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Diversidad de algas antárticas: ¿qué esconden las gélidas aguas del continente blanco?

Diversidad de algas antárticas: ¿qué esconden las gélidas aguas del continente blanco?

Por Hélène Dubrasquet

Las algas se encuentran dentro de los organismos más antiguos del mundo, y están presentes en todos los océanos del planeta. Tienen un rol ecológico muy importante: por un lado, gracias a la fotosíntesis producen gran parte del oxígeno que respiramos; además, sostienen la cadena alimenticia siendo el «alimento base» de todo el ecosistema marino; y los bosques de algas ofrecen condiciones ideales para que vivan una multitud de organismos. Estos bosques submarinos están conformados por algas gigantes (o kelps) que se agarran al fondo marino con fuertes discos de adhesión (grampones), pudiendo albergar más de 300 especies desde su base hasta la superficie de sus fronda1.

En la región de Magallanes encontramos los bosques de kelps más grandes del mundo, conocidos como “huiros” para la gente de mar o Macrocystis pyrifera para los científicos. Según el naturalista Charles Darwin, quien navegó las aguas patagónicas durante el siglo XIX, el rol ecológico de los huiros es tan importante como el de los bosques tropicales del Amazona. Sin embargo, el paisaje submarino es un poco distinto al otro lado del paso Drake2, en las aguas que rodean Antártica…

Algunos organismos que viven asociados a los bosques de kelps (Macrocystis pyrifera) en el Estrecho de Magallanes, como actinias, esponjas y caracoles © http://especieschilenas.blogspot.com

Las aguas del continente blanco son heladas, agitadas por vientos extremadamente fuertes, reciben poca la luz solar y solo durante la mitad del año, y están permanentemente encerradas en la prisión del hielo marino. Este hielo marino limita el crecimiento de las algas por medio de dos mecanismos: 1) en la superficie bloquea la penetración de los rayos solares hacia la columna de agua, impidiendo que las algas realicen fotosíntesis; 2) el hielo marino actúa como una terrible retroexcavadora en el fondo del mar, eliminando paso a paso los organismos bentónicos3,entre ellos las algas. Así, resulta muy difícil la instalación sostenible de los bosques de algas por el constante crecimiento/retroceso del hielo marino.

En vez de bosques de algas, bajo la superficie del mar antártico se encuentra una gigante «alfombra» de algas, asociada a otras especies más sensibles a la luz que viven escondidas debajo de la sombra de sus vecinas. La morfología reptante y blanda y/o crustosa4de estas especies que crecen en profundidad, les permite escapar de la acción del hielo. El paisaje submarino antárctico, si bien a primera vista parece desértico, revela una sorprendente diversidad de organismos asociados a estas praderas submarinas.

Fondo marino antárctico, © National Geographic (izquierda), © INACH (derecha)

Antártica, lugar aislado y con una diversidad de especies única

Si comparamos con otras regiones marinas, la Antártica ha sido históricamente caracterizada como un sitio con «baja diversidad» es decir, con un bajo número de especies diferentes. La diversidad de algas marinas antárticas cuenta con alrededor de 150 especies descritas al día de hoy5, lo que representa solo una décima parte de lo que se puede encontrar en Australia6.Sin embargo, a su vez Antártica se conoce por su alto porcentaje de endemismo: casi el 35% de las especies se encuentra exclusivamente en las aguas que rodean el continente blanco7. Las algas pardas que forman «alfombras» submarinas, y las algas rojas que son las más antiguas en termino evolutivo, demuestran el mayor porcentaje de endemismo (44% y 36% respectivamente). Mientras que las algas verdes, de las cuales surgieron las plantas terrestres, muestran un 18% de endemismo8.

El alto porcentaje de endemismo de las especies de algas antárticas, asociado a una baja diversidad, se explica primero por la historia geológica del continente: hace unos 30.000 años atrás, el continente Gondwana9empezó a fragmentarse, dejando separadas geográficamente a las especies. En esta instancia, una verdadera barrera de agua, la corriente circumpolar antárctica (ACC), empezó a circular y aislar a los individuos que habían quedado atrapados en la Antártica. Este aislamiento impidió el intercambio con otros continentes y las especies antárticas evolucionaron de manera propia, volviéndose únicas o endémicas. En segundo lugar, el continente Antártico ha sufrido a lo largo de su historia una alternancia entre épocas de crecimiento de hielo marino (periodo glaciar), generando mortalidad masiva en poblaciones10terrestres y marinas, y épocas de derretimiento de hielo marino (periodo interglaciar), donde las áreas nuevamente accesibles podían ser colonizadas por los organismos. Como las algas no se pueden mover fácilmente para escapar o colonizar nuevos espacios porque viven pegadas al fondo marino, estuvieron dentro de los primeros organismos afectados y sus poblaciones se redujeron drásticamente, incluso algunas se extinguieron.

Esquema de Antártica y la Corriente Circumpolar © Conicet

¿Qué esconden las algas antárticas?

