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:

A continuación se describen cada una de ellas.


Línea I.Estado del ecosistema antártico

LINEA I

La diversidad biológica se entiende como la variedad de formas de vida, lo que incluye diferentes niveles de organización, como especies, sus genes, poblaciones y comunidades. La interacción de estas variedades en diferentes niveles 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 a partir de señales del pasado, y comprender y desarrollar escenarios futuros a partir de un enfoque multidisciplinario.

A través de investigaciones realizadas en esta línea se ha podido:
1) Evaluar la contribución de los cambios ambientales en procesos evolutivos y ecológicos en ecosistemas marinos y terrestres en la Antártica y región subantártica;
2) Comprender los factores espacio-temporales determinantes de la distribución de especies y poblaciones; y
3)Cuantificar el grado de sensibilidad y riesgo de las especies, poblaciones y ecosistemas a los cambios ambientales, como, por ejemplo, cambios climáticos, polución y actividades de pesquería.


Línea II.Umbrales antárticos: Resiliencia y adaptación del ecosistema

LINEA II

El océano Austral y el continente antártico no están al resguardo de los efectos negativos de las actividades antropogénicas, especialmente en la península Antártica. El aumento de la temperatura atmosférica y de las aguas antárticas, así como la acidificación oceánica, ya son una realidad en la región polar. De ahí la importancia de evaluar cómo estos fenómenos afectan a los organismos acuáticos y terrestres del Continente Blanco. Dicha evaluación debe ser integral para conocer sus consecuencias a nivel de toda la biota de este sensible ecosistema.

Por estas razones, es crucial entender el funcionamiento integral de los sistemas biológicos, para determinar los umbrales, inferir las capacidades de resiliencia y predecir los efectos sobre los servicios ecosistémicos que tendrá el cambio climático global sobre la totalidad de los ecosistemas antárticos.

En el marco del programa ant-era de scar, los científicos han coincidido sobre la importancia de responder cómo los organismos antárticos se han adaptado a las particularmente difíciles condiciones actuales de esta región y cómo responderán a los futuros cambios ambientales. Consecuentemente, también pretende identificar qué especies tendrán mejor capacidad para afrontar los cambios ambientales futuros y cómo responden a la significativa variabilidad ambiental que ya se registra en algunas zonas de la península Antártica. El conjunto de estas evaluaciones desde lo individual a lo ecosistémico permitirá crear un amplio debate ecológico sobre el estado ambiental de la Antártica y su biósfera, especialmente en la península Antártica, respecto de los cambios mundiales.

Esta línea de investigación busca responder estas preguntas que se enfocan en caracterizar y cuantificar los efectos del calentamiento desde el punto de vista individual, pasando por las poblaciones, hasta el ecosistémico, como se evidencia en recientes proyectos del programa que evalúan el impacto de estrés ambientales como el aumento de la temperatura en la diversidad de microorganismos, la abundancia de microorganismos fotosintéticos en la nieve y la respuesta a estresores en macroalgas, musgos, plantas terrestres, invertebrados y mamíferos pinnípedos.

El esfuerzo de investigación en esta línea ha producido publicaciones científicas reportando una disminución de las capacidades anticongelamiento de las plantas vasculares Colobanthus quitensis y Deschampsia antarctica debido al aumento de la temperatura. Similarmente se ha comprobado la contrastante respuesta al estrés térmico agudo en peces antárticos en los que, en algunos casos, se reportó una mínima respuesta a dicho estrés en tanto en otros casos sí existe respuesta, a pesar de la ausencia de proteínas de estrés térmico hsp.


Línea III. Cambio climático en la Antártica

LINEA III

La amenaza cada vez más probable de una crisis climática mundial desafía urgentemente tanto la capacidad de la humanidad para comprender los aspectos clave de los recientes cambios ambientales como su capacidad para actuar. Por lo tanto, existe una creciente necesidad de evaluar las tendencias cambiantes y estimar, en diferentes escenarios, los posibles impactos, para apoyar la toma de decisiones y la adopción de acuerdos globales.

