Què i com s’estudia a l’Antàrtida

Dimecres, 18 de novembre, al darrer cafè científic de la Casa Orlandai, vam parlar amb Dolors Vaqué, de l’Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) sobre Què i com s’estudia a l’Antàrtida, un dels llocs més remots i inhòspits del món, i, per això mateix, d’entre els més desconeguts.

Per què estudiar els virus?

Les xarxes tròfiques oceàniques meridionals habitualment se centren en el krill, però hem de tenir en compte què menja la gambeta que el conforma. I la resposta és: fitoplàncton.

El fitoplàncton, està format per algues unicel·lulars, la fracció que fotosintetitza, capta CO2, llum i nutrients per a créixer, alhora que excreta matèria orgànica que resta es dissolució i aprofiten els bacteris.

Aquests, per una banda remineralitzen la matèria orgànica que el fitoplàncton empra de nou, i, per altra banda son depredats pels protistes, que passen el carboni bacterià a nivells tròfics superiors (del zooplàncton als peixos). D’una altra banda, els bacteris són lisats pels virus, de manera que la matèria orgànica retorna al medi i pot tornar a ser aprofitada per al creixement bacterià. Tots aquests agents constitueixen la xarxa tròfica microbiana, base de la xarxa tròfica marina.

El fitoplàncton marí correspon a un 1% de la biomassa total dels productors primaris del planeta (els éssers vius autòtrofs capaços de fotosintetitzar); i, tanmateix, són responsables del 50% de la fotosíntesi terrestre. Tota una proesa, molt interessant en la mitigació del canvi climàtic per augment de CO2 atmosfèric. Tot i això cal tenir en compte que els arbres necessiten lignina i altres estructures que no fotosintetitzen per a mantenir-se; mentre que el fitoplàncton, surant en l’aigua, no les necessita.

Dolors estudia els virus marins, que juguen un paper cabdal dins les xarxes tròfiques microbianes marines. La major part són bacteriòfags, ja que l’hoste més abundant al mar són els bacteris marins, encara que també són importants els que infecten i lisen el fitoplàncton. S’estima que, de mitjana, hi ha deu milions de virus per mil·lilitre; un milió de bacteris per mil·lilitre, i milers de microalgues per mil·lilitre d’aigua de mar.

En aquesta darrera expedició estudiaven el paper dels virus i altres components dels microorganismes del fitoplàncton en la generació de núvols. Hi ha evidències que el plàncton microbià marí produeix substàncies precursores d’aerosols que acaben emeses a l’atmosfera. I, en concret, existeix un tipus d’algues unicel·lulars del fitoplàncton que sintetitza una substància, el propionat de dimetilsulfoni (DMSP), que, gràcies a la seva lisi vírica fa que s’alliberi al medi, sigui hidrolitzat pels bacteris a sulfur de dimetil gas (DMS).

Aquestes molècules de gas es van obrint pas fins arribar a l’atmosfera on s’oxiden formant micropartícules sòlides de sofre, que quedaran suspeses en l’aire i podran actuar com a nuclis de condensació, influint en la formació i les propietats òptiques dels núvols; per la qual cosa representen, com a agents climàtics, unes de les principals fonts d’incertesa de les projeccions de canvi climàtic global.

Per què estudiar a l’Antàrtida?

A diferència del que passa als continents, als oceans més allunyats dels mecanismes de formació dels aerosols, promotors dels núvols, són encara força desconeguts. Per això, Dolors ens explica que estudien la formació d’aerosols en diversos punts, no només els de l’Antàrtida, també a d’altres mars del món.

I, per a estudiar els mecanismes i processos pels quals la vida marina regula la formació d’aerosols a l’Oceà Austral, el més allunyat de les influències continentals, en Rafel Simó va presentar el programa Pegaso. El pla era estudiar les regions al voltant del Mar de Weddell (Antàrtida), de les Geòrgia del Sud (subantàrtic), de les Òrcades del sud.(Oceà Austral, a 604 km al NE de l’extrem de la península Antàrtica) i a prop de l’illa d’Anvers. En aquests punts s’havien de prendre mesures simultànies de l’oceà superficial, de l’aire i dels núvols (que finalment no va poder ser, però si de petites gotes de boira). La informació obtinguda podrà ser comparada amb els resultats d’experiments obtinguts de mostres preses en altres indrets.

