updated 1:39 PM CEST, Sep 28, 2016

Oceanografía: La muerte y el renacimiento en las profundidades

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gusanos marinos de tubo

Se encuentra un nuevo drama en la biogeografía bajo el agua junto a respiraderos hidrotermales volcánicos

Cuando un volcán submarino entra en erupción, los resultados pueden ser devastadores, y fascinantes

respiradero volcánico hidrotermal Richard Lutz, un biólogo marino de la Universidad Rutgers en New Brunswick, Nueva Jersey, y sus colegas estudiaban a 2.500 metros bajo la superficie del océano cuando se encontraron con la 'tormenta'. Fue en abril de 1991, y una cordillera submarina, a 900 kilómetros de la costa de Acapulco, México, se dividió y abrió, introducciendo roca fundida a 1.200ºC en un agua a 2°C de temperatura. Los resultados fueron apocalípticos.

Si bien los investigadores se mantienen a una distancia segura de la acción en su sumergible, la «nieve» de los desechos microbianos que sopló a su alrededor señalaron la devastación en el sitio de la erupción. Las bacterias habían sido pujantes en las bocas de las chimeneas hidrotermales en el área, extrayendo energía del sulfuro de hidrógeno y otros productos químicos que salen del fondo del mar. A su vez, las bacterias nutren un ecosistema diverso de organismos: almejas, cangrejos, mejillones y ejércitos de gusanos de tubo. La erupción había asolado casi todo esto.

Pero la naturaleza no borró de forma permanente la vida en este sitio en 9°50' de latitud norte en la Dorsal del Pacífico Oriental, más bien fue lo que activó el botón de reinicio. Lutz y sus colegas ahora tenían la oportunidad de ver cómo la vida vuelve a las rejillas de ventilación. Poniendo equipos de vigilancia en el lugar y regresando con regularidad, documentaron, tal como ocurrió, el drama de la vida después de la muerte. Y después de 15 años de investigación, la naturaleza repite el experimento: Nueve Norte, así llaman los investigadores al sitio, estalló de nuevo en 2006.

"Es el único lugar en alta mar donde ha sido observado un ciclo completo eruptivo", dice Lauren Mullineaux, un ecologista de Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) en Massachusetts, que ha estado trabajando en el sitio. Nueve Norte ha permitido a los biólogos marinos identificar la primera especie que vuelve a un conducto de ventilación y el desfile de la vida que sigue. Y ahora, cuatro años después de la última erupción, los investigadores han comenzado a responder a las preguntas más difíciles: ¿de dónde provienen estas especies, cómo viajan y cómo hacen su cambio de poblaciones en el tiempo?

Pero más que eso, dice Robert Vrijenhoek, un ecólogo molecular en el Monterey Bay Aquarium Research Institute en Moss Landing, California, "el volumen de negocios del hábitat es una ventana a las presiones evolutivas que contribuyen a la especialización y diversidad genética". Al identificar los sitios de ventilación hidrotermal en todo el mundo, los investigadores están comenzando a desenredar la intrincada interrelación entre estas pequeñas islas esparcidas a través de la vida de las profundidades, separados por grandes distancias y topografía accidentada. Estos sitios comparten características geológicas similares, con el mineral que escupe de los respiraderos y las crestas y valles de enormes proporciones. Pero no siempre comparten la misma especie. Los investigadores ahora están empezando a entender por qué.

ciclo de la vida marina en las profundidades hidrotermales

Las primeras observaciones a través de la ventana proporcionada por Nueve Norte reveló una imagen de cómo una comunidad se reconstruyr rápidamente, dice Timothy Shank, un biólogo marino de la WHOI que colabora con Lutz (véase la imagen de arriba "The cycle of life'"). La nevada microbiana que se apilaba alrededor del volcán después de la primera erupción de 1991 atrajo a herbívoros -camarones, cangrejos y peces- con orígenes de ventilación y de no ventilación hidrotermal. Después de un año de la erupción, los gusanos de tubo habían vuelto. Primero vino el Tevnia jerichonana, que prospera en altas  concentraciones de sulfuro, y luego, cuando los niveles de sulfuro se redujeron en el año siguiente,  densos arbustos de Riftia pachyptila, y el gusano de tubo gigante, se hicieron presentes.

