Lago Vostok, Ant

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Lago Vostok, Antártida Explorando el lago
subglacial y buscando vida en ambientes extremos.

• Pablo Belzún, Seminario de GradoIntroducción a
  la Astrobiología.
• Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas -
  UNLP

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Generalidades

• El medio subglacial de la Antártida es más
  dinámico de lo que parece. Bajo las extensas y
  gruesas capas de hielo hay lagos de todos los
  tamaños y muchos de ellos se llenan y vacían,
  pasando el agua de uno a otro, líquido que
  facilita el desplazamiento de los glaciares.
• Más de 100 lagos han sido detectados, algunos de
  los cuales llegan a tener extenciones de
  hasta 14.000km2. La alta presión, el exceso de
  oxígeno, la baja temperatura, la ausencia de la
  energía solar y el aislamiento de la superficie
  durante miles y quizá millones de años da a
  pensar que la biota original de los
  lagos subglaciales puede presentar formas de
  vida diferente a la que se encuentra en la
  superficie de la Tierra.
• El lago Vostok es el lago subglacial más
  documentado hasta la fecha. Es el más grande,
  profundo, y probablemente el más antiguo
  conocido, por lo que es uno de los sitios de
  agua más atractivos para los estudios geológicos,
  geofísicos, biológicos y glaciológicos. En dicho
  lago, la capa de hielo tiene un espesor de  3750
  metros y se ha perforado hasta los 3623. No se
  perforo hasta el agua del lago en si sino que se
  detuvo antes. Pero si se penetró 84 metros en lo
  se puede denominar como hielo formado por la
  recongelación producto del agua del lago mismo.

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• El lago Vostok probablemente es un entorno
  ultraoligotrófico, es decir, carecería de los
  nutrientes necesarios para el crecimiento de
  vegetales. Posee una gran saturación de oxígeno
  con valores 50 veces mayores que los encontrados
  en los lagos de agua dulce normales de la
  superficie de la Tierra. Se cree que el enorme
  peso de la placa de hielo sobre el lago es la que
  produce la elevada concentración de oxígeno.
• El oxígeno y otros gases se disuelven en el agua,
  pero también, como sucede en los fondos de los
  océanos del mundo, forman lo que se llama "hielo
  inflamable" o hidratos de gas, que son
  acumulaciones cristalinas similares al hielo,
  formadas de gas natural y agua. El ladrillo de
  este sólido cristalino es una estructura
  denominada "clatrato", donde las moléculas de
  agua forman una celda cuyo interior está ocupado
  por gas. Esas estructuras se forman a las altas
  presiones de la profundidad del lago Vostok, y
  serían inestables si se trajeran a la superficie
  a presión atmosférica.
• Debido a este hecho, si el agua sale del lago
  Vostok por la perforación, podría salir a chorro
  como en una botella de gaseosa, y si no se
  contiene, exponer el lago a una posible
  contaminación, además de ser un riesgo potencial
  para los científicos.
• En abril del año pasado, investigadores alemanes,
  rusos y japoneses, descubrieron que el lago tiene
  pequeñas mareas. Dependiendo de la posición del
  sol y la luna, la superficie se eleva entre 1 y 2
  cm.

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Ubiquémonos un poco.

• El lago Vostok se encuentra levemente
  desplazado del centro del continente antártico
  bajo la estación antártica rusa Vostok, donde los
  termómetros midieron el 21 de julio de 1983 89
  ºC, la temperatura más fría jamás registrada en
  nuestro planeta. El lago es inmenso y uno de los
  mayores encontrados en la Tierra. La superficie
  del lago Vostok está estimada en 14.000
  kilómetros cuadrados, con una longitud de 250 km,
  una anchura de hasta 50 km y una profundidad que
  puede llegar a 500 m. El lago está enterrado bajo
  cerca de 4 km de hielo acumulado en el continente
  antártico durante 400.000 años.

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Veamos como es la estructura de la red subglacial
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(No Transcript)
7
Datos actuales y algunas preguntas abiertas
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• Con unas dimensiones de 250 km de largo por
  50 km de ancho, está dividido en dos profundas
  fosas por una cordillera. El agua líquida sobre
  la cordillera tiene una altura de 200 mts, la
  fosa norte, y 500 mts la sur. El lago Vostok
  tiene un volumen estimado de 5.400 km³ de agua
  dulce. En mayo de 2005 se halló una isla en el
  centro del lago.
• Este lago permaneció desconocido hasta hace
  poco tiempo debido a su ubicación geográfica, lo
  cual lo convierte en una de la últimas zonas por
  explorar del planeta. Científicos rusos y
  británicos descubrieron la existencia del lago en
  1996 mediante la combinación de datos de diversas
  fuentes, incluyendo observaciones aéreas de radar
  y altimetría de radar desde el espacio. La
  existencia de agua líquida bajo la capa de hielo
  se ha confirmado y constituye, científicamente
  hablando, el lago sin contaminar más prometedor
  de la Tierra. El agua que contiene es muy
  antigua, con un tiempo de residencia medio de 1
  millón de años.

