Desarrollos biotecnológicos para la recuperación de suelos contaminados con hidrocarburos en bases antárticas argentinas

Por Lucas Martínez Álvarez, Francisco Massot, Camila Tassano, Lucía Calvete y Lucas Ruberto.

Contexto

La Argentina es un actor central de la comunidad antártica internacional, manteniendo una fuerte presencia en ese continente. No obstante, esta presencia implica un impacto ambiental asociado, siendo parte de éste la contaminación de suelos con hidrocarburos en bases y alrededores.

En el marco del Sistema del Tratado Antártico, la Argentina sostiene su rol a través de la investigación y de la capacidad de gestionar responsablemente el territorio donde actúa. En ese sentido, el Programa Antártico Argentino propone hacer ciencia de calidad y, al mismo tiempo, reducir y remediar el impacto asociado a la presencia humana. Es por ello que la gestión de los suelos contaminados con hidrocarburos se convierte en un tema estratégico.

Por un lado, estos suelos se encuentran en las áreas donde se asienta la infraestructura crítica necesaria para el acceso y la permanencia de personas en ese continente: tanques de combustible, talleres, caminos, pistas, zonas de carga y descarga. Por otro lado, el Protocolo al Tratado Antártico sobre Protección del Medio Ambiente (también conocido como Protocolo de Madrid) constituye un marco legal en cuanto a conductas relacionadas al ambiente e insta a los países a prevenir, minimizar y, cuando sea posible, remediar los impactos de sus actividades. Entonces, la identificación, caracterización y recuperación de estos sitios no es solo una cuestión técnica, es una forma concreta de ejercer una soberanía responsable, demostrando que la presencia argentina en la Antártida se apoya en el conocimiento, la ciencia y el cuidado ambiental.

El suelo antártico como recurso estratégico

Los suelos antárticos son frágiles por varias razones. Una de ellas es que los espacios donde el suelo se encuentra libre de cobertura de hielo son escasos (menos del 1 %, unos 140.000 km²). Además, estos suelos se caracterizan por ser poco desarrollados, con muy bajo contenido de materia orgánica, escasa y heterogénea cobertura vegetal y frecuente presencia de permafrost cercano a la superficie. Los procesos que forman y modifican estos suelos (el congelamiento y descongelamiento, la acción del viento y el agua de deshielo) son lentos y estacionales. Cualquier alteración, como el movimiento de tierras, un derrame de combustible o la instalación de una estructura pesada, puede significar décadas de recuperación de manera natural.

A la vez, estos suelos cumplen funciones clave. Son el lugar donde se asientan la flora y fauna autóctona (mayormente en regiones costeras), alojando también comunidades microbianas, líquenes, musgos y pequeñas plantas que forman parte del ecosistema terrestre antártico. También sirven de soporte para edificios, tanques de almacenamiento de combustibles, usinas y toda la infraestructura asociada a la presencia humana.

Estos suelos regulan el escurrimiento del agua de deshielo hacia arroyos y bahías costeras. Cuando se contaminan con hidrocarburos, se ve afectada no solo la calidad del suelo y sedimento inmediato, sino también la dinámica del agua y la biota asociada a estas matrices (principalmente la fauna acuática), con riesgo de transporte de contaminantes hacia otros compartimentos del ambiente, donde es más complejo su tratamiento.

Los hidrocarburos como contaminantes

En la gran mayoría de las bases antárticas, se utiliza gasoil para alimentar motores de combustión interna. La generación de electricidad con motores diésel convierte energía química almacenada en los enlaces carbono-carbono de los hidrocarburos en mecánica y luego en eléctrica, usando un motor de combustión que quema gasoil para mover un generador (alternador) mediante un eje giratorio, produciendo corriente alterna fiable y rápida, ideal para zonas remotas. Si bien actualmente existen fuentes de energía renovable y amigable con el ambiente, como la solar o la eólica, la capacidad, robustez y fiabilidad de los generadores termoeléctricos hacen que estos mantengan su protagonismo en el siglo XXI, especialmente en ambientes extremos donde la vida y el funcionamiento de una base dependen de la provisión de electricidad y calor. Esto resulta en la necesidad de transportar y almacenar cantidades significativas de gasoil a las bases antárticas para permitir el funcionamiento ininterrumpido de los generadores a lo largo del año. El almacenamiento y manipulación de los combustibles frecuentemente generan derrames de diferente magnitud que afectan al ambiente antártico, fundamentalmente a los suelos aledaños a los tanques de almacenamiento y al sistema de tuberías de distribución (FIGURA 1).

La biorremediación como herramienta para suelos antárticos

El Instituto Antártico Argentino (IAA), a través del grupo de Microbiología, aceptó el desafío de desarrollar métodos biotecnológicos para la remediación de los pasivos ambientales que resultan de la actividad humana en las bases, con especial énfasis en los suelos contaminados con hidrocarburos.

