El LED que valió un Nobel

En 2014 el Nobel de Física fue para los japoneses Isamu Akasaki, Hiroshi Amano (antiguo estudiante de Akasaki en la universidad de Nagoya) y Shuji Nakamura (univ. de Sta. Bárbara, EEUU), por la invención de “LEDs azules eficientes que han hecho posible fuentes de luz blanca brillantes que ahorran energía“.

Generated by IJG JPEG Library

Los ganadores del Nobel de física (2014), de izda. a dcha., I. Akasaki, H. Amano y S. Nakamura. Autor: The Asashi Shimbun. Fuente: Getty Images.

La Real Academia de las Ciencias de Suecia llamó al profesor Nakamura a las 3 de la madrugada para anunciarle el galardón. Querían hablar con él justo después en la conferencia de prensa que anunciaría su Nobel. Pero la calidad del sonido fue tan lamentable que sólo se le entendió “unbelievable“.

Alfred Nobel creó los premios que llevan su apellido para reconocer invenciones y descubrimientos que aportasen beneficios a la humanidad.

Un 20% del consumo de energía de los países industrializados se dedica a producir luz. Por ello fuentes de luz eficientes como los LED tendrán un impacto importante en la economía, la sociedad y la protección del medio ambiente (al menos eso dicen los que entienden de esto).

La iluminación LED (“Light Emmision Diode”) —transforma directamente la energía eléctrica en luz— no emite apenas calor, tiene una vida media más de 100 veces superior a las bombillas incandescentes y no utiliza elementos contaminantes como el mercurio en los tubos fluorescentes. La tienen en sus bolsillos: la luz blanca del flash y de las pantallas de los smartphones usan tecnología LED por ejemplo.

04_rgb-system

Modelo RGB para la representación de colores. Fuente: fotovideotec.de

Isaac Newton descubrió en el s.XVII que el espectro de luz visible se podía descomponer en 7 colores (del violeta al rojo), gracias a sus experimentos con prismas.

Para obtener luz blanca basta recrear el espectro visible usando distintas longitudes de onda como el azul, verde y rojo. En eso consiste el RGB (Red/Green/Blue), el modelo “aditivo” que usamos para representar colores en dispositivos electrónicos (TV, ordenadores, cámaras).

Los primeros LED eran rojos y se desarrollaron a comienzos de los 60′. Los LED verdes se obtuvieron a finales de dicha década, pero los azules necesitaron 30 años más. 

El sistema LED emplea materiales semiconductores pero los cristales de nitruro de galio (GaN) necesarios para el azul se hacían polvo, literalmente

4-gallium-nitride-crystal

Cristal de nitruro de galio. Fuente: Sustainable nano. Si quieren saber más sobre los diodos LED les recomiendo visitar dicha web.

A pesar de los esfuerzos de la industria y centros de investigación la tecnología necesaria para crecer dichos cristales con las propiedades precisas no estaba disponible.

Y aún teniéndola no fue hasta finales de los 90′ (gracias a nuestros héroes japoneses), cuando se hizo la luz azul y blanca de LED, con el desarrollo de cristales de GaN de alta calidad y el diseño adecuado. Para que se hagan una idea, hace falta superponer hasta 7 capas de distintos materiales cuyo grosor es inferior a una micra para conseguir la emisión de luz azul LED.

led

Espectro habitual de un LED blanco de uso doméstico y sus 2 componentes: el pico del LED azul y la “colina amarilla” del fósforo. Fuente:Behar-Cohen y col. (2011)

Hoy en día el sistema más habitual y barato de obtener luz blanca no es combinar 3 LED (azul/verde/rojo), sino acoplar un LED azul (o UV) a una lámina de fósforo. Éste absorbe parte de la luz azul, excitándose y emitiendo luz a longitudes de onda desplazadas al amarillo. La suma de ambos la percibimos como luz blanca.

La luz azul es muy útil !! Los diodos de láser azul aumentarán la capacidad de almacenar y acceder a la información respecto al láser rojo tradicional (el Blu-ray es un ejemplo). Y el uso de LED UV (posible gracias a los LED azules) podrían servir para esterilizar agua.

UVVISspectra

Luz cálida (A) y fría (B) de tubos fluorescentes. (C) y (D) son ejemplos de luces típicas (amarillenta y blanca, respectivamente) en espacios públicos. Fuente: Behar-Cohen y col. (2011)

Sin embargo, también tiene sus riesgos.  En los próximos años asistiremos al uso generalizado de luz blanca LED en espacios públicos y domésticos. Esto aumentará en teoría nuestra exposición al azul, cuya longitud de onda es relativamente más energética.

Nuestros ojos perciben tonos fríos o cálidos de luz según el predominio de ciertas longitudes de onda (temperatura del color, con unidades en grados kelvin: 2000-3000 K sería luz amarillenta y 5000-7000 K, blanca fría). La luz LED estándar es fría por su tono más azulado. Observen si no los ejemplos de luces “tradicionales” y compárenlos con el LED.

—Los riesgos de la luz azul se conocen desde hace 4 décadas—

Por ello, la Agencia Francesa para la Seguridad Alimentaria, del Medio Ambiente y Ocupacional (ANSES) coordinó un grupo de expertos para elaborar un informe sobre LEDs, citado en 2011 en la publicación científica “Light-emitting diodes (LED) for domestic lighting: Any risks for the eye?”.

En ella se insiste en que las células ganglionares y del epitelio pigmentario de la retina son susceptibles de sufrir daños a causa del azul. En concreto, la interacción de luz azul con moléculas de la retina supone un riesgo potencial para ciertos grupos de edad (niños y ancianos) y patologías oculares (degeneración macular, glaucoma, afaquia o pseudofaquia).

Con el fin de reducir la toxicidad potencial de la luz, ANSES recomienda evitar LED fríos (con mucho azul) en lugares frecuentados por niños o en aquellos objetos que usen a menudo (juguetes, paneles electrónicos, consolas, luces nocturnas).

Esto se debe a que en niños se transmite un 65% de luz azul a la retina, mientras que con la edad el cristalino aumenta la absorción del azul.

La recomendación general es reducir la exposición al azul en luz artificial. En comparación a la luz natural y a igual temperatura de color el LED doméstico suele poseer un 20% más de azul.

El mercado ofrece muchos tipos de LED y temperaturas de color. Sólo se trata de informarnos bien y emplear las luces adecuadas en cada caso. Para lámparas de uso doméstico son recomendables ambientes cálidos y temperaturas de color bajas (sobre 2800 grados kelvin).

Las algas no tienen problemas con el azul, es su color favorito. Están expuestas a un espectro de luz desplazado al azul-verdoso (λ <500 nm), porque el agua absorbe las longitudes de onda largas.

Haslea Charco Manso 2b

La diatomea Haslea sp. aislada en El Hierro (Canarias). Autor: F. Rodríguez

En conjunto las algas son un filtro verde-azulado (en palabras de Shirley Jeffrey) que aprovecha esa luz tan especial gracias a una gran diversidad de pigmentos.

Pero además de la fotosíntesis, el color azul cumple un papel importante para activar fotoreceptores específicos que controlan (en diatomeas por ejemplo), el movimiento de los cloroplastos y la división celular.

También en diatomeas, la luz azul favorece la producción de marenina, un pigmento azulado propio del género Haslea.

La aclimatación del aparato fotosintético a los cambios de calidad de luz (no sólo al azul sino a todo el espectro visible), se llama adaptación cromática. Afecta al contenido y proporciones de pigmentos fotosintéticos y es un fenómeno bien conocido en cianobacterias, que poseen compuestos con máximos de absorción a distintas λ (ficoeritrinas y ficocianinas, de color rojo y azul, respectivamente).

Todos los días sale el sol comp

Emiliania huxleyi. Autor: Sergio Seoane.

Los eucariotas no tienen esos pigmentos (excepto las criptofíceas), así que las evidencias de adaptación cromática son más bien escasas.

Sobre esto, les comentaré los resultados de un estudio recién publicado en colaboración con José Luis Garrido, del IIM-CSIC en Vigo, investigador experto en pigmentos (y colega mío, ya era hora de hablar de los amigos !!) que trabaja desde hace años con Emiliania huxleyi.

Emiliania es un cocolitofórido del que hemos tratado más de una vez por su importancia ecológica. Tiene muchos pigmentos y es un modelo ideal para estudiar sus cambios frente a la luz.

fig1

Diseño de los LED y filtros de colores en el trabajo de Emiliania. Fuente: Garrido y col (2016)

José Luis diseñó el siguiente experimento: cultivar una cepa de Emiliania en una sala equipada con LED blancos y filtros azules, verdes y rojos. Y algunos pigmentos cambiaron en respuesta a esos colores… 

En concreto carotenoides relacionados con la fucoxantina, los más importantes para capturar luz en Emiliania —que no tendrían motivos, en principio, para que les afecte el color ya que absorben λ parecidas

En luz azul el pigmento dominante era la hexanoyloxifucoxantina, muy común en océano abierto donde la luz está enriquecida en el azul.