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CIRCULACION DE AGUA Y ACRECION DE HIELO

• La acumulación de hielo fue mapeada a partir
  de un estudio aerogeofísico. El glaciar se
  superpone al lago y fluye principalmente hacia el
  este sobre el ancho del lago con un movimiento al
  sureste observado a nivel local en la zona de
  Vostok. De sur a norte, hay una ligera inclinación
  de la superficie y ésta es unos 50 metros
  más elevada a una distancia de 250 km de la
  estación Vostok. En éste lugar, el espesor del
  hielo es 600 metros más grueso que en Vostok.
• En el mapeo referido al proceso de acreción
  tenemos que el hielo del lago está mayormente
  ubicado en el área sur y se lo detecta hasta
  165km de Vostok, representando mas del 50 del
  área del lago. El espesor promedio del hielo
  ronda los 295m en comparación con los 220m que se
  encuentran en el sitio de Vostok. El hielo se
  acreta bajo la superficie del glaciar y es
  expulsado por el movimiento de éste. Para
  compensar esto, un afluente de agua es requerido
  en la zona de derretimiento en el área norte.
  El agua del lago es lentamente renovada y lo
  entrante arrastra sales, polvo y tal vez posibles
  microorganismos de la propia superficie del
  lecho.

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• Así y todo, sabemos relativamente poco acerca de
  estos procesos subglaciales e incluso ignoramos
  una descripción cualitativa empírica de los
  procesos que ocurren dentro del lago. (Ej
  proceso de acreción)
• Fué una sorpresa cuando se logró extraer e
  identificar muestras de hielo de la parte más
  profunda de la base Vostok. Además, tenemos que
  el tiempo de renovación del agua rondaría desde
  4500 a más de 100 000 años (Kapitsa et al.,
  1996). El sistema de lagos es prácticamente
  isotérmico y también sería un sistema cerrado.
  Por lo tanto la mayoría de los intercambios de
  energía están dominados por el calor latente de
  fusión y de congelación.
• El balance energético de todo el lago tiene que
  ser considerado. Otras preguntas siguen sin
  respuesta sobre cómo y cuándo se formó el lago.
  El lago existía antes de la glaciación antártica
  principal o es fruto de la fusión del hielo
  debido a un flujo de calor geotérmico anómalo?
  Es el lago un colector de un gran sistema
  hidráulico subglacial? Cómo se redistribuye el
  calor en el lago? Cuál es la composición química
  del agua y su salinidad?

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• En cuanto a la presencia de vida en el lago
  Vostok, después de los descubrimientos actuales y
  la documentación de la vida en diferentes
  ambientes extremos en la Tierra, es razonable
  esperar que el lago Vostok contenga vida,
  microorganismos o las huellas de su actividad. Se
  esperaría encontrar rastros en el hielo de
  acreción. Esto, sin embargo, es difícil de probar
  o refutar. De hecho, el contenido biológico del
  hielo de la Antártida sigue estando
  indocumentado. Los estudios son escasos pero esto
  no se debe a la falta de interés científico, sino
  más bien porque el hielo polar es químicamente
  muy limpio y la firma biológica es muy pequeña.
  La búsqueda de evidencia de actividad biológica
  en el hielo es un gran desafío, ya que puede
  confundirse fácilmente con contaminación.
• Procedimientos especiales de descontaminación se
  utilizan con el fin de eliminar la parte externa
  de las muestras de hielo del núcleo. El hielo de
  la Antártida tiene concentraciones muy bajas de
  impurezas químicas y polvo en un nivel de
  alrededor de 10 ppb y la parte interna del hielo
  debe ser procesada en áreas limpias de polvo.

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Registro Climático y propiedades químicas del
hielo

• Un estudio paleoclimático deduce del análisis de
  los núcleos de hielo de 3310m de profundidad el
  primer gran registro que cubre los últimos
  400.000 años. La temperatura del pasado, el
  contenido de gases de efecto invernadero (CO2,
  CH4) y las concentraciones de aerosoles de origen
  marino y continental han sido reconstruidas.
• Las variaciones de la temperatura en la
  superficie de la capa de hielo se desprenden de
  la composición de isótopos estables del hielo. El
  perfil muestra una amplitud total de
  aproximadamente 12 ?C. Se han propuesto ligeras
  diferencias de los cambios climáticos (hasta 18
  ?C) (Salamatin et al., 1998). Períodos glaciales
  dominan los registros, con una frecuencia de unos
  100.000 años. El actual período cálido, conocido
  como el Holoceno, comenzó alrededor de hace
  12.000 años y parece ser un período muy estable
  con respecto a otros interglaciares.

