Viaje al pasado prehistórico de la Tierra: expedición científica explora extremófilos en volcán Copahue
15/06/2023Durante 9 días, alcanzando los 2900 metros sobre el nivel del mar y a solo 100 metros del cráter, grupo de investigadores exploró y colectó muestras del volcán Copahue y su entorno, ubicado en la Región del Biobío de Chile y la provincia de Neuquén de Argentina.
Un grupo multidisciplinario de científicos, liderados por la investigadora del Centro Basal Fundación Ciencia y Vida, Raquel Quatrini, exploraron el ecosistema microbiano de los cuerpos de agua que emanan del volcán Copahue, ubicado en el límite de Chile y Argentina. La investigación es uno de los primeros estudios metagenómicos que se realiza del lugar que, entre otras cosas, aportará al conocimiento de microorganismos extremófilos de gran interés para la minería en Chile y el mundo.
La travesía inició el 2 de marzo desde Santiago hacia Los Ángeles, para luego adentrarse en la Cordillera de los Andes. Con un intenso olor a dióxido de azufre en el ambiente, los investigadores realizaron un exhaustivo trabajo colectando cientos de muestras de distintos puntos del sistema, recorriendo el gradiente ambiental que caracteriza la zona. Pero, ¿por qué es de interés científico este sistema?
El entorno del volcán “Copahue” o “lugar de azufre” por su traducción en mapuche, se caracteriza por su paisaje de alta montaña, ríos, cascadas, lagos y lagunas. La región es conocida por su belleza natural y biodiversidad, con flora y fauna endémica. A las faldas del volcán, y acompañando el curso de agua del Río Agrio, se pueden encontrar bosques de araucarias, ñires y lengas, así como diferentes especies de animales como lagartijas, cóndores, pumas y zorros.
Para el equipo de investigación el lugar es un modelo de estudio interesante por su origen volcánico-glacial y sus particulares características. En las partes más altas del volcán, se observan hielos eternos, hervideros y fumarolas, ceniza y rocas volcánicas con incrustaciones de azufre elemental. La mezcla de aguas de deshielo con fluidos hidrogeotermales acídicos, que emanan de dos vertientes en la base del cráter, da origen al Río Agrio. Este curso descendente de agua enriquecida en azufre y otros elementos químicos, proveen las condiciones óptimas para la proliferación de varios de los acidófilos, microorganismos extremófilos en los que se enfoca el estudio.
Asimismo, en los cerca de 40 kilómetros de recorrido que tiene el Río Agrio -montaña abajo-, varios afluentes de agua dulce diluyen el sistema generando hábitats con distintas características fisicoquímicas que albergan comunidades de microorganismos acídicos variados. Es decir, arriba se pueden encontrar comunidades con características que son propias de ambientes termales; en otro punto, comunidades con características que son propias de sistemas mineros operativos y activos, y otras con características de un drenaje abandonado.
“Tenemos distintas fórmulas comunitarias en un mismo sistema con un eje longitudinal que los une, que es el Río Agrio, y con características físico-químicas variables, lo que es ideal para abordar este tipo de estudios de ensamblaje de comunidades”, explicó Raquel Quatrini, doctora en Microbiología y experta en genómica microbiana.
Los acidófilos
Aunque la mayor parte de la vida ocurre en rangos de pH, presión, temperatura y salinidad normales, existen microorganismos que se han adaptado y logran sobrevivir y prosperar en ambientes de características extremas, que resultan hostiles o inhabitables para la mayoría de los organismos. Ejemplo de ello son hábitats con alta presión donde solo proliferan organismos barófilos; aquellos con temperaturas elevadas donde se encuentran los termófilos, o hábitats con pH extremadamente ácido donde pululan los acidófilos. Todos estos microorganismos (extremófilos) logran adaptarse a ambientes extremos a través de una variedad de mecanismos biológicos y fisiológicos que bordean la ciencia ficción.
Debido a su capacidad para tolerar altos niveles de acidez y metales en solución, los acidófilos se han convertido en un foco de gran interés para la minería. La lixiviación es un proceso en el que se extraen metales de las rocas utilizando soluciones químicas. Sin embargo, las soluciones utilizadas en este proceso suelen ser muy ácidas y tóxicas, lo que puede generar efectos perjudiciales para el medio ambiente y la salud humana. En ese contexto, la biotecnología minera ofrece una alternativa más ecológica y segura, incrementando las tasas de recuperación de metales de interés (como el cobre) mediante el uso de microorganismos acidófilos en procesos de biolixiviación.
“Originalmente, en el ámbito de la biominería, se pensaba que se podía usar un único microorganismo (nativo o modificado) para lograr recuperar los metales de una matriz mineral dada. Sin embargo, con el tiempo hubo consenso en que, en realidad, los responsables de la disolución mineral son diversos conjuntos de microorganismos, a los que designamos ‘comunidades’ o ‘consorcios’. Y estas comunidades albergan las capacidades necesarias para llevar a cabo las diversas reacciones bajo las condiciones cambiantes de los bioprocesos activos”, explicó la doctora Quatrini. “Cómo se configuran las comunidades o los estados alternativos de las comunidades para llevar a cabo estas actividades o funciones ecosistémicas, eso no está del todo comprendido”, agregó.