Pero la luz verde (y roja también), provocaba que la fucoxantina fuese el carotenoide principal. En aguas costeras el espectro de luz es más verdoso y dominan a menudo las diatomeas cuyo principal carotenoide es…lo adivinan? Sí, la fucoxantina.

circulo2

Proporción de fucoxantinas con luz AZUL (izquierda) y VERDE (derecha) en Emiliania. Fx (fucoxantina), HFx (hexanoyloxifucoxantina), 4KHF (4-keto-HFx), PFx (pentanoyloxifucoxantina). Datos: Garrido y col. (2016)

En Emiliania estos cambios sugieren que la eficacia fotosintética de las fucoxantinas es distinta y que su diversidad e interconversión optimizarían la fotosíntesis según la λ de los fotones (y no sólo la intensidad de la luz).

Estos resultados son sorprendentes y hermosos para quienes trabajamos con pigmentos desde hace tanto tiempo.

La riqueza pigmentaria de Emiliania no es un capricho de la naturaleza sino que contribuye a explicar su flexibilidad fotosintética y capacidad para proliferar en aguas oceánicas y costeras.

Referencias:

-Behar-Cohen F. Light-emitting diodes (LED) for domestic lighting: Any risks for the eye?. Prog. Retin. Eye Res. 30:239-257 (2011).
-Brunet C y col. Spectral radiation dependent photoprotective mechanism in the diatom Pseudo-nitzschia multistriata. PLoS ONE 9(1): e87015. doi:10.1371/journal.pone.0087015
-Garrido JL y col. Pigment variations in Emiliania huxleyi (CCMP1370) as a response to changes in light intensity or quality. Env. Microbiol. (in press, 2016). DOI: 10.1111/1462-2920.13373

Californintoxication

Algunas personas no pueden almacenar nuevos recuerdos en su memoria. En eso consiste la amnesia anterógrada: vivir en el presente con los recuerdos anteriores al hecho que te provocó la amnesia.

temporal_lobe

Lóbulo temporal medial. Fuente: Medical care corporation

El lóbulo temporal medial es una región esencial para la consolidación de la memoria a largo plazo sobre hechos y eventos. Forma parte del lóbulo temporal del cerebro y posee estructuras como la región hipocampal y las cortezas perirrinal, entorrinal y parahipocampal.

Las lesiones de estas estructuras por causa de un traumatismo cráneo-encefálico, ictus cerebral, enfermedades (como el Alzheimer) o la ingestión de sustancias neurotóxicas, provocan amnesias de distintos tipos y severidad. Principalmente anterógrada.

Los afectados por amnesia anterógrada tienen problemas con la memoria “declarativa“, que incluye memoria episódica (hechos autobiográficos y su contexto espacio-temporal) y semántica (hechos sin un contexto asociado como el lenguaje). La memoria “no declarativa” (asociada a procesos) no suele verse dañada.

forget-me-not-clive-and-deborah-wearing-02-af

Clive Wearing y su mujer Deborah. Fuente: Theory of Knowledge

Como el caso de Clive Wearing, un músico británico que en 1985, con 47 años, contrajo una encefalitis herpética (virus del herpes simple) a la que sobrevivió con graves secuelas: amnesia anterógrada (con una memoria reducida a menos de 30 segundos), y retrógrada (olvidó hechos anteriores a su enfermedad).

A pesar de ello, sigue tocando el piano de maravilla porque su memoria no declarativa quedó intacta.

— Otro ejemplo es la película “Memento” (2000) —

En ella Leonard Shelby, con amnesia anterógrada tras el ataque de dos hombres que matan a su mujer, intenta reconstruir (con la ayuda de fotos, tatuajes y notas continuas que deja por doquier a sí mismo), el recuerdo sobre la identidad del asesino que huyó delante de sus narices en la escena del crimen.

memento-04_510

Uno de los tatuajes de Leonard Shelby (el actor Guy Pearce), en Memento. Fuente: cinemattic

El diabólico director de este thriller, Christopher Nolan, nos hace sufrir la sensación de amnesia del protagonista durante toda la cinta. Sólo al final se cruzan los 2 relatos con una evolución temporal inversa y la secuencia entera cobra sentido para alivio del espectador. Una idea original para una película desasosegante como pocas…!!

Pues bien, la amnesia anterógrada que acabo de describirles es la que sufren de manera crónica las personas intoxicadas con ácido domoico, una toxina amnésica producida por diatomeas del género Pseudo-nitzschia. Otros síntomas son confusión mental, excitación, trastornos gastrointestinales (vómitos, diarrea), y en los casos más graves incluso la muerte.

Charlottetown_quay

El puerto de Charlottetown, en la isla Príncipe Eduardo. Fuente: CAA The Daily Boost

El ácido domoico se descubrió cuando se intoxicaron unas 100 personas tras comer mejillones en la isla Prince Edward (Canadá) en 1987. Los primeros síntomas (desorientación y confusión), surgieron 1-10 horas después de la ingestión.

Siete pacientes entraron en estado comatoso. Murieron 4 y otras 12 personas sufrieron amnesia anterógrada. En los afectados más graves incluso retrógrada (uno de ellos olvidó su llegada a Canadá en 1963).

Los estudios neuropatológicos del tejido cerebral en los fallecidos revelaron necrosis y pérdida neuronal, principalmente en el hipocampo y cuerpo amigdalino (asociado también a las emociones y la memoria). Como responsable se identificó a la diatomea Nitzschia pungens, hoy Pseudo-nitzschia multiseries.

Los efectos en personas pueden ser devastadores, aunque también para la fauna marina. Ya mencioné una vez la relación del ácido domoico con la película “Los pájaros” de Hitchcock, pero hoy comentaré casos más actuales.

sierra-nevada-range

Sierra Nevada (California, EEUU). Fuente: lugaresdenieve

Desde 2013 el estado de California ha experimentado graves sequías y altas temperaturas.

Se considera que no existen precedentes en el último milenio. En la cordillera de Sierra Nevada, también en California, se han registrado los niveles de hielo más bajos en 500 años. La sombra del cambio climático planea, una vez más, sobre esta situación.

Todo comenzó en 2013 con la formación de un núcleo persistente de altas presiones en el Pacífico Este llamado RRR (Ridiculously Resilient Ridge: “la cresta ridículamente resistente“).

RRR_1

La anomalía de presión “RRR”. La escala indica la anomalía de altura geopotencial (metros) en la época fría promedio (500 mbar) entre los años 2012-15. Adaptado de Swain y col (2015). Fuente: The California Weather Blog

En el caso del mar, el RRR provocó un descenso en la intensidad del viento sobre la costa oeste de Norteamérica. La consecuencia fue un debilitamiento del afloramiento costero que favorece el ascenso de aguas frías profundas y la productividad primaria. Catástrofe ecológica a la vista.

El asunto desembocó en un calentamiento anómalo de la superficie del mar bautizado en junio de 2014 como “The Blob” (“la masa” o “el pegote“), algo así como el hermano en el norte de “El Niño“.

A lo largo de 2015 “The Blob” alcanzó su máxima intensidad. A finales de 2015 los vientos en Alaska volvieron a soplar con intensidad recuperando la temperatura normal del mar en enero de 2016.

Los efectos en el ecosistema marino vienen a continuación.

northern-fur-seals

Osos marinos (Callorhinus ursinus), en el Marine Mammal Center. Autor: Bill Hunnewell. Fuente: Marine Mammal Center

La abundancia general del fitoplancton se redujo en la región, debido a que la fertilización natural del afloramiento brilló por su ausencia, y con él se retiraron varias especies de peces afectando a la salud de poblaciones de mamíferos marinos que aparecieron varados en gran número en las playas de California.

El Marine Mammal Center (Sausalito, California), creado en 1975, batió en 2015 su récord anual de animales recogidos en sólo 6 semanas !! En total, el año pasado rescataron a 1747, principalmente leones y osos marinos, incluyendo más de 80 crías desnutridas de osos marinos. La mayoría estaban demacradas, con la mitad del tamaño normal para su edad, reducidas a piel y huesos.

northern-fur-seal-zachary

Esta era la desamparada figura de la pobre Zachary cuando la recogieron. Fuente: Marine Mammal Center.

Como Zachary, la primera cría que recogieron en 2015 y que gracias a los cuidados posteriores dobló su peso en apenas un mes.

Además, se sospecha que el intenso “the Blob” de 2015 pudo tener relación con las proliferaciones costeras veraniegas de diatomeas tóxicas del género Pseudo-nitzschia (P. cf. australis).

Si bien la combinación de estabilidad y altas temperaturas por culpa del “pegote” no son las ideales para un bloom de diatomeas, se sospecha que el inóculo inicial pudo resistir en “the Blob” en el océano abierto y luego las poblaciones fueron transportadas a la costa, con las condiciones idóneas para su crecimiento masivo. Al menos esta es la interpretación de la investigadora Vera Trainer (NWFSC, NOAA), en una entrada del blog West Coast Acidification titulada “The Bloom! The Blob! What’s happening in the Pacific Ocean?”.

30258_RecipeImage_dungeness_crab2

El famoso “Dungeness crab” o “Dungies” (Metacarcinus magister), muy apreciado en el día de acción de gracias. Hay recetas para todos los gustos incluyendo “cakes”. Fuente: Chowhound

El caso es que la elevada concentración de domoico en el marisco de la región provocó el cierre de su extracción, especialmente grave en el caso del cangrejo Dungeness, un recurso económico importantísimo.