Riftia pachyptila (gusano marino de tubo)
Miles de estas criaturas, como resistentes gusanos de tubo de hasta dos metros de largo, crean un ambiente rico para otros organismos que habitan allí. Enjambres de caracoles, cangrejos y camarones llegaron. Era una historia nunca antes contada de la sucesión biológica. Pero no estaba claro si los organismos que volvían a hacerse cargo de las rejillas de ventilación fueron de fuentes locales o vinieron de muy lejos. Tampoco está claro si la composición de especies en la región había cambiado como consecuencia de la erupción, dijo Shank, porque el área no había sido estudiada en detalle previamente.

Aquí es donde entra Mullineaux, una especialista en larvas marinas. Aunque muchos habitantes de los ventiladores volcánicos nacen en el fondo marino, otros organismos, la mayoría adultos, se pasan la vida como larvas antes de que naden libremente con las corrientes hasta sus nuevas moradas. Ella y su equipo han estado estudiando las larvas en Nueve Norte desde la erupción de 1991. Las han recogido en diferentes profundidades y en el fondo del mar para tener una idea de la abundancia y las especies.

Cómo, Mullineaux y sus colegas describen en un artículo publicado este año, la composición de las especies de las larvas en los respiraderos hidrotermales cambió notablemente después de la erupción de 2006. Las larvas de las especies comunes en el lugar antes de la erupción no estaban por ningún lado después, a pesar de que fueron las fuentes potenciales de recolonización a pocos kilómetros. Por el contrario, otras especies que habían sido raras se convirtieron en abundantes después de la catástrofe.

Ctenopelta porífera El equipo de Woods Hole también descubrió larvas de una especie nunca antes vista en Nueve Norte, un caracol llamado Ctenopelta porífera. El más cercano sistema hidrotermal conocido que alberga la especie está a más de 300 kilómetros hacia el norte. "Esto ha superado con creces nuestras expectativas de lo lejos que podían viajar las larvas de los respiraderos en el océano", dice Mullineaux.

El grupo de Mullineaux había calculado que en 2001 una larva con una vida útil de alrededor de un mes a lo sumo podría viajar hasta 100 kilómetros desde Nueve Norte y que la mayoría se mantuvo dentro de 60 kilometros. Incluso si las larvas vivieran más tiempo, no serían capaces de viajar más lejos, el flujo de la corriente se invierte cada pocas semanas a lo largo del eje de la cresta y limita hasta dónde podrían ir las larvas. Cómo los C. porífera habían hecho un viaje de 300 kilómetros era un misterio.

Los investigadores habían basado su cálculo de flujo en la medición de la corriente en una única ubicación en la cresta de la cordillera, y supusieron que la dirección y velocidad de las corrientes eran las mismas en toda la superficie. "Esta es una suposición razonable en muchas partes del océano", dice Andreas Thurnherr, un oceanógrafo físico en el Columbia University's Lamont-Doherty Earth Observatory en Palisades, New York. Sin embargo, la topografía de Nueve Norte interrumpe el flujo de corriente de manera significativa, dice.

Para calcular mejor las corrientes, Thurnherr, Mullineaux y sus colegas colocaron 15 dispositivos de medición a lo largo de la cresta y en dos flancos de la cordillera. El equipo encontró que las corrientes cerca de la cresta de la cordillera eran más rápidas que las de más lejos, y que las corrientes en el flanco oriental de la cordillera corrían hacia el sur, mientras que en el lado oeste iban hacia el norte.

Sorprendentemente, el estudio muestra que las corrientes más cerca del fondo del mar se encuentran entre las más fuertes, a unos 10 centímetros por segundo. Esto cogió por sorpresa a los investigadores. "Nuestras observaciones son marcadamente diferentes de las corrientes mucho más débiles y más amplias que vemos en muchas zonas del océano profundo", dice Thurnherr. También puede explicar cómo las larvas de los C. porífera pueden viajar tan lejos.

fumarolas hidrotermales Diane Adams, un ex estudiante graduado de la Mullineaux, descubrió una nueva sorpresa. Ella había observado una disminución en la abundancia de larvas en Nueve Norte siempre que los remolinos superficiales -bucles de rotación de las corrientes derivadas de las diferencias en la interacción del agua con la densidad de rotación de la Tierra- pasaban por encima.

