Una fría brisa soplaba desde la llanura antártica, que entumece las narices y los oídos de los científicos colocan alrededor de un agujero negro en el hielo. Motas de hielo crujían fuera un torno, ya que tambaleó los últimos metros de cable por el agujero. Dos trabajadores en trajes estériles se inclinó para agarrar la carga útil - un cilindro de la longitud de un bate de béisbol - colgando en el extremo del cable. Ellos usaron un martillo para socavar el hielo y un secador de golpe para descongelar parte del conjunto. "¿Se cierra?", Preguntó el operador del malacate.

"Sí", gritó John Priscu, ecólogo microbiano de la Universidad Estatal de Montana en Bozeman. El cilindro se basaba en gran medida en sus manos enguantadas - pruebas de que se había llenado de agua y sellado de cierre antes de su largo viaje a la superficie. El interior de líquido provenía de uno de los cuerpos más aislados del agua en la Tierra: el lago Whillans, atrapado bajo 800 metros de hielo a sólo 640 kilometros desde el Polo Sur. Una palabra apenas se hablaba como Priscu levantó el vaso contra su hombro y arrastrando los pies en un contenedor de metal, donde el equipo había establecido un laboratorio improvisado estrecho.
Que el agua, obtenida el 28 de enero de 2013, fue la primera muestra cada vez recuperada directamente de un lago subglacial. Aunque Priscu y otros científicos de largo habían anhelado para explorar los lagos ocultos de la Antártida y buscar vida residente, los esfuerzos para perforar en ellos han sido bloqueados por la amenaza de la contaminación, lo que pondría en duda cualquier vida que se encuentra y podría introducir organismos invasores en el lago. Priscu y su equipo pasado seis años la elaboración de procedimientos de muestreo seguras, y luego tuvo que superar numerosos obstáculos logísticos, tales como el transporte de cientos de toneladas de material al sitio remoto.

Los investigadores han estado estudiando las muestras, ya que llegaron al lago y han encontrado que una abundancia de vida se esconde debajo de la manta de hielo de la Antártida. En la edición de esta semana de Nature 1 , Priscu y su equipo informan encontrar 130.000 células en cada mililitro de agua del lago - una densidad de vida microbiana similar a la de la mayor parte de los océanos profundos del mundo 2 . Y con cerca de 4.000 especies de bacterias y arqueas, la comunidad en el lago es mucho más compleja de lo que podría esperarse de un mundo aislado del resto del planeta. "Me sorprendió lo rico que era el ecosistema", dice Priscu. "Es bastante increíble."
Las muestras del lago muestran que la vida ha sobrevivido allí sin la energía del Sol durante los últimos 120.000 años, y posiblemente por el tiempo de hasta 1 millón de años. Y ofrecen el primer vistazo a lo que puede ser el mayor ecosistema inexplorada de la Tierra - que constituyen el 9% de la superficie terrestre del mundo. "Hay un próspero ecosistema ahí abajo", dice David Pearce, un microbiólogo de la Universidad de Northumbria, Reino Unido, que fue parte de un equipo que intentó, sin éxito, para perforar en un cuerpo subglacial diferente, Lago Ellsworth, en 2013 "Es la primera tiempo que tenemos una visión real de lo que los organismos podrían vivir bajo el continente antártico ", dice.