Expedició a l’Antàrtida

Una expedició a l’Antàrtida comença amb la presentació d’un projecte científic, per a fer una recerca determinada i obtenir finançament, ja sigui a nivell estatal (MINECO), autonòmic (Generalitat de Catalunya) o a la Unió Europea.

En la descripció del projecte es prepara amb precisió el pla de campanya, indicant els punts de recol·lecció de mostres, i se sol·licita utilitzar les instal·lacions d’un vaixell preparat per a la recerca marina. L’expedició serà sempre a l’estiu austral, quan hi ha menys banquisa de gel.

El vaixell espanyol que va a l’Antàrtida és el BIO-Hespèrides (Buque de Investigación Oceanogràfico) de 80m d’eslora, que gestiona la Unitat de Tecnologia Marina del CSIC (com també gestiona la base científica de l’Antàrtida Juan Carlos I, i altres vaixells per a estudis oceanogràfics). De bases científiques espanyoles a l’Antàrtida, n’hi ha dues situades a les Shetland del Sud: la Juan Carlos I, a l’illa Livingstone; i la Gabriel de Castilla, a illa Decepción, que és gestionada per l’excèrcit de terra.

La microbiòloga marina Josefina Castellví, també de l’Institut de Ciències del Mar, va ser la pionera en les bases antàrtides espanyoles, va fundar i ser-ne directora de la base Juan Carlos I, cosa que va permetre que Espanya signés el Tractat Antàrtic.

A la base, durant l’estiu antàrtic, hi viuen unes catorze persones; ara es vol equipar una estructura que pugui aixoplugar unes quaranta persones. Hi ha botànics que estudien líquens, molses; també geòlegs, que estudien la composició del continent, meteoròlegs, sismòlegs… Illa Decepción és un volcà en actiu, que fa no gaire va entrar en erupció. A la gelera de l’illa Livingston encara hi ha restes de les cendres emeses per Decepció.

Els científics (geòlegs, sismòlegs, meteoròlegs) que fan recerca a terra circulen en motos de de neu. Els passatgers van lligats amb cingles, no fos cas que tinguessin la mala sort de caure en una escletxa de la gelera, tot i els conductors ser experts i coneixedors; amb les cingles, podrien ser rescatats.

L’itinerari

Habitualment, els científics embarquen a l’Hespèrides quan el vaixell ja és a Ushuaia. I duen menjar i gasoil, no només per a l’expedició, sinó també per abastar les bases científiques espanyoles de l’Antàrtida, i, òbviament, els seus científics residents. Un cop tot a punt, i quan la predicció meteorològica és bona, se salpa.

Després de navegar per les plàcides aigües del Canal de Beagle, cal travessar l’Estret de Drake, on s’ajunten les aigües de l’Atlàntic i del Pacífic. Als 55ºS (els roaring fifties) cal travessar el Corrent Circumpolar Antàrtic, la característica dominant de l’oceà Antàrtic, i que uneix tots els oceans. Tot plegat fa que el vaixell es bellugui molt.

La travessa, de navegació i abastiment de les bases, fins a començar la feina de mostreig, dura uns cinc dies. En retornar, també es farà la feina de suport, de manera que cal tenir en compte el mateix temps a l’hora de planificar l’expedició. En total, amb la feina científica, l’expedició dura una setmana menys del temps que s’està embarcat. La durada d’una expedició en promig és entre un mes i un mes i mig.

Els criteris de selecció dels punts recollida de mostres tenen en compte els objectius del projecte com també la proximitat i la llunyania del continent, entre altres. Un cop arribats a les Shetland del sud, on hi ha les bases espanyoles; van travessar l’estret de Bransfield, entre aquest arxipèlag i la península Antàrtica, per dirigir-se al Mar de Weddell.