El dominio territorial de la Antártica y las regiones circundantes del planeta están conectadas a través de teleconexiones. Las interacciones, verificadas en las últimas décadas, incluyen cambios notables en las temperaturas del aire y del océano, patrones cambiantes de circulación atmosférica, la variabilidad de la extensión del hielo marino, la reducción del espesor y la pérdida de varias plataformas de hielo, entre otros fenómenos.

En este contexto, el procien incluye un conjunto de proyectos bajo la línea de investigación de Cambio Climático en la Antártica, que se enfocan en responder preguntas asociadas con el estudio de la variabilidad climática en diferentes escalas espaciales y temporales, considerando la caracterización de los procesos y la variabilidad e interacciones de la criósfera con geosistemas terrestres, atmosféricos y oceánicos asociados.

Los proyectos de procien bajo este marco de investigación se alinean y contribuyen a los objetivos de varios Programas de Investigación Científica (srp) implementados por el Comité Científico de Investigación Antártica (scar). Estos
 son:

“Cambio climático antártico en el siglo xxi (AntClim21)”, diseñado para ofrecer predicciones regionales mejoradas de elementos clave de la atmósfera antártica, el océano y la criósfera para los próximos 20 a 200 años y comprender las respuestas de los sistemas físicos y biológicos a los factores de forzamiento naturales y antropogénicos;

“Dinámica de la capa de hielo antártica pasada (país)”, con el objetivo de mejorar la comprensión de la sensibilidad de las capas de hielo en la Antártica oriental y occidental y la península Antártica a una amplia gama de condiciones climáticas y oceánicas, y

“Respuesta e influencia de la tierra sólida en la evolución criosférica (SERCE)”, que tiene por objetivo general proporcionar una comprensión avanzada de las interacciones entre la tierra sólida y la criósfera para restringir mejor el balance de masa de hielo, la dinámica de hielo y cambio de nivel del mar en un mundo de calentamiento.

La contribución de la literatura reciente relacionada con esta área de investigación destaca una serie de hallazgos muy interesantes. Cárdenas y col. (2018) proporcionan una exploración y pruebas experimentales en bahía Sur, un sitio de la península Antártica occidental a 64,8° S de latitud, donde la variabilidad entre años de la temperatura del agua de mar indica la importancia de la variabilidad de los entornos locales. En otras escalas espaciales y temporales, Moreno et al. (2018) interpretan el núcleo de sedimentos de un lago patagónico para describir la variabilidad del clima del sur desde ~10 ka, lo que sugiere que los cambios climáticos coherentes en estas regiones han impulsado el cambio climático en vastos sectores del hemisferio sur en escalas temporales centenarias y milenarias. Más cerca del presente, el uso de nuevos registros isotópicos recolectados de nieve y núcleos de hielo en la extensión norte de la península Antártica (Fernandoy et al., 2018), describe los cambios y un efecto perceptible de la cubierta de hielo marino en las temperaturas loca- les, y la expresión de modos climáticos, especialmente el Modo Anular del Sur (sam), cuando estos se analizan junto con los datos meteorológicos y oceánicos existentes.


Línea IV.Astronomía y Ciencias de la Tierra

LINEA IV

La Antártica y los océanos circundantes han sido y son partes clave de la historia natural de nuestro planeta. Nos proporcionan información importante sobre la formación de la Tierra y sobre la evolución y cambios en el entorno antártico y la biota que depende de él.

Por esta razón, los proyectos de esta línea de investigación están enfocados en estudiar y comprender las interacciones entre la tierra sólida y la criósfera. Busca entender los procesos que ocurren al interior y en las interfaces de los sistemas 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.

Este programa de investigación apunta a avanzar en la comprensión de las interacciones entre la tierra sólida y la criósfera y así entender mejor el equilibrio de la masa de hielo, la dinámica
del hielo y el cambio del nivel del mar en un mundo que se calienta.

Datos publicados en la revista Nature analizaron el balance de masas de la capa de hielo antártico de 1992 a 2017. Esta capa es un indicador importante del cambio climático y el motor del au- mento del nivel del mar. En este trabajo observaron su volumen cambiante, además del flujo y atracción gravitacional con modelos de balance de masa de superficie para mostrar que perdió billones de toneladas de hielo entre 1992 y 2017, lo que corresponde a un aumento en el nivel medio del mar de 7,6 ± 3,9 milímetros. A su vez, se notaron grandes variaciones en la Antártica oriental, habría ganado masa glaciar en el período 1992-2017 (5 ± 46 mil millones de toneladas por año).

