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Lago Vostok, Antártida: Explorando el lago subglacial y buscando vida en ambientes extremos. Pablo Belzún, Seminario de Grado:“Introducción a la Astrobiología”. Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas - UNLP. Generalidades.
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Lago Vostok, Antártida: Explorando el lago subglacial y buscando vida en ambientes extremos. Pablo Belzún, Seminario de Grado:“Introducción a la Astrobiología”. Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas - UNLP
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.
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.
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.
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.
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.
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?
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.
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.
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).
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.
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.
Muestras del hielo de acreción. Arriba a la izquierda: las inclusiones de sedimentos observadas en una muestra del núcleo de hielo de 3607 metros de profundidad. Secciones delgadas de hielo del núcleo de hielo observada con luz polarizada. Arriba: el hielo glaciar policristalino. 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.
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.
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 heterótrofos con nutrientes. (Karl et al, 1999;. Priscu et al, 1999).
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 partículas> 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.
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 también resultaron no concluyentes y / o las muestras fueron positivas falsas (M. Blot, D. Faure, inédito). A partir de preparaciones microscópicas 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).
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).
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 estériles, guantes, máscaras y escudos. Las superficies y herramientas se limpian con soluciones de descontaminación química.
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 - (<0.1ppb), acetato (0,5-2ppb) y los iones formiato (<0.5ppb), 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.
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
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 thermoluteolus (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 recientemente 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.
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 al., 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 metros de profundidad, y representa la existencia del termófilo Quimiolitoautótrofico Hydrogenophilus thermoluteolus (beta-Proteobacteria) 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.
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 thermoluteolus 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 al., 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
Conclusiones y Trabajo a futuro Aspectos Geofísicos y Geoquímicos: • En primer lugar, cabe destacar el interés paleo-climatológico 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.
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 subglacial del lago (Kennicutt, MC 2001, y http:/ / salegos-scar.montana.edu).
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 .
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).
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 acumule 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.
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.
El robot, denominado Cryobot, fue testeado ya en los años 60´s 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.