Però com era tapat pel glaç, van haver de dirigir-se cap a les Òrcades del sud. També van haver d’abandonar la idea de mostrejar prop de les Geòrgia del sud, ja que, com anaven en un vaixell militar i hi ha una disputa territorial entre Gran Bretanya i Argentina, es podia haver creat un problema diplomàtic. Per tant, el mostreig es va fer fora del límit permès de les 200 milles estipulades, considerades fora de la seva jurisdicció.

La recol·lecció de mostres

Les mostres d’aigua es prenen a determinades fondàries seleccionades. Per això és llança des de la coberta i fins a uns 200m de fondària, el col·lector de mostres, una roseta carregada de 24 garrafes de 12 l obertes pels dos extrems, que va enganxada a un cable que al seu torn va connectat a un ordinador.

Sota la roseta hi ha un sensor, el CTD, que, a mesura que baixa, va dibuixant a la pantalla el perfil de salinitat /C), el de temperatura (T) i la fondària (D). També hi ha un sensor extra, un fluoròmetre, que dóna la fluorescència de les partícules com a indici de la quantitat de fitoplàncton que hi ha a la columna d’aigua.

Segons els perfils CDT i del fluoròmetre, decideixen les fondàries a què prendran les mostres. I, des de l’ordinador donen l’ordre de tancar dues o més garrafes; i, a vuit fondàries diferents, s’aniran tancant les altres. En el mateix punt de mostreig d’aigua, quan va ser possible, es van recollir gotetes de boira.

Quan la roseta és a bord de nou, cada científic pren una mostra de l’aigua recollida per al seu estudi. Hi ha qui estudia la composició química, l’abundància i diversitats fitoplanctònica, bacteriana i vírica.

Algunes mostres es processen a bord, altres seran fixades i congelades fins que l’Hespèrides retorni a Cartagena i, d’aquí, les mostres arribin a l’ICM. En la travessa de l’Atlàntic, tant direcció sud com de retorn, es fan transectes per prendre mostres de superfície i estudiar també la composició microbiològica.

Les mostres superficials es prenen amb una altra mena d’aparell: una placa de pvc. Quan el mar està en calma i observem la seva superfície com si fos oli, és perquè es produeix una capa d’un mm de gruix on es concentren per efectes físics substàncies químiques i microorganismes. Es pot dir que és la frontera d’interfase entre el mar i l’atmosfera. És el que s’anomena la microcapa. També és cert que, en ser a la superfície, arriben més els raigs ultraviolats B, amb la qual cosa també hi ha més DNA destruït per les radiacions, i que pot fer el paper d’aerosol.

Viure a l’oceà

El gel marí, en ser salat, glaça diferentment de l’aigua dolça (a més baixa temperatura). Quan arriba el fred (tardor-hivern) sobre el mar es formen unes llenties, que s’uneixen fins a formar un mar de gel. En el procés de cristal·lització, escup la sal de manera que es formen canals plens de vida, ja que atrapen bacteris i virus que viuen en el gel i que a l’estiu, en el desglaç, podran retornar al mar.

Dolors ens proposa de fer un experiment a casa: congelar aigua de l’aixeta i aigua de mar. Un cop obtinguts els blocs, afegir-hi colorant alimentari (o de farmàcia innocu). L’aigua dolça serà impermeable al colorant, però l’aigua salada permetrà que el colorant entri per aquests canals.

Però, com viuen els éssers vius aquàtics en un mar a temperatura sota zero? Per exemple, els peixos antàrtics (que prenen la temperatura de l’exterior) tenen unes substàncies intracel·lulars que els fan d’anticongelant impedint que l’aigua cristal·litzi. Quant a les algues que viuen dins dels canals de gel marí, excreten exopolisacàrids que actuen també com anticongelants, per això poden viure dins els canals.