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• El registro climático de los últimos
  400.000 años. De arriba a abajo-Volumen Global
  de hielo (en unidades relativas) deducido de
  registros de sedimentos marinos.-Temperatura
  (diferencia con la temperatura de la superficie
  actual) deducida de la composición de isótopos
  estables del hielo.-Registros de gases de efecto
  invernadero CO2 (ppmv) y CH4 (ppbv) como se
  deduce de las burbujas de aire atrapado. Tenga en
  cuenta el reciente aumento hasta el nivel actual
  de CO2 y CH4, lo que refleja la actividad
  antropogénica desde la década de 1850.-Perfil de
  la concentración de sodio (ppb), representante de
  los aerosoles marinos.-Perfil de la
  concentración de polvo continental (ppm).

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• El registro del clima global muestra una
  estructura de "diente de sierra" con temperaturas
  gradualmente decrecientes a partir del período
  interglacial hasta alcanzar los mínimos del
  período glacial. Esto fue seguido por un deshielo
  más rápido, que tendrá lugar en tan sólo unos
  pocos milenios.
• El análisis espectral indica la presencia de tres
  periodicidades mayores de alrededor de 100.000,
  40.000 y 20.000 años. Estas variaciones se
  caracterizan según la geometría y el movimiento
  de la Tierra alrededor del Sol. El registro
  confirma la teoría astronómica del paleo clima
  que también es apoyado por los registros marinos.
  (Teoría que hace referencia a que los grandes
  cambios climáticos están relacionados con la
  excentricidad, oblicuidad y precesión de la
  tierra).
• Las impurezas en la atmósfera antártica incluyen
  la pequeña fracción de los aerosoles primarios
  emitidos por los océanos y los continentes, así
  como los resultantes de la conversión de gas de
  partículas o, más recientemente, la actividad
  antropogénica. Tenemos sodio (Na) que caracteriza
  la espuma del mar, mientras que el polvo, que es
  principalmente la masa representada por
  partículas con tamaños de entre 0,8 y 3µm,
  ??proviene en su mayoría de los continentes y las
  zonas áridas.

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Composición química del hielo glaciar

• El hielo de la Antártida contiene entre 0,3 y 0,5
  mg L-1 de sales totales, es decir, 100 a 1000
  veces menor que el contenido de agua mineral
  comercial. El análisis químico del hielo requiere
  equipo especial y técnicas sensibles. Los núcleo
  de hielo y las primeras muestras deben ser
  descontaminadas mediante la eliminación de la
  parte exterior. La parte interna es analizada en
  un laboratorio libre de polvo. El uso de
  habitaciones limpias y agua pura desionizada
  ultra-filtrada son requisitos previos para la
  química del hielo, como en los campos de la
  medicina o la microelectrónica.
• Las muestras de hielo derretido son ácida (pH
  5,7), debido principalmente a la muy poca
  cantidad de polvo y carbonatos continentales y el
  exceso de iones de sulfato, como el ácido
  sulfúrico de la atmósfera. Los aerosoles de
  espuma del mar contribuyen en mayor medida con
  los siguientes iones Na , Ca2 , Mg2 y Cl. El
  polvo de los continentes contribuye con Ca2 ,
  Mg2 , K , NO3 - y los iones Fe3 . Los sulfatos
  son dominados por el ácido sulfúrico, que es el
  producto final de la oxidación atmosférica de los
  derivados del azufre, como el azufre dimetilo
  (DMS), producido a partir de la actividad
  biológica del fitoplancton marino. Por otro lado,
  esporádicos eventos volcánicos inyectaron grandes
  cantidades de cenizas y gases a la atmósfera.
  Capas de ceniza son a veces visibles en los
  núcleos de hielo.

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• Muestras del hielo de acreción. Arriba a la
  izquierda las inclusiones de sedimentos observada
  s en una muestra del núcleo de hielo de 3607 metro
  s de profundidad. Secciones delgadas de hielo
  del núcleo de hielo observada con luz
  polarizada. Arriba el hielo glaciar policristalin
  o. Abajo el hielo por acreción (3553m de
  profundidad), con un solo cristal de 32 cm de
  largo. Irregularidades de color se deben a una
  superficie de hielo duro.