Los investigadores no habían pensado que los giros superficie podrían llegar hasta el fondo del mar, pero fueron capaces de captar señales de rotación de circuitos de corriente poco tiempo después de aprobada por la superficie de los remolinos. "Los remolinos de superficie podrían, en efecto, desprender a las larvas de la cresta teniendo un papel importante en su dispersión", dice Mullineaux.

Dicha interacción entre la geología y las corrientes oceánicas ha fascinado a los investigadores de la vida quimiosintética durante décadas. "Es importante no sólo para la recolonización después de los desastres naturales, sino para la conectividad de la evolución de la vida marina", dice Robert Cowen, un biólogo marino de la Universidad de Miami en Florida.

Los investigadores quieren saber por qué las bolsas de productos químicos permitan la vida en diferentes partes de la máquina del océano en distintas pero superpuestas conjuntos de especies. ¿Y de dónde proceden estas especies? ¿Se presentan por primera vez en las rejillas de ventilación o tal vez en surgencias frías de aguas poco profundas -zonas donde el sulfuro de hidrógeno y las fuentes de hidrocarburos como el metano se filtran desde el interior de la Tierra-? ¿Y cómo los organismos como los que viven fuera cargados del sulfuro de las ballenas muertas contribuyen a la conectividad entre las comunidades quimiosintéticas?

cangrejos de los ventiladores hidrotermales

La clave de la divergencia y la convergencia de estas especies marinas durante la evolución reside en la capacidad de las larvas de negociar las corrientes oceánicas, las barreras geológicas y los cambios en la topología del fondo marino durante millones de años. En este período de tiempo, el movimiento de sólo un pequeño número de larvas es suficiente para permitir el intercambio genético entre poblaciones geográficamente separadas. La escala de la conectividad puede ser "sorprendente", dice Charles Fisher, un biólogo marino de la Universidad Estatal de Pensilvania en University Park.

El equipo de Fisher ha encontrado, por ejemplo, que algunas especies de gusanos de tubo y de mejillones en surgencias frías en el Golfo de México están relacionados genéticamente con sus parientes en la costa occidental de Nigeria, una indicación de intercambio genético entre dos regiones que están a más de 10.000 kilómetros de distancia. Esta conectividad se produce a través de generaciones por numerosos pasos que no están todavía claros. Pero los investigadores sospechan que podría estar ayudados por los chorros ecuatoriales profundas en el Atlántico, que alternan su flujo entre el este y el oeste,  dependiendo de la profundidad, y así podían transportar las larvas en ambos sentidos.

mapa ventilaciones hidrotermales océanicos En otros casos, la dispersión de larvas se bloquea sobre distancias muy cortas, tendientes a la especialización. En el noreste del océano Pacífico, los 450 kilómetros de largo de la falla Blanco ha separado a los de Juan de Fuca y Gorda, frente a las costas del estado de Washington y Oregon (véase el mapa a la derecha "Curiosities of the deep"). El equipo de Vrijenhoek ha encontrado que los caracoles de aspecto similar al de Juan de Fuca y Gorda están relacionados, pero son muy diferente, ya que las especies divergieron aproximadamente 11 millones de años atrás, en consonancia con el momento de la formación de la falla.

Pero, dice Vrijenhoek, "la barrera no afecta a todos los animales de la misma manera". Los gusanos de tubo en los dos extremos de la falla, por ejemplo, son la misma especie, aunque hay algunas diferencias genéticas leves. El flujo de genes se ha producido a partir de poblaciones en el norte a sus homólogos del sur, la misma dirección que las corrientes oceánicas en la región. "Las latvar delos gusanos de tubo probablemente tienen una vida útil lo suficientemente larga o quedarse en la parte derecha de la columna de agua que les permita hacer ese salto", dice.

cambios geológicos pueden tener las especies separadas en otros lugares también. Por ejemplo, los  respiraderos hidrotérmicos Logatchev, ubicados al este del Caribe, es el único lugar en la cordillera del Atlántico medio conocido por albergar las almejas vesicomyid, que son más típicas del Pacífico. Algunos investigadores sospechan que los animales podrían haberse originado en el Pacífico -llegando a través de un antiguo canal marítimo entre el Norte y América del Sur antes del surgimiento del istmo de Panamá hace 5 millones de años.

