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La abundante diversidad biológica y mineral del Ascenso del Río Grande, un monte submarino en las profundidades del Océano Atlántico a unos 1.500 km de la costa de Brasil, se debe probablemente, en gran medida, a criaturas microscópicas poco conocidas.

Investigadores afiliados al Instituto Oceanográfico (IO-USP) de la Universidad de São Paulo, en colaboración con colegas del Centro Nacional de Oceanografía del Reino Unido, investigaron los microorganismos que habitan las cortezas ferromanganas del monte submarino y concluyeron que las bacterias y las arqueas son probablemente responsables de mantener la abundante vida local, además de participar en el proceso de biomineralización que forma los metales presentes en las cortezas.

Un artículo publicado en la revista Microbial Ecology describe el estudio, que fue financiado por FAPESP y el Consejo de Investigación del Medio Natural del Reino Unido (NERC).

En 2014, la Autoridad Internacional de Los Fondos Marinos (ISA) otorgó a Brasil una subvención de 15 años de derechos de explotación mineral al Ascenso de Río Grande. Integrada por 167 Estados miembros más la Unión Europea, la ISA tiene el mandato de la Convención de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar de organizar, regular y controlar todas las actividades relacionadas con los minerales en la zona internacional de los fondos marinos, que corresponde a aproximadamente el 50% de la superficie total de los océanos del mundo.

"Se sabe muy poco sobre la biodiversidad de la zona o sobre el impacto de la minería en sus ecosistemas", dijo Vivian Pellizari, profesora de IO-USP e investigadora principal del estudio.

El estudio formó parte de un proyecto temático apoyado por FAPESP. El artículo es uno de los resultados de la investigación doctoral de Natascha Menezes Bergo, actualmente pasante de investigación postdoctoral en IO-USP.

"Aunque el proceso conocido como biomineralización microbiana es bien conocido, la oxidación y precipitación de manganeso no había sido probada, y no teníamos idea de cómo ocurrió en las áreas oceánicas. En julio de 2020, sin embargo, se publicó un artículo de investigadores estadounidenses en Nature que muestra por primera vez que las bacterias utilizan manganeso para convertir dióxido de carbono en biomasa a través de un proceso llamado quemosíntesis", dijo Bergo, quien participó en la recolección de muestras en 2018 en el buque de investigación británico RRS Discovery.

"Una de estas bacterias, que pertenece al grupo Nitrospirae, estuvo presente en las secuencias de ADN que extrajimos de las muestras de corteza recogidas en el Ascenso de Río Grande. Esto es una fuerte evidencia de que los metales allí están formados no sólo por un proceso geológico, sino también por un proceso biológico en el que los microorganismos juegan un papel importante", señaló.

Además del hierro y el manganeso, las cortezas son ricas en cobalto, níquel, molibdeno, niobio, platino, titanio y tellurium, entre otros elementos. El cobalto es esencial para la producción de baterías recargables, por ejemplo, y el tellurium es un insumo clave para la producción de células solares de alta eficiencia. A finales de 2018, Brasil solicitó a la ISA una extensión de su plataforma continental para incluir el Ascenso del Río Grande.

En otras partes del mundo, áreas similares que han sido estudiadas durante más tiempo con los mismos objetivos incluyen la Zona Clarion-Clipperton y el Monte Submarino Takuyo-Daigo, ambos en el Pacífico Norte, así como el Monte Submarino Tropic en el Atlántico Norte.

formación

El Rio Grande Rise tiene una superficie de unos 150.000 km2, tres veces el tamaño de Río de Janeiro, y profundidades que van desde 800 m hasta 3.000 m. Formada cuando la actual África y Sudamérica se separaron del supercontinente Gondwana hace entre 146 millones de años (mya) y 100 mya, el Rise fue una isla que hundió unos 40 mya, probablemente debido al peso de un volcán y su lava y el movimiento de placas tectónicas.

En una de sus expediciones de 2018, los investigadores recogieron de una parte de las muestras rise de las cortezas ferromanganesas y de los esqueletos de coral que viven en ellas, así como rocas de calcáreo y biofilms en las superficies de las cortezas. Estos biofilms son comunidades microbianas estructuradas envueltas en sustancias que secretan para protegerse de amenazas como la falta de nutrientes o toxinas potenciales.

"Encontrar biofilm fue una sorpresa interesante, ya que es un indicador de un incipiente proceso de biomineralización", dijo Bergo. "Encontramos los mismos microorganismos en nuestras muestras de biofilm, coral, calcáreo y corteza. La única diferencia era la edad de las superficies. El coral es más reciente que las cortezas, y el biofilm es aún más joven".

Un total de 666.782 secuencias de ADN fueron recuperadas de las muestras. Las bacterias y arqueas encontradas por los científicos pertenecen a grupos conocidos por estar involucrados en el ciclo del nitrógeno por el cual el amoníaco se convierte en nitrito y nitrato, y por lo tanto para servir como una fuente de energía para otros microorganismos. Además de Nitrospirae, encontraron otros prokaryotes como la clase arcaica Nitrososphaeria. La secuenciación de las muestras también reveló grupos involucrados en el ciclo del metano como Methylomirabilales y Deltaproteobacterias.

Los resultados amplifican la comprensión de los científicos de la diversidad microbiana y los procesos ecológicos potenciales que se encuentran en las cortezas ferromanganesas del fondo marino del Atlántico Sur. También contribuirán a la futura regulación de posibles actividades mineras en la zona del Ascenso del Río Grande.

"A medida que se retiren las cortezas, la circulación local probablemente cambiará y esto, a su vez, cambiará el suministro disponible de materia orgánica y nutrientes, y por lo tanto el microbioma local y toda la vida asociada con él", dijo Bergo. "Además, las cortezas crecen 1 mm cada 1 millón de años en promedio, por lo que no habrá tiempo para la recolonización. No es casualidad que recientemente se hayan publicado tantos estudios sobre cómo evaluar y mitigar el impacto de la minería en alta mar".