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• En la década de 1980, el investigador
  ruso Sabit  Abyzov fue el primero en investigar
  el contenido biológico de núcleos de hielo en la
  estación Vostok, aplicando a las muestras los
  métodos clásicos de cultivo y haciendo uso del
  microscopio. La parte exterior de los núcleos se
  descartó y se uso un sistema estéril, que derrite
  y recoge sólo la parte interna del hielo. A
  partir de estos estudios,  diferentes levaduras,
  hongos y bacterias han sido observadas
  y algunas hasta han sido cultivadas. Aunque el
  éxito del cultivo disminuye con la profundidad de
  la muestra, se han obtenido resultados de
  muestras tomadas a una profundidad de 2.200
  metros, lo que sugiere una reactivación del
  metabolismo después de 150.000 años de "anabiosis"
   o latencia.
• Estos estudios fueron los primeros en este campo,
  sin embargo, sus resultados deben ser tratados
  con precaución. De hecho, de la
  investigación química  del hielo hemos aprendido
  mucho en los últimos veinte años sobre el bajo
  contenido de impurezas y los problemas de
  contaminación, la necesidad de trabajar en
  instalaciones libres de polvo y de usar
  equipos de alta sensibilidad junto con  técnicas
  adecuadas (así como el agua pura  artificial
  desionizada), junto con un protocolo de
  análisis que incluye el tratamiento de los
  espacios en blanco (pruebas falsas o muestras
  de simulacro). Estas técnicas se utilizan
  ahora ampliamente y de manera rutinaria, lo que
  permite determinar de forma viable la composición
  química del hielo polar. Para las investigaciones
  biológicas, son difícil de aceptar las
  conclusiones de los estudios que no se llevan
  a cabo en condiciones estériles y libres de
  polvo. Hasta la fecha, el contenido biológico del
  hielo glaciar de Vostok (especialmente de los
  estratos profundos) queda por confirmar.

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• Las muestras de hielo de acreción
  proporcionan una oportunidad para investigar
  el contenido biológico del lago. Tres estudios
  principales han sido publicados recientemente,
  (Karl et al, 1999 Priscu et al,
  1999 Christner et al, 2001), y en todos estos
  estudios se detectaron microorganismos. Se han
  observado células en concentraciones de 100 a
  25.000 células por ml de agua de deshielo. 
• Se logró amplificar ADN de muestras de hielo no
  concentrado, lo que implica que un número
  importante de células están presentes en las
  muestras de agua y en el lago también (Priscu,
  1999. Christner, 2001).
• Estos microorganismos encontrados e identificados
  por la clonación y secuenciación de la
  diversidad muestran poco y son similares a los
  que se encuentran en la superficie de la Tierra
  y/o cerca de los entornos de influencia
  humana (Priscu et al., 1999). La concentración de
  carbono orgánico total (COT) de las muestras de
  agua se encuentra en un rango de 80 a 500
  ppb. Debido a la fragmentación de la formación de
  hielo, el contenido de COT del agua del
  lago Vostok debe ser comparable al de algunos
  lagos abiertos y fuentes de microorganismos heteró
  trofos con nutrientes. (Karl et al,
  1999. Priscu et al, 1999).

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• Esto puede parecer creíble y por lo
  menos representa un avance en los estudios
  biológicos. Sin embargo, la química de los
  resultados publicados junto con los hallazgos
  biológicos plantean varias preguntas a los
  geoquímicos aun sin respuesta. En primer lugar,
  las concentraciones de las células
  observadas tienen la misma magnitud que la
  observada para el polvo insoluble de tamaño
  comparable, por ejemplo, 1000 / 10000
  por g de las partículasgt 0.8µm. El polvo se
  mide en muestras de agua por un contador
  Coulter y son observados por microscopío
  electrónico (Petit et al, 1999).
• Cuando una muestra de agua de hielo de la
  Antártida se observa bajo un microscopio
  óptico o electrónico (con 0,4 o 0.2µm porosidad),
  las partículas de polvo mineral (tamaño 0,8 -
  3µm) son las más abundantes, mientras que la
  materia orgánica y microorganismos son muy raros.
  Esto es contrario al caso de las muestras de
  hielo de los Alpes o los Andes que son a
  menudo ricos en microorganismos. Por ejemplo, en
  una muestra de los glaciares andinos pronto se
  desarrollan microorganismos fácilmente detectables
   por la técnica de Coulter, si se los deja
  durante unos días en el laboratorio, a
  temperatura ambiente y se los expone a la luz del
  día. Por esta razón, las muestras andinas deben
  ser procesadas ??inmediatamente después de la
  fusión y por separado de las muestras de hielo de
  la Antártida para evitar la contaminación
  cruzada. Es muy raro ver el desarrollo de
  bacterias en muestras de agua del hielo de la
  Antártida, pero cuando ocurre, la contaminación
  o el insuficiente cuidado en la limpieza de
  herramientas y vasos son la causa más probable.

