Flora del océano
Eduardo Santamaría del Ángel estudia las propiedades del plancton vegetal antártico para calibrar la efectividad de las imágenes satelitales.
En la Antártida, científicos mexicanos estudian el plancton para calibrar imágenes satelitales.
Apesar de los cinco grados Celsius y de estar rodeado de témpanos de hielo, Eduardo Santamaría del Ángel, investigador de la Facultad de Ciencias Marinas de la Universidad Autónoma de Baja California, está sudando. Lleva al menos un par de horas bajando la misma botella oceanográfica vacía y subiéndola llena de agua, a pulso, por la borda del buque de la Armada colombiana ARC 20 de Julio. “La he subido como 20 veces hoy. ¡Ya me salió músculo! Ahora le toca a Alfredo”, dice riendo mientras le pasa la botella de plástico gris, un peso muerto de varios kilos, a su estudiante de doctorado José Alfredo Mercado Santana.
Es un día excepcionalmente hermoso en la península Antártica, en una bahía flanqueada de glaciares frente a la base argentina de Primavera. El reflejo del sol sobre la nieve es enceguecedor. El azul transparente del mar en calma deja entrever las paredes sumergidas de las masas de hielo, y una familia de ballenas jorobadas se alimenta a la distancia. “Mira cómo penetra la luz. Es como si el capitán del buque le hubiera hecho una ofrenda a la diosa Yemayá.” Durante décadas el doctor Santamaría se ha dedicado al exótico estudio de las propiedades bio-ópticas del agua de mar; es decir, la forma en que los microorganismos responden a la luz que les llega desde arriba, haciendo que el mar adquiera un color u otro.
Esos colores son observados por los sensores de los satélites que orbitan la Tierra, e interpretados por los científicos que buscan tomar los signos vitales del océano a grandes escalas. Por eso, recoger muestras y datos in situ –que en general poco se hace debido a complejidades de logística, y menos aún en un lugar tan inaccesible como la Antártida– es clave para calibrar la efectividad de los datos que arrojan los satélites.
El corazón de todo esto yace en lo que Santamaría y su grupo vinieron a buscar en el Continente Blanco: el fitoplancton, esa sopa de diminutos organismos, algunos compuestos por una sola célula, que vistos al microscopio parecen delicadas joyas vivientes. Su misión en la vida es acumular luz en sus verdes pigmentos de clorofila, absorber el dióxido de carbono atmosférico y producir azúcares que sirven de alimento a las criaturas vegetarianas. Por eso son la base de la producción primaria en el mar y lo que sostiene a las redes alimenticias de todos los océanos, ríos y lagos del mundo. De hecho, se calcula que la mitad de la proteína animal que comemos los humanos proviene, gracias al fitoplancton, del océano.
Damos por sentado la existencia de este plancton vegetal (los expertos han clasificado unas 5,000 especies) sin sospechar que hace más de dos mil millones de años sus ancestros oxigenaron nuestro planeta a través de su respiración, haciendo posible la evolución de la vida que conocemos. Hoy día se calcula que el fitoplancton es responsable de entre el 50 y 85% de la producción del oxígeno mundial, a la vez que absorbe una cantidad asombrosa del carbono atmosférico.
Los mapas satelitales de la NASA muestran que la mayor cantidad de clorofila marina se concentra en las frías aguas de ambas regiones polares. De ahí que Santamaría y su grupo crearan un ambicioso plan durante el crucero de esta III Expedición Científica Antártica de Colombia 2016-17, a la cual fueron invitados por la Armada colombiana y la Dirección General Marítima, Dimar, que busca abrir nexos de cooperación internacional en los océanos y en los hielos del sur.
“Las cosas funcionaron muy bien porque yo tengo una relación de trabajo de 16 años con el doctor Santamaría, desde que lo invité a dictar un curso en Colombia”, comenta la bióloga marina de Dimar, Mary Luz Cañón. “Entonces para esta expedición Dimar decidió incorporar el componente de la óptica hidrológica, y tanto el doctor Santamaría como la doctora Ángela Gutiérrez, del programa de sistemas de observación de la Tierra AmeriGeoss de la National Oceanic and Atmospheric Administration, nos están apoyando en esta iniciativa.”
