Innovadora tecnología de regeneración marina fue probada en fiordo de la Patagonia chilena

Centro de Investigación en Ecosistemas de la Patagonia - CIEP

Proyecto llamado Bio-roca, liderado desde el Centro de Investigación en Ecosistemas de la Patagonia, evaluó su potencial para promover la restauración y la bio-diversidad del ecosistema marino en el fiordo Puyuhuapi, mediante el desarrollo de una tecnología basada en campos eléctricos de bajo voltaje.

El complejo mundo que habita bajo el agua es clave en materia de mitigación del cambio climático, donde la acidificación, el calentamiento, la desoxigenación (pérdida de oxígeno) y la contaminación producida por el ser humano están dejando su huella en temas relevantes como el secuestro de carbono.

La comunidad científica mundial ha estado trabajando para encontrar soluciones que permitan proteger y restaurar las zonas costeras y así promover la disminución de los impactos de los gases de efecto invernadero.

En los últimos 35 años, un equipo científico liderado por el Dr. Thomas Goreau ha desarrollado la tecnología llamada “Biorock” o Bio-roca (en lenguaje español), la cual, usa pequeñas corrientes o campos eléctricos de bajo voltaje para estimular un mejor crecimiento, sobrevivencia y resiliencia de los organismos marinos, especialmente de los corales que se encuentran severamente amenazados por el calentamiento de los océanos.

Por medio de la electrólisis en agua de mar, la Bio-roca actúa como un arrecife artificial que tiene el potencial de concentrar minerales como la calcita, los que son requeridos para la formación de las conchas de ciertos organismos marinos como los bivalvos, generando así, un ambiente de alta energía que estimula un mayor asentamiento de especies marinas, y a su vez, que funciona como un mecanismo de secuestro de carbono.

Goreau, quien ha desarrollado por años esta tecnología destaca su aplicabilidad, “hemos estado trabajando en la tecnología Biorock por 45 años, en más de 700 proyectos y 45 países, principalmente en restauración de arrecifes de corales. Una pregunta en este proyecto es si podemos hacer crecer organismos más rápidos para el desarrollo de la acuicultura, ya que Chile es un país con una gran actividad de esta industria, lo cual es muy importante.”.

La Dra. Bárbara Jacob del Centro de Investigación en Ecosistemas de la Patagonia (CIEP) y quien lidera esta iniciativa, contactó al investigador Thomas Goreau con el objetivo de experimentar con esta tecnología y estudiar su potencial para restaurar bancos naturales de Mytilus chilensis, conocidos como los choritos o mejillones.

Este recurso actualmente no sólo se cultiva y exporta extensivamente desde el sur de Chile, si no también, es utilizado como carnada para la pesquería artesanal de crustáceos en la Región de Aysén.

Las actividades humanas, como la pesca, degradan los ecosistemas en muchas regiones del mundo, lo que ha sido documentado a través de la disminución de variables de estado de la diversidad, el aumento del número de especies en peligro de extinción o la disminución en la abundancia de grupos de organismos clave. En este sentido, se vuelve relevante articular nuevos enfoques orientados a la conservación, restauración y mejor gestión de los recursos impactados por la acción antrópica (e.g. pesca extractiva, acuicultura) mediante soluciones iniciativas científico-tecnológicas.

Créditos fotográficos: CIEP

Con el objetivo de realizar un primer piloto de esta tecnología en Chile, se formó un grupo de investigación multidisciplinario formado por la Dra. Bárbara Jacob, el investigador de recursos pesqueros MSc. Gustavo Aedo y la Dra. Paula Ortiz del Centro CIEP, junto a la colaboración internacional del Dr. Thomas Goreau, que lidera la ONG Global Coral Reef Alliance y el Dr. Alejando Rodríguez de la Universidad de Granada e investigadores de instituciones nacionales; como la Dra. Laura Ramajo del CR2 e investigadores como el Dr. Marcelo Fuentes del centro INCAR y el Dr. Eduardo Hernández de la U. Católica de la Santísima de Concepción.

Además, este proyecto contó con la participación de la empresa Salmones Multi-export, quienes por medio de un convenio de colaboración contribuyeron con un importante apoyo logístico que hizo posible el desarrollo de un experimento en terreno en el fiordo Puyuhuapi.

Créditos fotográficos: CIEP

Desarrollo de la investigación

Los investigadores se plantearon cuatro objetivos a desarrollar, dentro de los cuales estaban; evaluar la respuesta fisiológica del Mytilus chilensis, comparando su velocidad de crecimiento y formación de concha bajo dos condiciones diferentes: sometidos a un campo eléctrico, y sin campo eléctrico.

El segundo objetivo fue evaluar el nivel de acreción de minerales, (depósito de minerales como la calcita), mediante el proceso de electrólisis en agua de mar, en placas de metal electrificadas por medio de un campo eléctrico.