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Varios intentos se han hecho para reproducir
el cultivo y los experimentos de amplificación de
ADN mediante la realización de las pruebas
correspondientes a las muestras de hielo de
Vostok. El procedimiento de descontaminación fue
el mismo que se utiliza para el análisis
químico y se llevó a cabo bajo una
campana estéril. Todos los recubrimientos, bajo
diversas condiciones ambientales, incluyendo los
específicos de psicrófilos, no tuvieron éxito.
Respecto al  ADN, una serie de ampliaciones tambié
n resultaron no concluyentes y / o las
muestras fueron positivas falsas (M. Blot, D. Faur
e, inédito). A partir de preparaciones microscópic
as y filtro, se observaron microorganismos sólo
una vez, pero para una muestra de hielo que era
demasiado pequeña para aplicar el procedimiento
de descontaminación.

• Vista de la sala blanca de laboratorio, la
  protección del operador y algunas operaciones de
  manipulación y lavado de la descontaminación
  de los núcleos de hielo en LGGE en Grenoble. Abajo
  a la izquierda Una microfotografía de la
  contaminación de una muestra de hielo acreditados
  con el fluido de perforación. Debido al pequeño
  tamaño de la muestra de hielo, la aplicación
  del proceso de descontaminación completa no fue
  posible. Una vez filtrada y coloreado por DIAPI,
  vemos inclusiones de sedimentos
  (arcillas minerales) en amarillo, mientras que
  los microorganismos aparecen en color verde (como
  cocos).

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ESTUDIOS RECIENTES

• Presentamos aquí los resultados de
  un estudio llevado a cabo recientemente con una
  serie de controles químicos y biológicos para
  validar nuestros resultados. Hemos utilizado la
  secuenciación del gen ribosomal  16S para
  estimar el contenido bacteriano de las muestras
  del hielo de acreción entre 3551m y 3607m de
  profundidad, formado hace unos 15-20 mil
  años. Además, una muestra de hielo glaciar de
  3001m, con una edad de unos 300 mil
  años (Petit et al., 1999), fue tomada para la
  comparación. El horizonte de hielo de
  acreción contiene pequeñas inclusiones visibles
  de los sedimentos atrapados cuando el glaciar se
  movió a través de una bahía de poca
  profundidad aguas arriba del sitio Vostok (Jouzel 
  et al, 1999).

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• Procedimiento de descontaminación 
  y controles químicos
• La descontaminación resultó ser un tema
  crítico. Las estrictas técnicas
  de descontaminación utilizadas actualmente en la
  química permiten mediciones viables de los iones
  principales, así como de elementos traza
  presente en el hielo de la Antártida. En nuestro
  estudio hemos aplicado el rigor de la
  hielo-química basada en el procedimiento de
  descontaminación de las muestras de núcleos de
  hielo para producir la composición química más
  viable para los iones más importantes y el
  carbono orgánico disuelto (COD). Los iones
  principales y ligeras concentraciones de
  ácidos carboxílicos resultaron sensibles a la
  contaminación gaseosa en el entorno de
  laboratorio (Legrand et al., 1993) y esto sirvió
  como un primer control de nuestros procedimientos
  de descontaminación aplicados a las muestras
  antes de los estudios biológicos moleculares. 
• En pocas palabras, el procedimiento de
  descontaminación del núcleo de hielo es el
  siguiente El corte del hielo y la limpieza de la
  superficie se realizó en un cuarto
  frío (-15 ? C). A continuación, las muestras se
  lavaron tres veces con agua pura libre de COD y
  se las fundió a temperatura ambiente en frascos
  de policarbonato limpios y estériles. El agua
  derretida se concentró aún más, hasta 2000 veces
  utilizando unidades de filtración equipado
  con membranas 3Kd, y se realizo así la
  eliminación de toda la materia más grande que 10
  pares de bases de ADN. El personal del
  laboratorio utilizó material quirúrgico, paños est
  ériles, guantes, máscaras y escudos. Las
  superficies y herramientas se limpian con solucion
  es de descontaminación química.