La vida en el hielo

El hielo sobre el lago Whillans es abrumadoramente plana, por lo que es casi imposible imaginar que cualquier cosa cueros inusuales debajo de ella. Viajé por primera vez allí en 2007 como periodista cubriendo una expedición científica al lago, que había sido descubierto a principios de año a través de mediciones satelitales remotas. Volví en enero de 2013, incorporado como reportero con el equipo que Priscu condujo con otros dos científicos para tomar muestras del lago. Ese proyecto, denominado Whillans hielo corriente subglacial Acceso Investigación Perforación, requirió la colaboración entre casi una veintena de investigadores de 15 universidades de cinco países. La Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos había invertido cerca de US $ 20 millones en el esfuerzo, que incluía la construcción de un taladro de agua caliente para entrar en el lago sin contaminarlo.
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La idea de que los lagos pueden estar al acecho debajo de la cubierta helada de la Antártida no fue ampliamente considerada hasta la década de 1990, cuando el radar de penetración de hielo y mapeo sísmico produjo la primera evidencia sólida de lagos subglaciales. Casi 400 ahora se conocen. Son alimentados por el agua que se derrite de la base de la capa de hielo a un ritmo de unos pocos milímetros por año, causadas por el calor ambiental de las profundidades del planeta (ver "lagos invisibles ' ).
Lago Whillans asemeja a nada en la superficie de la Tierra. El peso del hielo obliga a los arriba de agua subglacial, haciendo que el lago para sentarse en una inclinación en el lado de una colina. Es una lente delgada de agua - sólo 2 metros de profundidad y cerca de 60 kilómetros cuadrados de superficie -, celebrada en un bolsillo de baja presión creada por el adelgazamiento de la capa de hielo a medida que sale sobre la colina.
El campamento de perforación se materializó en esta frontera solitaria en enero de 2013, cuando los tractores llegaron tirando contenedores de embarque en los esquís masivas. En su viaje de dos semanas a partir de la costa, los tractores sacaron 500.000 kilogramos de equipo y combustible, laboratorios móviles, un taller mecánico y un taladro de agua caliente que llenaba seis contenedores de carga. Dentro de dos semanas, el campamento era un lugar industrial ruidosa, poblada por tres docenas de personas, una bandada de carpas aleteo en la brisa constante y dos rugientes generadores 225.000 vatios. El verano polar parecía un invierno suave en Minneapolis, Minnesota, con temperaturas de 15.5 ° C bajo cero.
Le tomó siete días para perforar a través de la capa de hielo. Para evitar la contaminación del lago, el equipo utiliza la radiación ultravioleta, filtración de agua y peróxido de hidrógeno para esterilizar la maquinaria y el agua utilizada para atravesar el hielo. A medida que el equipo se acercaba al lago, el progreso se desaceleró a un rastreo cuando la dificultad en la dirección del taladro acosado a la tripulación para agonizantes 36 horas.
A las 7:30 am el 27 de enero, una voz crepitante a través de una radio portátil me llamó a la sala de control de perforación. En el interior, seis perforadoras de hielo con monos miraron fijamente una pantalla de ordenador que muestra una línea de tiro hacia arriba en un gráfico, lo que indica que el agua en el pozo se había elevado de 28 metros, empujados por un chorro de agua del lago de abajo. El lago era un cálido -0,5 ° C, más caliente que el campamento de perforación ese día.
Los investigadores detuvieron la primera muestra el día siguiente. Pocos minutos después de levantar el recipiente gris, se decantaron su contenido: un caldo de color miel que resultó ser más rica en minerales que nadie había esperado. Las primeras células fueron vistos varias horas más tarde bajo el microscopio - puntos verdes iluminados por ADN sensibles tinte. Las pruebas realizadas en los próximos días confirmaron que esas células estaban vivas. Veinte científicos y estudiantes graduados trabajaron día y noche para recoger 30 litros de agua y varios núcleos de sedimentos del lago. Antes de que el agujero se congeló cerrada, el equipo también midió la composición química del agua en el lago y el calor geotérmico que fluye a través de los sedimentos. Cajas de muestras acumuladas en una cueva excavada en la nieve en el borde del campo.
JT Thomas
John Priscu lleva una muestra del lago subglacial Whillans.
Durante el año pasado, los investigadores han trabajado con esas muestras de montar un retrato de la vida bajo la capa de hielo. Se han aislado y culturas de una docena de especies de microbios cultivados. Y la secuenciación del ADN ha revelado signos de 3,931 especies en total - muchas de ellas relacionadas con microbios conocidos que descomponen los minerales para la energía.
Aunque la contaminación es siempre una preocupación, los investigadores no vinculados con el proyecto del Lago Whillans dicen que las precauciones de esterilización parecen haber funcionado bien. Una señal es que la densidad microbiana del agua de perforación en el pozo fue 200 veces menor que la de las muestras del lago, dice Peter Doran, un científico de la Tierra en la Universidad de Illinois en Chicago, quien trabajó con el Consejo de Investigación Nacional de Estados Unidos por diez años para desarrollar directrices para el muestreo de lagos antárticos limpiamente. Doran fue convencido por la evidencia de la diversidad de vida microbiana en el lago. "La encontraron en una forma tal que no puede ser cuestionada. Es vestida de hierro bastante ", dice.

