Buque oceanográfico Justo Sierra: ciencia flotante en el golfo de México
Libertad Alejandra Adaya García, Arianna Soto Hernández, Francisco Ponce Núñez y Liliana Pardo López
Desde la antigüedad, los mares han representado para la humanidad la inmensidad y el misterio de lo desconocido. Poetas, pintores y escritores han usado al mar como inspiración y científicos exploradores como Jacques Cousteau y Sylvia Earle se han visto atraídos hacia el mundo marino, llevados por la curiosidad y el deseo de desentrañar sus enigmas.
Los mares son hogar de una gran diversidad de seres vivos, que van desde el mamífero más grande del mundo hasta organismos microscópicos, todos cumpliendo roles importantísimos para el equilibrio ecológico en la tierra. Nuestro país es privilegiado al encontrarse entre dos océanos: el pacífico y el atlántico. De ahí la importancia de explorar y conocer la riqueza que se encuentra en las aguas y en el fondo de los mares mexicanos.
¿De dónde salió el Justo Sierra?
El buque oceanográfico Justo Sierra de la UNAM es icónico. Se fabricó hace 41 años con el objetivo de realizar investigaciones sobre oceanografía física, biología marina, química, geofísica marina, ingeniería, arqueología y ahora también investigaciones en biotecnología.
En 1976, México introdujo el concepto de
En su Zona Económica Exclusiva (ZEE) México tiene los mismos derechos que en su mar territorial, pero permite la libre
circulación de embarcaciones extranjeras y la instalación de diversas vías, por ejemplo, oleoductos marinos o diversos
tipos de cableado.
Figura 1. México es más mar que tierra. El territorio de México incluye la superficie continental y las islas, pero además se extiende hasta los océanos. Así, nuestro país abarca sus límites nacionales sobre una superficie marítima de 2 946 825 km2, donde se encuentran el mar territorial y la zona económica exclusiva. Fuente: Modificado de INEGI (elaborado con datos del Marco Geoestadístico Nacional 2005).
El Puma fue abanderado en 1980 y comenzó a navegar en el océano Pacifico en 1981, sin embargo, el Golfo de México (en ese entonces poco explorado) tenía gran potencial debido a su interés geológico, siendo una de las cuencas más antiguas del mundo, -se formó en el periodo jurásico- y, desde luego, debido a su importancia económica. Por ello se decidió que el Puma tuviera un hermano menor que pudiera navegar estas aguas: el Justo Sierra -nombrado así en honor a unos de los fundadores de la UNAM-, el cual se construyó dos años más tarde en los mismos astilleros. Se abanderó el 20 de noviembre de 1982 (Figura 2) y comenzó sus operaciones en 1983, después de una enorme travesía cruzando el océano Atlántico desde Noruega hasta México con la misma tripulación mexicana que fue contratada para dicho viaje y que lo habitaría por más de 20 años, aunque con el tiempo se ha ido renovando.
Figura 2. Placa instalada en el buque Justo Sierra con los datos del lugar y año de su construcción (Fotografía: Jorge Isaac García López).
De acuerdo con el Dr. Emilsson, los buques fueron construidos para desplazarse por las aguas nacionales, ya que, aunque el océano mexicano no es muy distinto de los otros, tiene sus particularidades, y es por esto que son muy similares a embarcaciones atuneras para tener gran maniobrabilidad y ser empleados para desarrollar diversas ramas oceanográficas (Figura 3). Los buques fueron forjados con acero español y su diseño fue tan exitoso que fue bautizado como “modelo PUMA” y otros compradores podían ordenar el modelo del casco. De hecho, la universidad de Taiwán mandó fabricar un buque igual a estos, denominado New Ocean Researcher 1, que hasta la fecha se mantiene en activo.