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• Tenga en cuenta que las muestras de hielo se
  prepararon en un edificio diferente que el
  utilizado para la extracción de ADN y análisis de
  PCR, para evitar cualquier impacto de los
  productos en las muestras. (PCR Es una técnica
  de biología molecular, cuyo objetivo es obtener
  un gran número de copias de un fragmento de ADN
  particular, partiendo de un mínimo en teoría
  basta partir de una única copia de ese fragmento
  original, o molde).  
• Para la parte del núcleo de hielo de Vostok más
  profundo que 3520 metros (incluido el hielo
  glaciar basal y el de acreción), un perfil de
  referencia inicial de los iones principales y las
  ligeras concentraciones de ácidos carboxílicos de
  las muestras de hielo revelaron un contenido
  muy bajo de NH4 (0.1-4 ppb), NO2 - (lt0.1ppb),
  acetato (0,5-2ppb) y los iones formiato (lt0.5ppb),
  en consonancia con los encontrados previamente
  en otros núcleos de la Antártida
  (Legrand y Saigne 1988). La concentración
  de DOC, influenciado por la presencia de
  queroseno a partir de los fluidos de
  perforación, se demostró que era baja y similar
  tanto en el hielo glaciar (24  14ppb) como en el
  hielo de acreción (17  7ppbC). 
• El método de enjuague con agua ultrapura,
  incluso puede no ser suficiente para
  eliminar todos los entes biológicos extranjeros
  (por ejemplo, Kawai etal, 2002.. Kulakov et al,
  2002). Además, la extracción de ADN y
  enzimas comerciales PCR, reactivos y artículos de
  plástico desechables adecuados para su uso en
  condiciones de baja biomasa  no siempre
  son certificado de ADN libre (por
  ejemplo, Grahnet al, 2003. Corless et al,
  2000.. Millar et al, 2002). Por esta
  razón, hemos tenido que desarrollar nuestra base
  de datos de contaminantes en orden a los
  contaminantes potenciales de las muestras
  estudiadas.

25
Indexación de los criterios para las
bacterias contaminantes registrados en el núcleo
de hielo de Vostok. Las teclas también se
utilizan en la tabla 7.4
26
(No Transcript)
27
 Hallazgos biológicos confiable

• El único filotipo que ha pasado con éxito nuestra
  base de datos de contaminantes y otros criterios
  de selección de contaminantes fue
  la bacteria termófila Hydrogenophilus thermoluteol
  us (beta-Proteobacteria), que se encuentra hasta
  ahora sólo en las aguas termales del distrito
  de Izu (Japón) (Goto et al ., 1977. Hayashi et al
  , 1999) y está estrechamente relacionada con la
  especie  Hydrogenophilus hirschii conocida en las
  aguas termales del Parque Nacional de
  Yellowstone, EE.UU. (Stohret al, 2001)
  (Fig. 7.18). Una secuencia de ADNr atribuida al
  genero Hydrogenophilus fue recuperado recientement
  e por López-García et al. (2003) a partir de
  sedimentos hidrotermales en la cordillera del
  Atlántico medio. Es potencialmente
  un Quimiolitoautótrofico  capaz de
  crecer mediante la oxidación de H2 y la reducción
  de CO2 (Goto et al, 1977. Hayashi et al,
  1999. Stohr et al, 2001). Además de la ausencia
  de Hydrogenophilus sp. en nuestra base de
  datos de contaminantes, así como de otros
  datos conocidos de contaminantes, la distribución
  limitada de los parientes más cercanos de esta
  especie a escala global (distrito Izu, Japón
  y Yellowstone, EE.UU.), proporciona una
  indicación adicional de apoyo a su estado no
  contaminante.

28
(No Transcript)
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Deliberaciones sobre los hallazgos biológicos
en el lago Vostok

