Instituto Antártico Chileno

Líneas de Investigación PROCIEN

El Programa Nacional de Ciencia Antártica (PROCIEN) se encuentra organizado en siete líneas de investigación, con la finalidad de desarrollar áreas de particular interés nacional e internacional, y establecer vínculos con los programas del Comité Científico de Investigación Antártica (SCAR). Las líneas de investigación son:

I. El estado del ecosistema antártico.
II. Umbrales antárticos: resiliencia y adaptación del ecosistema.
III. Cambio climático en la Antártica.
IV. Astronomía y Ciencias de la Tierra.
V. Biotecnología.
VI. Huellas humanas en la Antártica.
V. Ciencias Sociales y Humanidades.

A continuación se describen cada una de ellas.


Línea I.Estado del ecosistema antártico

estado de los ecosistemas antártico2

La diversidad biológica se entiende como la suma de todos los organismos en un sistema. Su interacción determina colectivamente el funcionamiento de los ecosistemas y da soporte a la biósfera de nuestro planeta. El objetivo de esta línea (asociada con el programa Ant-ECO, de SCAR) es entender los patrones de diversidad actuales para así diferenciar entre impactos de procesos actuales a partir de señales del pasado, y comprender y desarrollar escenarios futuros a niveles de individuos a ecosistemas, a partir de un enfoque multidisciplinario.

A través de investigaciones realizadas en esta línea se han podido identificar patrones de distribución y abundancia de especies del inter y submareal, los que a su vez han permitido mediante modelación identificar grupos de especies claves en el ecosistema de áreas como bahía Fildes (isla Rey Jorge). Esto puede ser de gran utilidad para el diseño de estrategias de monitoreo de comunidades ante potenciales eventos de estrés ambiental.
Proyectos pasados y en curso han develado la diversidad de virus asociados a diversas aves marinas antárticas y tratan de comprender la ecología y
formas de transmisión de estos virus en estos ecosistemas caracterizados por su pristinidad, además del efecto de estos sobre su hospedador ante condiciones de variabilidad climática o cambios en la dieta.

Por las condiciones de aislamiento y el ambiente extremo en donde ha evolucionado, la biota antártica representa uno de los mejores modelos para comprender las adaptaciones y relación entre los organismos y su ambiente. En este sentido, nuevas iniciativas en esta línea usarán enfoques multidisciplinarios (genómica, teledetección y modelamiento espacial), para analizar e identificar genes y estudiar variaciones en el genoma de pingüinos del género Pygoscelis y su relación con la adaptación a variables ambientales.


Línea II.Umbrales antárticos: Resiliencia y adaptación del ecosistema

umbrales antárticos2

En la península Antártica se están evidenciando rápidamente los efectos del cambio climático. Ya no solo es posible apreciar el aumento de la temperatura del aire, sino también el aumento de la temperatura del océano Austral o evaluar cómo la acidificación del océano podría afectar a los organismos marinos que viven en este frío océano. El gran desafío para el futuro de la ciencia antártica es evaluar integradamente estos factores, ya que pueden afectar la biota en su totalidad.

Por lo tanto, es esencial comprender el funcionamiento actual de los sistemas biológicos, determinar los umbrales y predecir el efecto sobre los servicios ecosistémicos que tendrá el cambio climático en el océano Austral.

Esto permitirá incluir a la Antártica y en especial a la península Antártica en un debate ecológico más amplio sobre los cambios en la biósfera mundial. Los científicos de todo el mundo se han agrupado en el programa Ant-ERA, de SCAR, que trata de responder cómo los organismos antárticos se han adaptado a las condiciones actuales y cómo responderán en el futuro.

Asimismo, busca saber cuáles serán las especies ganadoras y perdedoras en estos nuevos escenarios y cómo esto afectará a las comunidades y el funcionamiento del ecosistema.

El PROCIEN no escapa a responder estas preguntas y agrupados en esta temática encontramos proyectos que utilizan variados organismos como modelo de estudio, que van desde comunidades de bacterias asociadas a plantas terrestres, microalgas presentes en la nieve, esponjas y peces antárticos.

