El velero que surcó cinco océanos en busca de los tesoros del plancton

Distinto a cualquier otro buque oceanográfico al uso, el Tara es un velero de 36 metros de eslora que fue construido para remontar el hielo y explorar los climas australes. Romántico sí, pero también pequeño (tiene una capacidad para albergar a 15 personas), incómodo y tremendamente caluroso en el trópico. Un equipo internacional de 126 científicos, entre ellos un equipo español, lo convirtió en un laboratorio flotante y se hizo a la mar en varias campañas por los cinco océanos para recoger muestras de agua durante más de tres años.

Los resultados de esta expedición llamada Tara Oceans, que ahondan en la biodiversidad y la genética del plancton marino, ocupan hoy cinco artículos y la flamante portada de la revista Science.

“Los datos de este proyecto conforman un legado científico que facilitará la investigación oceánica de las siguientes generaciones”, cuenta orgullosa a Sinc Silvia Acinas, investigadora del Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC), quien lidera junto con otros investigadores uno de los artículos y es una de las coordinadoras del proyecto.

La expedición Tara Oceans no es solo peculiar por circunnavegar las aguas del planeta a vela sino que se diferencia de las demás por haber obtenido muestras de todo el espectro del plancton. Desde virus hasta larvas de peces, este ecosistema marino abarca organismos cuyo tamaño difiere en cinco órdenes de magnitud.

La ruta del viaje fue elegida para cubrir los principales sistemas oceánicos. / Bepoles / Tara Expéditions

Estudio a gran escala

“Nuestro plan de muestreo se puede considerar holístico –dice Erik Karsenti, codirector científico de la expedición e investigador en el Laboratorio Europeo de Biología Molecular–. Nunca antes se había realizado un estudio a esta escala, cubriendo tantos océanos y obteniendo suficientes datos ambientales (temperatura, salinidad, nutrientes…) como para poder correlacionar las comunidades de organismos de todas las zonas investigadas”.

Tara zarpó de la ciudad portuaria de Lorient (Francia) el 25 de septiembre de 2009 y hasta marzo de 2012 surcó el mar Mediterráneo, el Rojo y los océanos Índico, Atlántico, Antártico y Pacífico, coincidiendo con la ruta del Beagle en la Patagonia. Solo faltó el Ártico (al que viajaría más tarde, en el año 2013), ya que los científicos modificaron la ruta de la expedición por el accidente de la central nuclear de Fukushima.

Según Karsenti, el itinerario se definió teniendo en cuenta que la goleta navegaba mejor con sus velas infladas por el viento que a motor y, más importante, “Queríamos pasar por todas las cuencas oceánicas del mundo y muestrear los diferentes ambientes de interés en el momento adecuado del año”, detalla a Sinc.

En su periplo los investigadores se detuvieron en 210 puntos de las principales zonas oceánicas y recogieron microorganismos planctónicos de 35.000 muestras de agua de los estratos superficiales, donde aún penetra la luz solar.

Fuente de oxígeno para la atmósfera

Compuesto por virus, bacterias, arqueas, protistas y pequeños eucariotas multicelulares el plancton produce la mitad del oxígeno de la atmósfera (ya lo generaba mucho antes de que existieran las plantas terrestres), actúa como sumidero de CO₂ minimizando el efecto invernadero y es la base de la cadena trófica marina de la que se alimentan peces, invertebrados y mamíferos.

“La exploración de los océanos es tan compleja que requiere de un equipo multidisciplinar e internacional de científicos –sentencia Karsenti–. No solo porque es complicado encontrar a los especialistas adecuados de cada tema sino porque es un área de investigación que afecta a todos los países del mundo”.

Plancton del Océano Pacífico cogido con una red de malla de 0,1 mm. Aquí se ve una mezcla de organismos multicelulares, pequeños animales zooplanctónicos, larvas y protistas unicelulares. / Christian Sardet/ CNRS / Tara Expéditions

En las entrañas de un velero

Mediante técnicas de secuenciación masiva, los investigadores han analizado las muestras oceánicas y han generado una base de datos de 40 millones de genes no redundantes, la Ocean Microbial Reference Gene Catalog (OMR-GC). “El 80% de estos genes eran desconocidos hasta hoy”, afirma Silvia Acinas. Esta información genética es pública, de libre acceso para cualquier científico y mil veces mayor que la que era referente hasta ahora, la de la exploración Global Ocean Survey liderada por Craig Venter, quien, se rumorea, se interesó en su momento por comprar el Tara.

