Cómo el ADN podría desbloquear los misterios de la fusión de los glaciares y las capas de hielo


Una cascada es creada por un iceberg de fusión, Svalbard, Noruega. imágenes falsas Los glaciares del mundo y la capa de hielo de Groenlandia se están derritiendo y rápido. La situación en la Antártida es menos clara, pero los científicos generalmente están de acuerdo en que el continente está perdiendo hielo. Y a med

Una cascada es creada por un iceberg de fusión, Svalbard, Noruega. imágenes falsas

Los glaciares del mundo y la capa de hielo de Groenlandia se están derritiendo y rápido. La situación en la Antártida es menos clara, pero los científicos generalmente están de acuerdo en que el continente está perdiendo hielo. Y a medida que el planeta continúa calentándose, estas vastas y congeladas regiones continuarán descongelando y derramando agua en nuestros mares crecientes. Los investigadores se apresuran a responder preguntas cruciales, como descubrir las dinámicas involucradas en el derretimiento de estos gigantescos mantos de hielo. Ahora, un equipo de científicos ha desarrollado un nuevo método para estudiar el proceso: mediante el uso de ADN sintético para rastrear el hielo descongelado.

Los hidrólogos y glaciólogos han usado tradicionalmente tintes fluorescentes, o sales como el cloruro de sodio, para rastrear los sistemas de agua, incluido el hielo derretido. Pero tales marcadores tienen limitaciones, especialmente en un lugar como la capa de hielo de Groenlandia. Cuando los investigadores los colocan en un lugar, algunos de los tintes y sales se barren hacia abajo según lo previsto. Pero partes de ellas a menudo se atascan en algún punto del medio ambiente. Eso hace que la investigación sea más difícil y que requiera más tiempo, porque los tintes y las sales no tienen firmas únicas; Se pueden mezclar con dosis anteriores o futuras de los marcadores. "No tenemos muchos marcadores que sean únicos, que se puedan usar en el mismo lugar", dice Helen Dahlke, profesora asociada de ciencias hidrológicas integradas en la Universidad de California en Davis. "Y si tienes rastros [remanentes] de un experimento anterior, eso realmente complica la historia".

Pero Dahlke y su equipo de UC Davis y Cornell University se dieron cuenta de que podían hacer trazadores distintivos, con ADN. "Al usar el ADN, tienes tantas combinaciones diferentes de pares de bases que realmente puedes hacer millones de trazadores diferentes, y cada uno tiene un identificador único", explica Dahlke. "Puede aplicar cientos al mismo tiempo, y aún puede distinguirlos en el tiempo y el espacio". Para los marcadores, su grupo desarrolló moléculas de ADN monocatenarias sintéticas, de aproximadamente 80 a 100 "letras" de longitud y con secuencias aleatorias. Estas cadenas de ADN se introducen en cápsulas hechas de un plástico biodegradable, el mismo tipo usado para contener medicamentos ingeridos por los seres humanos, pero las cápsulas que se usan aquí son microscópicas, no más grandes que el tamaño de una bacteria de E. coli . Para evitar que las bacterias u otros organismos incorporen los marcadores en su propio ADN, los investigadores mantienen las secuencias relativamente cortas y las bases de datos de prueba para asegurarse de que no están utilizando una secuencia conocida de otros microbios. "No es un código genéticamente funcional", dijo Dahlke a una audiencia de científicos este mes en la conferencia de la American Geophysical Union en Nueva Orleans, donde presentó la nueva técnica.

Usando este método, los científicos soltarían una gran cantidad de marcadores, trillones de cápsulas con una secuencia de ADN idéntica, para garantizar que estén lo suficientemente concentrados como para ser encontrados río abajo. Pueden dejar caer un solo lote de un marcador único en una sola ubicación, o inyectar varios lotes de diferentes marcadores de ADN únicos en varios puntos de fusión en un glaciar o una capa de hielo. Las cápsulas protectoras no se disuelven rápidamente, por lo que los investigadores podrían tomar muestras del agua que sale de un glaciar, llevarla a un laboratorio y derretir las cápsulas de plástico, luego secuenciar el ADN presente en la muestra. Con esta información, pueden averiguar dónde se originó el agua y cuándo salió del punto de fusión y llegó a la salida del glaciar. Estos datos podrían ayudar a los científicos a estimar otros factores importantes, como la ruta del flujo y la cantidad de agua de deshielo que contiene un glaciar.

Este tipo de información es muy valiosa, dicen Dahlke y otros expertos. "Todavía tenemos preguntas fundamentales sobre cómo funciona el flujo de agua de deshielo en los glaciares [y las capas de hielo]", dice Dahlke. "Por ejemplo, los lagos de aguas de deshielo de la superficie se están formando y drenando espontáneamente, y nadie ha dado una buena explicación de por qué ... o a dónde va el agua". Ella señala que mientras los investigadores a veces descienden a los glaciares a través de ejes verticales llamados "moulins" Para ver dónde fluye el agua superficial, solo pueden llegar tan lejos. Y se arriesgan a ser aplastados.

Los marcadores de ADN podrían trascender esta limitación y también hacer que el trabajo de los científicos sea más seguro. Además, dado que los marcadores contienen códigos únicos, los investigadores no tendrían que esperar para inyectarlos, ya que tienen que ver con los marcadores tradicionales. Esto podría ayudar a reducir el tiempo y los recursos necesarios para un experimento, y podría dar a los glaciólogos información más precisa. "Los glaciares evolucionan a lo largo de una temporada de fusión", dice Dahlke, y agrega que si los investigadores pueden soltar sus marcadores en un período de tiempo más corto, obtendrán datos más consistentes sobre cómo funciona un sistema glaciar.

Hasta el momento, Dahlke y su equipo han probado sus marcadores de ADN en un glaciar del norte de Suecia llamado Storglaciaren, en el glaciar Wolverine en Alaska y en pequeños arroyos en el estado de Nueva York. También han probado la técnica en una colina en el Centro de Investigación y Extensión Sierra Foothill en California, y en experimentos de laboratorio. Dahlke dice que los científicos también podrían usar este método para comprender mejor las preguntas relevantes para la salud humana, como la forma en que los agentes patógenos y contaminantes se transportan a través del agua y el suelo. Un solo lote de marcadores de ADN actualmente cuesta alrededor de $ 23, según Dahlke.

Regine Hock, profesora de geofísica en la Universidad de Alaska, Fairbanks, que no participó en el nuevo trabajo, dice que esta herramienta podría ser útil para investigadores como ella. "El marcador parece extremadamente prometedor. Supera muchos de los problemas que tienen otros marcadores [como los tintes y las sales]. "Es limpio", no es visible y, obviamente, de producción económica ", escribió Hock en un correo electrónico respondiendo a las preguntas de. "Por lo tanto, ofrece nuevas oportunidades para investigar el sistema hidrológico en gran parte inaccesible de los glaciares y las capas de hielo". Asa Rennermalm, profesora asociada de geografía en la Universidad de Rutgers, está de acuerdo. Rennermalm, quien tampoco participó en la investigación, estudia la hidrología de la capa de hielo de Groenlandia, específicamente, las corrientes en la superficie de la capa de hielo, así como las que se drenan. "Para quienes estudiamos las capas de hielo y los glaciares, una pregunta clave que nos preocupa es cómo fluye el agua dentro y debajo del hielo", dice Rennermalm. "Esta técnica podría ser realmente importante para entender esa pregunta".