Figura 3. Buque oceanográfico Justo Sierra navegando en las aguas del golfo de México (Tomada de Gaceta UNAM No. 5,041). https://www.gaceta.unam.mx/investigacion-de-fondo-en-altamar/
El Justo Sierra posee su propio muelle y un edificio de operaciones en Tuxpan de Rodríguez Cano, Veracruz. La Comisión Académica de los Buques Oceanográficos de la UNAM (CABO) es responsable de su operación y lo administra la Coordinación de Plataformas Oceanográficas (COPO). Tiene como área principal de investigación la Zona Económica Exclusiva del Golfo de México y el Mar Caribe. El Justo - llamado así por los amigos - ha participado en 397 campañas y colaborado con 11 instituciones externas a la UNAM y 11 empresas o instituciones que lo contratan, en donde han participado más de 7 mil 296 científicos, entre ellos sus servidores. Si bien el Justo Sierra este año (2024) celebra su cumpleaños número 42, es una embarcación de primer nivel que lleva a cabo investigación científica con los estándares de más alta calidad internacional .
¿Cómo es el buque?
Entrar por primera vez al buque es impresionante porque es más grande de lo que aparenta por fuera. Tiene una longitud total de proa a popa de 50 m y una longitud máxima de babor a estribor de 10.3 m y pesa 100 toneladas. Las áreas de trabajo suman 175 m 2, incluyendo cuatro laboratorios, una biblioteca, una sala de juntas, un taller de electrónica y dos cámaras de refrigeración a -20 y 10 °C para conservar muestras.
El Justo Sierra tiene capacidad para 15 tripulantes y 20 participantes científicos. Puede permanecer de manera autónoma en el mar sin reabastecerse de combustible y provisiones hasta por 25 días. Algo muy importante es que el buque tiene capacidad para producir agua dulce para las necesidades personales y científicas de los pasajeros, desalinizando agua de mar.
En palabras del Dr. Emilsson, el diseño del barco se hizo con la intención de que los investigadores pudieran vivir y trabajar a gusto, es por esto que los camarotes tienen luz natural de día y ventanas. Algo que se agradece es despertar y poder ver el mar por la ventana. Eso motiva para seguir con las jornadas extenuantes a bordo del buque.
¿Cómo se obtienen las muestras de agua de mar?
La cubierta de popa es donde se realizan las maniobras para la obtención de muestras de agua y de sedimentos del fondo marino. Esta zona del buque tiene un área útil de 72 m 2 para maniobrar equipos de gran volumen (Figura 4).
Figura 4. Cubierta de popa del Justo Sierra, donde se realizan las operaciones de muestreo (Fotografía: Arianna Soto Hérnandez).
El barco cuenta con aparatos diseñados específicamente para los trabajos de muestreo, que se operan a través de winches (una especie de cañas de pescar gigantes). Cuenta con un muestreador de agua llamado “carrusel” o “rosetta”, en el que se pueden colocar hasta 12 botellas Niskin de 10 L cada una. El “carrusel” se monta en un winch y se lanza para que descienda por la columna de agua hasta a 5,000 m de profundidad (Figura 5).
Figura 5. Aparato “carrusel” para muestreo de agua, donde se observan las botellas Niskin en la parte superior y el sensor CTD en la parte inferior (Fotografía: Libertad Alejandra Adaya García).
Este aparato tiene un interesante mecanismo por el que se pueden cerrar las botellas en diferentes tiempos, enviando una señal desde una computadora instalada en el barco. De esta manera, en el mismo lanzamiento de un “carrusel” se pueden obtener muestras de agua de distintas profundidades. A través de un sensor CTD (del inglés Conductivity, Temperature, Depth), colocado en el “carrusel”, se miden los parámetros de Conductividad, Temperatura y Profundidad. Se puede medir también fluorescencia, oxígeno disuelto, turbidez y pH. Estos datos se transmiten en tiempo real al laboratorio central en el barco. Una vez terminado el muestreo, el “carrusel” es subido a la cubierta del barco, donde se recuperan las muestras de agua para hacer análisis químicos o biológicos.
Redes para pescar microplásticos
Cuando lo que interesa es lo que se encuentra flotando en el agua, se utilizan redes, un ejemplo de ellas son las redes Bongo llamadas así por su forma. Éstas consisten en un sistema de dos redes en forma de cono, hechas de malla fina de 300 y 500 micrómetros. Son jaladas juntas, lado a lado, a profundidades variables (Figura 6). Un recipiente colector concentra las muestras de cada red, de donde son recuperadas y analizadas en busca de zooplancton, fitoplancton y microplásticos asociados a éstos.