El cierre masivo de esta pesquería no tiene precedentes y en febrero de 2016 el gobernador de California (E.G. Brown) solicitó al gobierno federal la declaración de catástrofe estimando las pérdidas, sólo para el Dungeness, en unos 55 millones de dólares !!

La presencia de poblaciones tóxicas de Pseudo-nitzschia en la costa este del Pacífico son un fenómeno recurrente todos los años.

El primer bloom tóxico de Pseudo-nitzschia (P. australis) se registró en 1991: 100 pelícanos y cormoranes murieron después de ingerir anchoas contaminadas con domoico. Se detectaron también altos niveles de domoico en marisco (cangrejos, almejas, navajas).

Pseudonitzschia australis SEM

Pseudo-nitzschia australis aislada en las rías gallegas. Imagen de microscopía electrónica. Autor: F. Rodríguez

En los 90′ las proliferaciones de Pseudo-nitzschia australis se tornaron habituales en California. Las primeras intoxicaciones por ácido domoico en mamíferos marinos sucedieron en 1998, cuando aparecieron varados 400 leones marinos en las playas con un comportamiento raro (oscilando la cabeza, moviéndose de forma agitada y sin control, rascándose de forma extraña…).

De esos 400 el Marine Mammal Center rescató vivos a 70, pero 47 de ellos murieron al poco tiempo con síntomas neurotóxicos. En sus excrementos había niveles altos de domoico y restos de anchoas con células de P. australis.

Desde entonces las intoxicaciones por ácido domoico causan la muerte de mamíferos marinos en California cada año. Los daños cerebrales que ocasiona esta toxina afectan al comportamiento y la orientación espacial de los animales, lo cual parece estar relacionado con los varamientos. En los casos más graves los daños en la zona del hipocampo recuerdan a los de personas afectadas por epilepsia del lóbulo temporal.

domoic structure

La toxicidad del ácido domoico (izquierda) se explica por su parecido con el ácido glutámico, el neurotransmisor excitatorio más importante en humanos, y sus análogos. El domoico es 3 veces más potente que el ácido kaínico (centro) y 100 veces más que el ácido glutámico (derecha). El domoico se une a receptores del sistema nervioso central provocando despolarización neuronal. Esto incrementa la concentración intercelular de calcio y el proceso desemboca en la inflamación y muerte de las neuronas afectadas. Fuente: Moss (2000).

El tratamiento para intentar recuperar a los animales intoxicados incluye terapias anti-convulsivas. Generalmente la mitad de los mamíferos tratados por el Marine Mammal Center son recuperables y liberados después. No obstante, en los casos más graves cuando no remiten los síntomas se opta por eutanasiar a los pobres animales.

La razón es que los daños cerebrales que les ocasiona el ácido domoico alteran irreversiblemente su comportamiento. Liberarlos es sinónimo de una muerte casi segura: tras colocar dispositivos de seguimiento en varios individuos se ha comprobado que se pierden en el océano abierto. Lo resumieron a la perfección Cook y col. (2015) con la frase “Red Tides make dinner hard to find” en su artículo de Science.

pearl-hawaiian-monk-seal

“Pearl”. Fuente: Marine Mammal Center.

Pero después de tanto desastre querría terminar con un final feliz y dejarles buen sabor de boca !

Para ello, nada mejor que la imagen del paciente favorito en 2015 del Marine Mammal Center. Por aclamación popular, “Pearl“, una foca monje de Hawaii.

Referencias:

-Cook PF y col. Algal toxin impairs sea lion memory and hippocampal connectivity, with implications for strandings. Science 350: 1545-1547. DOI: 10.1126/science.aac5675 (2015)
-Moss L. Domoic acid: a fascinating marine toxin. Environ. Toxicol. Phar. 9:79-85 (2001).
-Teitelbaum JS y col. Neurologic sequelae of domoic acid intoxication due to the ingestion of contaminated mussels. New. Engl. J. Med. 322:1781-1787 (1990).
-Web: “Nature’s Poisons”: Domoic acid, the amnesic shellfish toxin that…what was I saying? Autor: Brown J.
-Web: “News Medical”: Sea lions exposed to toxin in algae develop form of epilepsy that is similar to humans.

 

 

 

 

 

 

 

 

Desayuno para Richard Parker

La vida de Pi” describe las aventuras de “PiPatel, un joven náufrago perdido en el Pacífico con un tigre de Bengala. Pi decide que su única salida es dejarle claro a Richard Parker, el tigre, quién es el macho “alfa“…y mantenerlo vivo como razón para sobrevivir. Una historia de superación que según avisa un personaje al narrador “le hará creer en la existencia de Dios“.

Life-of-Pi-334

Piscine Molitor Patel, “Pi”. La película, dirigida por Ang Lee (2012), está basada en una novela de Yann Martel. Fuente: screenmusings

La película me encantó y a través de ella me interesé por la novela, pero no sólo se trata de eso. 

Si les hablo de “La vida de Pi” es porque trata de temas que quería compartir con ustedes !!

El padre de Pi es dueño de un zoológico y en la película (pero especialmente en el libro) se habla mucho de animales, su comportamiento, el océano y la vida marina en general.

Pi cultiva además una extraña afición por coleccionar religiones, un guiño a la diversidad de creencias y a la sinrazón de enfrentarse por ellas.

maxresdefault

Nuestro amigo felino no necesita presentación. Fuente: youtube

Richard Parker es un animal tan bello como peligroso. Su inquietante presencia en un bote salvavidas y su dependencia de Pi le convierten en un personaje imponente y al mismo tiempo vulnerable. Pero qué bonico que es !!

Vamos al lío, que me desvío del tema…

Amazon Rainforest Animals - The Three-Toed Sloth

Perezoso de tres dedos (género Bradypus). Fuente: Amazon Rainforest Animals

Al comienzo de la novela, un Pi Patel adulto recuerda su tesis doctoral en zoología sobre la tiroides de los perezosos de 3 dedos en el Amazonas.

Y cita que en su pelo viven algas, de color verde en la estación húmeda y marrón en la seca. Imaginen mi cara cuando leí esto, casi me quedo bizco. 

Pi no explica más sobre las algas y los perezosos, pero ya supondrán que me estudié el asunto. Llevo años cazando historias como ésta y disfruto que no vean contandoselas a ustedes.

Sepan que existen dos grandes grupos de perezosos, de 2 dedos y 3 dedos, que se diferencian en sus garras delanteras (las traseras siempre tienen 3). Los de 3 dedos tienen costumbres más sedentarias, con un territorio pequeño y una dieta estricta basada en las hojas de unos pocos árboles.

Sorprendentemente bajan de su árbol una vez por semana…a cagar!,, a cagar. Después de defecar (me pongo fino ahora), cubren de hojas y tierra sus excrementos. Un perezoso a nivel del suelo debe de ser la presa más fácil del mundo. Sus buenas razones tendrán para jugársela yendo al retrete.

perezososdraw

Las relaciones de mutualismo entre el perezoso, las polillas y sus algas. Fuente: Pauli y col. 2013

Un estudio reciente ha concluido que el motivo de estos paseos podría ser la relación mutualista de los perezosos con la “comunidad” de polillas, hongos y algas que habitan en su pelo. Éste retiene la humedad como una esponja y posee estrías que favorecen la colonización y el crecimiento de las algas. Mientras, las polillas incuban a su prole en los excrementos y usan luego de refugio al perezoso.

La descomposición y mineralización de materia orgánica de las polillas es transformada por detritívoros (hongos, bacterias, etc), en amonio, fosfatos y nitratos que sirven de nutrientes a las algas. Y el contenido estomacal de los perezosos demuestra que comen habitualmente las algas de su pelo.

Es decir, los perezosos completarían su dieta con algas, cerrando así el círculo de esta curiosa relación. Y dichas algas podrían ofrecer otras ventajas como el camuflaje. Los perezosos de 2 dedos también son un “saco” de algas y polillas, aunque comparativamente tienen menos.

trichophilusL

El alga verde Trichophilus welckeri en el pelo de los perezosos Bradypus pygmaeus (C) y Choloepus hoffmanni (D-F). Fuente: Suutari y col. (2010).

¿Y qué algas viven en los perezosos? pues dominan las algas verdes, con géneros como Trentepohlia (se acuerdan de ella y la lluvia roja?), Trebouxia, Myrmecia, Chlorella, etc, pero el género dominante es Trichophilus (Trebouxiophyceae).

En concreto parece que existe incluso una relación específica entre los perezosos y Trichophilus welckeri. También se han encontrado algas rojas, cianobacterias, diatomeas e incluso algún dinoflagelado !!

Pasemos a otro tema. Durante la travesía en el Pacífico, Pi recorre sin saberlo la contracorriente ecuatorial.

Sobrevivirá 227 días gracias a los materiales que esconde el bote salvavidas (tiene desde galletas hasta alambiques solares para obtener agua potable) pero sobre todo porque consigue dominar el miedo, a Richard Parker y olvidar su vegetarianismo para convertirse en un cazador despiadado de toda clase de peces, crustáceos, aves y tortugas que comparte con el tigre.