Pero fueron los mecenas franceses Etienne Bourgois y su madre Agnés Troublé, propietarios de la firma de moda Agnes B, quienes se hicieron con el velero y acabarían financiando las expediciones científicas. “Este proyecto nace de nuestro amor por el mar y quiere llegar a entender el impacto del cambio climático en los océanos”, confiesa a Sinc Bourgois quien de pequeño devoraba libros de aventuras de los exploradores del siglo XVIII.

Por ese entonces, en el año 2003, el velero aún se llamaba Seamaster y tenía un aire de barco fantasma que, según Isabel Ferrera, investigadora del equipo de Acinas, aún no ha perdido del todo.

“Existe la leyenda de que en el casco del barco todavía se ven las marcas del tiroteo en el que unos piratas mataron a Sir Peter Blake, el mítico navegante, regatista y capitán del Seamaster, en el año 2001 en el Amazonas”, relata Ferrera. Y aunque ella asegura que no las ha visto sí recuerda el miedo que pasó a bordo, cruzando el mar Rojo, donde se tomó la decisión de no muestrear por el peligro de un ataque pirata.

“Recogíamos y filtrábamos muestras de agua durante 16 horas seguidas y como el barco debía estar en la misma posición todo el rato éramos un blanco perfecto”, rememora la investigadora quien compensa ese mal recuerdo con el de zarpar desde el puerto del World Trade Center de Nueva York rumbo a Bermudas.

Del microbioma oceánico al intestino humano

La capacidad del Tara es de 15 personas entre tipulación y científicos. “Como había poco espacio todo estaba organizado al milímetro, muestras, tubos, filtros… y los investigadores debíamos colaborar con la tripulación en las tareas propias del barco como izar velas, ayudar en la cocina y limpiar los baños”, recuerda Fran Cornejo, doctorando del ICM-CSIC que navegó en el velero entre San Diego y Panamá. “Embarcas con toda la ilusión y el primer día te mareas tanto que se convierte en el peor de tu vida, pero después te adaptas y la experiencia es increíble”, asegura Cornejo.

Por un tema de espacio en el velero, no se realizaban experimentos, solo se obtenían y se procesaban mínimamente las muestras que cada poco se tenían que enviar a los laboratorios especializados de tierra firme.

Equipo de investigadores del Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC) que participa en el proyecto: / Sinc

De todos los organismos que conforman el plancton, el equipo de Acinas era el responsable del estudio de bacterias, que es en lo que se centra su artículo en Science. El análisis de los metagenomas procariotas obtenidos a lo largo de la exploración Tara Oceans ha servido para estimar que existen un mínimo de 35.000 taxones o posibles especies bacterianas en el océano y que además existe una gran redundancia en sus funciones. “El 67% de los genes funcionales del microbioma del océano son compartidos por todas las bacterias y arqueas marinas”, afirma la investigadora española.

Este núcleo de genes es muy parecido al de otra comunidad bacteriana que habita en un ambiente muy distinto: cerrado, restrictivo, anaeróbico y ácido. “Cuando los comparamos, nos sorprendió lo poco diverso que era el microbioma oceánico respecto al del intestino humano. ¡Se parecen más que se diferencian!”, afirma Acinas. Y aquí está la clave. Los genes distintos son los que determinan la resiliencia del ecosistema, es decir, los que le permiten adaptarse a los cambios. “Algunos de estos genes son propios de muy pocas especies por lo que es fundamental mantener la biodiversidad de los océanos”, avisa la investigadora.

Buenas y malas compañías

Hasta ahora, en ecología se consideraba que los factores ambientales eran los que determinaban la diversidad de un ecosistema. En efecto, uno de los resultados publicado por el equipo de Acinas es que la temperatura juega un papel determinante en la estructura del plancton y que comunidades separadas por miles de quilómetros se parecen cuando comparten la misma temperatura del agua.

Otro de los artículos incluidos en este especial de Science se centra en un factor abiótico diferente, las gigantescas corrientes oceánicas y demuestra que los remolinos que se forman en el cabo Agujas, el punto más meridional de África y que separa el océano Índico del Atlántico Sur, también distancian físicamente las comunidades planctónicas.

Portada del último número de la revista Science.

Pero un tercer trabajo aporta un nuevo factor a la ecuación de la diversidad, esta vez biótico, que son las relaciones que existen entre los organismos planctónicos que, en la práctica, no viven aislados sino en consorcios. Lo que los científicos han llamado “interactoma oceánico”. Este estudio liderado por el investigador Jeroen Raes de la Universidad Vrije de Bruselas demuestra que solo un 18% de la variación del plancton se explica por las condiciones ambientales y que la mayoría de las relaciones entre los organismos son de tipo parasitario, de manera que parte de los nutrientes se reciclan hacia los niveles inferiores de la cadena alimentaria.