Este tipo de propuestas pretende medir y cuantificar los efectos del calentamiento desde el individuo al ecosistema, contribuyendo al entendimiento de patrones, procesos biológicos actuales y detectar futuros cambios a nivel poblacional y comunitario.

Es así como varias publicaciones científicas informan del efecto positivo del incremento de la temperatura sobre la planta antártica Colobanthus quitensis en relación a la germinación de sus semillas, a su crecimiento y
capacidad fotosintética, o respecto del efecto de este mismo factor sobre el esfuerzo reproductivo del musgo Polytrichastrum alpinum.


Línea III. Cambio climático en la Antártica

cambio climático en la antártica2

Los objetivos de esta línea están directamente asociados con los programas “Cambio climático en la Antártica en el siglo XXI (AntClim21)” y “Dinámicas de los casquetes de hielo antárticos en el pasado (PAIS)”, de SCAR, los cuales, a su vez, entregan información al Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC).
La Antártica, como componente clave de la criósfera, es importante a nivel global y, por lo tanto, para la humanidad, debido a que impacta directamente el nivel del mar, el sistema oceánico (formación de corrientes marinas profundas) y el clima de la Tierra (a través de su impacto sobre el
albedo terrestre).

Actualmente, las medidas a través de satélites y sus análisis nos muestran que la tasa de derretimiento de los casquetes polares está acelerándose, o sea, hay un aumento en el derretimiento año a año.
Para contextualizar el impacto que tiene esta aceleración, debemos saber que el casquete polar antártico corresponde al 90 % del hielo del mundo y al derretirse completamente elevaría el nivel del mar en 58 metros. Se sabe que la Antártica se convertirá en el contribuyente dominante al final de este siglo debido a que el océano alrededor de ella se está calentando y derritiendo las plataformas de hielo flotante basalmente. Además, el casquete y los glaciares se están adelgazando y retrocediendo rápidamente. Por ello, una de las grandes preguntas de esta línea de investigación es: ¿Cuán rápido y cuánto contribuirá el derretimiento de hielo antártico al nivel del mar global en los próximos siglos debido al cambio climático actual?

Definir y cuantificar el impacto del cambio climático a distintas escalas (espaciales y temporales) en el casquete polar antártico es un desafío científico debido a su costo y la dificultad logística e instrumental. Sin embargo, debido al cambio climático actual es prioridad tanto social como científica aumentar el entendimiento y cuantificar la respuesta del casquete antártico.

Las áreas de investigación de esta línea buscan entender cuáles son los factores dominantes del derretimiento a escalas locales y regionales, cuantificar el aporte del casquete polar antártico en el presente (y el pasado), describir la dinámica de los glaciares a distintas escalas espaciales y generar modelos que expliquen las respuestas observadas.

Una de las formas para mejorar las proyecciones futuras, entender las respuestas y conocer los procesos y mecanismos que trabajan durante una desglaciación es obtener información de la Última Desglaciación (20.000-11.600 años antes del presente).

En años recientes, estudios observacionales y teóricos a nivel mundial han mostrado una relación entre el agujero de ozono y el clima del hemisferio sur. Uno de los proyectos intenta comprender el rol de la pérdida de ozono en las latitudes altas en la migración hacia el sur de los vientos del oeste y el impacto de este último en la ventilación del océano a latitudes bajas. Los resultados esperados de este proyecto son mejorar el entendimiento de la circulación oceánica a gran escala espacial y su relación con los cambios en la atmósfera debido a la pérdida de ozono sobre la Antártica.

Existe evidencia concreta de que el clima superficial del hemisferio sur es afectado por el agujero de ozono debido a la influencia de este último en la Oscilación Antártica o Modo Anular del Sur. Un proyecto de esta línea busca generar un análisis comprensivo del impacto del fenómeno de El Niño 2015 sobre la temperatura superficial terrestre y marina de la Antártica para entender la relación que existe entre El Niño y la Antártica y así proyectar su influencia futura.