Muchos peces se sienten atraídos por el bote y por una balsa rudimentaria que construye Pi. Bajo ésta se desarrolla un pequeño ecosistema a partir de las primeras algas verdes y otras más rígidas que la colonizan poco a poco.

Movies_03_1641361a

Por escenas así merece la pena ir al cine. Fuente: youtube

Pero si en algo está lograda la película, aparte del famoso tigre, es por los efectos de la bioluminiscencia. En 2012 ya escribía este blog y comenté que era la película más bioluminiscente de la historia del cine !!

Puede llegar a parecer imposible o exagerada, pero en determinadas condiciones es probable que algunas escenas no estén tan alejadas de la realidad.

No sé si las ballenas acostumbran a saltar de noche fuera del agua, pero si lo hicieran alguna vez en medio de una proliferación de dinoflagelados, esta escena maravillosa de la película no sería descabellada.

No olvidemos que los protagonistas recorren además latitudes tropicales…

milky_sea

Este fue el “Milky sea” que describió el SS Lima en 1995, producido por bacterias bioluminiscentes. Fuente: Miller y col. (2005)

De hecho, las extensiones de Pacífico iluminado que vemos en las escenas nocturnas pueden ocurrir durante proliferaciones masivas de Noctiluca scintillans por ejemplo, o de bacterias bioluminiscentes responsables de los “Milky seas“.

Hablábamos de este curioso fenómeno en esta entrada, y aquí les recuerdo el testimonio sobre un “Milky sea” cerca del ecuador, del mercante británico SS Lima:

La bioluminiscencia cubría todo el mar, hasta el horizonte…y parecía como si el barco navegase sobre un campo nevado ó deslizándose sobre las nubes…” (Trad. de Miller y col. 2005).

Luego, en el terreno absoluto de la ciencia-ficción, Pi (y Richard Parker) se encuentran con una isla flotante exuberante de vegetación en medio del océano. Parecen manglares, pero no.

9299ef729cacc0259f9832ccf6c4e286

Richard Parker extasiado con la isla flotante…

La isla no tiene tierra y el suelo está formado por algas verdes tubulares entrelazadas entre sí, algo así como Enteromorphas gigantes. Y son además comestibles.

Para sorpresa de Pi, Richard Parker recorre la isla durante el día pero cada noche regresa al bote para dormir.

No les desvelaré el secreto de la isla flotante, pero sí que vuelve a reinar la bioluminiscencia a lo largo de esta última aventura. Una licencia cinematográfica? por supuesto, pero ésa es la magia de “La vida de Pi”: crea un mundo propio y lo convierte en una fábula inolvidable.

Referencias:

-Martel Y. Life of Pi. 356 pp. (2001).
-Miller SD & col. Detection of a bioluminiscent milky sea from space. PNAS 102:14181-14184 (2005).
-Pauli JN y col. A syndrome of mutualism reinforces the lifestyle of a sloth. Proc. R. Soc. B281:20133006 (2014).
-Suutari M. y col. Molecular evidence for a diverse green algal community growing in the hair of sloths and a specific association with Trichophilus welckeri (Chlorophyta, Ulvophyceae). BMC Evolutionary Biology 10:86 (2010).

 

 

El low-cost de la fotosíntesis

Hoy les hablaré de un descubrimiento reciente que desafía el concepto de la clorofila como único pigmento realmente importante para capturar luz en el océano. Lo más de lo más.

Lo publicaron Béjà y col. (2000) en Science: bacterias marinas no fotosintéticas capaces de obtener energía del Sol mediante rodopsinas. Es decir: fotótrofas sin fotosíntesis. La metagenómica (estudio del material genético ambiental) nos regaló este hallazgo que sus descubridores denominaron proteorodopsinas.

Hoy sabemos que esta clase de fototrofía está generalizada entre las bacterias marinas (>40%). También se han descubierto rodopsinas con funciones diversas en algas, hongos e incluso virus.

Las rodopsinas comparten una química común con el sentido de la vista: el retinal….  

300px-All-trans-Retinal2.svg

Los fotones de la luz excitan al 11-cis-retinal y se transforma en todo-trans retinal (en la imagen). Su unión con la opsina se vuelve inestable y esto genera finalmente un impulso nervioso que el cerebro interpreta como señales visuales. Fuente: www.ch.ic.ac.uk

…o vitamina A aldehído, es la molécula clave en la visión, el cromóforo responsable de captar la energía de la luz en los 3 tipos de ojos que existen: moluscos, artrópodos y vertebrados.

La vitamina A la obtenemos de los alimentos, nuestro cuerpo no puede sintetizarla. Sus precursores son carotenos (como el β-caroteno en las zanahorias).

El retinal se une a proteínas integrales de membrana (opsinas) para formar las rodopsinas, con una banda ancha de absorción en el espectro de luz visible. En los ojos las rodopsinas y moléculas similares actúan como pigmentos visuales en bastones y conos, con modificaciones que las hacen sensibles, p.ej., al azul, verde y rojo.

rodopsins

Bombas iónicas de rodopsinas (Fuente: Béjà & Lanyi 2014). Las flechas de color indican la longitud de onda a la que son más sensibles y a su lado el tipo de iones (hidrógeno, sodio, cloruro).

Pero hay rodopsinas que cumplen otro rol: bombas iónicas o canales de cationes que producen energía mediante un gradiente generado por la fotoactivación del retinal. Desde 1971, y en décadas posteriores del s. XX, se fueron descubriendo estas rodopsinas en microorganismos amantes de la sal (halófilos del reino Archaea), con funciones fotosensoriales o para obtener energía gracias a la luz o a los iones cloruro/sodio abundantes en su ambiente.

La parte proteica es distinta y su origen evolutivo también, pero el retinal sigue presente. En la imagen de la derecha vemos representado un diminuto retinal justo en el medio de la parte proteica en la membrana celular (las salchichas rojas o moradas).

Las xantorodopsinas (XR) se descubrieron en 2005 en Salinibacter ruber, una bacteria halófila. Se trata de otra vuelta de tuerca: una antena captadora de luz con un carotenoide (salinixantina) que transfiere energía al retinal y permite ampliar la absorción de fotones a más longitudes de onda.

Algunos dinoflagelados tienen un tipo de XR…luego se lo cuento.

salinibacteruber

Salinibacter ruber. La barra horizontal mide 0.5 micras. Fuente: Oren (2013)

 

Salinibacter ruber se descubrió en 2002 y lo fascinante de este extremófilo es su capacidad para crecer en altas concentraciones de distintas sales, no sólo NaCl, sino también cloruro de magnesio y sulfatos de magnesio y sodio !!

Estas sales son muy interesantes en astrobiología de cara a la detección de vida microbiana en otros planetas. Y es que la misión Galileo a Júpiter reveló que el océano oculto bajo la superficie helada de Europa posee grandes cantidades de sulfato de magnesio (Discovery Newsletter: 19-X-2015)

En las rodopsinas el gradiente de protones se consigue con menos florituras, tan sencillo que yo diría que es la alternativa low-cost a la lujosa maquinaria fotosintética.

En la fotosíntesis el gradiente de protones se produce por los electrones que arrancan los fotones a la clorofila (o bacterioclorofila) y que permiten disociar el agua en oxígeno y protones (H+). Éstos se concentran dentro de los tilacoides en los cloroplastos y el gradiente creado proporciona la fuerza motriz para fabricar ATP, la fuente de energía celular.

En las bombas de rodopsinas, ya sean aniónicas (Cl-) o catiónicas (Na+/H+), se genera un gradiente electroquímico entre el interior y el exterior de la membrana celular. La fotoactivación del retinal permite capturar energía lumínica para mover protones al exterior de la célula (o iones cloruro al interior), en contra del potencial de membrana. La célula se carga como una batería y dicha energía permite fabricar ATPPunto y pelota.

Chlamydomonas-reinhardtii_063-200_P6051288-296_ODB

Chlamydomonas reinhardtii. La escala horizontal son 5 micras. Fuente: www.protisten.de

Y ahora se preguntarán ¿qué hay de las algas? 

En flagelados verdes como Chlamydomonas se descubrió por primera vez la función de las rodopsinas en algas eucariotas: son responsables de la fototaxis y la orientación del movimiento ante cambios bruscos de luz. Esto mismo se demostró luego en otros flagelados como las criptofíceas Guillardia y Cryptomonas.

Los genes que codifican para proteorodopsinas se han encontrado también en diatomeas, dinoflagelados y haptofíceas, pero todavía desconocemos sus funciones. Piensen que todo esto apenas se conoce desde la última década.

En el caso de diatomeas como Pseudo-nitzschia granii la expresión de estos genes aumenta con la limitación por Fe, una situación muy común en el océano abierto y que afecta a la fotosíntesis. Por éste y otros motivos Marchetti y col. (2015) sugieren que las bombas de rodopsinas podrían ser útiles para obtener energía cuando la fotosíntesis se encuentra “entre la espada y la pared” por la escasez de Fe.

Pyrrocystis2

Pyrocystis lunula. Autor: K. Wenderoth. Fuente: online-media.uni-marburg.de

En dinoflagelados, como siempre, todo es complejo e interesante.