Otros biólogos marinos, incluidos Cindy Van Dover, bióloga de aguas profundas de la Duke University Marine Laboratory in Beaufort, North Carolina, dicen que las especies de almejas probablemente sean más frecuentes en la Cordillera del Atlántico Medio de lo que parece en la actualidad y no necesariamente se originasen en el Pacífico. "Simplemente no tenemos suficientes muestras para saberlo con seguridad". Esto pone de manifiesto una limitación para este campo de investigación relativamente joven: los científicos tienen un conocimiento rudimentario de la distribución de la vida quimiosintética, y mucho menos de los mecanismos subyacentes de la conectividad y la especiación.

nuevo tipo de medusa hallada en ventilador hidrotermal Hasta ahora, sólo 200 respiraderos hidrotermales y más o menos una docena de fríos se han descubierto en todo el mundo. "La mayoría de las partes del océano no están exploradas", dice Paul Tyler, un biólogo marino del Centro Nacional de Oceanografía de Southampton, Reino Unido, y presidente de la Biogeography of Deep-Water Chemosynthetic Ecosystems (ChEss) del Programa del Censo de Vida Marina, un iniciativa mundial para documentar la biodiversidad de los océanos. "En algunos lugares estratégicos faltan piezas del rompecabezas de cómo las cosas han evolucionado". Estas incluyen el ártico y la Antártida, donde el espesor del hielo y los mares turbulentos hacen de la exploración un gran desafío.

Entre otros figuran el punto triple de Chile, donde tres placas tectónicas se encuentran, resultando en la subducción de la Dorsal de Chile, una cordillera en medio del océano, bajo la placa Sudamericana. Ahí tiene usted la posibilidad de que haya respiraderos y se filtren en las proximidades", dice Tyler. "Esto permite abordar la relación evolutiva entre la ventilación y cómo se filtran los animales sin la variable de la geografía".

El gran desconocido

Para muchos, el Caribe, especialmente una zona poco explorada cerca de la isla de Gran Caimán, podría ser la clave para algunas de las preguntas más desconcertantes de la biología en aguas profundas. A casi 5.000 metros de profundidad, fuentes hidrotermales de la región deberían existir en condiciones ambientales extremas y no registradas y pueden revelar nuevas especies. La ubicación también es ideal para estudiar el papel del istmo de Panamá en la divergencia y la conectividad de las especies de ventilación.

Los investigadores se preguntan si la fauna en la subida de mitad de Caimán será más estrechamente relacionada a la de la Dorsal del Pacífico Oriental, al otro lado del puente terrestre de Panamá, o para los organismos en la Cordillera del Atlántico Medio. Chris German, un geoquímico marino en WHOI y co-presidente del programa ChEss, dirigió una expedición en octubre de 2009 que detectó señales de plumas hidrotermales cerca del lugar de mitad de Caimán. Una expedición de seguimiento por el Centro Oceanográfico Nacional del Reino Unido logró encontrar los orificios de ventilación a una profundidad de 5.000 metros, la más profunda jamás registrada. En cuanto a lo que encontraron allí, el equipo sería decir poco. Sin embargo,  German advierte que se esperan sorpresas. "Hace unos años, pensábamos que se sabía todo acerca de las barreras geológicas y las corrientes oceánicas y predecir lo que vamos a encontrar, pero nos hemos equivocado cada vez que desde entonces".

En este vídeo narrado por el inigualable David Attenborough podemos ver las especies y el hábitat extremo de que habla el artículo:


Descargar artículo original en PDF: Oceanography: Death and rebirth in the deep  Enlace: Nature News