Los microbios congelados del Ártico se están despertando

En agosto de 2019, Islandia celebró un funeral por el glaciar Okjökull, el primer glaciar islandés perdido por el cambio climático. La comunidad conmemoró el hecho con una placa en reconocimiento a este cambio irreversible y los graves impactos que representa. A nivel mundial, las tasas de derretimiento de los glaciares casi se han duplicado en los últimos cinco años, con una pérdida promedio de 832 mmw.e. (milímetros de agua equivalente) en 2015, aumentando a 1.243 mmw.e. en 2020 (WGMS). Esta alta tasa de pérdida disminuye las reservas glaciales de agua dulce y cambia la estructura del ecosistema circundante.

En los últimos 10 años, el calentamiento en el Ártico ha superado las proyecciones con tanta rapidez que los científicos ahora sugieren que los polos se están calentando cuatro veces más rápido que el resto del mundo. Esto ha llevado al derretimiento de los glaciares y niveles de descongelamiento del permafrost que no se pronosticaron hasta 2050 o más tarde. En Siberia y el norte de Canadá, este abrupto deshielo ha creado accidentes geográficos hundidos, conocidos como termokarst, donde el permafrost más antiguo y profundo está expuesto al aire cálido por primera vez en cientos o incluso miles de años.

A medida que el clima global continúa calentándose, quedan muchas preguntas sobre el entorno periglacial. Entre ellos: a medida que aumenta la infiltración de agua, ¿se descongelará más rápidamente el permafrost? Y, si es así, ¿qué organismos congelados durante mucho tiempo podrían «despertar»?

El permafrost cubre el 24 por ciento de la superficie terrestre de la Tierra y los componentes del suelo varían según la geología local. Las tierras árticas ofrecen una biodiversidad microbiana inexplorada y retroalimentaciones microbianas, incluida la liberación de carbono a la atmósfera. En algunos lugares, se entierra el carbono de cientos de millones de años. Las capas aún pueden contener antiguos microbios congelados, megafauna del Pleistoceno e incluso víctimas de viruela enterradas. A medida que el permafrost se descongela cada vez con mayor rapidez, el desafío emergente de los científicos es descubrir e identificar los microbios, las bacterias y los virus que pueden estar moviéndose.

Algunos de estos microbios son conocidos por los científicos. Las arqueas metanogénicas, por ejemplo, metabolizan el carbono del suelo para liberar metano, un potente gas de efecto invernadero. Otros microbios del permafrost (metanótrofos) consumen metano. El equilibrio entre estos microbios juega un papel fundamental en la determinación del calentamiento climático futuro.

Otros son conocidos pero tienen un comportamiento impredecible después del lanzamiento. La nueva evidencia de genes que se mueven entre ecosistemas en descongelación indica una reestructuración en múltiples niveles. En el Océano Ártico, planctónico cloroflexi bacterias adquirieron recientemente genes utilizados para degradar el carbono de la tierra Actinobacteria especies. A medida que los ríos árticos hinchados por el derretimiento transportaban sedimentos del permafrost descongelado al mar, también se transportaban los genes para procesar el carbono del permafrost.

El deshielo del permafrost en Siberia provocó un brote de ántrax en 2016 y la muerte de 200 000 renos y un niño.* Pero las resistentes esporas de Bacillus Anthracis puede representar una excepción al brutal ciclo de congelación y descongelación que degrada patógenos bacterianos y virales más delicados. Sus características adaptables les han permitido permanecer congelados y viables durante siglos de inactividad.

Los organismos que coevolucionaron dentro de ecosistemas ahora extintos desde el Cenozoico hasta el Pleistoceno también pueden emerger e interactuar con nuestro entorno moderno de formas completamente nuevas. Un ejemplo potencial, el emergente Ortopoxvirus La especie Alaskapox, que causa lesiones en la piel, ha aparecido y desaparecido en Alaska dos veces en los últimos cinco años. Es posible que el virus se haya transmitido a través del contacto animal-humano, pero el origen de este nuevo virus sigue siendo desconocido.

Los microbiomas del Ártico contienen microbios resistentes y tenaces adaptados al frío. Algunas especies sobreviven como psicrófilos, un tipo de especie especialista altamente adaptada a la exposición prolongada a condiciones bajo cero. Estas especies pueden desaparecer con el calentamiento. Otros sobreviven siendo altamente adaptables, habitando muchos y variados nichos. Comprender más sobre la ecología y la diversidad genómica de estos generalistas ofrece una ventana al microbioma del Nuevo Ártico. Estos microbios generalistas que se adaptan a diversas condiciones son los posibles ganadores, ya que perdemos la criosfera.

Y luego están los microbios que son completamente desconocidos para los científicos, lo que puede representar una nueva amenaza.

Está claro que cuanto más cálido hagamos el Ártico, más extraño se volverá, ya que las temperaturas en la superficie se vuelven más extremas y el deshielo se profundiza. Con la coalescencia de los microbios despertando de las condiciones profundas y superficiales sin precedentes en la historia humana, es un desafío evaluar los riesgos con precisión sin conjuntos de datos microbianos mejorados del Ártico. Deberíamos prestar atención tanto a las incógnitas conocidas, como las bacterias resistentes a los antibióticos, e incógnitas desconocidas, incluidos los riesgos potenciales de la resurrección de genomas virales antiguos y mal descritos del hielo del Ártico por biólogos sintéticos.

Por todas estas razones, debemos elaborar pautas para futuras investigaciones en el Ártico. A medida que aumentan los viajes a través de la región, también aumenta la probabilidad de exportación e importación de patógenos. Las pautas de protección planetaria que siguen las agencias espaciales para prevenir la contaminación interplanetaria pueden proporcionar un marco sobre cómo la investigación microbiana puede continuar de manera segura. Se deben implementar medidas de biovigilancia para proteger a las comunidades en el Ártico y más allá. A medida que el Ártico continúa transformándose, una cosa está clara: a medida que el cambio climático calienta este depósito microbiano durante el siglo XXI, aún no se ha dicho la gama completa de consecuencias.

*Nota del editor (23/11/20): esta oración se editó después de la publicación para corregir el momento del brote de ántrax; ocurrió en 2016, no en 2018.

Financiamiento proporcionado por Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, bajo un contrato con NASA (80NM0018D0004), UK NERC (NE/S1001034/1) y Research Council of Norway BIOICE. © 2020. Instituto de Tecnología de California. Se reconoce el patrocinio del gobierno.

Los puntos de vista y las opiniones expresadas en este artículo pertenecen a los autores y no reflejan necesariamente la política o posición de ninguna otra agencia o institución.