Ciencias Mediambientales

Un equipo internacional liderado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas viaja este domingo, 6 de febrero, a las Islas Galápagos para estudiar el impacto de las especies invasoras en las plantas amenazadas. La expedición, que se organiza este año por segunda vez, se adentrará durante dos semanas en las islas más remotas y deshabitadas del archipiélago ecuatoriano.

“La introducción de especies exóticas por parte de los humanos está causando grandes modificaciones en todos los ecosistemas del planeta. En el caso de las especies que actúan como invasoras, aquellas que tienen mayor capacidad de ocupar un espacio y monopolizar los recursos de las nativas, el problema se traduce en pérdida de biodiversidad y grandes costes económicos para la sociedad”, explica la investigadora del CSIC Anna Traveset, del Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados.

El impacto de las especies invasoras se ha convertido en una de las áreas prioritarias de investigación de los programas internacionales de cambio global. “Desgraciadamente, la tendencia del problema es a aumentar en lugar de a mitigarse, ya que se combina con otros procesos de cambio global”, continúa Traveset.

El principal objetivo de la expedición es evaluar cómo influye en las redes de polinización y dispersión de semillas la introducción de plantas entomófilas, que dispersan su polen mediante  insectos, y  endozoócoras, que diseminan sus semillas a través de la ingestión de frutos por animales.  “Durante tres años realizaremos un seguimiento de estos procesos para ver cómo estas especies exóticas e invasoras se integran en las redes de interacción nativas y mediante qué mecanismos están a su vez impactando sobre la comunidad. Además se evaluará el riesgo que suponen para determinadas especies vegetales endémicas de Galápagos y en peligro de extinción”, añade la investigadora del CSIC.

Los investigadores creen que los resultados de esta campaña serán diferentes a los de la edición de 2010, especialmente respecto a la composición y abundancia de especies vegetales en flor. “Este 2011 se está dando el fenómeno atmosférico de La Niña, con abundantes lluvias y cambios en la cantidad de plantas en flor, por lo que es posible que se registren importantes cambios en las interacciones”, apunta Traveset.

El delicado equilibrio de las islas

Los ecosistemas insulares, y especialmente las islas oceánicas, son muy  vulnerables a la introducción de especies exóticas. El aislamiento que  ejerce el mar ha provocado que exista una mayor cantidad de especies propias y exclusivas de la región, aunque también una menor diversidad.

“Las especies exóticas representan alrededor de un 50% de la flora de muchas islas como Hawái, Mauricio, Nueva Zelanda, o Bermudas. En Galápagos las últimas estimaciones de flora exótica han contabilizado más de 900 especies, lo que supone más del 65% de la flora vascular. Esta cifra coloca a este archipiélago en la cabeza de la lista en cuanto a invasiones vegetales”, comenta la investigadora.

Según indica Traveset, la introducción de especies ajenas puede acabar con algunos mutualismos entre plantas y animales que han evolucionado en esas islas durante millones de años, lo que en última instancia puede llevar a extinciones locales o, incluso, totales y afectar al funcionamiento del ecosistema.

Nueva etapa del proyecto

El viaje se enmarca en un proyecto iniciado en 2009. Desde entonces existe una intensa labor científica en las islas de Santa Cruz y de San Cristóbal, en el archipiélago de las Galápagos. En febrero de 2010, el mismo equipo que este domingo partirá rumbo a Ecuador recorrió, a bordo del Queen Mabel, las islas de Fernandina, Pinta y Santiago durante un total de 10 días. Durante ese tiempo los investigadores recopilaron una gran cantidad de datos, que se encuentran actualmente en fase de análisis.  Este año irán a bordo de otro barco más grande, el King of the Sea, y esperan tener una expedición igual o más fructífera que la de 2010.

Los centros de investigación del CSIC implicados en el proyecto son el del Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (centro mixto del CSIC y la Universidad de las Islas Baleares), el Real Jardín Botánico y el Instituto de Productos Naturales y Agrobiología. En la expedición también participan investigadores de Dinamarca, Estados Unidos y Ecuador.

La continuidad de la existencia de los organismos vivos depende de que sus células se dividan. Este proceso, básico para el crecimiento y el desarrollo de cualquier especie, depende a su vez de la replicación del material genético que debe transmitirse a cada nueva célula. Una investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) acaba de descubrir las partes del ADN donde tiene lugar el inicio de la replicación genética en la Arabidopsis thaliana. Según el artículo, publicado ayer en la revista Nature Structural & Molecular Biology, esta especie de planta presenta unos 1.500 orígenes de replicación.

