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El viaje del cochayuyo antártico

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Fecha de Publicación
2018/08/02
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En lo personal, nunca me había gustado ni el cochayuyo ni las algas (no, ni siquiera en sushi). Irónicamente, mis primeros pasos en ciencia los di justamente trabajando con algas pardas, por lo que tienen un lugar importante en mi corazón. Son organismos que utilizan un sinfín de estrategias de supervivencia, de ciclos reproductivos complejos y una gran importancia a nivel ecológico.
Siempre me pregunté el porqué del nombre científico de la Durvillaea antarctica, tomando en cuenta que no llega hasta el continente blanco, como diría un periodista bebiendo el vital elemento junto a un dantesco incendio. Esta especie fue primero descrita como Fucus antarcticus en 1822 y luego fue revisada y clasificada como Durvillaea antartica en 1892, nombre que homenajea al explorador francés Jules Dumont d’Urbille.
Muy interesante. Pero, ¿dónde queremos llegar con esta historia? Estamos hablando de algas... ¿en algún momento llegaremos al sushi?
No. La razón es otra.
El 16 de julio de este año se publicó un artículo en la revista Nature Climate Change titulado “Antarctica’s ecological isolation will be broken by storm-driven dispersal and warming” (1) (algo así como que la Antártica, en una actitud muy emo, le dijo al resto del mundo «Déjenme sola con mis pensamientos y el frío de mi corazón roto», pero ahora la dispersión, las tormentas y el calentamiento global podrían bombardear sus costas con tibieza y nuevos organismos).
Quizás este título no nos diga mucho, pero la verdad es que los hallazgos que se reportan son tremendamente importantes. Tanto, que el artículo es la portada de la nueva edición de la revista.
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Portada del volumen 8 (8) de la revista Nature Climate Change destacando el artículo de Fraser y colaboradores.

Algo de contexto

La última vez que la Antártica tuvo conexión con Sudamérica (cuando existía el supercontinente de Gondwana y vivían en una armonía de amor) fue hace más de 40 millones de años, cuando aún no nacía doña Lucía (aunque hay rumores de que quizás sí existía en forma de embrión o cigoto, no está muy claro [citation needed]). Pero desde que firmaron los papeles del divorcio, la fractura geológica aisló físicamente a la Antártica del resto del mundo, dejándola fría y distante.
No es sorpresivo entonces que en este continente haya altos niveles de endemismo (término que usamos para describir a especies con un rango de distribución limitado a cierta área geográfica). Si el tiempo de separación no fuera suficiente, tenemos otra barrera infranqueable: el frente polar y la corriente oceánica circumpolar antártica en el océano Austral, que actúa como una barrera física al flujo genético para los organismos que intentan traspasarla. De acuerdo con algunas mediciones indirectas realizadas a través de la datación utilizando un reloj molecular con marcadores moleculares basados en ADN, no hay evidencia de movimiento a nivel biológico desde el último máximo glacial (10 a 20 mil años atrás) (2), salvo por transporte antropogénico (3).
Por esta razón, cada vez que alguien encuentra un «bicho raro» en la Antártica es motivo de extrema curiosidad.