Figura 6. Redes Bongo utilizadas para muestreo de organismos planctónicos y microplásticos (Fotografía: Libertad Alejandra Adaya García).
¿Cómo se obtienen las muestras del fondo del mar?
Los sedimentos del fondo marino se componen de partículas insolubles provenientes de rocas y restos de organismos, que se han ido acumulando por miles de años. En los sedimentos vive una diversidad de organismos y microorganismos, conocidos como bentónicos. Para acceder a ellos, los científicos del Justo Sierra utilizan un instrumento llamado “nucleador”, que es una caja de metal colocada dentro de un soporte (Figura 7A).
El nucleador se suspende de un winch y es lanzado hacia el fondo del mar. Cuando toca el fondo (puede tardar minutos o varias horas), se incrusta en éste, llenando su interior de sedimento. Posteriormente, desde la cubierta del barco, se inicia el ascenso del aparato y en ese momento la tapa se activa para sellarlo (Figura 7B).
Una vez en cubierta, si la extracción es exitosa, es decir que se obtiene una cantidad suficiente de muestra, los tripulantes y científicos festejan e inmediatamente ponen manos a la obra dividiendo el sedimento en varias submuestras para los diferentes tipos de análisis; geológicos, físicos, químicos, microbiológicos y biotecnológicos.
Figura 7. A) Imagen real del nucleador de caja tipo “Reineck” (Fotografía: Jorge Isaac García López). B) Esquema del funcionamiento del “nucleador” de caja (adaptado de Parianos et al., 2021 [1]). 1: El nucleador es lanzado hacia el fondo del mar, 2: el nucleador se incrusta en el fondo del mar y la caja se llena con el sedimento, 3: la tapa se activa sellando el nucleador, 4: el nucleador asciende a la superficie con el sedimento en su interior.
¿Para qué se usan las muestras y qué información nos dan?
Las muestras de agua y sedimento son aprovechadas al máximo por diferentes grupos de investigación, que buscan información acerca de los organismos y microorganismos que habitan en el golfo de México y de sus condiciones ambientales. Se busca, por ejemplo, determinar la concentración de nutrientes, metales, hidrocarburos y más recientemente, de microplásticos.
En el Laboratorio de Biotecnología Marina del IBt, a cargo de la Dra. Liliana Pardo, nos enfocamos en el estudio de las bacterias que viven en el agua o en el sedimento marino y en su capacidad para degradar hidrocarburos y plásticos. Extraemos el ADN de las muestras de agua y sedimento para analizarlo e identificar bacterias. Además, usamos diferentes medios de cultivo para hacer crecer y aislar las bacterias de esas mismas muestras (Figura 8).
Figura 8. Metodología para la toma de muestras de agua y sedimento para el aislamiento de cepas con capacidad de utilizar los plásticos e hidrocarburos como fuente de alimento.
Estos medios de cultivo contienen las condiciones mínimas necesarias para que las bacterias sobrevivan utilizando como alimento hidrocarburos o plásticos como se muestra en la Figura 9. Con este método, en nuestro laboratorio se han aislado bacterias y enzimas que degradan petróleo y algunos tipos de plástico y que pueden contribuir a resolver problemas de contaminación. Las operaciones iniciales para el aislamiento de bacterias y ADN se pueden realizar en el mismo buque, en el laboratorio de Biología que cuenta con las condiciones necesarias, lo que es una gran ventaja porque se puede trabajar con las muestras frescas.
Figura 9. Tubos que contienen medios de cultivo adicionados con resinas plásticas como fuente de nutrientes para las bacterias e inoculados con sedimento y plásticos recolectados en el mar.
Otros ejemplos de investigaciones a bordo del Justo Sierra incluyen:
- El estudio del impacto ambiental en la zona petrolera; en la campaña SGM-23 bajo la dirección del Dr. Adolfo Gracia en donde colaboramos con colegas de distintas disciplinas para determinar el impacto ambiental de la extracción de petróleo en el lecho marino.