Para realizar este descubrimiento, se han utilizado células en cultivo y se han identificado las regiones del ADN asociadas a las proteínas de iniciación de la replicación. Los análisis también han revelado que estas áreas tienden a ser “más accesibles  en el genoma”, explica el responsable de la investigación, el científico del CSIC del Centro de Biología Molecular (centro mixto de la Universidad Autónoma de Madrid), Crisanto Gutiérrez. Según el experto, “también, se ha comprobado que la localización de los orígenes de replicación se asocia al código epigenético, es decir, a determinadas modificaciones químicas del ADN y las histonas” (proteínas asociadas al genoma).

Para que todo el contenido genético de una célula pueda duplicarse mientras tiene lugar el proceso de división celular, es necesario que la replicación se inicie de forma coordinada en diferentes zonas del genoma. Este hallazgo supone el primer mapa completo de un organismo vegetal, puesto que “hasta el momento sólo se conocía el de la mosca Drosophila melanogaster”, aclara Gutiérrez. Ambas especies son modelos experimentales en plantas y animales, respectivamente, debido al reducido tamaño de sus genomas, que es de unas 120 megabases. De igual modo, el ADN de la drosophila también contiene unos 1.500 lugares de inicio de la replicación genética. En el caso de los humanos, cuyo ADN es más de 20 veces más extenso que el de estas dos especies, hasta el momento la localización de estas zonas sólo ha alcanzado el 1% de su genoma.

“Este descubrimiento es sólo el principio”, afirma Gutiérrez, puesto que una vez localizados los orígenes de replicación será necesario averiguar “cuál es la relevancia funcional de sus modificaciones epigenéticas asociadas”. Asimismo, el hallazgo se ha realizado en una célula de cultivo, por lo que el siguiente objetivo es “localizar las zonas de inicio de la replicación genética en células de una planta en desarrollo”, añade Gutiérrez. No obstante, cada tipo de célula de un organismo es diferente, por lo que cada una requerirá un análisis diferente.

“Muchos procesos funcionales como el crecimiento o la reproducción de un organismo dependen de la replicación de su ADN”, asegura el investigador del CSIC. Cuando la replicación del genoma de una célula no concluye de forma correcta se desarrolla un nuevo ADN con alteraciones en el material genético que en el caso de los humanos pueden producir afecciones como el cáncer. “Por ello es tan importante conocer con la máxima precisión cómo funciona este proceso”, concluye Gutiérrez.

La investigación del CSIC se ha llevado a cabo durante unos cinco años y ha contado con la participación de investigadores del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC y de las universidades de California en Los Ángeles y de Georgia (EEUU).

Celina Costas, María de la Paz Sanchez, Hume Stroud, Yanchun Yu, Juan Carlos Oliveros, Suhua Feng, Alberto Benguria, Irene López-Vidriero, Xiaoyu Zhang, Roberto Solano, Steven E Jacobsen y Crisanto Gutiérrez.Genome-wide mapping of Arabidopsis thaliana origins of DNA replication and their associated epigenetic marks. Nature Structural & Molecular Biology. DOI:10.1038/nsmb.1988

Un equipo internacional de investigadores liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) viaja mañana, 8 de febrero, a la Antártida para analizar los cambios en la plataforma continental tras el colapso de más de 10.000 km2 de hielo en los últimos 15 años. La expedición, bautizada como ANT-XXVII/3, estudiará el fondo marino de las bahías Larsen, en la costa oriental de la península Antártica, cuatros años después de su último viaje al continente helado.

“En la campaña anterior, en febrero de 2007, pudimos observar un inicio de recuperación sorprendente de los fondos marinos que habían sido afectados por las masas de hielo de las plataformas Larsen A y B, en el sector occidental del Mar de Weddell. Estas regiones se habían mantenido bajo una placa de hielo durante al menos los últimos 1.000 años. Si esta capacidad de recuperación se confirma, será necesario replantear uno de los grandes paradigmas del océano Antártico: la lentitud en los procesos de recolonización en las plataformas continentales”, explica el investigador del CSIC Josep Maria Gili, del Instituto de Ciencias del Mar.

La investigación, que se desarrollará durante los próximos 70 días de verano austral a bordo del rompehielos alemán Polarstern, se enmarca dentro del Proyecto CLIMANT, un trabajo internacional financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, que estudia los efectos del cambio climático en el continente helado.

El equipo, liderado por el investigador del CSIC Enrique Isla, y compuesto por 40 científicos de 9 países se centrará en el estudio de la columna de agua, el sedimento del fondo del mar y la fauna que habita sobre él para conocer las repercusiones de cambio climático sobre un ecosistema polar que había sido relativamente estable durante el último milenio.

