Investigaciones de la cátedra de Fisicoquímica aportan información novedosa sobre el metabolismo del hierro y el grado de estrés oxidativo que los moluscos de ambientes antárticos enfrentan en una época de cambios constantes y desafiantes. Estos estudios dimensionan los posibles cambios metabólicos de fertilizar con hierro las aguas antárticas para incrementar la productividad oceánica, tal como ha sido propuesto –y aun ensayado— por algunos programas internacionales. Es fundamental considerar los efectos que pueden causar a los integrantes de la comunidad marina y actuar en consecuencia.
El estrés oxidativo de las comunidades acuáticas está relacionado con el aporte de hierro proveniente del derretimiento de los glaciares de las islas volcánicas del continente antártico, provocado en gran medida por el calentamiento global. La temperatura en la Antártida viene aumentando en forma sostenida en los últimos años.
Muchos de los suelos antárticos, de origen volcánico, son ricos en minerales tales como el hierro, el magnesio, el cobre y el zinc. Al erosionarse por el derretimiento glaciar, los sedimentos son transportados a través de los arroyos y llegan, finalmente, a las aguas del mar, enriqueciéndolas de modo significativo con aportes impensados de hierro. Sobre sus consecuencias ambientales aún se sabe poco. Pero, el modo en que metabolizan el hierro algunos organismos nativos de la zona, como algas y moluscos, puede brindar claves para entender estas nuevas, complejas e, incluso, amenazantes condiciones.
Ahora bien, ¿por qué estos aspectos ecológicos resultan tan atractivos para la investigación?, se pregunta la doctora Paula Mariela González, docente de la Cátedra de Fisicoquímica e investigadora asistente del Conicet. A lo que responde: “En primer lugar, los invertebrados marinos que habitan esas zonas son animales presentes en número abrumador, con una increíble variedad de especies que han desarrollado un amplio espectro de soluciones ingeniosas frente a los problemas ambientales a los que se han enfrentado a lo largo de su existencia”. Resulta, entonces, de notable interés analizar cómo se comportan estos organismos frente al estrés oxidativo que generan estas inusuales concentraciones de hierro.
“Desde un punto de vista científico, el estudio de sus mecanismos de adaptación puede arrojar luz sobre la naturaleza básica de las respuestas fisiológicas frente a numerosas situaciones y, por extrapolación, podría conducirnos a una comprensión más profunda de los vertebrados, incluyendo al ser humano”, destaca González quien realizó sus investigaciones no solo en el laboratorio, sino también en el propio continente antártico.
Bajo la dirección de la doctora Susana Puntarulo, investigadora superior del Conicet y profesora asociada de Fisicoquímica, en el Instituto de Bioquímica y Medicina Molecular (IBIMOL, instituto UBA en alianza estratégica con el Conicet) se ha gestado una prolífica línea de investigación. Realizaron no solo investigaciones con mamíferos y plantas en condiciones controladas de laboratorio sino también, mediante convenios nacionales e internacionales, estudiaron muestras provenientes de la Antártida. Y, finalmente, efectuaron estudios in situ, es decir, en condiciones reales en el continente antártico. En particular, trabajaron en el ecosistema de la caleta Potter, en la base científica argentina Carlini, de la Isla 25 de Mayo, que forma parte del archipiélago de las islas Shetland del Sur.
Las investigadoras trabajaron con micro y macroalgas, que requieren del hierro como elemento indispensable para la vida, y también con dos tipos de invertebrados. “Entre estos organismos, los moluscos forman parte principal de la trama trófica de los ecosistemas, constituyen parte de los recursos alimenticios en el mundo entero, y pueden ser empleados como indicadores de contaminación y de estrés funcional en ecosistemas costeros”, explica Puntarulo.
“Estudiamos –aporta González– organismos filtradores, como el bivalvo Laternula elliptica, que contribuyen a la regulación del flujo de partículas sobre el fondo marino. Este efecto se produce debido a que la alimentación de estos moluscos se realiza a partir de la filtración de las partículas en suspensión que vienen desde la columna de agua y, por lo tanto, contribuyen a la provisión de sustancias orgánicas para la alimentación de la fauna asociada mediante los productos generados en el proceso digestivo”.
También trabajaron con la lapa Nacella concinna, que presenta dos poblaciones coexistentes. Una de ellas es migratoria en la zona intermareal, es decir la parte del litoral situada entre los niveles conocidos de las mareas máximas y mínimas. Esto implica que durante las mareas altas está cubierta, al menos en parte, pero en las mareas bajas está al descubierto. La otra población de lapas no es migratoria,habita en la zona submareal, situada por debajo del límite inferior de las mareas bajas, y permanece sumergida de modo permanente. “Se los considera uno de los pocos habitantes de este inhóspito y riguroso ambiente que desarrollaron fuerte resistencia al estrés en comparación con otros organismos antárticos”, describe González.
El estrés oxidativo es una alteración en las concentraciones de especies reactivas, fundamentalmente del oxígeno. Entre esas especies pueden considerarse derivados del oxígeno, radicales libres y peróxidos tanto inorgánicos como orgánicos. Estas especies se forman de manera natural como subproducto del metabolismo fisiológico del oxígeno y hoy se sabe que cumplen un importante papel en la señalización celular. Sin embargo, en épocas de estrés ambiental sus niveles pueden aumentar significativamente, lo cual puede resultar en daños a las estructuras celulares.
