El microbioma explica la vida submarina y también la presencia de metales en la Elevación de Rio Grande

Científicos concretan el primer gran estudio de los microorganismos presentes en las cortezas de ferromanganeso de ese monte submarino y describen las bacterias y las arqueas que participan en el ciclo de nutrientes y en la generación metalífera. Brasil posee derechos de explotación mineral sobre ese sitio, una actividad con probables impactos ambientales

Por André Julião  |  Agência FAPESP – La riqueza biológica y mineral de la Elevación de Rio Grande, un monte submarino ubicado a alrededor de 1.500 kilómetros de la costa brasileña, probablemente debe mucho a criaturas microscópicas poco conocidas aún. En el marco de un proyecto desarrollado en colaboración con el National Oceanography Centre, de Inglaterra, científicos del Instituto Oceanográfico de la Universidad de São Paulo (IO-USP) describieron los microorganismos presentes en las cortezas oceánicas de ferromanganeso de la Elevación y arribaron a la conclusión de que probablemente las bacterias y las arqueas son las responsables del mantenimiento de la abundante vida local, y además participan en el proceso de biomineralización que forma los metales existentes en las cortezas. 

Estos resultados salieron publicados en la revista Microbial Ecology. Y el estudio fue financiado mediante una colaboración entre la FAPESP y el Natural Environment Research Council (NERC) del Reino Unido. 

En el año 2014, Brasil obtuvo en la ISA (la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos, por sus siglas en inglés) la habilitación para estudiar el potencial del área para la minería por un lapso de 15 años. Este organismo ligado a la Organización de las Naciones Unidas (ONU) es el encargado de regular las actividades referentes al fondo de los océanos en aguas internacionales. 

“Sin embargo, es muy poco lo que se conoce aún de la biodiversidad local, y no sabemos cuál sería el impacto que esta actividad podría generar sobre el ecosistema de la Elevación de Rio Grande”, explica Vivian Pellizari, docente del IO-USP, quien coordinó el estudio. 

Este trabajo integra un proyecto que contó con el apoyo de la FAPESP. Y el artículo es uno de los resultados del doctorado de Natascha Menezes Bergo, investigadora que actualmente lleva adelante una pasantía posdoctoral en el IO-USP.

“Pese a que el denominado proceso biomineralización por microorganismos es conocido, la oxidación y la precipitación del manganeso no se había comprobado, y no teníamos idea de cómo sucedía eso en áreas oceánicas. Sin embargo, en julio de 2020, en un artículo publicado por investigadores de Estados Unidos en Nature se demostró por primera vez la existencia de bacterias que emplean el manganeso para convertir dióxido de carbono en biomasa mediante un proceso al que se le da el nombre de quimiosíntesis. Una de esas bacterias, perteneciente al grupo Nitrospirae, está presente en las secuencias de ADN que extrajimos de las muestras de corteza recolectadas en la Elevación de Rio Grande. Y constituye una fuerte evidencia de que no es únicamente un proceso geológico el que está ocurriendo en la formación de los metales, sino más bien un proceso biológico en el cual los microorganismos participan bastante”, dice Menezes Bergo, quien participó de las recolecciones realizadas en el año 2018 a bordo del RRS Discovery, un buque perteneciente a la corona británica (lea más en: agencia.fapesp.br/29629/). 

Además de hierro y manganeso, las cortezas también son ricas en cobalto –esencial para la producción de baterías recargables, por ejemplo–, aparte de níquel, molibdeno, niobio, platino, titanio y telurio, este último fundamental en la fabricación de células solares para la generación de energía de alta eficiencia, entre otros elementos. A finales de 2018, Brasil le solicitó a la ONU la ampliación de su plataforma continental de manera tal de incluir en ella a la Elevación de Rio Grande.

En otras partes del mundo, otras áreas similares se vienen estudiando desde hace más tiempo con los mismos objetivos, tales como la zona de fractura de Clipperton y el monte submarino Takuyo-Daigo, ambos en el Pacífico Norte, aparte del monte submarino Tropic, en el Atlántico Norte.

La formación

Con alrededor de 150 mil kilómetros cuadrados –un área equivalente a tres veces la del estado de Río de Janeiro– la Elevación de Rio Grande se encuentra situada a profundidades que van de los 800 a los 3.000 metros. Formada durante la separación de lo que son actualmente África y América del Sur a partir del supercontinente Gondwana, hace entre 146 millones y 100 millones  de años, la Elevación era una isla que se hundió hace aproximadamente 40 millones de años, debido probablemente al peso de un volcán, a la lava y al movimiento de las placas tectónicas (lea más en: revistapesquisa.fapesp.br/es/revelaciones-de-un-archipielago-sumergido-en-brasil/). 

En una de las expediciones del grupo realizadas en 2018, los científicos recogieron muestras de las cortezas de ferromanganeso, de los esqueletos de corales que viven sobre ellas, de rocas de calcarinita y de las biopelículas formados sobre la superficie de las cortezas en un área de la Elevación. Las biopelículas son comunidades microbianas estructuradas y rodeadas de sustancias que ellas mismas secretan, en lo que constituye un recurso que las protege contra agresiones tales como la falta de nutrientes o las sustancias potencialmente nocivas.

“El hecho de haber encontrado biopelículas constituyó una sorpresa interesante, toda vez que es una señal indicativa del principio del proceso de biomineralización. Tanto en ellas como en las muestras de esqueletos de coral, en las rocas de calcarinita y en las cortezas, encontramos los mismos microorganismos. La única diferencia reside en la edad de las superficies: los corales son más recientes que las cortezas, y las biopelículas más aún”, afirma Menezes Bergo. 

Se recuperaron en total 666.782 secuencias de ADN de las muestras. Las bacterias y las arqueas encontradas forman parte de grupos conocidos por su participación en el ciclo del nitrógeno, al transformar el amoníaco en nitrito y nitrato, que a su vez aportan energía a otros microorganismos. Además del grupo Nitrospirae, se hallaron otros procariontes, como la arquea Nitrososphaeria. La secuenciación de las muestras reveló también la existencia de grupos ligados al ciclo de metano, tales como Methylomirabilales y Deltaproteobacteria.

Estos resultados aportan a la comprensión de la diversidad microbiana y de los potenciales procesos ecológicos que ocurren en las cortezas de ferromanganeso del Atlántico Sur. Datos de esta índole contribuyen para la elaboración de futuras regulaciones de una posible actividad de minería en la Elevación de Rio Grande.

“En el proceso de extracción de las cortezas, se produciría probablemente una alteración de la circulación local que modificaría la disponibilidad de materia orgánica, de nutrientes y, por consiguiente, del microbioma local y de toda la vida asociada al mismo. Asimismo, las cortezas crecen un milímetro por cada millón de años en promedio. No habría tiempo para una recolonización. No por casualidad, en los últimos tiempos se han realizado muchos trabajos que apuntan a despejar el interrogante de cómo evaluar y mitigar los impactos que causa la minería marina”, culmina Menezes Bergo.

Puede leerse el artículo intitulado Microbial Diversity of Deep-Sea Ferromanganese Crust Field in the Rio Grande Rise, Southwestern Atlantic Ocean, de Natascha Menezes Bergo, Amanda Gonçalves Bendia, Juliana Correa Neiva Ferreira, Bramley J. Murton, Frederico Pereira Brandini y Vivian Helena Pellizari, en el siguiente enlace: link.springer.com/article/10.1007/s00248-020-01670-y.