dentro de las conchas (que miden unos 13 centímetros. de largo en los adultos) el agua baña los cientos de filamentos de las branquias (2). Las bacterias que encierran células de los filamentos (3) se alimentan del metano acarreado por el constante flujo de agua. “Tal como una planta transforma luz solar y dióxido de carbono en alimento que nosotros podemos consumir, estas bacterias transforman el metano en nutrientes de los pueden vivir los mejillones.” Dice Fisher.

La Geología Pone el Cebo en el Anzuelo

Las fisuras en las rocas del Golfo, de kilómetros de largo, pueden dejar escapar petróleo y algunos gases asociados (1). Las bacterias colectan su alimento del festín químico. Algunas crean un tapete en el fondo marino que atrapa el petróleo y el gas (2). Estas bacterias emiten altas concentraciones de CO2 que eventualmente constituye roca calcárea (caliza), ofreciendo una base firme para la colonización por gusanos tubícolas (3). El frío combinado con la alta presión crea un gas hidratado (gas contenido en un enrejado de cristales de hielo (imagen de abajo)), que a la larga captura abajo tanto el petróleo como el gas. En los sedimentos, otras bacterias transforman los hidrocarburos y el sulfato en acido sulfhídrico.

El agua cargada de gas se filtra hacia una joven colonia de gusanos. Allí las branquias de estos gusanos, en forma de pluma, extraen acido sulfhídrico y oxigeno (4). El gusano bombea ambos gases a través de las branquias, impulsándolos a través de un saco central que alberga bacterias simbióticas que toman estos gases para alimentarse. Conforme la colonia envejece, sus cimientos se solidifican y lentamente bloquean el paso de los gases (5). Eventualmente, un gusano debe buscar el acido sulfhídrico con su extremo en forma de raíz (6).

Un Oasis de Gusanos

Tan amplio como un plantío de arbustos, una colonia de gusanos tubícolas que abarca unos 25 Km. alrededor de la poza de salmuera crece de acuerdo a su apodo: Colina de Arbustos. Los gusanos, teñidos de azul el año anterior, muestran unos dos centímetros de crecimiento (en blanco). Los más grandes, de casi dos metros y medio, tienen más de cien años.

Tales comunidades forman manchas sobre la plataforma continental dondequiera que las larvas, de vida libre, se establezcan sobre una filtración. La mayor puede contener unos 10 millones de gusanos residentes.

MacDonald dice: “son hermosos, parece un jardín japonés.“

Hinchados por la sangre, los tentáculos surgen de la parte superior de cada gusano. La sangre también tiñe las delgadas paredes de los troncos enterrados. El acido sulfhídrico (H2S), letal para la mayoría de las criaturas, puede penetrar por ambos extremos enriquecidos por sangre. Una vez allí, el gas se une con una hemoglobina especialmente adaptada que lo transporta hasta las bacterias simbióticas. Conforme la roca basal se vuelve impenetrable en las comunidades muy antiguas, los gusanos del centro mueren cuando su acceso al acido sulfhídrico se corta.

Como los mejillones de filtraciones, los gusanos tubícolas atraen a los visitantes. Langostas enanas como las que se pueden observar en la foto de arriba, mordisquean los tentáculos y los dejan destrozados.

Pescando en Busca de Resultados

Un pez perro (tiburón) de casi dos metros ronda cerca de una estación de investigación de Bush Hill, la sabana de pastos altos de este mundo en las profundidades submarinas. Como los leones y leopardos, los predadores de lo alto de la cadena alimentaria tal como los tiburones y rayas pueden cazar a los animales mas pequeños cuya alimentación depende de los gusanos tubícolas y sus vecinos, los mejillones de filtración.

Los científicos se preguntan qué tanto se extiende esta cadena alimentaria y que tanto afecta a la salud del Golfo. Fisher comenta: “Hace diez años nosotros no nos hacíamos estas preguntas, por que habríamos asumido que no eran importantes. Ahora sabemos que vale la pena buscar respuestas.”

Articulo tomado de: Mac Donald, R. I. and Charles Fisher. Life Without Light. National Geographic, Vol. 190, No. 4, October 1996. pp. 86 – 97.