Cañón además es alumna de doctorado de Santamaría, y su tesis justamente tiene que ver con el estudio del fitoplancton en el estrecho de Gerlache, aquí en la península Antártica, y cómo éste responde al cambio climático, algo que encaja bien dentro de los demás objetivos del grupo de bio-óptica.
“Por un lado queremos ver y comparar la respuesta de la comunidad de fitoplancton antártico a los 25 años de haberse formado y cerrado el agujero de ozono”, dice Santamaría. “¿Cómo se han adaptado a los cambiantes rayos ultravioleta, qué pasa con
Durante la III Expedición Colombiana a la Antártida se midió la gran influencia antártica en el clima y los mares de los trópicos.
sus pigmentos de color y cómo protegen su ADN de los rayos del Sol? También vamos a estudiar mejor la estructura de estas comunidades antárticas, determinando de qué tamaño son exactamente. Y además ver si mi hipótesis de que éstas son aguas ópticamente complejas es cierta, porque eso tiene que ver con la calidad de los algoritmos de color del océano que usan los satélites.”
Santamaría es simpático, y tan abundante y generoso con su conversación como lo es con sus publicaciones científicas indexadas y el chile con que cubre la carne. Habla a borbotones, y salta de un tema al otro, pasando de la cultura científica en Latinoamérica a la sofisticada ciencia de la oceanografía óptica.
Los casos del agua
Para investigadores como él solo existen dos tipos de agua de mar: aguas Caso 1 y aguas Caso 2. Las 1 son aquellas transparentes como un cristal, y que típicamente se encuentran en mares abiertos y sitios totalmente prístinos donde sólo hay agua de mar y fitoplancton. Éstas son aguas relativamente simples y libres de partículas en suspensión. Sus propiedades ópticas están determinadas por la concentración del fitoplancton y la clorofila asociada a éste.
Las aguas Caso 2 son todas las demás. También llamadas “aguas ópticamente complejas”, son aquellas que están cargadas de sedimentos, por ejemplo las de las desembocaduras de los ríos, o donde hay muchos nutrientes y lluvias, es decir, todas las aguas que son turbias. Comparadas con la serenidad de las Caso 1, las aguas Caso 2 son el dolor de cabeza de un experto en óptica marina porque están llenas de cosas que refractan y reflejan la luz del sol en todas direcciones. Además de sedimentos y plancton vegetal y animal en cantidades industriales, acarrean algo llamado “materia orgánica colorida disuelta”, o CDOM por sus siglas en inglés.
Este CDOM son básicamente detritos orgánicos –léase cosas como la pipí y el excremento de ballenas, pingüinos, focas y kril–, así como otros fluidos corporales de animales a medio masticar, y otros exudados orgánicos llamados “sustancia amarilla”.
“Mi teoría es que la península Antártica no son aguas Caso 1 como se dice comúnmente, sino aguas ópticamente complejas, y que aquí habría más CDOM que en otros mares del mundo”, expresa Santamaría una tarde entre sorbos de café negro. “Eso es interesante porque la Antártida es un ecosistema rico y a la vez relativamente simple. No tiene aportes de ríos ni de tierra, y no hay plantas. Entonces esta materia orgánica proviene del mar, de todos estos animales.”
Y sus desperdicios quedan en la superficie y distorsionan lo que ve el satélite. “La teoría es que el CDOM está interfiriendo en la señal del satélite sobre la Antártida, y eso es algo que hay que corregir. A nivel internacional el algoritmo universal usado para determinar la concentración de clorofila por medio de un satélite tiene problemas en las regiones polares. En el norte hay grupos fuertes estudiando el problema, pero en la Antártida, por su difícil acceso, casi no los hay. Por eso esta expedición fue tan oportuna. Necesitamos hacer mediciones exactas de la cantidad de material orgánico colorido que hay en estas aguas, in situ, a mano. Eso es algo que se hace cada vez menos, la toma de datos en el terreno.”
“Y eso es algo”, añade apasionadamente el científico, “en lo que Latinoamérica puede dejar huella”.