Altres estudis de la genètica bacteriana oceànica

Altres expedicions en què ha participat l’ICM per estudiar la diversitat genètica microbiana és la Campanya Malaspina i el projecte Tara Oceans. Aquests estudis permeten de comparar resultats a nivell global. Per exemple, ara, fa cinc anys, amb la Campanya Malaspina, es van prendre mostres de fins a 4.000m de fondària. El que es va veure és que els bacteris trigaven força a duplicar-se.

Si un bacteri que s’estudia en microbiologia clínica, com Escherichia coli, es divideix un cop cada 20 min, els que viuen en aquestes fondàries poden duplicar-se un cop per setmana. Com a comparació, Dolors ens explica que un geòleg company, li havia explicat que els bacteris que viuen a les pedres poden arribar a tenir un temps de duplicació de cent anys!

Un dels estudis més coneguts potser pel ressò mediàtic és el de la diversitat oceànica dirigit per Craig Venter, de l’empresa Celera Genomics, que vol obtenir patents dels gens identificats per si de cas és possible obtenir algun medicament o cosmètic d’explotar una seqüència de DNA marina. Hi ha, doncs, un gran debat sobre si aquests gens que tenen una aplicació a la indústria s’han o no de patentar.

El reflex del canvi global

Amb el canvi global, espècies d’aigües més fredes i que resisteixen menys els canvis de temperatura desapareixen i apareixen més espècies oportunistes, que prenen el nínxol ecològic. Aquest és un dels riscos. L’altre és el desglaç.

L’Àrtic s’escalfa molt més ràpidament que l’Antàrtida i també està més malmès pels humans. De fet es tracta d’una imatge especular; l’Àrtic és un mar glaçat envoltat de terra, i l’Antàrtida és un continent glaçat envoltat per oceà. El gruix de glaç de l’Àrtic es va fonent, en els darrers cinc anys, la banquisa s’ha reduït a un terç. Sobre l’Antàrtida hi ha un gruix de gel que arriba als 3.000 m d’altitud.

Les prediccions sobre el canvi climàtic són molt dolentes. Els indicadors que fa vint anys s’esperava que fossin pel 2050, ara s’han corregit fins al 2030. Són dades especialment greus per l’Àrtic, que no està protegit per un tractat internacional. Se l’apropien els països que l’envolten: Canadà, Alaska (Estats Units), Rússia, Finlàndia, Suècia, Dinamarca i Noruega.

La vida a l’Hespèrides

A l’Hespèrides hi viatgen uns 30 científics, tots adscrits al mateix projecte, i entre 60 i 70 militars. Cal tenir en compte que l’Hespèrides és un vaixell de l’Armada Espanyola, de l’exèrcit, tot i que va ser construït per a ser un vaixell de recerca, amb laboratoris i material de suport, el gestiona el Ministerio de Defensa.

Els militars s’ocupen del vaixell, el combustible i de facilitar la mà d’obra per a dur a terme les tasques dures de coberta (manipulació d’aparells pesants, grues, zòdiacs…) que donen suport a la recerca. Si no fos així, seria inviable un projecte de recerca d’aquestes característiques, atès que només el manteniment del vaixell costa 15.000€ diaris.

El règim que impera al vaixell és molt estricte, tant en els horaris com en les formes d’expressió i transmissió d’informació. Conviure entre militars ha calgut una aproximació entre les dues formes de vida: la dels científics i la dels militars. Segons Dolors, de la primera expedició, al 1994, fins a la darrera, durant les set expedicions que ha anat a l’Antàrtida i més de deu arreu dels oceans, la integració i la comprensió entre els dos grups ha millorat molt.

L’horari és de llevar-se aviat (entre les 6:30 i les 7h), es va al laboratori on hi ha el comandament de la roseta i el CTD i, d’acord amb els militars es llança la roseta a l’aigua per a prendre les primeres mostres de dia; cosa que triga una hora, ja que ha de baixar fins a 200 metres i tornar a pujar prenent les mostres a diferents fondàries. Tots els científics surten preparats amb els seus tubs i ampolles per a prendre les mostres.