Para ello, se tomó como piedra fundamental el principio de la infalibilidad microbiana, el cual sostiene que no existe ningún compuesto orgánico natural que no pueda ser degradado por algún microorganismo. Muchos microorganismos usan compuestos orgánicos como fuente de carbono y energía. Al metabolizar estos compuestos, glucosa por ejemplo, obtienen el carbono necesario para producir más células y otros productos, así como la energía química contenida en sus enlaces. Esto significa que cualquier compuesto, incluso aquellos relativamente complejos, como los hidrocarburos alifáticos y aromáticos, que son los componentes principales de los combustibles fósiles, pueden ser utilizados por ciertos microorganismos como sustrato y transformados en células, energía, compuestos no contaminantes y CO₂. Esto da lugar a tecnologías como la biorremediación, donde los microorganismos evolucionan adquiriendo capacidades metabólicas que les permiten degradar casi cualquier cosa, aunque a veces lentamente. Esta idea, formalizada por el Dr. Ernest Gale, se sustenta en la enorme diversidad microbiana y su capacidad de adaptación para metabolizar nuevas sustancias. El contexto antártico exige además, la capacidad de hacerlo a baja temperatura. Finalmente, es indispensable que los microorganismos utilizados sean autóctonos, ya que el Protocolo de Madrid prohíbe la introducción de formas de vida alóctonas (provenientes de otros ambientes).

De este modo, los primeros pasos del desarrollo implicaron verificar si existían en el suelo antártico microorganismos (bacterias, levaduras y/o hongos filamentosos) capaces de degradar hidrocarburos a temperaturas bajas (Mac Cormack et al., 1997; Ruberto et al., 2005; Martínez Álvarez et al., 2020).

Esos estudios resultaron en el aislamiento de bacterias pertenecientes a los géneros Pseudomonas, Rhodococcus y Acinetobacter, entre otros, así como hongos del género Penicillium. Luego, se evaluaron diferentes estrategias de biorremediación, fundamentalmente la bioestimulación y el bioaumento. La bioestimulación consiste en mejorar las condiciones del suelo contaminado para permitir el desarrollo de los microorganismos degradadores autóctonos presentes en él y así facilitar la eliminación del contaminante a través de su actividad metabólica. Es una técnica sencilla y de bajo costo que requiere poca intervención e insumos. En cambio, el bioaumento implica el agregado de microorganismos con capacidad degradadora conocida al suelo a tratar. Para ello, es necesario cultivarlos en cantidades considerables para luego “devolverlos” al suelo contaminado.

Diferentes experimentos mostraron que la estrategia de bioestimulación resultaba la más conveniente, por su eficiencia y simplicidad. Aplicándola en experimentos a escala microcosmos (en gramos o kilogramos de suelo), se logró disminuir aproximadamente el 80 % de la concentración de hidrocarburos en suelos contaminados que contenían hasta 10 gr de gasoil por cada kg de suelo.

Para trasladar esos resultados al tratamiento real de suelos, se diseñó un sistema específico para bases antárticas al que se denominó biopilas trapezoidales contenidas en geomembranas (FIGURA 2). Aplicando ese diseño se pudieron tratar y recuperar toneladas de suelo en Base Carlini. Esos experimentos sirvieron para validar el diseño realizado y verificar que se lograba remover el 80 % de la contaminación inicial de hidrocarburos en 50 días de tratamiento en la Antártida. Para ello, se recolectó suelo afectado crónicamente con gasoil de los alrededores de los tanques de almacenamiento de combustible, se acondicionó y dispuso en las biopilas en las inmediaciones del sitio de origen del suelo, evitando así grandes traslados.

A fin de transferir esta metodología, el grupo de Microbiología del IAA, junto con el Programa de Gestión Ambiental de la Dirección Nacional del Antártico (DNA), lleva adelante un proyecto que evalúa y remedia suelos contaminados con hidrocarburos de bases y refugios argentinos. Esta iniciativa ha sido puesta en común por las delegaciones argentinas en las reuniones anuales Consultivas del Tratado Antártico y la Reunión de Administradores de Programas Antárticos Latinoamericanos (RAPAL), contribuyendo al espíritu del Tratado Antártico que propone el intercambio científico y el cuidado del medio ambiente. Actualmente, se está tratando suelo en las bases Carlini, Petrel y Esperanza usando biopilas contenidas (FIGURA 3).