En estudios de transcriptómica (expresión de genes) se han encontrado homólogos de bombas (de protones) de rodopsinas en especies heterótrofas como Oxhyrris marina y fotosintéticas como Polarella antartica, Pyrocystis lunula, Alexandrium catenella, Prorocentrum donghaiense Karlodinium veneficum.

Genéticamente son próximas a las XR, aunque no poseen carotenoides como en el caso de Salinibacter. Sus máximos de absorción están entre el verde y el azul.

Los datos disponibles a partir de algunos estudios en cultivos y muestras naturales indican que su función sería favorecer la supervivencia y el crecimiento en situaciones limitantes, tanto de nutrientes como de luz. Y la expresión de los genes relacionados con las rodopsinas parece estar regulada en Prorocentrum por el ciclo diurno de luz/oscuridad, el espectro y la intensidad de luz…

¿Fascinating, verdad?

Agradecimientos: a Lourdes Velo Suárez por enviarme el artículo “The global ocean microbiome“, la inspiración de esta entrada.

Referencias:

-Béjà O, et al. Bacterial rhodopsin: Evidence for a new type of phototrophy in the sea. Science 289(5486):1902–1906 (2000).
-Béjà O. & Lanyi J.K. PNAS 111: 6538–6539 (2014).
-Balashov S.P. y col. Xanthorhodopsin: the Retinal Protein Proton Pump of Salinibacter ruber with a Light-harvesting Carotenoid Antenna. Science 23 (5743):2061-64 (2009).
-Marchetti A. y col. Marine diatom proteorhodopsins and their potential role in coping with low iron availability. ISME Journal 9:2745-48 (2015).
-Moran M.A. The global ocean microbiome. Science 350 (6266) DOI: 10.1126/science.aac8455 (2015).
-Oren A. Salinibacter: an extremely halophilic bacterium with archaeal properties. FEMS Microbiol Lett. 342(1):1-9. doi: 10.1111/1574-6968.12094 (2013).
-Shi X. y col. Rhodopsin gene expression regulated by the light dark cycle, light spectrum and light intensity in the dinoflagellate Prorocentrum. Front. Microbiol. http://dx.doi.org/10.3389/fmicb.2015.00555 (2015).
-Sineshchekov O.A. & Govorunova E. Photosensory Functions of Channelrhodopsins in Native Algal Cells. Photochem. Photobiol. 85:556-563 (2009).
-Web: University of Connecticut (Phytoplankton Molecular Ecology).

 

Maravillas de Canarias

No es la primera vez que nos visitan las Noctilucas: sus mareas rojas, la bioluminiscencia, incluso una canción, todo lo que tocan sus flagelos es un éxito!! En esta ocasión las serviré de primer plato pero los protagonistas son otros. Hoy contemplarán algunas de las imágenes más bellas en este rincón de la web. Les daré una pista: Dictyocysta.

Captura de pantalla 2016-04-13 a las 18.03.04

Marea roja de Noctiluca scintillans en Gran Canaria (Islas Canarias). Autor: E. Soler

El autor de dichas imágenes es Emilio Soler Onís, investigador en el BEA (Banco Español de Algas) de Telde (Gran Canaria).

No pude resistir la tentación de pedírselas para el blog y amablemente me las ofreció.

13 de abril de 2016: 12 millas al sur de la isla de Gran Canaria se extienden manchas enormes de color anaranjado típicas de Noctiluca scintillans.

Emilio Soler, a bordo de un helicóptero de salvamento del Gobierno de Canarias, realizó estas imágenes y recogió muestras que confirmaron el dominio de Noctiluca…y preparó otras para su estudio al microscopio electrónico. Aquí quería yo llegar…!!

Captura de pantalla 2016-04-13 a las 18.07.30

Otra foto de la misma proliferación de Noctiluca. Autor: E. Soler

Las imágenes de microscopía óptica pueden ser fascinantes, pero las del electrónico poseen aspecto tridimensional y su aumento revela los detalles más insignificantes, a veces imprescindibles, para conseguir identificar un organismo a nivel de especie.

Los electrones revelan un mundo oculto. Las imágenes de microscopía electrónica trascienden incluso el ámbito científico y nos regalan la sensación de visitar una galería de arte.

Entremos a la galería microscópica…

Al comienzo de 20.000 leguas de viaje submarino el capitán Nemo se dedicaba a hundir barcos con el Nautilus, al que confundían con un narval (el unicornio del mar). Por eso enviaban al naturalista Pierre Aronnax a investigar tales sucesos. Ése capítulo se llamaba “Un écueil fuyant” y en su honor títulé la siguiente imagen…

 

Un escollo fugitivo (Prorocentrum micans)

p micans x 2300b

La espina en la zona anterior de este dinoflagelado coincide con el sentido del movimiento. Autor: E. Soler

Fruta prohibida (Prorocentrum balticum)

prorocentrum2

Diminuto y fotosintético. Los aumentos están indicados después de la “X” y cada imagen posee su escala en micras (milésimas de milímetro). Autor: E. Soler.

La cuenta atrás (Protoperidinium)

protoperidinium2

Las placas (o tecas) que recubren a este dinoflagelado heterótrofo están formadas por celulosa. Autor: E. Soler.

Llega el turno de los protagonistas: primero el cocolitóforo Emiliania huxleyi, una especie formadora de “blooms” espectaculares en el océano, tan abundante como fotogénica. Posee cocolitos (anillos calcáreos) que recubren su célula como una armadura. Comparen la escala: Emiliania es pequeñita…

emiliania2

Emiliania huxleyi. La forma de sus cocolitos sirve para clasificarlas en distintos morfotipos. Autor: E. Soler.

Les aconsejo que amplíen esta imagen para contemplar mejor “la decoración

tintinido2

Ciliado (tintínido) del género Dictyocysta. Autor: E. Soler. ¿Encontraron la Emiliania?

Los tintínidos forman parte del microzooplancton: la mayoría son marinos y todos son planctónicos, no hay especies bentónicas. Poseen cubiertas celulares de naturaleza proteica llamadas loriga o lórica. Tradicionalmente se dividen entre los que las mantienen limpias o los que las recubren de partículas. Esta división tiene significado ecológico: los primeros son de océano abierto y los segundos de aguas costeras, como Dictyocysta.

HaeckelplateSquare

Ilustraciones de tintínidos realizadas por Haeckel (1873). Pertenecen a Dictyocysta los 5 de la derecha y los 5 de la izquierda son Codonella. Fuente: Gallery.obs-vlfr.fr

Los tintínidos que recubren sus lóricas pueden hacerlo a su vez con materiales de origen biológico (cocolitos, frústulas de diatomeas,) o usando partículas no biogénicas (granos de arena).

En ambos casos es un proceso activo controlado por el tintínido, aunque no se conocen los mecanismos de aglutinación y la posible selectividad para escoger ciertas partículas.

Algunos autores sugieren que los restos biogénicos podrían proceder de su alimentación. En Codonella elongata los cocolitos se orientan siempre de la misma manera, con su cara externa hacia fuera. Son unos organismos curiosos a los que Haeckel tampoco se resistió…

¿Qué me pongo hoy, cocolitos o diatomeas? 

Un experimento de fertilización fue la ocasión ideal para despejar las dudas sobre si los tintínidos eligen (o no) su decoración…

El aumento súbito de nutrientes en el mar cambia la composición del fitoplancton y suele producir un dominio temporal de diatomeas sobre grupos como los cocolitóforos.

steno1

Stenosemella sp. al inicio del EIFEX. Fuente: Henjes & Assmy (2008)

Así de listos fueron Henjes & Assmy (2008), muestreando tintínidos antes y después de 2 experimentos de fertilización con hierro (EIsenEX y EIFEX, océano Antártico).

Al principio del EIFEX las lóricas de Stenosemella estaban cubiertas de cocolitos, coincidiendo con una proporción alta de Emiliania huxleyi respecto a frústulas rotas de diatomeas. Alguien calculó una vez que cada tintínido lleva una carga de cocolitos equivalente a unas 11 Emilianias…!!

Sin embargo, un mes después del EIFEX, la proporción de frústulas rotas de diatomeas había aumentado muchísimo en el mar respecto a los cocolitóforos y el aspecto de Stenosemella era el de haberse estampado contra un cargamento de chatarra (de diatomeas).

steno2

Stenosemella 1 mes después del EIFEX. Fuente: Henjes & Assmy (2008)

Así que los tintínidos (al menos los que estudiaron Henjes & Assmy), parecen recoger la basura que encuentran, igual que Wall-E

El título de su trabajo lo resume a la perfección y con él me despido por hoy:

Particle Availability Controls Agglutination in
Pelagic Tintinnids in the Southern Ocean

WALL-E

Wall-E. Fuente: The Pixar Times

Referencias:

-Dolan J.R. Introduction to tintinnids. The Biology and Ecology of Tintinnid Ciliates: Models for Marine Plankton. Capítulo 1:1-16 (2013).
-Henjes J & Assmy P. Particle Availability Controls Agglutination in Pelagic Tintinnids in the Southern Ocean. Protist 159:239-250 (2008).