Cochayuyo que se duerme, se lo lleva la corriente

En una campaña antártica a inicios de 2017, el doctor Erasmo Macaya, biólogo marino e investigador del Centro de Investigación Dinámica de Ecosistemas Marinos (IDEAL; no, no preparan pan de molde) y académico de la Universidad de Concepción, tuvo la suerte de  toparse con algo impresionante.
Por qué decimos «tuvo la suerte», porque probablemente para alguien que desconoce la distribución y la historia de vida de estas especies, haber encontrado un alga varada en la playa no es gran cosa. Pero no era cualquier alga: ¡era un cochayuyo! Una Durvillaea antarctica encontrada en la península de Fildes, Isla Rey Jorge, EN LA ANTÁRTICA.
Sabemos que aún no parece muy impresionante, pero créanos que lo es.
Cuando este tipo de organismo se desprende del sustrato, puede mantenerse flotando a la deriva y llevar consigo otros organismos (moluscos, artrópodos, equinodermos) que logran viajar grandes distancias sobre este Transantiago fotosintético. O sea, se convierte casi en una una isla flotante (4), lo que hace de él un interesantísimo objeto de estudio. El proceso es llamado «rafting» y ha llamado la atención porque le permite a varias especies de  algas, no solo al cochayuyo, y a los mismos organismos que van por ahí sin pagar su pasaje (probablemente porque falta fiscalización) llegar mucho más lejos de lo que su biología les permite. Y, dados los resultados de este estudio, bastante más lejos.
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Un cochayuyo flotante en el medio de la nada oceánica. Créditos de la fotografía: Dr. Erasmo Macaya.
Este tremendo hallazgo es más impresionante aún si tomamos en cuenta que los individuos encontrados eran viables en términos reproductivos y, además, su estructura destinada a la producción de gametos masculinos (anteridio) estaba madura.
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Así se veían nuestros amigos en la playa antártica. Para que se dé cuenta de lo poco probable que es sorprenderse: no parece nada fuera de lo común. (Figura 1, Fraser et al. 2018)
Entonces la pregunta del millón de dólares (dólares de Zimbabwe) es la siguiente: ¿Cómo estas algas lograron traspasar esta barrera, hasta ahora teóricamente infranqueable?
Aquí es donde entra la #CIENCIA.
Primero, ¿cómo podemos saber de dónde vienen estos individuos? Y luego, ¿cómo podemos establecer de qué forma llegaron ahí?
Sin entrar en mucho detalle, para trazar el origen geográfico utilizaron miles de marcadores moleculares dispersos por todo el genoma llamados SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms), lo que nos permite establecer un conjunto enorme de variantes genéticas que podrían ser características de ciertos lugares geográficos (no siempre se puede, pero esta vez funcionó perfecto).
Teniendo una buena base de datos de individuos extraídos desde distintos lugares, es posible establecer con bastante precisión el origen geográfico de una muestra sin tener nada más que un trozo de tejido para analizar su ADN. Luego, usando análisis filogenéticos, se puede ver dónde caen las muestras de interés en este árbol.
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En este caso, el origen casi seguro es South Georgia y Kerguelen, dos islas subantárticas (las ramas rojas con estrellitas de la parte «a» de la figura).
Mirando el mapa, al menos South Georgia no está tan lejos del lugar donde fueron encontrados estos individuos. Pero estas plantas no nadan, simplemente flotan a la deriva siguiendo la dirección de la corriente. Para determinar el viaje que realizaron estas algas por la corriente circumpolar, se hizo un análisis «Lagrangiano» utilizando modelos de circulación oceánica. En simple, simular miles de partículas y ver cuál es la trayectoria más probable que siguen tomando como punto de liberación South Georgia, Kerguelen y otros tres orígenes.
Para eso, también tenemos que saber cuánto viven estas algas, luego, simular en ese tiempo cuál es el viaje que podrían hacer.
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Las líneas azules muestran las trayectorias de todas las partículas desde South Georgia hacia Antártica continental, simulando tres años.
Esto nos da dos datos interesantes: el 72% de las partículas simuladas llegaron a la Antártica en... ¡DOS AÑOS! Las que menos tardaron, hicieron el viaje en 489 días. Tomando en cuenta ambos orígenes, estas plantas pudieron haber recorrido en ese tiempo algo así como 10.472 (South Georgia) a 20.445 kilómetros (Kerguelen). Algo realmente admirable.
Esto es particularmente notable para la isla de Kerguelen: usando casi cuatro millones de partículas simuladas, en los tres años (tomando en consideración la vida de un alga de esta especie) solo cinco llegaron a la Antártica. Definitivamente, las probabilidades no estaban de su lado.
«Este hallazgo muestra que plantas y animales vivos pueden llegar a la Antártica a través del océano, especies marinas de zonas templadas y subantárticas que probablemente “bombardean” las costas antárticas todo el tiempo», dice la doctora Crid Fraser, primera autora del artículo y académica de la Universidad Nacional de Australia (ANU).
De hecho, se ha estimado que alrededor de 70 millones de especímenes de estas algas han estado a la deriva en el frente polar, de las cuales 20 millones aún cuentan con su disco de adhesión (5). Esto es importante, pues esta estructura sirve no solo como soporte (algo así como la raíz), sino como albergue para muchas especies.
Se han hecho diversos estudios para investigar la diversidad asociada a los discos de adhesión de los cochayuyos (por ejemplo Morton & Miller, 1968 (6), y más reciente López et al. 2018 (7)), yendo desde pequeños crustáceos, moluscos, equinodermos, briozoos, hasta incluso otras especies de algas.
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Una Durvillaea antarctica encallada en la plata con invertebrados en su disco de adhesión. Créditos: Ceridwen Fraser.
En resumen, este artículo muestra por primera vez eventos de transporte NO antropogénico transoceánico. Las distancias documentadas representan a los eventos de rafting más largos de los que se tenga registro (20.000 km), tomando en cuenta la ruta simulada más corta.
Esto podría indicar que la dispersión biológica hacia la Antártica, al menos vía rafting, es relativamente frecuente y que el establecimiento de especies no nativas en el continente tiene que ver más con el ambiente que con el transporte. En efecto, es posible que otras especies que viajan en estas algas lleguen, pero no que sobrevivan. Nos queda especular sobre los efectos del cambio climático en este transporte físico de individuos entre Antártica/Subantártica. Queda seguir explorando para poder establecer si este evento no es algo aislado y podemos estar en presencia de un reestablecimiento del flujo genético luego de más de 10.000 años y colonizaciones de algas continentales y sus epibiontes hacia la Antártica. Algunos análisis de modelación muestran que ciertas zonas de la plataforma continental de la Antártica, particularmente en la región oeste de la península Antártica, podría a fin de siglo experimentar un importante grado de calentamiento, lo que provocaría una reducción en la sobrevivencia de especies marinas endémicas de la zona y a su vez facilitaría la sobrevivencia de organismos subantárticos (8).
Eso nos lleva a la siguiente predicción de los autores: «Nuestros modelos indican que la costa del continente es constantemente alcanzada por material biológico flotante a través del Océano Austral por fuertes vientos y tormentas. Predecimos que en las siguientes décadas, se establecerán diversos taxa [organismos] no nativos en Antártica»
¿Será el fin del aislamiento Antártico?