Las primeras imágenes de estos fondos marinos, conseguidas con un vehículo submarino ROV (Remote Operated Vehicle), controlado desde el barco y equipado con cámaras de fotografía y vídeo, mostraron durante la campaña de 2007 que el fondo del mar en esta plataforma continental es mucho más rico y diverso en animales bentónicos de lo que los investigadores pensaban.

“Las imágenes, las muestras de agua, los animales y los sedimentos que se esperan obtener en la actual expedición proporcionarán importantes resultados. Podremos ver cómo el cambio climático está modificando ecosistemas especialmente sensibles y cómo las plataformas continentales antárticas han podido cambiar a través de los pulsos glaciares ocurridos durante al menos los últimos 100.000 años”, concluye el investigador del CSIC.

El equipo español de la expedición está formado por investigadores del Instituto de Ciencias del Mar de Barcelona y el Centro de Estudios Avanzados de Blanes, ambos del CSIC, así como de la Universidad Autónoma de Barcelona.

Los científicos del proyecto Malaspina zarpan el viernes, 11 de febrero, de Ciudad del Cabo (Sudáfrica) rumbo a Perth (Australia) para dar inicio a la primera expedición oceanográfica española en el océano Índico. A bordo del buque Hespérides, los investigadores emprenderán la cuarta de las ocho etapas de la expedición Malaspina, liderada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), para estudiar la biodiversidad del océano profundo y el impacto del cambio global en una de las regiones menos muestreadas del planeta.

“Vamos, probablemente, a duplicar el número de datos en todos los campos de estudio, porque es una de las zonas menos estudiadas del planeta”, explica el investigador del CSIC Jordi Dachs, jefe científico de esta campaña en el Índico. En concreto, los investigadores esperan obtener información que ayude a descifrar las claves del actual estado de esta región que, al estar tan alejada de los continentes, es además la que menos impacto humano recibe. “Obtendremos datos nunca antes medidos, especialmente en contaminantes, una variable de la que no existe apenas información en esta región”, agrega el investigador.

Completada la segunda etapa de la expedición

El pasado 6 de febrero, el Hespérides, perteneciente a la Armada Española, llegó a Ciudad del Cabo completando la segunda travesía de la expedición, liderada por el investigador del CSIC Carlos Duarte y en la que participan más de 400 científicos de todo el mundo repartidos en 27 grupos de investigación. El 13 de enero el buque culminó en Río de Janeiro la primera fase del proyecto, iniciado el 15 de diciembre con la salida oficial de Cádiz.

Durante las tres semanas que ha durado la navegación desde Río de Janeiro a Ciudad del Cabo, los científicos han realizado una prospección del ecosistema del océano hasta 4.000 metros de profundidad con redes, botellas de muestreo y sondas en 18 puntos. Además, han medido la concentración de dióxido de carbono en el mar.

Según el investigador del CSIC Pep Gasol, jefe científico de esta segunda etapa, los científicos han recogido más de 2.000 muestras de agua para su posterior análisis y más de 400 muestras de zooplancton marino desde los 4.000 metros de profundidad hasta los 10 primeros centímetros desde la superficie.

Además, han analizado más de 2.000 muestras para estudiar la actividad de las comunidades microbianas que viven en el océano, así como más de 6.000 muestras de la abundancia, la composición y la actividad de organismos fotosintéticos marinos.

Entre las muestras recogidas, han conseguido reunir cuatro procedentes del océano profundo. “Hemos obtenido muestras del océano profundo concentradas, después de ultrafiltrar más de 200 litros de agua de mar en cada ocasión. Son, probablemente, las muestras más profundas tratadas de esta manera hasta la actualidad”, señala Gasol.

Hitos tecnológicos

Los investigadores han lanzado cuatro boyas ARGO y dos boyas SMOS para mejorar los datos globales de observación del océano. Las ARGO son capaces de medir la temperatura y la salinidad del océano desde la superficie hasta una profundidad de 2.000 metros. Las boyas SMOS, que servirán para completar los datos tomados por el satélite de la Agencia Espacial Europea del mismo nombre, han sido diseñadas para medir la salinidad a 50 centímetros de la superficie. Ambas tecnologías transmiten por satélite la información que recogen y seguirán haciéndolo durante al menos tres años.

Gracias a un patín, un aparato que obtiene muestras de la capa más superficial del océano, los investigadores han comprobado la presencia de grandes cantidades de fragmentos minúsculos de plástico, “incluso –detalla Pep- en el giro del Atlántico Sur, una zona muy alejada de los continentes y donde la actividad industrial humana es casi inexistente”. Los científicos temen que estos plásticos puedan llegar a interferir en la dinámica de las comunidades naturales marinas en esta zona.