 

Agradecimientos: a Emilio Soler Onís por las imágenes de las muestras de Noctiluca.

 

 

 

 

 

 

 

La extraña pareja

A comienzos de 2014 les conté lo último sobre la naturaleza de Solenicola setigera y su consorcio con la diatomea Leptocylindrus mediterraneus. La simbiosis de ambos es tan extraña que me acordé de una joya de película de Tim Burton titulada “La novia cadáver”. Y es que la diatomea no parece viva: sólo vemos un tubo vacío, un zombie de sílice cubierto por Solenicola !! 

Nadie había cultivado ni observado a L. mediterraneus sin su acompañante. Pasen y vean ¿esto les parece una diatomea? ¿dónde están sus cloroplastos y su colorcito verde/dorado? pues eso, ni rastro…

Solenicola mayo2014-002

Solenicola setigera y Leptocylindrus mediterraneus. Ría de Vigo (mayo 2014). Autor: F. Rodríguez

Pero hace unos días, Fernando Gómez, autor de varios artículos que consulté por aquel entonces me envió su último trabajo: “The nature of the diatom Leptocylindrus mediterraneus (Bacillariophyceae), host of the enigmatic symbiosis with the stramenopile Solenicola setigera”.

la-practica-de-deportes-nauticos-en-ubatuba1

Costa de Ubatuba. Fuente: viajeabrasil.com

Resulta que la novia estaba viva y Gómez y col (2016) le han dado nombre y apellido: Dactyliosolen mediterraneus.

Antes de llegar a esta conclusión recogieron muestras en la costa de Ubatuba (São Paulo), un lugar ideal para muestrear fitoplancton (ideal en general por lo que se adivina en la imagen).

Encontraron muy poca Solenicola, lo que cumple a rajatabla la 1ª regla de oro del ficólogo: “aquello que te interese será escaso“. 

Sólo uno de sus intentos fue positivo. Cuando pusieron al consorcio en medio de cultivo f/2 (tal y como si fuera fotosintético), Solenicola se despegó de la diatomea, crecieron colonias de diatomeas con la misma apariencia de Leptocylindrus mediterraneus y sus cloroplastos se hicieron visibles por primera vez…!!

No obstante, su aspecto era inusual: su contenido celular se reducía una región central en la frústula, con un par de filamentos a veces pigmentados, y entre 5-10 cloroplastos por célula. Por supuesto, crecían más lento que otras diatomeas en condiciones similares de acuerdo con la 2ª regla de oro: “…y crecerá infinitamente peor que cualquier alga del mismo pocillo” (debería escribir una entrada sobre esto).

Dactyliosolen-sp-chain

Dactyliosolen blavyanus. Fuente: SERC

El análisis molecular (gen ribosomal 18S) reservaba otra sorpresa: el género de la diatomea no era Leptocylindrus sino Dactyliosolen. Además aislaron una diatomea libre, cuyo contenido celular también estaba concentrado en el centro de cada célula, que resultó ser otra Dactyliosolen.

El aspecto de ambas diatomeas era muy similar a la descripción de Dactyliosolen blavyanus, aunque con diferencias morfológicas en sus cubiertas de sílice, reveladas mediante microscopía electrónica de barrido. Por ello, Gómez y col. recuperaron el nombre de Dactyliosolen mediterraneus para la diatomea en simbiosis con Solenicola, tal y como propuso en 1892 el francés H. Péragallo.

Resuelto este primer misterio, queda todavía uno mayor ¿cuál es la naturaleza de la simbiosis Solenicola-Dactyliosolen? Solenicola sólo coloniza a esta diatomea y miren que podría elegir…

Climacodium

Imagen de epifluorescencia de las cianobacterias endosimbiontes en Climacodium frauenfeldianum. Autor: R. Foster. Fuente: Symbionts

A cualquier diatomea cargar con un mucílago y flageladitos pegados debería resultarle un incordio, ya que dificulta absorber nutrientes y capturar luz para la fotosíntesis. Aunque sobre esto último ningún estudio ha confirmado la presencia de cloroplastos en el consorcio Solenicola-Dactyliosolen: sólo en los cultivos libres.

Las frústulas de D. mediterraneus, con un contenido celular inferior a otras diatomeas, ofrecen un refugio apetecible a Solenicola. Y las células de éste son flageladas, lo cual confiere movilidad al consorcio.

Dada su distribución global, de los polos al ecuador, estamos ante una simbiosis exitosa y distinta a las conocidas en latitudes cálidas entre, p. ej., diatomeas y cianobacterias. Protección, intercambio de nutrientes, etc, la explicación de la simbiosis Solenicola-Dactyliosolen continúa siendo un enigma…que alguien revelará tarde o temprano !!

Referencias:

-Gómez, F. y col. The nature of the diatom Leptocylindrus mediterraneus (Bacillariophyceae), host of the enigmatic symbiosis with the stramenopile Solenicola setigera. Phycologia 55:265-273 (2016).

 

 

 

 

 

400 palabras

La visita promedio a este blog dura 2 minutos y en ése tiempo se pueden leer cómodamente 400 palabras. Pongan el cronómetro en marcha que aquí empieza la historia de hoy:

1084_tub_arachnoidiscus

Detalle de la frústula de Arachnoidiscus. Autor: Jan Michels. Fuente: ZEN-NEURAL Net

Las partículas de sílice mesoporosas (Ø poro: 2-50 nm) son la piedra angular de la nanomedicina: permiten el transporte eficaz de fármacos al interior del cuerpo gracias a su biocompatibilidad, resistencia y estabilidad térmica. Pero su síntesis artificial es difícil y costosa además de emplear compuestos tóxicos.

Una alternativa prometedora son las frústulas de diatomeas, estructuras silíceas 3D con alta porosidad, área superficial y estabilidad mecánica.

Come-salire-e-visitare-la-Galleria-Vittorio-Emanuele-II-1024x678

Galeria Vittorio Emmanuele II (Milan). Fuente: Milano Life.

El hecho de que sea necesario aplicar fuerzas enormes para romperlas se debe a la defensa que ofrecen contra los predadores. La resistencia y ligereza de sus formas las convierte en fuente de inspiración para soluciones biomiméticas en ingeniería civil y diseño industrial.

En un capítulo de Evolution of Lightweight Structures (Kooistra & Pohl, 2015), encontré ejemplos preciosos de diseños arquitectónicos que son (funcional y estructuralmente) copias a escala gigante de diatomeas, como la cúpula central de la Galería Vittorio Emmanuele y Arachnoidiscus.

ge-diatoms_slider

Thalassiosira pseudonana y Escherichia coli. Autor: Deerinck T. & Karas B. Fuente: Algae Industry Magazine

La ingeniería genética en diatomeas es ya una realidad. En 2015 científicos del JCVI (J. Craig Venter Institute) publicaron en Nature Communications un método para introducir ADN en Phaeodactylum tricornutum y Thalassiosira pseudonana mediante Escherichia coli. Esto abre, entre otras, la posibilidad de manipular genéticamente a las diatomeas con fines biotecnológicos.

Y entre dichos fines, cómo no! se encuentran las investigaciones en nanomedicina.

Mismo año y misma revista: científicos australianos (Delalat y col.) publican el uso de diatomeas (Thalassiosira pseudonana) modificadas genéticamente para que incorporen GB1 en sus frústulas.

Fig1 Delalat

Verde (frústulas de T. pseudonana), amarillo (liposomas+fármaco), púrpura (linfocitos B), rojo (células cancerosas del neuroblastoma). Fuente: Fig. 1 Delalat y col. (2015).

GB1 es un dominio de unión de la proteína G: el pegamento para ligar anticuerpos IgG (inmunoglobulina G, la más abundante de nuestro cuerpo) que reconocerán después a las células tumorales (en este caso, neuroblastoma humano SH-SY5Y).

Antes de ligarles los anticuerpos las células de Thalassiosira fueron lisadas. Sobre sus restos, las frústulas vacías, incorporaron un fármaco hidrófobo en gotitas microscópicas de grasa (liposomas) unidas electrostáticamente.

Delalat y col. demostraron que las frústulas funcionalizadas eran capaces de acceder y matar selectivamente células tumorales in vitro y en ratones sin daños aparentes en los tejidos. Y al incubarlas con linfocitos B y T se adherían específicamente a los primeros, responsables de la respuesta inmunitaria humoral y de la producción de anticuerpos.

Un primer paso en la aplicación de las frústulas de diatomeas como soporte para nanoterapias contra el cáncer y otras enfermedades…

Nota: esta entrada se publicó el 11 de abril en Naukas 

Referencias:

-Delalat B. et al. Targeted drug delivery using genetically engineered diatom biosilica. Nature Communications 6:8791 | DOI: 10.1038/ncomms9791 (2015).
-Hamm C.E. et al. Architecture and material properties of diatom shells provide effective mechanical protection. Nature 421:841-843 (2003)
-Karas B.J. et al. Designer diatom episomes delivered by bacterial conjugation. Nature Communications 6:6925 | DOI: 10.1038/ncomms7925 (2015).
-Kooistra, W.H.C.F. & Pohl, G. Diatom Frustule Morphology and its Biomimetic Applications in Architecture and Industrial Design. In: Evolution of Lightweight structures. Analyses and Technical Applications. Springer, 206 pp. (2015).