El tercer objetivo consistía en evaluar el asentamiento espontáneo de especies marinas, tanto en las placas electrificadas con diferentes intensidades de amperaje y voltaje, como también en placas sin electricidad.

Finalmente, el cuarto objetivo fue caracterizar el asentamiento espontáneo en toda la estructura “tipo arrecife” que estuvo sometida a un campo eléctrico de muy bajo voltaje.

Una gran tarea para el desarrollo de este proyecto, el cual ha sido financiado por un fondo interno del programa PATSER (financiamiento ANID – Programa de fortalecimiento de Centros Regionales), fue desarrollar desde cero la construcción de las estructuras que se colocaron a 6 metros de profundidad (flotando en columna de agua desde plataformas).

Luego, mantenerlas durante un período de 9 meses, entre marzo a diciembre del 2023. Para el experimento se construyeron además unas placas metálicas llamadas cátodos y una pieza central que contenía el ánodo, lo cual permitió generar campos eléctricos al interior y exterior del arrecife artificial.

Cada placa metálica o cátodo estuvo sometida a diferentes intensidades eléctricas, lo cual permitiría evaluar sus efectos en el asentamiento espontáneo de las especies que habitan en ese estrato de profundidad.

Para la evaluación del desarrollo de la especie principal de estudio (Mytilus chilensis) bajo condiciones con y sin electricidad, se construyeron canastas colgantes (hechas de malla anchovetera) y se colocaron en su interior choritos marcados individualmente, con el objetivo de evaluar su crecimiento en diferentes tiempos.

Créditos fotográficos: CIEP

Primeros resultados

Uno de los primeros resultados observables a la vista, fue que las canastas colgantes del arrecife sin electricidad presentaron una gran cobertura de una especie de hidrozoo que es un tipo de animal acuático de la clase cnidaria, mientras que el arrecife sometido a electricidad no mostró la presencia de estos organismos.

Estos resultados sugieren que los campos eléctricos inhibieron su asentamiento y crecimiento, lo cual ya ha sido documentado en el pasado por estudios que datan de 1930. El fouling por hidrozoos son muy comunes en ecosistemas impactados por la acuicultura en muchos lugares del mundo y junto a otras especies, constituyen un problema de mantenimiento de redes y estructuras flotantes que requiere de elevadas inversiones de dinero, especialmente durante las estaciones cálidas cuando el crecimiento de hidrozoos tiende a aumentar.

Respecto al asentamiento espontáneo de la especie M. chilensis, estos presentaron una mayor cobertura en las placas sometidas a electricidad en comparación con las placas del arrecife sin electricidad, mientras que fueron las placas sometidas a intensidades de corriente intermedias las que presentaron una mayor cobertura de choritos.

Estos resultados sugieren que mayores intensidades de corriente eléctrica podrían inhibir el crecimiento de los choritos. En cuanto al proceso de acreción de mineral por electrólisis, las placas metálicas electrificadas presentaron capas de minerales color blanquecino, similar al color del carbonato de calcio, lo cual desplazó paulatinamente el óxido inicial que tenían las placas en el arrecife.

El incremento de la concentración y grosor de minerales en las placas, dependiendo de su composición, ha sido propuesto como un mecanismo que promueve un micro-ambiente alcalino (es decir, menos ácido) que beneficiaría el crecimiento de muchos organismos marinos.

La Dra. Bárbara Jacob explica estos primeros resultados observados. “El proceso de acreción de mineral que se produce por electrólisis en el agua de mar, es un proceso que se restaura a si mismo mientras esté siendo cargado por corrientes eléctricas, potencia el crecimiento de especies calificadoras (es decir, que usan calcita para construir sus conchas), y al mismo tiempo funciona como un mecanismo de sumidero (o secuestro) de carbono, ya que se asemeja al proceso de construcción de los arrecifes naturales de especies constructoras de hábitats como los corales. Fueron precisamente las placas sometidas a una mayor intensidad de amperaje y voltaje las que concentraron mayor cantidad de minerales.

Sin embargo, como se ha demostrado en otros estudios, el tipo de material que se deposita es dependiente de la intensidad de la corriente, del tamaño del cristal, su mineralogía, la velocidad de deposición y los parámetros de la corriente eléctrica. Actualmente, estamos preparando el envío de estos minerales al departamento de Mineralogía y Petrología del Centro de Instrumentación Científica (CIC) de la Universidad de Granada, quienes están colaborando con el proyecto para determinar el tipo de mineral y su estructura”.

Atracción de Biodiversidad

En cuanto al asentamiento espontáneo de especies en los arrecifes, las diferencias fueron contundentes, donde la Bio-roca demostró ser un atractor de una mayor diversidad de especies marinas en relación al arrecife sin electricidad.