En el área de la geología, uno de los proyectos que iniciará sus estudios tiene como objetivo entender los procesos paleogeográficos de la parte inferior del Grupo Heritage, Montañas Ellsworth, Antártica occidental y, además, buscar las implicancias en las reconstrucciones del Gondwana.


Línea V. Biotecnología

LINEA V

Esta línea estudia las características fisiológicas, metabólicas y moleculares de organismos antárticos, intentando utilizar a estos o sus derivados (biomoléculas) para la creación o modificación de productos, aplicaciones o procesos para usos específicos, proponiendo soluciones innovadoras para problemas contingentes como la sequía, la optimización energética, el combate contra bacterias multirresistentes o el cáncer. Por lo tanto, descifrar en algunos casos el adn de alguno de estos organismos utilizando herramientas de secuenciación masiva es clave para lograr estas aplicaciones. 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. La generación de patentes permite proteger la investigación con fondos públicos o privados, sin poner en riesgo el compartir el conocimiento científico logrado, sino muy por el contrario, ya que esta información es abierta y de libre acceso después de generada.

Un ejemplo de esto es el descubrimiento de la Antartina, nueva molécula anticáncer extraída desde la planta Deschampsia antarctica que ha probado ser efectiva sobre células neoplásicas en cultivo asociadas al cáncer colorrectal. Se espera que esta y otras moléculas en el futuro puedan ser utilizadas en el combate contra el cáncer.

Por otra parte, desde esta misma planta también se han aislado y caracterizado bacterias que pueden ayudar a optimizar su crecimiento y posiblemente a mejorar las capacidades de plantas de cultivo intensivo en relación al aumento de la resistencia al estrés salino y a mejorar las capacidades hídricas de estas. Los hongos antárticos también pueden tener una connotación positiva respecto de la posible aplicación en el control de plagas que afectan la producción de trigo.

Una tendencia biotecnológica que ya agrupa varios proyectos es la biosíntesis de nanopartículas por parte de bacterias que representan una alternativa para la producción de nanoestructuras con nuevas propiedades y que podrían ser utilizadas en paneles solares para la producción de energía verde. Un proyecto que recién comienza este 2019 y que apunta en esta misma dirección es la generación de pilas de combustible biológicas que permiten la obtención de energía renovable al producir energía eléctrica.

Estos descubrimientos hacen de la Antártica un lugar en el cual se pueden obtener algunas soluciones asociadas, por ejemplo, al combate del calentamiento climático para optimizar el uso del agua y generar cultivos más resistentes a las nuevas condiciones del planeta y a la descarbonización ayudada por el desarrollo de la energía solar.

Otros proyectos de esta línea estudian los antimicrobianos y, particularmente, los antibióticos, que han sido una característica central de la medicina moderna durante las últimas ocho décadas, siendo cruciales para la salud mundial. En los últimos 60 años se han producido y distribuido millones de toneladas métricas de antibióticos en todo el mundo y este uso, a menudo irracional de los antibióticos, ha resultado en cepas de bacterias resistentes. En el proyecto Búsqueda y caracterización de compuestos antimicrobianos y determinantes de resistencia a antibióticos presentes en bacterias del suelo antártico, liderado por el investigador de la Universidad de Chile Andrés Marcoleta, se propone la identificación y caracterización de nuevos compuestos antimicrobianos y determinantes de resistencia entre las bacterias del suelo antártico, utilizando enfoques tanto dependientes del cultivo como independientes del cultivo (metagenómico). En esta temporada antártica se intentó secuenciar utilizando una nueva tecnología miniaturizada como es el minion, analizando la composición bacteriana del suelo antártico.

De esta manera, la ciencia antártica se acerca a la ciudadanía y al desarrollo científico tecnológico del país, apoyando actividades económicas claves como son la agricultura y las energías renovables.