En particular, los radicales libres tienen una vida media muy corta, y al ser muy inestables son altamente reactivos, reaccionan indiferenciadamente con todas las biomoléculas con las que interactúan.
¿Cómo se protegen los organismos? Pues, con antioxidantes. Todas las células vivas generan radicales libres, y así también todas ellas producen, como estrategias de defensa, una amplia batería de antioxidantes. En condiciones naturales, se registra un estado estacionario, esto es una compensación entre la generación de especies reactivas y los agentes protectores, lo que permite mantener bajo control los efectos perniciosos.
Cuando, por cualquier motivo, disminuyen los antioxidantes, o aumenta la cantidad de hierro, que cataliza la formación de radicales libres, puede producirse estrés oxidativo.
El objetivo de la línea de investigación era observar qué sucedía en un ambiente tan extremo como el antártico. “En tal sentido –explica Puntarulo— los experimentos in situ tuvieron el fin de entender cómo funciona la comunidad real, es decir qué sucede con los organismos que allí viven y cómo los afectan estos cambios. Estos son los primeros pasos para entender cómo se adapta la comunidad marina a estas condiciones”.
Hasta no hace mucho se interpretaba que este estrés era inexorablemente nocivo. Ahora, en cambio, comienza a observarse que los efectos de los radicales libres, y de las especies reactivas en general, no solo pueden ser responsables de daños sino que también son capaces de disparar respuestas adaptativas.
“Hemos observado que en el mundo de los invertebrados la exposición a altas concentraciones de hierro conduce a importantes modificaciones fisiológicas, y así algunas especies más vulnerables a estas condiciones resultan afectadas, mientras que otras con mayor adaptabilidad pueden verse incluso beneficiadas. Deben aquí tenerse en cuenta globalmente las alteraciones que se producen en la cadena trófica”, advierten las expertas de la Facultad de Farmacia y Bioquímica.
Las investigadoras se refieren no solo a estas consecuencias devenidas del calentamiento global, sino que aluden en particular a una estrategia propuesta internacionalmente, y más aún, que ya fue ensayada, consistente en fertilizar con hierro las aguas antárticas. El fin de esta práctica ha sido incrementar la productividad oceánica, sin tomar en consideración los efectos deletéreos sobre otros integrantes de esa compleja comunidad biológica. “En este sentido –concluye Puntarulo— los resultados que obtuvimos alertan sobre los riesgos reales que representan estas prácticas descontroladas en los ambientes marinos”.
SEMBRAR HIERRO EN EL ATLÁNTICO SUR, UNA PROPUESTA CONTROVERSIAL
Durante décadas la productividad del fitoplancton ha sido motivo de interés y preocupación para los científicos. La productividad primaria de los océanos del mundo está limitada en 30 al 40 % por la disponibilidad de hierro y se ha descripto que regiones con un bajo contenido crónico de hierro (mayoritariamente del Fe2+) reciben de modo esporádico pulsos con hierro proveniente del polvo o las márgenes continentales.
Dado que la adición de hierro a las aguas superficiales induce el crecimiento masivo del fitoplancton, desde 1992 ha estado presente en el medio científico la idea de suplementar el océano con hierro ya que su disponibilidad junto con la de nitrato, parecen desempeñar un papel importante en la productividad del fitoplancton.
El fitoplancton no solo representa la base de la alimentación de la vida marina, sino que también desempeña un papel clave en la fijación o la absorción del dióxido de carbono (gas de efecto invernadero) presente en la atmósfera. Si el hierro induce la proliferación de las algas, y éstas absorben más dióxido de carbono, la fertilización del agua sería una forma de lucha contra el calentamiento global.
Así entre otras actividades, durante el verano de 2009, se han realizado experiencias de suplementación con masivas cantidades de hierro en el Atlántico Sur por grupos de científicos provenientes de Europa, India y Chile según un acuerdo de colaboración firmado en octubre de 2007. Estas experiencias han resultado altamente controversiales. Las dudas suscitadas se refieren no sólo a la efectividad de la acción, sino también a las posibles consecuencias negativas sobre la integridad de la comunidad biológica marina a la que pueda conducir esta actividad. Se carece, aún hoy, de información integral de los posibles efectos de este tratamiento sobre los organismos fotosintéticos en sí mismos, y menos todavía sobre el efecto que se reproducirá en el resto de la cadena trófica.
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Equipo de investigación
Dra. Susana Puntarulo, profesora asociada de Fisicoquímica e investigadora
superior, CIC CONICET.
Dra. Paula Mariela González, ayudante de primera de Fisicoquímica e investigadora
asistente, CIC CONICET.
Dra. Gabriela Malanga, jefa de trabajos prácticos de Fisicoquímica e investigadora independiente, CIC CONICET.
Dra. Elizabeth Robello, ayudante de primera de Fisicoquímica e investigadora
adjunta, CPA CONICET.
Dra. Natacha E. Piloni, ayudante de primera de Fisicoquímica e investigadora
Adjunta, CPA CONICET.
Lic. Juan Maunel Ostera, ayudante de primera de Fisicoquímica y tesista doctoral.
Lic. Julián Bonetto, tesista doctoral.
Lic Joaquin Cabrera, tesista doctoral, becario doctoral CONICET.
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