Además de la producción de interesantes artículos, esta línea ha aumentado recientemente en cuanto al número de proyectos vigentes. Estos son un desafío logístico, humano y científico. La gran mayoría involucra actividades antárticas por largas temporadas y que necesitan una alta experiencia en terreno por parte de los investigadores, ya que la colecta de datos y muestras se realiza principalmente en localidades alejadas de bases científicas, sectores en donde prima la exigencia física y mental a ambientes extremos, como un proyecto chileno recientemente adjudicado que plantea describir la hidrología de las plataformas de hielo flotante y el impacto del agua en estado líquido sobre estas, usando como área de estudio la recientemente famosa plataforma Larsen C.


Línea IV.Astronomía y Ciencias de la Tierra

ciencias fisicas y ciencias de la tierra

Los proyectos de esta línea están enfocados en comprender fenómenos y procesos que ocurren al interior y en las interfaces de los geosistemas terrestre, oceánico, criosférico y atmosférico. Adicionalmente, la integran proyectos en disciplinas de la física espacial y la observación astronómica. En general, contribuyen a dilucidar interrogantes y proveer conocimiento científico de aplicación transversal y que se relaciona y contribuye en varias de las iniciativas de los Programas de Investigación Científica (SRP) y otros Grupos de Acción del SCAR.

Un conjunto de artículos publicados recientemente en torno a temas inscritos en esta línea informan sobre interesantes evidencias encontradas. Muestreos geológicos realizados en las montañas Ellsworth, al interior de la Antártica, explican la proveniencia de las rocas y restringen las edades paleozoicas de ellas, explicando la evolución tectónica de una región reconocida como complicada.

A su vez, el análisis de los resultados del modelamiento de la columna de ozono total (TOC en inglés) en Sudamérica y Antártica basado en regresiones lineales múltiples indican que en altas latitudes el principal forzante de la variabilidad interanual es el monto total efectivo de halógenos, seguido de los eddies de flujo de calor. También fue publicado un trabajo que describe la corriente oceánica del estrecho de Bransfield y de las aguas circundantes de las islas Shetlands del Sur, cuya caracterización calza con una clase de corriente de gravedad boyante, de acuerdo a observaciones y experimentos de laboratorio realizados.

Los proyectos vigentes en esta línea de investigación corresponden a un grupo de estudios de ciencias de la atmósfera que buscan: caracterizar la reflectividad de la superficie de la Antártica usando mediciones directas en terreno, además de obtener estimaciones del albedo derivadas de datos satelitales; describir la distribución angular de la radiancia en la Antártica a objeto de evaluar los efectos en la radiancia de la variabilidad de la nubosidad y los cambios estacionales en el albedo, y caracterizar la ocurrencia y distribución de las nubes bajas sobre la península Antártica y el continente antártico para evaluar su impacto en el balance radiativo en la superficie del territorio y comprender su vinculación con el calentamiento y concentración del hielo marino.

En ciencias del espacio, un proyecto busca contribuir a la comprensión de los procesos de equilibrio y no-equilibrio en la dinámica de la magnetósfera, un complejo sistema formado por la interacción del viento solar, el flujo de plasma turbulento y el campo magnético, a objeto de mejorar los pronósticos del tiempo espacial.

En el área de la geología, los proyectos investigan la evaluación de un modelo paleogeográfico que explicaría cómo ocurrió la separación entre la Patagonia y la península Antártica desde el Jurásico medio; y la cuantificación de las fuerzas que habrían controlado la deriva sobre el manto convectivo de las placas de Australia y Antártica desde hace 70 millones de años hasta el presente, usando modelos geodinámicos inéditos que por primera vez permitirían acoplar placas quebradizas con la convección térmica y químicamente controlada al interior del manto terrestre. Finalmente, se investiga con métodos de prospección geofísica las características del lago subglaciar CECs, descubierto en la divisoria del casquete occidental, buscando acceder a este para analizar sus aguas.