Los signos vitales

En general, la vida en el lago Whillans funciona muy parecido a los ecosistemas en la superficie, pero sus habitantes profundos no tienen acceso a la luz solar y por lo tanto no se puede confiar en la fotosíntesis de la energía necesaria para fijar el dióxido de carbono disuelto en el agua del lago.
Los análisis genéticos realizados por el equipo demuestran que algunos de los microbios del lago están relacionados con las especies marinas que se derivan de la energía mediante la oxidación de compuestos de hierro y azufre de los minerales en los sedimentos. Pero de acuerdo con los datos de ADN, más abundantes microbios del lago oxidan amonio, que es probable que tenga un origen biológico.
"El amonio es probablemente una reliquia de los antiguos sedimentos marinos", dice Priscu, en referencia a la materia orgánica muerta que acumuló millones de años atrás, cuando la región estaba cubierta por mares poco profundos en lugar de glaciares.
Sólo las bacterias unicelulares y arqueas han aparecido en las muestras del lago Whillans - pero las pruebas de ADN particulares utilizados hasta el momento no se han diseñado para detectar otros tipos de organismos. Esto preserva la posibilidad de que el lago Whillans todavía podría encontrarse a albergar vida más complejas, tales como protozoos - o incluso animales submilimétricas como rotíferos, gusanos o tardígrados de ocho patas, todos ellos conocidos por vivir en otras partes de la Antártida. Burbujas de aire en el depósito de hielo que recubre oxígeno al lago, por lo que no es un factor limitante. Pero la baja tasa de fijación de carbono por los microbios podría proporcionar demasiado poco alimento para la vida multicelular.
Brent Christner
Las colonias de bacterias cultivadas a partir de muestras de la columna de agua del lago subglacial Whillans.
Lago Whillans recibe alrededor de una décima parte la cantidad de nuevo carbono por metro cuadrado por año, como la mayoría de los fondos oceánicos en nutrientes hambre en el mundo, que apoyan las poblaciones de animales dispersos. Aunque las posibilidades son escasas que Priscu y sus colegas se encuentran los animales en el Lago Whillans, planean buscarlos usando análisis de ADN mejor adaptados. Por ahora, los investigadores están desconcertadas por los orígenes de los habitantes microbianos del lago. La gran pregunta es si las comunidades subglaciales de la Antártida son de "supervivientes" o "arrivers.
Los sobrevivientes serían los descendientes de los microbios que vivían en los sedimentos cuando la zona estaba cubierta por el océano abierto, como lo ha sido periódicamente durante los últimos 20 millones de años. Alternativamente, Lago Whillans podría estar poblado por microbios transportados por el viento - las 'arrivers' - que fueron depositados en el hielo y trabajaron su camino por más de 50.000 años, como se derritió el hielo de la parte inferior del glaciar.
También es posible que algunos organismos entraron en el lago más recientemente, transportados en el agua de mar se filtra por debajo de la capa de hielo. Lago Whillans se encuentra a sólo 100 kilómetros de la línea de conexión a tierra, donde las transiciones de la capa de hielo de reposo en el suelo para que flota en el océano. Esa línea se desplaza como los de hielo se adelgaza y se espesa, por lo que es posible que el lago agua de intercambio - y microbios - con el océano durante los últimos miles de años, dice Christina Hulbe, glaciólogo de la Universidad de Otago en Dunedin, Nueva Zelanda, quien ha estudiado durante mucho tiempo esa zona de la Antártida.
Otros resultados de las muestras del lago han dado lugar a algunas ideas tentadoras. Trazas de fluoruro en su agua ofrecen una posible evidencia de respiraderos hidrotermales en la zona - ricas fuentes de energía química que tienen el potencial para apoyar a las islas de la vida exótica, como los gusanos o microbios amantes del calor. "Es probable que existan sistemas hidrotermales en allí", dice Donald Blankenship, glaciólogo de la Universidad de Texas en Austin. El lago ocupa un amplio valle del Rift, donde la corteza terrestre se ha adelgazado, y las encuestas de radar por Blankenship mostrar volcanes putativos bajo el hielo 3 , 4 .

