Los microbios árticos ultracongelados se están despertando

En agosto de 2022, Islandia celebró un funeral por el glaciar Okjökull, el primer glaciar islandés que desapareció debido al cambio climático. La comunidad conmemoró el hecho con una placa en reconocimiento a este cambio irreversible y al grave impacto que representó. A nivel mundial, la tasa de derretimiento de los glaciares casi se ha duplicado en los últimos cinco años, con una pérdida promedio de 832 mmw.e. (mm de agua equivalente) aumentó a 1.243 mm de agua equivalente en 2022. 2022 (WGMS). Esta alta tasa de pérdida reduce el almacenamiento glacial de agua dulce y cambia la estructura de los ecosistemas circundantes.

El Ártico se ha calentado más rápido de lo previsto en los últimos 10 años, y los científicos ahora creen que los polos se están calentando cuatro veces más rápido que el resto del mundo. Esto ha resultado en el derretimiento de los glaciares y niveles de deshielo del permafrost que no se espera que ocurran hasta 2050 o más tarde. En Siberia y el norte de Canadá, este deshielo repentino ha creado accidentes geográficos deprimidos conocidos como termokarsts, donde las capas más antiguas y profundas de permafrost están expuestas al aire caliente por primera vez en cientos o incluso miles de años.

A medida que el clima global continúa calentándose, quedan muchas preguntas sobre los ambientes periglaciales. Entre ellos: ¿Se descongelará el permafrost más rápido a medida que aumente la infiltración de agua? Y, de ser así, ¿qué criaturas congeladas durante mucho tiempo podrían «resucitar»?

El permafrost cubre el 24 por ciento de la superficie terrestre de la Tierra y la composición del suelo varía según la geología local. Las tierras árticas proporcionan una biodiversidad microbiana sin explotar y retroalimentaciones microbianas, incluida la liberación de carbono a la atmósfera. En algunos lugares, cientos de millones de años de carbono están enterrados. Estas capas aún pueden contener antiguos microbios congelados, megafauna del Pleistoceno e incluso víctimas de viruela enterradas. A medida que el permafrost se descongela a un ritmo cada vez mayor, los científicos se enfrentan al nuevo desafío de encontrar e identificar microbios, bacterias y virus que puedan estar trabajando.

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 clave en la determinación del calentamiento futuro.

Otros son conocidos pero tienen un comportamiento impredecible después del lanzamiento. Nueva evidencia de movimiento de genes entre ecosistemas descongelados sugiere recombinación en múltiples niveles. En el Océano Ártico, el Chloruchus planctónico adquirió recientemente genes para degradar el carbono en especies de actinomicetos terrestres. A medida que los ríos árticos que se descongelan y expanden transportan sedimentos desde el permafrost que se descongela hasta el océano, también se transportan los genes que procesan el carbono del permafrost.

El deshielo del permafrost en Siberia provocó un brote de ántrax en 2022 que mató a 200.000 renos y un niño. * Pero las resistentes esporas de Bacillus anthracis pueden ser una excepción a los brutales ciclos de congelación y descongelación que degradan patógenos bacterianos y virales más frágiles. Su naturaleza adaptable les permite permanecer congelados y vivos durante siglos de inactividad.

Los organismos que coevolucionaron en ecosistemas ahora extintos desde el Cenozoico hasta el Pleistoceno también pueden haber surgido e interactuado con nuestro entorno moderno de formas completamente nuevas. Un ejemplo potencial es la viruela de Alaska, una especie emergente de ortopoxvirus que causa lesiones en la piel, que apareció y desapareció dos veces en Alaska en los últimos cinco años. Es probable que el virus se propague a través del contacto entre animales y humanos, pero se desconoce la fuente del nuevo virus.

El microbioma del Ártico contiene microorganismos resistentes y resistentes adaptados al frío. Algunas especies sobreviven como psicrófilos, una especie especializada altamente adaptada a la exposición prolongada a condiciones bajo cero. Estas especies pueden desaparecer con el calentamiento. Otros sobreviven siendo altamente adaptables, habitando muchos nichos ecológicos diferentes. Aprender más sobre la ecología y la diversidad genómica de estos generalistas abre una ventana al microbioma del Nuevo Ártico. A medida que perdamos la criosfera, es probable que estos microbios generalistas adaptados a diferentes condiciones sean los ganadores.

También hay microbios completamente desconocidos para los científicos que pueden representar una nueva amenaza.

Obviamente, cuanto más cálido hagamos el Ártico, más extraño se volverá, a medida que las temperaturas de la superficie se vuelvan más extremas y el derretimiento se profundice. A medida que los microbios despiertan de condiciones profundas y superficiales sin precedentes en la historia humana, evaluar con precisión el riesgo es un desafío sin mejorar los conjuntos de datos microbianos del Ártico. Deberíamos centrarnos en las incógnitas conocidas, como las bacterias resistentes a los antibióticos, y las incógnitas desconocidas, incluido el riesgo potencial de que los biólogos sintéticos revivan genomas virales antiguos y mal descritos del hielo del Ártico.

Por todas estas razones, debemos desarrollar pautas para futuras investigaciones en el Ártico. A medida que aumentan los viajes por la región, también aumenta el potencial de importación y exportación de patógenos. Las pautas de protección planetaria que siguen las agencias espaciales para prevenir la contaminación interplanetaria podrían proporcionar un marco sobre cómo las investigaciones microbianas pueden continuar de manera segura. Se deben tomar medidas de biomonitoreo para proteger a las comunidades en el Ártico y más allá. A medida que el Ártico continúa cambiando, una cosa está clara: a medida que el cambio climático calienta este reservorio de microbios en el siglo XXI, aún no se comprenden todas las consecuencias.

*Nota del editor (23/11/20): Esta oración se editó después de su publicación para corregir el momento del brote de ántrax; ocurrió en 2022, no en 2022.

La financiación fue proporcionada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de Caltech en virtud de contratos con la NASA (80NM0018D0004), NERC del Reino Unido (NE/S1001034/1) y el Consejo de Investigación BIOICE de Noruega. © 2022. Caltech. Reconocer la financiación del gobierno.

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