Uno de los objetivos de la expedición fue colectar concentrados de las comunidades nativas, las que serán sostenidas en biorreactores y que permitirán llevar a cabo diversos ensayos de ensamble comunitario. “Vamos a estudiar cómo se estructuran las comunidades, a partir de los datos metagenómicos colectados desde distintos del gradiente fisicoquímico del Río Agrio, modelando la información recuperada en esta y otras campañas de muestreo anteriores. Y no solo eso, vamos a hacer experimentos de ensamble de comunidades in vitro, para probar aspectos de los modelos bajo condiciones controladas”, comentó lainvestigadora Raquel Quatrini.
“El resultado que esperamos obtener de la integración de estas distintas aproximaciones de estudio es comprender cómo se estructuran, qué composición tienen, cómo cambian esas comunidades en el espacio y el tiempo, es decir, cómo se ensamblan las comunidades en estados alternativos a lo largo del gradiente en la medida que los factores ambientales cambian gradualmente”, agregó.
Vinculación con la comunidad
La zona que rodea al volcán genera gran interés turístico, principalmente por las Termas de Copahue, ubicadas a unos 18 km de la localidad de Caviahue, conocidas por sus aguas termales ricas en minerales y propiedades curativas y terapéuticas. Sus aguas tienen temperaturas que oscilan entre los 35° y 80° C (Celsius) y contienen gran variedad de minerales como el hierro, el azufre, el calcio y el magnesio, entre otros.
Desde 1870 se reconoce que estas aguas pueden aliviar dolores musculares y articulares, mejorar la circulación sanguínea, reducir el estrés y la ansiedad, entre otros beneficios. “Tienen un enfoque completamente distinto a las termas que uno conoce en Chile, que son más bien recreativas. En la Termas de Copahue se trabaja en el tratamiento de patologías utilizando los distintos recursos que provienen de las termas y de los afloramientos termales”, señaló el investigador asociado a la Universidad San Sebastián y participante de la expedición, Simón Beard.
Sin embargo, no todas las aguas que rodean el Volcán Copahue tienen características saludables y seguras para el ser humano, ya que existen concentraciones importantes de iones tóxicos, como el arsénico y el flúor.
“Parte de este proyecto tiene que ver con vincular e informar a la comunidad, de las características de este sistema para que se cuide, para que no se intervenga excesivamente. Es importante que se reconozcan las características propias y únicas que tiene este sistema, para que no se piense que es un sistema que se deba remediar o reparar”, indicó Beard.
Considerando varias de sus características, los ambientes de este parque geotermal recuerdan las características del mundo primitivo y proveen de ventanas únicas para explorar los escenarios evolutivos que han dado forma a la vida de nuestro planeta.
Trabajo colaborativo
El equipo dirigido por la Dra. Raquel Quatrini, del Laboratorio de Ecofisiología Microbiana del Centro Basal Fundación Ciencias & Vida y profesora asociada de la Universidad San Sebastián (USS), realizó la expedición con la compañía y participación de estudiantes e investigadores quienes durante 9 jornadas exploraron el sistema extremo. Entre ellos Simón Beard, investigador asociado de la USS, quien evaluó positivamente el desempeño del equipo de investigación. “Hubo mucho apoyo colaborativo entre los distintos miembros del equipo. Desde el punto de vista humano, este tipo de expediciones involucran mucho trabajo, atención y esfuerzo físico, poco sueño y muchas horas de convivencia; todas esas cosas que son propias de actividades de campo, pero que se exacerban en ambientes extremos, generan un afiatamiento del equipo de trabajo muy importante”, comentó.
A su vez, el proyecto contará con la participación de distintas áreas del saber cómo es el caso de la Biología Computacional. A través de una colaboración con el doctor en biotecnología, Tomás Pérez-Acle, Director del Centro Basal Fundación Ciencia y Vida, “se tomarán datos de las comunidades recolectadas en distintos puntos a lo largo del Río Agrio que baja del volcán Copahue -que es casi una introspección al pasado, al pasado prehistórico de la Tierra – con la idea entender de qué manera estas comunidades de microorganismos forman casi una especie de ser vivo macroscópico”, explicó Pérez-Acle.
“Lo que se va a hacer es usar algoritmos matemáticos computacionales para tomar la información de estos múltiples organismos que existen en cada uno de los puntos de muestreo, y ver cómo este macroorganismo va cambiando a medida que va moviéndose por este gradiente, porque hay un gradiente de temperatura, un gradiente químico, un gradiente físico, que de alguna manera hace que la vida vaya cambiando”, agregó.
Asimismo, el proyecto financiado por FONDECYT de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID) cuenta con la colaboración internacional de la Dra. Alejandra Giaveno y el Dr. Ricardo Ulloa, ambos de la Universidad de Comahue, de la provincia de Neuquén de Argentina y el Dr. Barrie Johnson, profesor de Biotecnología Ambiental de la Universidad de Bangor de Reino Unido, entre otros colaboradores.
Este proyecto aportará antecedentes relevantes para el conocimiento de este tipo de sistemas extremos y de las comunidades de extremófilos, con eventuales proyecciones aplicadas en biominería y remediación ambiental. “Todo este estudio sobre la estructura comunitaria, la reglas de ensamblaje y la estabilidad de las comunidades de acidófilos frente a los cambios que ocurren en el gradiente ambiental, tiene aplicación directa en el ámbito de la biolixiviación, de la protección ambiental y de la mitigación de daño de contaminación ambiental que puede ocurrir como consecuencia de la actividad minera”, enfatizó la Dra. Quatrini.