Los resultados surgen de Lago Whillans también podría arrojar luz sobre cómo la Antártida influye en el cercano océano e incluso del mundo entero. Si los microbios bajo la capa de hielo juegan un papel importante en la alteración de los minerales en los sedimentos, ya que los últimos datos sugieren, estos organismos podrían suministrar hierro a las aguas subglaciales que eventualmente llegan al océano. Este proceso podría proporcionar una importante fuente de nutrientes a los ecosistemas de hierro de hambre crónica en el Océano Austral 5 , dice Martyn Tranter, biogeoquímico marino de la Universidad de Bristol, Reino Unido.
Además, la presencia de pequeñas cantidades de una sustancia química llamada formiato en el agua del lago Whillans sugiere la posibilidad de que el metano, un potente gas de efecto invernadero, se produce en los sedimentos más profundos, pobres en oxígeno por debajo del lago. Un estudio de 2012 estimó que los sedimentos bajo la capa de hielo de la Antártida contienen cientos de miles de millones de toneladas de metano - un depósito equivalente al almacenado en el permafrost del Ártico - que potencialmente podría escapar y exacerbar el calentamiento global si los retiros de hielo 6 .
Lago Whillans sólo proporciona una instantánea local de la vida bajo el hielo, y varios equipos están tratando de llenar en la imagen mediante la exploración de otros lagos subglaciales. Un equipo ruso está ahora analizando el agua del lago Vostok, un lago en una profunda grieta tectónica en el este de la Antártida que se cubre en 3,7 kilómetros de hielo. Los investigadores dicen que el análisis de las muestras presenta desafíos porque el agua pasó un año congelado en el fondo del pozo antes de ser llevados a la superficie. Y a medida que el hielo se elevó, se expone al fluido de perforación de queroseno en el pozo.
Más cerca de Lago Whillans, Pearce y sus colegas intentaron en 2013 para perforar en el lago Ellsworth, que se encuentra en 3.4 kilómetros de hielo en un fiordo glacial, pero se vieron obligados a abandonar el esfuerzo después surgieron dificultades con el manejo de la broca.
Con su delgada cubierta de hielo, Lago Whillans era un blanco más fácil que Ellsworth o Vostok, pero no renunció a sus secretos fácilmente. El día después de que se ha recuperado la primera muestra, una cámara baja en el orificio presenta una escena fascinante al acercarse al lago. Escamas iridiscentes de hielo flotaban hacia arriba - una ducha de nieve a la inversa, y una señal de que el agujero fue volver a congelar rápidamente. Instrumentos de los científicos pronto comenzaron a ponerse en el agujero estrechamiento, obligando a los perforadores a la bomba en agua caliente para ensancharlo. Este tira y afloja-duró cuatro días antes de que el equipo abandonó el agujero a su inevitable destino, levantó el campamento y voló sus muestras duramente ganados en casa.