Durante esta segunda etapa, la expedición Malaspina ha obtenido imágenes inéditas de las profundidades marinas. Gracias a una cámara digital, fabricada por científicos de la Universidad de Oviedo, que soporta 500 atmósferas de presión, se han fotografiado las pequeñas partículas de materia orgánica que forman la llamada nieve marina. Las imágenes ayudarán en el futuro a analizar la interacción de estas partículas, que caen al fondo marino de forma similar a la nieve, con los organismos del océano profundo.

La expedición Malaspina es un proyecto Consolider-Ingenio 2010 del Ministerio de Ciencia e Innovación. Durante nueve meses, recorrerán 33.000 millas a bordo de los buques Hespérides y Sarmiento de Gamboa, del CSIC. Durante este tiempo, los científicos recogerán 70.000 muestras de aire, agua y plancton desde la superficie hasta una profundidad de 5.000 metros.

Los expertos calculan que actualmente sólo se conoce entre el 1% y el 5% de las especies bacterianas del planeta, y su forma de relacionarse entre ellas y con el medio ambiente también es una incógnita. Una investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), publicada en la revista Microbial Ecology, revela que los ambientes lacustres albergan hasta un 20% más de riqueza microbiana endémica en sus estratos inferiores carentes de oxígeno.

Los lagos suelen estructurarse en dos capas: la superior, donde el contacto con la atmósfera crea un hábitat aireado (epilimnion); y la inferior, cuyo aislamiento genera un ambiente anóxico y sulfuroso (hipolimnion). Para comprobar las diferencias entre las comunidades de bacterias que residen en cada uno de estos ambientes, el equipo del CSIC ha analizado el contenido de ambas zonas en 12 lagos del mundo, cinco de ellos en España. Según sus resultados, aproximadamente el 60% de la diversidad microbiana de los lagos se concentra en el hipolimnion, frente al otro 40% que permanece en el epilimnion.

Para explicar este fenómeno, el artículo señala dos hipótesis: la existencia de barreras que impiden o ralentizan la dispersión de las especies anaerobias y favorecen la especiación, y una mayor variedad de ambientes en el fondo de los lagos que soporta una mayor diversidad de especies.

La diferencia en el contenido de oxígeno es la razón más palpable, ya que las especies cuyo metabolismo se basa en compuestos sulfurosos no pueden sobrevivir en la superficie, por lo que quedan confiadas en el fondo de la masa de agua. Los análisis no detectaron ninguna de las especies del hipolimnion en las capas superiores, pero sí al contrario, lo que puede ser consecuencia de un proceso de migración pasiva según el cual las bacterias de la superficie llegan al fondo por decantación.

Los fondos lacustres se convierten en hábitats aislados donde los mecanismos evolutivos superan a los de dispersión, que homogenizan la distribución de especies microbianas en el planeta. “Estos ambientes son fósiles vivientes de la situación inicial de la vida en la Tierra, cuando aparecieron las primeras bacterias en ambientes sulfurosos y anóxicos hace unos 3.500 millones de años”, explica el director de la investigación, el científico del CSIC en el Centro de Estudios Avanzados de Blanes, Emilio Casamayor.

Bajo estas condiciones, las bacterias habrían evolucionado a lo largo de la historia, aisladas de los factores externos y el oxígeno, lo que explicaría que las aguas profundas alberguen una mayor diversidad que las superficiales.

Endemismos bacterianos

Los análisis también han detectado más diversidad entre las diferentes comunidades del fondo que entre las de la superficie. Según el artículo, la causa de este fenómeno también puede deberse a que las condiciones físico-químicas del epilimnion tienen un rango de variación más limitado y dependiente del ambiente externo. Además, las especies de esta zona podrían dispersarse a través del agua, el aire y de otros organismos superiores. Por el contrario, a parte del aislamiento físico, cada hipolimnion presenta unas condiciones particulares de variables como la salinidad, la temperatura y el pH, por lo que en cada uno la vida se desarrolla de forma diferente. Los fondos lacustres “presentan endemismos bacterianos”, cuyas especies sólo existen en un ambiente concreto, añade Casamayor.

“Los microorganismos son los seres vivos que soportan el sistema ecológico de una comunidad”, explica el investigador del CSIC. Las bacterias son el motor de la vida y son “tan susceptibles de ser protegidas como los animales y las plantas”, agrega. Por ello, el autor considera que es importante poner de relieve estos puntos calientes de diversidad bacteriana, ya que las actuales políticas de protección de hábitats no las tienen en cuenta. “Sin bacterias, el sistema ecológico se para”, concluye Casamayor.

• Albert Barberán, Emilio O. Casamayor. Euxinic freshwater hypolimnia promote bacterial endemicity in continental areas. Microbial Ecology. DOI: 10.1007/s00248-010-9775-6