- Estudios que buscan reconstruir las condiciones del océano en el pasado a través del estudio de los sedimentos, como los dirigidos por la Dra. Maria Luisa Machain Castillo del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología de la UNAM y la Dra. Ligia Pérez Cruz del Instituto de Geofísica de la UNAM.
En los siguientes artículos de este número de Biotecnología en Movimiento, los autores compartirán sus experiencias a bordo del buque Justo Sierra y su importancia en la investigación del golfo de México. Específicamente en el área biotecnológica, el buque ha permitido hacer una amplia búsqueda de bacterias y enzimas para el desarrollo de ciencia básica y tecnologías de biorremediación.
Referencias
- Parianos, J., Lipton, I., & Nimmo, M. (2021). Aspects of Estimation and Reporting of Mineral Resources of Seabed Polymetallic Nodules: A Contemporaneous Case Study. Minerals, 11(2), 200. DOI: 10.3390/min11020200
Lecturas sugeridas
- Boletín UNAM-DGCS-773. Los buques de la UNAM: más que barcos, laboratorios flotantes. 2009. Boletín UNAM-DGCS-773 Ciudad Universitaria. https://www.dgcs.unam.mx/boletin/bdboletin/2009_773.html
- Fundación UNAM. 2019. Ligia Pérez Cruz, los buques de la UNAM y el trazo de un derrotero. https://www.fundacionunam.org.mx/sala deprensa/unam_yo/ligia-perez-cruz/
- Miguel Angel Flores Zapata. Construcción del muelle de atraque y base de operaciones para el buque oceanográfico "Justo Sierra", ubicado en Tuxpan, Veracruz, México. 2017. Tesis para obtener el título de ingeniero civil. https://repositorio.unam.mx/contenidos/344272
- Fundación UNAM. 2020. Buque Oceanográfico Justo Sierra. https://www.youtube.com/watch?v=l0yNstfQcYY
- Coordinación de plataformas oceanográficas. 2024. Justo Sierra. https://buques.cic.unam.mx/justo-sierra/ .
- Herzka, S. Z., Zaragoza Álvarez, R. A., Peters, E. M., & Hernández Cárdenas, G. (Eds.). (2021). Atlas de línea base ambiental del Golfo de México (Primera edición, mayo de 2021). CICESE. https://atlascigom.cicese.mx/
- Alfonso Aguirre Muñoz. 2017. Impactos del cambio climático sobre la Zona Económica Exclusiva (ZEE) de México: estado del arte de la perspectiva jurídica relacionada con las islas, delimitación del área de influencia, y variables a ser consideradas desde el derecho internacional público, reporte Técnico. Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático.
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Acerca de las autoras
La Dra. Libertad Adaya se encuentra realizando una estancia posdoctoral CONAHCyT en el Laboratorio de Biotecnología Marina del IBt. Sus proyectos se enfocan en la biodegradación de hidrocarburos y plásticos por bacterias marinas y ha participado en distintas campañas oceanográficas a bordo del Justo Sierra en el golfo de México. Arianna Soto es estudiante del Doctorado en Ciencias Bioquímicas en el IBt. Su proyecto de doctorado se enfoca en la identificación y caracterización de enzimas bacterianas con capacidad para degradar poliuretano y participó en un crucero oceanográfico a bordo del Justo Sierra, en el laboratorio de biotecnología marina del IBt-UNAM. Francisco Ponce es Ingeniero en geofísica y técnico académico asociado “C” en el Instituto de Ciencias del Mar y Limnología de la UNAM y ha participado en numerosas campañas oceanográficas como encargado de los equipos hidroacústicos del buque. La Dra. Liliana Pardo dirige el Laboratorio de Biotecnología Marina del Instituto de Biotecnología (IBt) en la UNAM, en donde se utilizan estrategias que emplean técnicas de microbiología y metagenómica que permiten el estudio de diferentes microorganismos y sus productos, así como sus capacidades asociadas a la degradación de hidrocarburos y plásticos y su potencial uso biotecnológico.