 

 

Ratones albinos

time-out-for-the-mouse-bioassay-okatest-zeulab-Marine-toxins-analysis-in-bivalve-molluscs

El 1 de enero de 2015 se abandonó el bioensayo de ratón para toxinas lipofílicas en la UE. Fuente: Zeulab

MBA son las siglas en inglés para Mouse Bioassay (bioensayo de ratón en la lengua de Cervantes).

Se trata del método tradicional para la detección de biotoxinas marinas en marisco, con el fin de evitar su comercialización si supera los niveles máximos permitidos. Emplea ratones albinos (mus musculus).

La legislación europea establece límites y el control de toxinas paralizantes (PSP: saxitoxina/derivados), amnésicas (ASP: ácido domoico), lipofílicas (diarreicas: DSP (ácido okadaico/derivados, pectenotoxinas), azaspirácidos; y yesotoxinas).

En el caso del DSP se pinchaban (vía intraperitoneal) 3 ratones por muestra y cuando morían 2 en <24 horas las toxinas superaban los niveles permitidos (160 microgramos por kilo de vianda). Desde 2015 los métodos para toxinas lipofílicas validados en la UE son la cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas (LC-MS/MS) y el ensayo de inhibición de la fosfatasa. Bye bye ratoncitos…

El MBA es sin duda cuestionable, tanto técnica como eticamente. Por ello se han desarrollado y puesto a punto una serie de métodos químicos (basados en cromatografía y espectrometría de masas, ensayos inmunológicos, etc), con el fin de abandonar la penosa tarea de sacrificar animales. Esta progresión en los métodos ha restringido el uso del MBA, sólo permitido en la UE para toxinas paralizantes (PSP).

Pero mi pregunta es: ¿podemos prescindir totalmente de los ratones?

citexvi

El laboratorio europeo de referencia de biotoxinas marinas (EURLMB), Vigo. Autor: F. Rodríguez

Las poquísimas veces que comento estos temas en círculos no científicos (colegios, bares, etc), muchas personas (estudiantes, profesores, amigos, el dueño del bar…), se sorprenden de que aún sea necesario utilizar animales.

Quizás por poco tiempo. En la Unión Europea los niveles máximos para las biotoxinas están pendientes de una revisión a la baja que supondría niveles de detección inalcanzables para el MBA.

Los nuevos métodos de referencia para las toxinas amnésicas (ASP) y lipofílicas son tan sensibles como para detectar esos niveles. Pero ello también supondrá previsiblemente períodos de cierre más prolongados para la venta del marisco. No soy ningún experto en el tema pero les recomiendo revisiones como la de Blanco y col. (2013) para una zona de producción tan importante como Galicia.

La situación es compleja. Cada país posee una problemática de biotoxinas distinta, los riesgos para la salud pública, el número de muestras y costes analíticos tampoco son comparables. Las biotoxinas son un reto analítico ya que poseen diferentes análogos y derivados con toxicidades bien diferentes: sólo de las toxinas paralizantes (saxitoxina y derivados) se conocen más de 50 compuestos.

El perfil de toxinas y sus niveles en moluscos varían enormemente en cada región, y tampoco hay que olvidar que los métodos químicos necesitan patrones comerciales certificados para cuantificarlas (patrones que a veces no existen).

No es que defienda el MBA, válgame Dios!, pero este método mantiene una ventaja respecto a los nuevos métodos químicos de referencia. Y no hablo de los costes de personal o equipamiento, sino de algo muy importante para proteger la salud humana: la detección de nuevas toxinas.

800px-Domoinic_Acid_Structural_Formulae

Estructura química del ácido domoico, causante de intoxicación amnésica (ASP), presente en macroalgas y diatomeas del género Pseudonitzschia. Fuente: Algas nocivas

Más o menos, las toxinas de microalgas se descubren así: 1) alguien se intoxica (persona humana o animal), incluso a veces se muere tras comer marisco/peces. 2) Los científicos aislan la toxina, revelan su estructura química y 3) identifican al organismo responsable. Pueden pasar años, incluso décadas de trabajo, pero es el único camino para proteger la salud pública de nuevas intoxicaciones.

Hoy en día tenemos métodos químicos para numerosas toxinas de microalgas. Pero qué sucedería si apareciera un nuevo compuesto que no fuera detectable por ninguno de dichos métodos?

No podemos controlar que aparezcan nuevas toxinas pero sí mantener una barrera de seguridad y que los afectados sean ratones en vez de usted o yo.

Aún así, utilizando el MBA, hay más factores, como el diseño del muestreo o la mala suerte!, que pueden provocar que una toxina se salte los controles de seguridad y llegue a los consumidores. Tal cosa sucedió hace 20 años…

Salmon_farm_at_Killary_Harbour

Killary Harbour (Condado de Galway, Irlanda). Autor: Joebater. Fuente: Wikimedia Commons

1)_Alguien se intoxica (noviembre 1995). Ocho personas sufren en Holanda síntomas de diarrea, naúseas y vómitos tras consumir mejillones importados del oeste de Irlanda (Killary Harbour).

Los mejillones se habían despachado el 10 de noviembre y los últimos análisis de toxinas del 31 de octubre (incluyendo MBA) eran negativos. Dinophysis, el organismo causante de síndrome diarreico (DSP), no había sido observado desde septiembre. Inmediatamente se prohibió la extracción de marisco en el área afectada y los análisis de DSP mediante bioensayo de ratón dieron positivo hasta el mes de febrero.

No obstante, los síntomas de los ratones eran una parálisis lenta y progresiva que no encajaba del todo con el DSP de Dinophysis.

Los métodos químicos de análisis apenas revelaron trazas de toxinas diarreicas (ácido okadaico y derivados): no podían ser responsables de la toxicidad detectada con el MBA. La misteriosa intoxicación se publicó en Harmful Algal News (McMahon & Silke, 1996) y sus autores concluyeron: While both the rat and mouse bioassays have been criticized for their lack of specificity, in the present case their usefulness is clear in detecting the presence of an unknown toxin which can produce DSP symptoms in shellfish consumers“. [Mientras que los bioensayos de ratón han sido criticados por su falta de especificidad, en el caso presente su utilidad es clara en detectar la presencia de una toxina desconocida que puede ocasionar síntomas de DSP en consumidores de marisco].

protogrande

Protoperidinium sp. Autor: F. Rodríguez

2) Caracterización de la toxina (1998-2003). Al principio le pusieron un nombre como de misil o ametralladora: KT-3 (Killary Toxin). Fueron Satake y col. (1998) quienes la aislaron y caracterizaron en Mytilus edulis irlandeses con la etiqueta final de azaspirácido (AZA>>AZA-1). Luego se han descubierto numerosos análogos (AZA-2, AZA-3, AZA-4, etc).

Otros autores encontraron que la estructura propuesta para el AZA-1 tenía un error publicando la correcta (Nicolaou y col. 2003, etc).

3) Organismo responsable (2009). Se trataba de encontrar una aguja en un pajar (o en el mar mejor dicho). En 2001 el profesor Takeshi Yasumoto sugirió que el organismo responsable podía ser un dinoflagelado heterótrofo, Protoperidinium crassipes. Nunca se pudo confirmar (incluso usando cultivos de P. crassipes), y la sospecha de que las toxinas procedían de una presa flotaba en el aire

poseidon

RV Poseidon. En este buque alemán se hizo la campaña que permitió descubrir Azadinium. Fuente: Briese Schiffahrt

La estructura del AZA-1 apuntaba a un dinoflagelado pero las toxinas suelen ser propias de especies fotosintéticas. En 2007, Krock y col. analizaron toxinas en muestras del Mar del Norte fraccionadas por tamaños y detectaron azaspirácidos en la fracción de 8-20 micras y en ciliados como Favella ehrenbergii.

Aquello excluía definitivamente a P. crassipes (>50 micras) y al fin aislaron un diminuto dinoflagelado tóxico en dicha fracción.

Eureka !! tenían la aguja !! en 2009 Tillmann y col. publicaron la caracterización de Azadinium spinosum, una nueva especie (y género) productora de AZA-1 y AZA-2.

30405_azadinium-spinosum-lm-provided-by-urban-tillmann

Azadinium spinosum. Autor: G. Hansen. Fuente: WORMS

Hoy en día, si consultan Algaebase, encontrarán 11 especies de Azadinium, su distribución es cosmopolita y la mayoría (aunque no todas), son productoras de azaspirácidos.

Probablemente se confundían con eventos DSP mientras que el liliputiense Azadinium pasaba inadvertido entre “dinos” similares como Heterocapsa. Ahora son uno de los focos de atención para el Marine Institute, responsable del seguimiento de biotoxinas marinas en Irlanda, el productor de moluscos bivalvos más afectado por AZA en todo el mundo.

Nos olvidamos de los ratones entonces? yo preferiría reducir al mínimo el MBA pero no eliminarlo del todo…en cuanto a mi gatito, él nunca olvida a los ratones aunque sean de tela !!