Entremig, entre les 7:30 i les 8:30h s’esmorza, amb suc de taronja, no s’ha d’oblidar allò de l’escorbut. Després es processen les mostres, fins a mig matí, que es tornen a prendre mostres per immersió de la roseta; i, embarcats amb la zòdiac es prenen les mostres de la microcapa amb la placa de pvc. A mig matí, cap a les onze, es pren el “bocadillo”, que ajuda a resistir fins a les 13h, quan és l’hora de dinar.

A la tarda el vaixell navega fins al següent punt de mostreig; mentre al laboratori les mostres es filtren, es processen, es fixen, es congelen… el que cal en cada cas. A les 20h se sopa, i desprès hi ha una trobada entre els científics per a valorar com ha estat el dia. El cap de campanya exposa el pla de l’endemà. Després es xerra, es canta, o es torna al laboratori si no s’ha acabat la feina… fins l’hora d’anar a dormir.

Dins el vaixell no fa fred, està ben acomodat; fins i tot hi ha qui va en màniga curta en alguns llocs. Ara, en sortir, si s’ha de baixar amb la zòdiac per treballar o visitar alguna base cal posar-se el vestit de supervivència, especialment pensat per si algú cau a l’aigua. En condicions normals, una persona sobreviuria dos minuts a l’aigua de l’Oceà Antàrtic, on la temperatura oscil·la entre els -1,8ºC i els 2ºC.

Amb el vestit que s’infla i té una mena de boia per mantenir la flotabilitat i ser albirat, es pot suportar molt més temps. L’inconvenient és que els trajos, peücs inclosos, són tots de la mateixa mesura, és a dir, grans. I pujar i baixar per les escales de gat del vaixell a la zòdiac es fa complicat.

Dolors explica que la temperatura ambient no van baixar dels -5ºC; i, afegeix que, a la península Antàrtica li diuen l’Antàrtida tropical. Pensa que cada temporada que hi va, fa menys fred.

L’experiència

En total, des que comença a pensar-se i, sobre tot, presentar-se el projecte a ser subvencionat i comença el viatge, passa un any i mig. Després del viatge, els resultats i les conclusions, i es publica a una revista científica, poden trigar des d’un any més fins a sis anys, com en el cas de la Campanya Malaspina.

Les revistes més comunes són, a banda de Nature i Science, International Symposium of Microbiology Journal (ISME Journal) Limnology and Oceanography; Polar Biology; Environmental Microbiology, Aquatic Microbial Ecology

Hi ha molts documentals, molts documents sobre l’Antàrtida; però, viure-ho, no té color. L’aire, la olor a amoníac de les pingüineres, el silenci d’un paisatge en què no se senten les fulles dels arbres, ni el cric-cric dels insectes… no es pot explicar.

Es veuen ocells marins, pingüins, petrells, skuas, coloms; mamífers: orques, balenes, llops marins, foques… De vegades les balenes se’ls han trobat de cara i, delicadament, s’han submergit sota la seva zòdiac.

Dolors és biòloga, i el fet de treballar a l’ICM la va dur a estudiar biologia marina. I, així va anar derivant fins a estudiar els virus marins. Si recorda que va quedar fascinada quan veia les gràfiques que Marta Estrada podia fer amb les dades recollides de les mostres marines. Li va impressionar que els microorganismes i els elements químics es distribuïssin tan ordenadament en allò que, en principi, semblava només aigua.

Més informació

Seguiment de la campanya Pegaso. ICM DivulgaEntrevista a Dolors Vaqué (10/10/2011)

Els records glaçats, sobre Josefina Castellví d’Albert Solé (Sense ficció, TV3)

Més cafès científics

Cafè científic: Com estudiem el clima del passat? Isaac Casanovas (24/09/2012)

II cafè científic: Viatge a l’Antàrtida. Josep Maria Gili (18/02/2009)

Els primers habitants de la Terra Carles Pedrós-Alió (21/03/2014)

Imatges: ICM-Divulga