La mayor diversidad de especies encontradas estuvo caracterizada por una alta abundancia de una anémona de la especie Metridium senile, algunos artrópodos como crustáceos decápodos pequeños, cirrípedos y anfípodos, especies de bivalvos como el ostión del sur (Austrochlamys natans), la cholga (Aulacomya atra) y el chorito (Mytilus chilensis), Nemertinos (gusanos) y una alta abundancia de Ascidias (especie por determinar).

La directora del proyecto comenta que este proyecto piloto ha sido una enriquecedora experiencia de investigación, “mi primer asombro tiene relación con la diferencia en el desarrollo de hidrozoos entre el arrecife bio-roca y el arrecife sin electrodos, como también, el notable incremento de la diversidad de organismos en todo el arrecife, lo cual sugiere que el campo eléctrico, tanto al interior como alrededor del arrecife, estimuló un mayor asentamiento de larvas de especies marinas diferentes”.

La identificación y clasificación de las especies observadas aún se encuentra en desarrollo por lo que no sabemos cuántas otras especies encontraremos al interior de las matrices de organismos que no son fáciles de identificar a primera vista”.

 

Créditos fotográficos: CIEP

Horizontes del desarrollo de la tecnología

Si pensamos en esta tecnología a mayor escala, esta podría ser utilizada para mitigar impactos de las actividades humanas. Por ejemplo, se podría pensar en que el desarrollo de estos arrecifes cargados eléctricamente sea utilizado para estimular un mayor asentamiento y mejor crecimiento de algunas especies de bivalvos de importancia económica, como los choritos, la cholga y los ostiones, lo cual es relevante para el desarrollo y diversificación de la acuicultura.

Por otro lado, el prolífico crecimiento del recurso Mytilus chilensis observado en el arrecife sin electricidad, es relevante, debido al importante rol que los organismos filtradores tienen en los ecosistemas marinos, y esto es porque ellos filtran grandes volúmenes de agua cuando se alimentan, y en ese proceso limpian las aguas del exceso de materia orgánica proveniente de la contaminación.

Adicionalmente, el crecimiento de M. chilensis, en cuelgas verticales o en estructuras flotantes tipo arrecifes, demuestra que pueden convertirse en sitios constructores de «bosques de animales marinos», y a largo plazo promover una gran diversidad marina, ya sea porque ofrece una mayor disponibilidad de alimento para otras especies, o por que provee de protección a algunas especies más vulnerables. El Dr. Thomas Goreau resalta, “lo que también estamos tratando de realizar en este proyecto es potenciar el desarrollo de organismos filtradores, es decir aumentar los organismos que pueden limpiar el agua y así obtener un ecosistema marino más saludable. Estamos recién experimentando las óptimas condiciones de crecimiento de cada especie, pero creemos que esto puede ser una vía para disminuir las consecuencias de las actividades acuícolas como la salmonicultura”.

Por otro lado, la disminución del crecimiento de una especie hidrozoo en el arrecife electrificado tiene el potencial se ser usado en la acuicultura del salmón para el manejo del fouling marino (formación de depósitos orgánicos e inorgánicos no deseados) en sus redes de cultivo, lo cual podría disminuir los elevados costos de mantenimiento de redes, la proliferación de enfermedades y la contaminación marina por el uso de químicos tóxicos.

Sin embargo, se requiere más investigación para determinar los rangos correctos de tratamiento eléctrico que permitan controlar el fouling en las redes de cultivo de un espectro más amplio de especies.

La mayor biodiversidad marina encontrada en el arrecife Bio-roca sugiere que la aplicación de pequeñas corrientes eléctricas estimula un alto asentamiento de especies marinas y por lo tanto, promueve ecosistemas más diversos como ha sido demostrado para los ecosistemas de corales por la investigación del científico Thomas Goreau y otros investigadores alrededor del mundo.

En la región de Aysén, tanto la acuicultura como el cambio climático son amenazas crecientes para la sostenibilidad de los servicios ecosistémicos que proveen los fiordos a la sociedad, los cuales son a su vez, altamente dependientes de la biodiversidad marina. Iniciativas tecnológico-científicas como la electroestimulación podrían ser desarrolladas en las comunidades costeras, tales como las áreas de manejo de pescadores artesanales para la preservación y restauración de la biodiversidad marina y la sostenibilidad de los recursos que sustentan sus comunidades.

Finalmente, estos arrecifes podrían tener un rol local también en la captura de carbono puesto que la acreción de mineral como el carbonato de calcio, es un mecanismo que permite retener carbono al interior del océano por largos períodos de tiempo.

“Este proyecto piloto inspira a formular nuevas preguntas y a gestionar nuevos proyectos futuros que incluyan energías renovables y que estén orientados a la conservación, restauración y mejor gestión de los recursos impactados por la acción antrópica, como la pesca extractiva, y la acuicultura, mediante soluciones basadas en la naturaleza como vía para la adaptación y mitigación del cambio climático.

Créditos fotográficos: CIEP

Créditos fotográficos: CIEP

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