Línea V. Biotecnología Antártica

biologia molecular y microbiologia antártica2

Esta línea estudia las características
fisiológicas, metabólicas y moleculares de organismos antárticos e intenta utilizar organismos antárticos o sus derivados (biomoléculas) para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos, pero también para solucionar problemas actuales. Por lo tanto, descifrar el ADN de los organismos antárticos utilizando herramientas de secuenciación del material genético de alto rendimiento es clave para lograr este objetivo.
El desarrollo de estudios a nivel molecular en la Antártica está en línea con las directrices nacionales que apuntan a dar respuesta a necesidades concretas a través de la investigación aplicada.

En estas últimas décadas, el Continente Blanco se ha convertido en foco de interés de investigadores que no solo están interesados en estudiar las adaptaciones de organismos a las extremas condiciones antárticas, sino también a posibles aplicaciones.

Es así como investigadores chilenos han caracterizado bacterias que pueden solubilizar el fosfato y así dejarlo disponible para que sea absorbido por las raíces de las plantas. También han descrito compuestos con capacidad de inhibir el crecimiento de células cancerosas obtenidos de la planta antártica (Deschampsia antarctica). Estos descubrimientos han sido protegidos por medio de patentes. Una tendencia biotecnológica que ya agrupa a varios proyectos es la biosíntesis de nanopartículas por parte de bacterias que representan una alternativa verde para la producción de nanoestructuras con nuevas propiedades y que podrían ser utilizadas en paneles solares para la producción de energía.

Se conoce que, aunque en un bajo porcentaje, existen pequeñas localidades en la Antártica asociadas a bases, las cuales han sido contaminadas con combustible diésel. Como el ingreso de medidas de biorremediación no son aplicables para la Antártica, ya que se prohíbe el ingreso de organismos ausentes del continente, investigadores chilenos han descubierto recientemente 53 cepas bacterianas antárticas que son capaces de degradar hidrocarburos policíclicos aromáticos (HPA). La cepa bacteriana seleccionada para una potencial biorremediación fue Sphigobium xenophagun D43FB, la cual fue capaz de degradar el 95 % de fenantreno (un hidrocarburo policíclico aromático), inclusive en presencia de un co-contaminante (cadmio) y que mostró la habilidad de usar combustibles diésel como única fuente de carbono.

Los microorganismos antárticos poseen proteínas anticongelantes como estrategia de sobrevivencia a las condiciones medioambientales frías propias de este continente. Estas proteínas tienen un importante potencial en la industria de comida congelada, ya que son capaces de evitar el daño en las estructuras animales y vegetales cuando se enfrentan al hielo y a bajas temperaturas. Investigadores chilenos describen que proteínas anticongelantes de microorganismos antárticos protegieron las células de pepinos y zapallos italianos.

Por otro lado, las enzimas (un tipo de proteínas) activas a baja temperatura son de gran interés en bioprocesos industriales, debido a su alta eficiencia a un bajo costo energético. Sin embargo, un problema que ha reducido su aplicación es lograr la termoestabilidad de estas enzimas. Un reciente estudio describe una estrategia metodológica para mejorar la termoestabilidad de una nueva enzima activa en frío (xylanase, Xyl-L). Este método vence el problema del uso de estas proteínas, pero además caracteriza una nueva enzima frioactiva desde un microorganismo antártico (Psychrobacter sp cepa 2-17).

Los líquenes, asociación entre algas y hongos, son abundantes en la Antártica marítima y en zonas libres de hielo. Los metabolitos producidos por líquenes han sido usados en diversos ámbitos, como antimicrobianos, antioxidantes, antivirales, antipiréticos, pero también en preparaciones farmacéuticas para combatir infecciones, eczema, mastitis, furunculosis y polidermitis.

Durante el año 2017, investigadores presentaron el efecto de metabolitos secundarios de líquenes antárticos sobre el crecimiento celular y la muerte de una línea celular de cáncer melanoma A375. El melanoma es uno de los cánceres de piel más invasivos y mortíferos, en donde las alternativas de agentes anticancerígenos son necesarios. Este estudio demuestra que un metabolito secundario de líquenes es capaz de reducir e inhibir el crecimiento de células melanomas, pero el descubrimiento más novedoso es que el metabolito secundario (physodic acid) induce la apoptosis de las células de melanoma.