Nuevos desarrollos

El sistema de biopilas contenidas mostró ser eficiente para remover hasta el 80 % de los hidrocarburos en un suelo contaminado. Sin embargo, un 20 % permanece en el suelo resistiendo este tratamiento. Una opción para afrontar ese desafío es robustecer y potenciar los sistemas biológicos involucrados en el proceso de biodegradación y que a la vez pueden ser encontrados en el terreno. Eso se puede lograr incorporando plantas que mejoran las condiciones para el desarrollo de una comunidad microbiana, en una estrategia que se denomina fitorremediación asistida por microorganismos. La planta y sus microorganismos asociados constituyen una simbiosis que puede resultar muy adecuada para remover contaminantes recalcitrantes del suelo. En la Antártida, solo existen dos plantas vasculares autóctonas: Colobanthus quitensis y Deschampsia antarctica. Esta última mostró en estudios previos una tolerancia alta al gasoil haciéndola candidata a su incorporación al sistema previamente desarrollado de biopila. A este sistema se lo denomina Ecopila, que consiste en una biopila a la cual se le agrega matas de este pasto antártico en su parte superior (FIGURA 4). Así, se produce la suma de los procesos de la bioestimulación y, a la vez, fitorremediación, buscando mayores niveles de remoción.

El cuidado del medio ambiente como respaldo a la política antártica argentina

La presencia humana en la Antártida genera impactos negativos en el ambiente. Desde la ciencia se desarrollaron herramientas de biorremediación que permiten resolver o mitigar esos impactos. La implementación de estas herramientas para resolver pasivos ambientales en bases argentinas refleja el compromiso de nuestro país con la preservación de los ecosistemas antárticos y constituye una política de soberanía efectiva, invitando a otros programas a implementar iniciativas similares.

La experiencia acumulada en bases como Carlini y la recientemente ganada en las bases Petrel y Esperanza demuestran que es posible abordar pasivos ambientales en la Antártida mediante propuestas científicas desarrolladas localmente, adaptadas a las condiciones extremas del continente y completamente alineadas con el marco normativo del Sistema del Tratado Antártico. La remoción de hasta el 80 % de los hidrocarburos presentes en suelos contaminados constituye un resultado concreto y verificable que trasciende el ámbito experimental, traduciéndose en acciones de gestión ambiental efectiva en territorio y con fuerte impacto diplomático en foros internacionales. Estos logros refuerzan la idea de que la investigación científica no es un fin en sí mismo, sino una herramienta clave para sostener nuestra presencia en el continente.

La implementación de los procesos dejó aprendizajes relevantes y expuso desafíos aún abiertos. Las limitaciones asociadas a la fracción recalcitrante de los hidrocarburos, las restricciones meteorológicas y logísticas propias del ambiente antártico y la necesidad de compatibilizar las tareas de remediación con la operación cotidiana de las bases impulsan a pensar soluciones de aplicación más estandarizada en terreno, así como en el desarrollo de procedimientos operativos estandarizados.

Este tipo de experiencias posicionan a la Argentina como un actor con capacidad técnica, científica y política en cada escenario de gobierno antártico. La posible extensión de estas metodologías a otras bases y refugios, así como su transferencia a otros programas antárticos, refuerza el valor de la cooperación científica internacional desde una perspectiva de responsabilidad ambiental compartida. En este marco, el cuidado del ambiente deja de ser una obligación meramente normativa para convertirse en una estrategia concreta de soberanía: una forma de ejercer presencia de manera responsable mediante ciencia y capacidad de gestión. Uno cuida esencialmente aquello que le pertenece.

Bibliografía

• Martinez Alvarez, L., Bolhuis, H., Mau, G., Kok-Gan, C., Sing, C., Mac Cormack, W. y Ruberto, L. (2022). Identification of key bacterial players during successful full-scale soil field bioremediation in Antarctica, International Biodeterioration & Biodegradation, 168, 105354. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2021.105354.
• Mac Cormack, W. y Fraile, E. (1997). Characterization of a hydrocarbon degrading psychrotrophic Antarctic bacterium. Antarctic Science, 9(2), 150-155. doi:10.1017/S0954102097000199
• Ruberto, L., Vazquez, S., Lobalbo, A. y Mac Cormack, W. (2005). Psychrotolerant hydrocarbon-degrading Rhodococcus strains isolated from polluted Antarctic soils. Antarctic Science, 17(1), 47-56. doi:10.1017/S0954102005002415

Autores

Lucas Martínez Álvarez. Doctor en Bioquímica. Investigador, Departamento de Microbiología, Instituto Antártico Argentino. zvu@mrecic.gov.ar

Francisco Massot. Doctor en Bioquímica. Investigador, Departamento de Microbiología, Instituto Antártico Argentino. fkx@mrecic.gov.ar

Camila Tassano. Estudiante de Biotecnología. Tesinista, Facultad de Ingeniería y Ciencias Exactas, Universidad Argentina de la Empresa. camilatassano@gmail.com

Lucía Calvete. Estudiante Tesinista, Facultad de Agronomía, Universidad de Buenos Aires. lcalvete@agro.uba.ar

Lucas Ruberto. Doctor en Bioquímica. Investigador, Departamento de Microbiología, Instituto Antártico Argentino. ulr@mrecic.gov.ar