A primera vista, las especies de algas que viven en la Antártica son fácilmente identificables porque existen pocas y son muy comunes a lo largo de las costas. Además, han sido muy estudiadas por los científicos desde un punto de vista fisiológico para entender sus adaptaciones al ambiente antártico. Sin embargo, poco se sabe sobre la taxonomía11de las algas antárcticas hoy en día, ya que las descripciones de las especies fueron realizadas mucho tiempo atrás cuando se exploró por primera vez el continente blanco. Por lo tanto, una actualización del conocimiento es necesaria para entender cuáles son las especies que siguen estando presentes en la Antártica, cuales son nuevas y cómo se comportan.

En las últimas décadas, el estudio de las algas antárcticas ha sido respaldado con el uso de herramientas moleculares12, o estudio del ADN. El análisis de fragmentos cortos del ADN de cada especie, llamados secuencias genéticas, ha permitido entender la historia evolutiva de los organismos en el continente blanco. Por ejemplo, estudios científicos revelaron que el último periodo glaciar que vivió la Tierra, y que terminó hace unos 18.000 años atrás, había marcado profundamente a las especies más comunes de algas rojas de la zona de la Península Antárctica, dejando una huella visible en su ADN13.En este estudio, cada especie muestra el mismo código genético repetido varias veces, en toda la zona de estudio. ¡Estos códigos casi no variaron en 18.000 años! El hecho de que la misma huella genética sea encontrada en varias especies es inédito, porque nos habla de la magnitud del impacto del último periodo glaciar. Es como si la evolución de estas especies fue puesta en pausa, producto de los terribles eventos de mortalidad sucesivos que tuvieron que pasar.

Utilizar el ADN como si fuese un verdadero código de barras ha permitido aclarar dudas sobre la identificación de especímenes, ya que, en taxonomía de algas, es sumamente difícil identificar con certeza una especie. ¡Nada es más parecido a un alga que otra alga! Esto es particularmente importante en lugares pocos explorados, donde se genera poco conocimiento a nivel genético de las especies, como es el caso en Antárctica. El estudio del ADN de algas en la Antárctica ha permitido descubrir una diversidad escondida, llamada diversidad críptica.

Las especies crípticas son especies genéticamente distintas, lo suficiente para impedir la reproducción entre ellas, pero que no han tenido el tiempo de adquirir variaciones morfológicas, es decir, parecen idénticas a simple vista. Por ende, durante los inventarios de biodiversidad pasan desapercibidas, y por eso se les llama «crípticas», palabra que proviene del griego «cryptos«, que significa esconderse. En Antártica, trabajos científicos han mencionado la presencia de especies crípticas en especies endémicas, como por ejemplo Curdiea racovitza14, generando preguntas sobre su adaptación a las condiciones del continente blanco a lo largo del tiempo.

Las especies cripticas se generan tras la separación de una población en regiones distintas. Dos estudios recientes mostraron que las especies que habían sido descritas para la zona Antártica y Subantártica15, como Irideae cordata o Gigartina skottsbergii, son en realidad especies distinta16 17. Aun así, el número de especies crípticas encontradas en algas antárcticas es mucho más bajo que para otras especies, lo que indica que está ocurriendo un proceso de diversificación de manera muy reciente, y reafirma el rol predominante del contexto histórico -geológico de la zona para explicar la evolución y diversidad de las algas antárticas.

Tomar en cuenta la historia evolutiva y diversidad genética de las especies permite desarrollar predicciones en cuanto a sus adaptaciones, y también generar planes de conservación en un contexto de cambio climático.

Curdiea racovitzae © Erasmo Macaya, AlgaLab

Los porqués del estudio de algas antárticas

Durante un estudio realizado en 2014, al sur de la Península Antártica, un grupo de científicos realizó un inventario de la flora marina, y encontró muchas especies «nuevas» para la zona18, donde debido al difícil acceso, el último estudio había ocurrido hace 35 años. Gracias al esfuerzo de los científicos, la biodiversidad de la flora marina registrada aumentó en un 30%. Este ejemplo muestra que el estudio de la diversidad, distribución e historia evolutiva de la flora marina Antártica es un trabajo constante que requiere de más esfuerzo, financiamiento, e interés científico, ¡porque con cada trabajo se descubre algo nuevo!

Si bien el continente blanco ha sido muy investigado, sobre todo la Península Antártica porque es la parte de más fácil acceso, muchos lugares remotos permanecen inexplorados, y requieren de mayor esfuerzo de investigación. Solo así se puede mejorar el entendimiento sobre las especies que viven actualmente en la Antártica, y entender cómo llegaron a colonizar y sobrevivir en este ambiente extremo. Si no sabemos «quién vive allí» y «como viven allí», ¿cómo pretendemos evaluar los cambios que van a ocurrir en los ecosistemas marinos en el futuro, sobre todo en un contexto de cambio climático?

Las algas son organismos primitivos, difíciles de estudiar dado su gran variedad de formas, modalidades de vida y distribución amplia. Además, son los centinelas del medio ambiente, y conociendo su importante rol ecológico e historia evolutiva, merecen recibir toda la atención de los científicos. En el futuro, gracias a los avances de las herramientas moleculares en especial del metabarcoding, que consiste en un “escaneo” del ADN ambiental, se espera describir de manera eficiente, rápida y precisa la diversidad de la flora marina antártica, logrando develar los misterios que esconden las gélidas aguas del continente blanco.