Línea VI. Huellas humanas en la Antártica

LINEA VI

La Antártica es un continente que permaneció aislado por millones de años, que entrega información clave sobre formas de vida que habitan sistemas expuestos a una alta y compleja variabilidad ambiental. Si bien se reconoce la fragilidad del ecosistema antártico ante el impacto del cambio climático, también existe preocupación por la influencia antropogénica vinculada a la introducción de xenobióticos, Compuestos Orgánicos Persistentes (cop) y otros elementos químicos nocivos que pueden llegar a la Antártica producto del turismo y actividades logísticas realizadas en la zona. Por ello, todas estas actividades deben estar estrechamente vigiladas y regula- das bajo el alero del Sistema del Tratado Antártico y el Protocolo de Madrid.

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 Comité Científico para la Investigación Antártica de Ciencia Antártica (scar) y de la Convención para la Conservación de los Recursos Vivos Marinos Antárticos (ccamlr). Algunas preguntas claves de esta línea son: ¿Cuáles serán las con- secuencias 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?

Actualmente, en el procien se están ejecutando proyectos relacionados con la presencia de cop en la fauna y su influencia en la bomba biológica y en la trama trófica antártica; la presencia y biomagnificación de elementos químicos como tántalo (un mineral ampliamente utilizado en la construcción de condensadores, a su vez usados en la industria tecnológica para el funcionamiento de celulares, computadores y otros artefactos electrónicos), y la presencia del gene intl1 en bacterias antárticas.

Respecto de los resultados más relevantes obtenidos por investigadores del procien en esta línea, se destacan la presencia de cop en muestras de kril antártico recolectados a lo largo del mar de Bellingshausen, Weddell y mar de Scotia. Estos compuestos ingresan al ecosistema antártico por la vía del transporte atmosférico y, mediante el fitoplancton, pasan hacia los otros eslabones de la trama trófica.

También se ha determinado la biomagnificación en la trama trófica y presencia de tántalo en muestras de peces e invertebrados a lo largo de un gradiente desde el norte de Chile hasta bahía Fildes, Antártica, así como cop en bajos niveles en sangre de pingüinos en Antártica. Del mismo modo, se ha establecido el transporte o retención de metales trazas como cobre y plomo en suelos de la isla Ardley, Antártica, por parte de los pingüinos que actúan como biovectores transportando y depositando cobre a través de sus fecas en los suelos de Antártica y, en el caso del plomo, su retención en huesos, plumas o huevos. Finalmente, se ha detectado la presencia en bacterias del gen intl1, considerado como un indicador de contaminación y presencia de resistencia a antibióticos.

Por lo tanto, estos trabajos proporcionan información clave para profundizar nuestro conocimiento sobre el estado del medioambiente antártico, conocimiento de la línea base de los cop y elementos como tántalo y metales trazas.


Línea VII.Ciencias Sociales y Humanidades

Las Ciencias Sociales y las Humanidades desempeñan actualmente un papel esencial para pensar el porvenir del país y el mundo en función de la Antártica. Lo singular del ambiente extremo también tiene una analogía en cómo la sociedad moderna ha resuelto los desafíos de la administración de un territorio de 14 millones de km2, bajo los principios del Tratado Antártico, es decir, destinar un gran continente a actividades de paz, a la ciencia y al respeto del medioambiente. Ello amerita hacerse preguntas sencillas, pero profundas a la vez: ¿Qué ha pasado?, ¿de qué somos herederos?, ¿qué nos es propio en la Antártica?, ¿cuál es nuestro sur?, ¿cómo podemos distinguir los cambios ambientales naturales de aquellos provocados por el hombre? y ¿cómo afectará este conocimiento a la gobernanza antártica?, ¿Cómo afectarán las presiones externas y los cambios en las configuraciones geopolíticas del poder a la gobernanza y la ciencia antárticas?

Los estudios sociales sobre ciencia, tecnología y sociedad en el ámbito antártico, la incorporación de esos territorios al país y la construcción de imaginarios sociales en Chile; además de la comprensión de una resignificación de las ciudades puertas de entrada a la Antártica, son algunos de los temas que preocupan a los investigadores en esta línea del procien.

Actualizado 16 de Ago del 2020