Línea VI. Huellas humanas en la Antártica

medioambiente y sistema del tratado antártico2

La protección del medioambiente antártico es un tema prioritario dentro del Sistema del Tratado Antártico y en forma especial en reuniones del Comité para la Protección del Medioambiente, así como también en las reuniones del SCAR y de CCAMLR. Antártica es un continente que permaneció aislado por millones de años y que entrega información sobre formas de vida que habitan sistemas expuestos a una alta y compleja variabilidad ambiental.

El Continente Blanco constituye uno de los ecosistemas más frágiles del planeta, que puede ser afectado por la influencia antropogénica como es el
impacto del turismo y las actividades logísticas, por lo cual todas estas actividades deben estar estrechamente vigiladas y reguladas bajo el alero del Sistema del Tratado Antártico y el Protocolo de Madrid.

Algunas preguntas claves de esta línea son: ¿Cuáles serán las consecuencias del impacto antropogénico sobre el ecosistema antártico?, ¿cómo afectarán y se adaptarán los seres humanos y los patógenos a los ambientes Antárticos?, ¿cómo evolucionarán los mecanismos regulatorios para mantener el ritmo creciente del turismo antártico?, ¿cómo afectarán las presiones externas y los cambios en las configuraciones geopolíticas de poder la gobernanza y la ciencia antártica?

Durante los últimos años, investigadores del PROCIEN se encuentran desarrollando proyectos relacionados con: evaluación de los impactos de las bases sobre el ecosistema antártico, evaluación de metales pesados y xenobióticos en la fauna antártica, influencia de la bomba biológica sobre los contaminantes orgánicos persistentes, e invasión de especies exóticas a la Antártica. Por lo tanto, estos trabajos proporcionan información clave para profundizar nuestro conocimiento sobre el estado del medioambiente antártico.

Investigadores de esta línea evaluaron el potencial de transferencia de los metales traza en la zona de bahía Fildes hacia las cadenas tróficas superiores, donde el fitoplancton actúa como un transportador hacia los niveles tróficos superiores. Otros estudian el impacto de los metales trazas encontrados en las heces de pingüinos en el norte de Chile y en península Antártica, señalando que los pingüinos actuarían como bioacumuladores y donde sus excretas modificarían los suelos y el pH en los sitios cercanos a las colonias.

También se estudian los compuestos orgánicos persistentes (POP) en pingüinos barbijo, adelia y papúa en la zona de la base O’Higgins e isla Ardley. Por otra parte, se describen los niveles de POP registrados en zonas costeras del mar de Weddell vía transporte atmosférico analizando el material que es atrapado en filtros.

El estudio de especies exóticas es un tema importante dentro de esta línea. Un grupo ha logrado describir la presencia de semillas de ocho plantas exóticas registradas en suelo de bahía Fildes probablemente llegadas al lugar por la vestimenta de los turistas en las cercanía a las bases antárticas.


Línea 7.Ciencias Sociales y Humanidades

La Antártica es un continente que se expresa a través de su paisaje extremo, prístino y singular, pero también lo realiza a través de su mundo simbólico: la generación de conocimiento, su organización política y las diversas expresiones culturales.

En la Antártica, el único continente sin población indígena o asentamiento humano permanente, las humanidades y las ciencias sociales abordan una serie de cuestiones importantes. ¿Qué tipo de narraciones e imágenes creamos para sentirnos como en casa en un lugar con una historia humana tan breve, y cómo estas afectan nuestras interacciones actuales con la región? ¿Cómo lo gobernamos? ¿Quién debería poder visitarlo y bajo qué condiciones? ¿Cómo se comporta la gente en un entorno tan aislado y hostil? ¿Cómo podemos enfrentar los muchos desafíos que enfrentamos en nuestras futuras interacciones con la región?

Actualizado 30 de Abr del 2019