 

 

Sobre la autora:

Hélène es bióloga marina titulada en la Université Pierre et Marie Curie, Francia. En la actualidad, se encuentra investigando sobre filogenia y diversidad genética de algas antárticas, en el Instituto de Ciencias Ambientales y Evolutivas de la Universidad Austral de Chile. Cuando no está en el laboratorio, Hélène trabaja como guía naturalista en la Patagonia y es parte del equipo de Punta Arenas de Fundación Mar y Ciencia, donde trabaja como divulgadora de las ciencias del mar.

Nota de la editora: Esta columna forma parte de las actividades de divulgación que Fundación Mar y Ciencia ha desarrollado para el proyecto INACH RG 15-16, a cargo de la Dra. Marie-Laure Guillemin.

Foto de portada: © Ignacio Garrido

Citas y Glosario

  1. Steneck RS, Graham MH, Bourque BJ, Corbett D, Erlandson JM, Estes JA, et al. Kelp forest ecosystems: biodiversity, stability, resilience and future. Environ Conser. 2002; 29(4):436-459
  2. Paso de Drake: estrecho que separa el fin del continente americano de la Península Antárctica, entre el cabo de Hornos y las islas Shetland del Sur.
  3. Bentónicos: organismos que viven en estrecha relación con el fondo marino.
  4. Crustosa: morfología externa semejante a una costra, adherida al sustrato rocoso.
  5. Sanches P.F., Pellizzari F. & Horta P.A., 2016 — Multivariate analyses of Antarctic and Subantarctic seaweed         distribution patterns: An evaluation of the role of the Antarctic Circumpolar Current. Journal of Sea Research 110: 29-38.
  6. Wiencke, C. & Clayton, M.N., 2002 — Antarctic seaweeds, Synopses of the Antarctic benthos, v.9.Ruggell, Lichtenstein: A.R.G. Gantner Verlag, 239 p.
  7. Wiencke, C., Amsler, C.D., Clayton, M.N., 2014. Macroalgae, in: Biogeographic Atlas of the Southern Ocean.        Scientific Committee on Antarctic Research, pp. 66–73.
  8. Wiencke, C., Amsler, C.D., Clayton, M.N., 2014. Macroalgae, in: Biogeographic Atlas of the Southern Ocean.        Scientific Committee on Antarctic Research, pp. 66–73.
  9. Gondwana: supercontinente de la era Precámbrica, que al abrirse durante el periodo Jurásico dio nacimiento a los continentes actuales: América del Sur – Australia – Nueva Zelanda – Antárctica – África.
  10. Población: grupo de individuos que pertenecen a una especie, y que vive en un lugar geográfico determinado.
  11. Taxonomía: estudio de los organismos vivos para clasificarlos en especies, género, familia, órdenes etc. Generalmente se agrupan según caracteres morfológicos que tienen en común.
  12. Hebert P.D.N., Cywinska A., Ball S.L. & De Waard J.R., 2003 — Biological identifications through DNA barcodes. Proceedings of the royal society B: Biological sciences 270: 313-321.
  13. Guillemin, M. L., Dubrasquet, H., Reyes, J., & Valero, M., 2018. Comparative phylogeography of six red algae along the Antarctic Peninsula: extreme genetic depletion linked to historical bottlenecks and recent expansion. Polar biology, 41(5), 827-837.
  14. Dubrasquet, H., Reyes, J., Sanchez, R.P., Valdivia, N., Guillemin, M.-L., 2018. Molecular-Assisted Revision of Red Macroalgal Diversity and Distribution along the Western Antarctic Peninsula and South Shetland Islands. Cryptogam. Algol. 39, 409.
  15. Zona Subantártica: zona localizada entre los 46° y 54°S, que muestra condiciones oceanográficas similares a la Antártica, pero se diferencia con la ausencia de hielo marino permanente. La zona del Cabo de Hornos es parte de la zona Subantártica.
  16. Billard E., Reyes J., Mansilla A., Faugeron, S. & Guillemin M. L., 2015 — Deep genetic divergence between austral populations of the red alga Gigartina skottsbergii reveals a cryptic species endemic to the Antarctic continent. Polar biology 38(12): 2021-2034
  17. Ocaranza-Barrera, P., González-Wevar, C. A., Guillemin, M. L., Rosenfeld, S., & Mansilla, A., 2019. Molecular divergence between Iridaea cordata (Turner) Bory de Saint-Vincent from the Antarctic Peninsula   and the Magellan Region. Journal of Applied Phycology, 31(2), 939-949.
  18. Mystikou, A., Peters, A.F., Asensi, A.O., Fletcher, K.I., Brickle, P., van West, P., Convey, P., Küpper, F.C.,2014. Seaweed biodiversity in the south-western Antarctic Peninsula: surveying macroalgal community             composition in the Adelaide Island/Marguerite Bay region over a 35-year time span. Polar Biol. 37, 1607–     1619.

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