“Estos resultados significan que la desaparición de una sola especie puede alterar a muchísimas más y es algo que debemos tener en cuenta por ejemplo a la hora de considerar los posibles efectos del cambio climático”, matiza Acinas mientras se pasea por su despacho con un vestido diseñado por la firma Agnes B, principal patrocinadora de la expedición.

Virus y eucariotas

Fran Cornejo, que también ha participado en este estudio, apunta que las redes de interacción que han publicado son un primer grano de arena para llegar a conocer cómo funciona el ecosistema marino. Algunas de estas interacciones han sido comprobadas mediante técnicas de microscopía y otras aún no, por ejemplo, las de los virus.

“Este aspecto es complicado de testar porque a priori cuando en una comunidad detectamos al hospedador es posible que también esté presente el virus, pero este solo es detectable cuando ya ha infectado la célula y ésta ha implosionado, por lo que cuando detectas muchos virus probablemente no encontrarás a su víctima”, explica el investigador gaditano.

En la descripción de las comunidades de virus y eucariotas se centran los dos restantes artículos publicados en el último número de Science, liderado este último por el investigador Colomban de Vargas del Centro Nacional para la Investigación Científica de Francia, que ha analizado un marcador filogenético común en todas estas células para cuantificar su diversidad. El análisis de casi un billón de secuencias ha revelado que existen unos 150.000 tipos genéticos de eucariotas en el océano.

“Muchas más que las 11.000 especies que ya estaban descritas en la literatura”, acota de Vargas. La mayoría de estos tipos son protistas, seres unicelulares muy poco estudiados, a partir de los que evolucionaron en su momento todos los organismos superiores. Según el investigador francés, “Ahora debemos entender la distribución ecológica y la función de al menos 270 de ellos que son los protagonistas de esta diversidad, los personajes VIP, del inglés, very important plankton”, bromea.

Contenta con el éxito de la publicación, Isabel Ferrera recuerda con cariño como participó como la mano derecha de Acinas en la gestación del proyecto. “Cada mes durante más de un año nos reunimos representantes de todos los grupos en París para decidir qué, cómo, cuándo y dónde muestreábamos. Era una lucha entre los genios y los que teníamos los pies en el suelo”, explica a Sinc. Y Acinas asegura que no se imaginaba acabar publicando un especial en Science cuando alquiló con Ferrera un coche, lo llenaron hasta el techo de tubos, mangueras, tornillos, cubos… y condujeron hasta Lorient para montar el laboratorio húmedo en la cubierta del Tara, donde se iban a filtrar todas las muestras de agua para concentrar los organismos y su material genético.

Tara desplegó siete tipos diferentes de redes, incluyendo tamaños de malla desde cinco a 690 micras, remolcadas horizontal o verticalmente entre la superficie y una profundidad de 1.000 metros. / V.Hilaire /Tara Expéditions

Con la ayuda del ‘big data’

Tras 26 años de su botadura, Tara mantiene su esencia, “Aunque haya cambiado de propietario de verdad estoy convencido de que su espíritu permanece inalterado”, sentencia Bourgois. Pero los resultados científicos obtenidos no habrían sido posibles ni siquiera hace un lustro. Los fenomenales avances en las técnicas de secuenciación masiva y el análisis computacional de lo que se conoce como big data han permitido procesar por ejemplo los 7,2 trillones de pares de bases de los genes que son la esencia del Ocean Microbial Reference Gene Catalog.

“Hemos demostrado que esta tecnología es suficientemente potente para entrever los límites de este mundo de pequeños y cambiantes habitantes –escribe a Sinc de Vargas. Es posible que el plancton sea el primer bioma planetario productor de oxígeno que entendamos como es debido en los siguientes 20 o 30 años”.

“Nuestro trabajo es producir datos para otros científicos y entre todos entender mejor nuestro planeta y nuestras vidas –afirma Karsenti–. Del océano en particular sabemos muy poco y nuestra actividad está afectando este ecosistema que es nuestra mayor fuente de alimento y que nos permite respirar y disfrutar de la vida. Yo soy biólogo celular, pero creo que es necesario para cualquier científico salir del rincón donde trabaja y sentir la belleza y la historia del planeta para poner en contexto su investigación. ¿Y qué mejor manera de hacerlo que navegando a vela alrededor del mundo?”.