• Diversas bacterias descubiertas con
  anterioridad en zonas de acreción de hielo en
  Vostok (Karl et al, 1999. Priscu et al,
  1999. Abyzov et al, 2001.. Christner et al,
  2001) e identificadas por el polimorfismo de
  longitud de fragmentos de restricciónes
  terminales (Priscu et al. , 1999) y la
  secuenciación de genes de ARNr 16S (Christner et a
  l., 2001) han sugerido la presencia de vida en el
  lago Vostok. Estos estudios pueden ser válidos,
  pero los resultados sufren de la ausencia de
  controles químicos o, cuando es posible, la
  composición química del hielo es cuestionable.
• En nuestro enfoque, hemos reconocido hasta ahora
  sólo una bacteria (12 clones, dos tipos de
  secuencias), que ha pasado con éxito los
  estrictos criterios de selección de
  contaminantes y, por lo tanto, puede ser
  considerada como relevante para el estudio del
  hielo bajo la estación rusa Vostok. Dicha
  bacteria fue encontrada en una muestra a 3.607 met
  ros de profundidad, y representa la existencia
  del termófilo Quimiolitoautótrofico
  Hydrogenophilus thermoluteolus (beta-Proteobacteri
  a) encontrado hasta ahora sólo en las aguas
  termales. No hay resultados fiables de lo
  detectado en muestras a 3551 metros, y todos
  los otros filotipos detectados (total
  16 filotipos) se supone que son
  contaminantes. Esto indica que la contaminación,
  sobre todo desde el entorno del
  laboratorio (polvo), así como de fuentes
  humanas, incluso después de los procedimientos de
  descontaminación rigurosa, sigue siendo una
  fuente importante de bacterias extrañas. Este
  hecho, junto con la incapacidad para
  generar productos de PCR, sugiere
  indirectamente un número muy bajo de
  células y/o cantidades de ADN en las muestras del
  hielo de acreción.

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• Nuestros resultados son de especial interés
  por la bacteria, que descubrimos representa una
  especie termófila genuina. Teniendo en cuenta los
  límites de cualquier planteamiento de PCR (por
  ejemplo, PCR sesgo en la estimación de la
  composición y diversidad de especies (Dunbar et al
  , 2002. Lueders y Friedrich 2003)) y, a pesar
  del hecho de que no sabemos lo suficiente acerca
  de la correlación entre el tipo desecuencia de
  ARNr y el fenotipo (cuando se obtuvo 100 de
  similitud de secuencias de la región estudiada),
  consideramos al hallazgo del  Hydrogenophilus ther
  moluteolus  como un indicador para la existencia
  de un medio ambiente geotérmico bajo el Lago
  Vostok. es probable que en tal ambiente, Archaeas 
  pueden estar presentes (por ejemplo, Graneros et a
  l., 1996). sin embargo, al igual que en estudios
  previos (Priscuet al., 1999), no hemos encontrado
  ningún indicador de su presencia en las
  muestras de hielo del Lago Vostok

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Conclusiones y Trabajo a futuro

• Aspectos Geofísicos y Geoquímicos
• En primer lugar, cabe destacar el interés paleo-cl
  imatológico de los núcleos de hielo de las zonas
  polares. El muestreo continuo obtenido de la
  atmósfera y el encapsulamiento en las burbujas de
  aire es una propiedad única. Los registros
  disponibles en la actualidad cubren varios miles
  de años. El proyecto europeo EPICA, financiado
  por 10 países, reúne a más de 60 científicos
  y planea perforar dos nuevos núcleos de hielo en
  las profundidades una en el Domo C y el otro
  en la monótona superficie Maud, con el
  objetivo de extender el paleoclima más allá de
  cuatro ciclos climáticos y así obtener detalles
  del último período glacial. El núcleo de
  hielo también proporcionará nuevo material
  para la búsqueda de vida en el hielo de la
  Antártida, que aún no se ha documentado.

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• Nuevas perforaciones, la intrusión en los
  lagos del muestreo directo y/o la implementación
  de laboratorios in situ, resultan necesarios para
  obtener una mejor comprensión de los procesos que
  ocurren en los lagos subglaciales. Estos estudios
  pueden ser capaces de resolver el debate
  sobre cuestiones fundamentales relacionadas
  con el contenido de agua y la historia de los
  lagos. Sin embargo, para cumplir con este
  ambicioso objetivo, es necesario
  desarrollar nuevas técnicas de perforación para
  evitar la contaminación química y
  biológica de los equipos en el medio ambiente de
  influencia humana.
• Este es el tema más crítico, sobre todo teniendo
  en cuenta que sólo 130 m de hielo aún no se
  han perforado sobre el lago Vostok y que el
  lago parece estar prácticamente libre de
  gérmenes. Por el contrario, las técnicas de
  muestreo también deben ser desarrolladas para que
  garanticen la protección del planeta (similares a
  las desarrolladas para el retorno de muestras
  extraterrestres). Desde 1995, varias conferencias
  y talleres internacionales se han organizado en
  la antártida y el grupo de científicos
  de SCAR (Comité Científico de Investigaciones
  Antárticas) ha sido asignado para estudiar
  los temas relacionados con la exploración subglaci
  al del lago (Kennicutt, MC 2001, y http/ / salego
  s-scar.montana.edu).