“La NASA y la NOAA matan por un dato de buena calidad para alimentar sus satélites. Pero los países desarrollados cada vez usan más instrumentación remota. Muy pocos hacen ciencia a mano como nosotros. Entonces están volteando hacia Latinoamérica. Y creo que no se trata de sacar siete mil muestras con los grandes equipos, sino hacer siete muestras, pero bien hechas.”
Eventualmente, Santamaría ofrecerá sus datos de terreno a la NASA y a otros centros que trabajan con algoritmos satelitales para que se incluyan en la calibración de los sensores que miden la concentración de clorofila desde el espacio.
Pero el dato clave no sólo es la cantidad de clorofila/plancton vegetal, sino la profundidad a la que se encuentra. En una imagen satelital lo que uno ve es la capa superficial del océano. No sabemos cuál es la cantidad de materia que hay por debajo de unos pocos centímetros o metros en los lugares más transparentes. Es aquí donde el grupo de Santamaría acude a métodos poco convencionales para poner su grano de arena y recoger información sobre las profundidades a las que hay fitoplancton en estas aguas, en este momento.
“Nosotros no usamos las profundidades estándar que se usan en otras mediciones oceanográficas para buscar el fitoplancton, sino que hacemos nuestras propias profundidades de muestreo porque el plancton vegetal no se distribuye homogéneamente en la columna de agua”, explica José Alfredo Mercado mientras coloca lo que parece un bombillo blanco al lado de un tubo negro con sensores que le salen por arriba, todo conectado a un largo cable. “El bombillo mide la luz fotosintéticamente activa debajo del agua, y lo que parece un tubo mide la fluorescencia y la retrodispersión de la luz en dos longitudes de onda.”
El aparato les indica dónde está la mayor concentración de clorofila, un punto conocido como el “máximo”, y las muestras se toman antes, en y debajo de ese máximo. Puesto que las condiciones de luz y transparencia del agua cambian, esas profundidades siempre son diferentes. Una vez a bordo, el agua es recogida en botellas oscuras y llevada al laboratorio embarcado para filtrar la clorofila y preservar los filtros de dos cm en un tanque de nitrógeno líquido.
Debemos demostrar que estamos haciendo ciencia de alto nivel, y por eso la calidad de los datos es muy importante.
Micro, nano y pico
La otra cosa que diferencia a este grupo de bio-ópticos es que quieren evaluar qué tanto porcentaje del diminuto plancton vegetal de estas aguas es microscópico, nanométrico o, aún más pequeño, en escalas picométricas, donde las partículas son de tres micras. “Los estudios mundiales del fitoplancton
se basan en el tamaño micro”, señala Santamaría. “Casi nadie estudia qué tanto nano y pico hay porque eso requiere horas de trabajo en un ocitómetro de flujo, que es caro, o emplear a alguien que se siente a contar las partículas una por una, que es enloquecedor. Nosotros vamos a intentarlo usando taxonomía química, basándonos en el estudio de todos los pigmentos que contiene el plancton vegetal.” O como dicen, cada uno tiene su propia manera de matar pulgas.
Al final de cuentas se trata de poder contribuir con algo a la ciencia de clase mundial, enfatiza el experto. “Latinoamérica lo que más necesita es la formación de capacidades. Un sueño es tener centros regionales internacionales en nuestra región que tengan los equipos y que puedan procesar muestras y compartir información. Pero para eso debemos demostrar que estamos haciendo ciencia de alto nivel, y por eso es que la calidad del dato es muy importante.”
Finalmente quiero saber, si Colombia lleva dos expediciones antárticas usando un buque de la Armada, ¿qué espera México para organizar la suya? Dadas las teleconexiones entre la Antártida y el continente americano, conexiones oceanográficas, biológicas, climáticas y atmosféricas, y dado el creciente interés en explorar las relaciones entre los polos y los trópicos, es de esperar que Latinoamérica entera acuda en masa a estudiar los hielos del sur.
“Colombia está poniendo el ejemplo de la cooperación de una naval con el servicio a la ciencia. Este crucero va a ser un punto fuerte de referencia para demostrar que en Latinoamérica tenemos la capacidad de sacar información de alta calidad para construir una base de datos que nos ayude a cuidar la casa, y eso incluye las regiones polares”.