Referencias

1.
Fraser CI, Morrison AK, Hogg AM, Macaya EC, Sebille EV, Ryan PG, et al. Antarctica’s ecological isolation will be broken by storm-driven dispersal and warming. Nature Climate Change. 2018;8(8):704–8.
2.
Fraser CI, Nikula R, Ruzzante DE, Waters JM. Poleward bound: biological impacts of Southern Hemisphere glaciation. Trends in Ecology & Evolution. 2012;27(8):462–71.
3.
Barnes DKA, Hodgson DA, Convey P, Allen CS, Clarke A. Incursion and excursion of Antarctic biota: past, present and future. Global Ecology and Biogeography. 2006;15(2):121–42.
4.
Fraser CI, Nikula R, Waters JM. Oceanic rafting by a coastal community. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 2010;278(1706):649–55.
5.
Smith SDA. Kelp rafts in the Southern Ocean. Global Ecology and Biogeography. 2002;11(1):67–9.
6.
Marples BJ, Morton J, Miller M. The New Zealand Sea Shore. The Journal of Animal Ecology. 1968;37(3):734.
7.
López BA, Macaya EC, Rivadeneira MM, Tala F, Tellier F, Thiel M. Epibiont communities on stranded kelp rafts of Durvillaea antarctica (Fucales, Phaeophyceae)-Do positive interactions facilitate range extensions? Journal of Biogeography. 2018;45(8):1833–45.
8.
Griffiths HJ, Meijers AJS, Bracegirdle TJ. More losers than winners in a century of future Southern Ocean seafloor warming. Nature Climate Change. 2017 Apr;7(10):749–54.