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• De las consideraciones desarrolladas,
  probablemente el lago Vostok existió  como lago
  abierto antes de la glaciación de la Antártida, o
  tal vez como un pantano con agua que se
  evaporaba. El lago contenía probablemente sales
  de mar concentrada durante esta primera etapa, o
  por lo menos, agua de mar.
• A medida que la capa de hielo cubría la
  Antártida, el volumen del lago y probablemente su
  salinidad fueron en aumento. Un análisis
  químico adicional del hielo de acreción sería
  relevante para este fin (Souchez et al., 2000,
  2003). Aparte de la necesidad de una topografía
  favorable del lecho rocoso, la formación del
  lago depende de la temperatura en la base de la
  capa de hielo. Esto se traduce en el balance
  energético entre el calor geotérmico y la
  dinámica de las capas de hielo. Puesto que este
  equilibrio es demasiado complejo como
  para establecerlo con precisión (por los modelos
  numéricos que tienen que estar integrados en
  un tiempo muy largo), la predicción de la
  formación del lago seguirá siendo una difícil
  tarea por resolver. Hasta la fecha, la detección
  directa por teledetección o por estudios de
  resonancia y aerogeofísicos, son los métodos más
  eficaces, proporcionando datos para ser
  integrados en el modelaje .

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• A partir de consideraciones geométricas, el hielo
  menos denso bajo la densa placa continental se
  debe aproximadamente en un 52 al proceso de
  acreción, mientras que el resto es producido
  por la posterior congelación del agua por
  contacto directo con la placa continental. Las
  áreas de fusión y congelación están separadas
  físicamente y representan alrededor del 47 y el
  53 de la zona del lago, respectivamente. 
• La media global de las tasas de acumulación y el
  derretimiento en todo el lago están unos 10 mm /
  año, y el tiempo de renovación del agua es
  de 80.000 años. Un volumen total de 70  106
  m3 se derrite cada año y un volumen equivalente
  es acrecentado después de haber sido exportados
  fuera de la zona del lago. La velocidad media
  de equilibrio de la zona de acreción es de  1,5
  m / año, lo que parece coherente con los
  resultados del modelo de la capa de hielo aguas
  arriba del lago (Siegert y Kwok, 2000). 

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• Probablemente el hielo de acreción se forma por
  el frente de congelación lenta que ingresa
  bajo el glaciar. Este lento proceso permite la
  formación de cristales de hielo con celosías de
  baja concentración de defectos (Montagnat et al.,
  2000), un material interesante para estudiar. Las
  impurezas del hielo, las sales y los gases, son
  en su mayoría rechazados durante la congelación y
  se acumulan en el lago. La contribución de
  las sales de los glaciares a la salinidad
  del lago es casi despreciable ( 0,1 0). Para
  los gases, sin embargo, el lago probablemente acum
  ule hasta 726 g/L de nitrógeno y de 8 g/L de
  oxígeno en total. Debido a la alta presión y
  temperatura del lago, que forma parte de
  los gases que forman los hidratos de
  aire (clatratos), el agua podría estar aún
  más saturada de gas de lo que pensamos
  (Lipenkov Istomin y 2001). El agua del lago
  probablemente contiene un exceso de oxígeno con
  respecto a los lagos abiertos, lo que
  representa un obstáculo adicional para los
  microorganismos en el lago. Trabajos a futuro
  enfocados en estos asuntos proporcionaran datos
  muy valiosos.

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PARA IR TERMINANDO
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Proyectos de Perforación

• Hoy día, tanto científicos rusos como
  norteamericanos, intentan avanzar con las
  investigaciones y buscan finalmente penetrar en
  las aguas profundas cubiertas por las capas de
  hielo del Glaciar.
• En enero de 2011 los rusos reanudaron las
  perforaciones que se encontraban detenidas desde
  el año 1998. Las obras de perforación en esta
  temporada empezaron el pasado 2 de enero, a una
  cota de 3.650 metros. En poco más de un mes, la
  perforadora avanzó unos 70 metros para detenerse
  nuevamente. Reanudarían las obras a fines del
  2011.
• Por su parte, los norteamericanos, cuentan con un
  programa de perforación basado en un robot que
  puede penetrar las capas de hielo polar causando
  el derretimiento del glaciar.

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• El robot, denominado Cryobot, fue testeado ya en
  los años 60s cuando formaba parte de una
  expedición internacional glageológica
  en Groenlandia, alcanzando profundidades de
  perforación de más de 1000m.
• Supuestamente, los cryobots están siendo probados
  en la Antártida. Se espera que algún desarrollo
  de estos robots sea capaz de penetrar las capas
  de hielo de la congelada luna de Júpiter, Europa,
  para explorar el supuesto océano que reside en el
  interior de la luna, el cual se especula que
  pueda albergar vida extraterrestre.

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Nada más, muchas gracias