Referencias:

-Blanco J. y col. Evaluación del impacto de los métodos y niveles utilizados para el control de toxinas en el mejillón. Revista Galega dos Recursos Mariños (Art. Inf. Tecn.) 3:1-55 (2013). Disponible online
-Jauffrais T. Écophysiologie des dinoflagellés du genre Azadinium, production toxinique et transfert trophique vers les mollusques bivalves. Thèse de doctorat. 314 pp. (2012).
-MacMahon T, & Silke J. Winter toxicity of unknown aetiology in mussels. HAN 14:2 (1996).
-Nicolaou KC y col. Total synthesis of the proposed azaspiracid-1 structure, part 1: construction of the enantiomerically pure C1-C20, C21-C27, and C28-C40 fragments. Angew Chem Int Ed. 42:3643–48 (2003)
-Satake y col. Azaspiracid, a New Marine Toxin Having Unique Spiro Ring Assemblies, Isolated from Irish Mussels, Mytilus edulis. JACS 120:9967-68 (1998).
-Tillmann U. y col. Azadinium spinosum gen. et sp. nov. (Dinophyceae) identified as a primary producer of azaspiracid toxins. Eur. J. Phycol. 44:63-79 (2009).
-Tillmann U. y col. The dinophycean genus Azadinium and related species – morphological and molecular characterization, biogeography, and toxins. 15th ICHA Proceedings. 149-152 (2014).
-Web ZeuLab

 

 

 

Los misterios de Carús Falcón

“Una de las creaciones más prodigiosas de la Naturaleza, de las que más sublimes encantos encierran para el contemplador del Universo y más elevan el espíritu a las serenas y etéreas esferas del Infinito, es, sin duda, la de esos misteriosos seres diminutos, largos siglos ignorados de la humanidad, y aun hoy totalmente inadvertidos para la inmensa mayoría de las gentes…”

Así comenzaba “Los misterios de la Naturaleza, investigaciones sobre el micro-plankton de la Ría de Arosa” (1903), del Dr. Roque Carús Falcón, médico y naturalista de Vilagarcía de Arousa. Disfruté tanto leyéndolo que quise recuperar sus palabras y convertirlas en protagonistas de hoy.

Vign_Copia_de_carus_all_ws1024442979

El Dr. Carús Falcón (1852-1910). Fuente: Patrimonio Vilagarcía. Para conocer su biografía: Album da Ciencia.

Incluye la primera descripción de dinoflagelados en la península ibérica y tiene un gran mérito ya que surgió de su propia iniciativa, con escasos medios pero mucha ilusión. Esta fue su declaración de intenciones al final del prólogo: “nuestro noble y desinteresado deseo de contribuir con el insignificante grano de arena de nuestro pobre esfuerzo al levantamiento de la tan abatida y escarnecida cultura patria […] se trata de meras especulaciones y lucubraciones científicas que no persiguen ningún fin utilitario práctico inmediato, pues que es hablar de…la mar!”

Las narraciones de la Plankton Expedition en 1889 impresionaron a Carús y le decidieron a muestrear la ría. En su relato quedan claros su amor por la región y el fastidio porque “la incuria de nuestros gobernantes no ha dotado esta ría, de excelentes condiciones para el caso, de estaciones y laboratorios biológicos á igual de los del golfo de Nápoles, de Plymouth, Marsella, Saint-Vaast y experimental de zoología y botánica de Santander”.

arousap

El plano de la ría de Arousa de Carús Falcón. Autor: el capitán de fragata Fernández Flórez.

La prosa de Carús resulta novelesca e incluso divertida: describe todo lo que observaba (desde la fauna y flora, a los barcos y los paisajes de la ría), a veces con grandes dosis de imaginación.

El suyo fue un esfuerzo considerable: 165 páginas de texto más un plano de la ría de Arosa, una tabla estadística y 15 láminas con 297 figuras de plancton, crustáceos, moluscos, etc.

Éste es mi resumen…

Después de una breve descripción sobre el microplancton, Carús presenta las dos teorías que se disputaban la explicación sobre el origen y diversidad de las especies: “la teoría de la descendencia, fundada por el eminente botánico inglés Carlos Darwin, y la de las creaciones sucesivas”.

Villagarcia

Vilagarcía de Arousa, Carril y la Isla de Cortegada, desde el mirador del Monte Lobeira. Autor: F. Rodríguez

Confiesa admirar la de Darwin: “Nada más sugestivo, en verdad, para un joven naturalista filósofo apasionado por las concepciones brillantes y deslumbradoras del modernismo que la primera de dichas hipótesis”.

Y es que la segunda, aunque siga viva (esto sí que es cómico y no lo del estilo de Carús), sugiere que “las diversas especies de plantas y animales han sido creadas por omnipotencia sobrenatural ó divina, gradual y lentamente, a medida que la Tierra en sus fases sucesivas de evolución reunía condiciones adecuadas para su desarrollo, con centros simultáneos de creación en lugares remotos”. 

En el siguiente capítulo, “La morfología y biología marinas en el mundo de las plantas microscópicas” se encuentran los párrafos más impresionistas. Hablando de microalgas en el sedimento: “Multitud, cientos, miles, millones de pequeñísimas plantas diatomeas […] suben y bajan pivoteando, mantiénense horizontales y maniobran cual perfecto submarino […] que por el mucho volumen ascienden hasta las capas más superficiales, como queriendo abandonar el campo de combate, donde tal vez no falte la grotesca figura de algún inofensivo peridíneo [dinoflagelado] que trata de imponer miedo con sus afilados cuernos”.

diatos2

Ilustraciones de diatomeas en el trabajo de Carús Falcón. Reconocen alguna?. Autor: J. Thomas.

Luego, hablando sólo de las diatomeas: “Figurémonos una cajita de diáfano cristal de Bohemia, frústula, que puede adoptar todas las formas imaginables […] está dividida en dos mitades que se ajustan como las de una caja de cartón; que en el interior se encuentra una sustancia semilíquida […] de aspecto y composición análogos a la clara de huevo […] teñidas parcialmente de verde por la clorofila […] y otro principio colorante amarillo, diatomina.”

Y ahora lo mejor: “¿es posible que hayan sido creadas para recorrer el tubo intestinal de una sardina, delfín o ballena, por más que muchas veces salgan intactas de la pasajera, infecta y humillante morada, quitando á salvo su cuerpo y tal vez su existencia, pero no así su honor?”.

dinos

Ilustraciones de peridináceas, tal como denomina en su trabajo a los dinoflagelados Carús Falcón. En la época se dibujaban “patas arriba”, con la epiteca hacia abajo. Les propongo el mismo acertijo de antes. Autor: J. Thomas.

De los dinoflagelados (Peridináceas): “se distinguen de las diatomeas por sus formas extravagantes, poco estéticas y feas, tienen de común con ellas su pequeñez y constitución histológica […] adáptanse mejor a las aguas frías, donde se encuentran con predominio cuantitativo […] agrupados en densas caravanas y discurriendo activos por el piélago […] en tanto que en las aguas cálidas […] disminuye el número de individuos, que propenden al aislamiento y pasividad […] cual si se sintiesen enervados por el excesivo calor tropical y quisieran economizar por el reposo el consumo de materia constitutiva…”.

Ahora llegamos al material de muestreo, que deja patente su voluntarismo y escasos medios: “En nuestro trabajo no hemos utilizado […] material tan costoso, por no permitirlo nuestro estado económico, ni exigirlo el rigor científico, tratándose de mares tan poco profundos […] Utilizamos como draga un pequeño caldero de bronce […] La red vertical, de gasa, cónica y con área de medio metro cuadrado, unida por su base mayor á un aro de madera, por la pequeña á un colector, un cilindro hueco de zinc lastrado con plomo […] Completan nuestro instrumental un pequeño torno de madera […] un pesa-sales, un termómetro […] varios frascos de cristal […] otros mayores, de casi un litro, de los que, en forma de barril, sirven de envase á las aceitunas en adobo […] algunos corchos sueltos ó cáscaras de huevo para medir aproximadamente, en los días de calma, la velocidad de las corrientes…”.

crust

No todo era microplancton, también había ilustraciones de crustáceos como éstas. Autor: J. Thomas.

Y luego, de regreso a tierra: “El material científico recolectado […] es llevado ahora al laboratorio ó gabinete donde ha de someterse al más escrupuloso examen y á los diversos métodos de preparación y conservación microscópicas […] y examinamos dicha gota en nuestro microscopio de bacteriología […] con aumentos entre 25 y 800 diámetros, pudiendo llegar a 1.600 con el objetivo de inmersión en la esencia de cedro”. No comentaré mucho los detalles de la preparación de las muestras, pero las trataba primero con alcohol al 3% y luego añadía una disolución concentrada de sublimado (“el cloral, clorhidratado de cocaína, cloroformo u otros anestésicos”), que lavaba con agua destilada “á fin de quitar el exceso de sublimado y del cloruro de sodio del agua del mar, pues de otro modo velarían la preparación microscópica con sus cristalizaciones”.

ria de arousa

La ría de Arousa, con la Illa de Arousa en el centro, vista desde el mirador del Monte Lobeira. Autor: F. Rodríguez

Respecto a la zona de los muestreos, es una oda a “la celebrada ría de Arosa […] la exuberancia paradisíaca de su campiña, rayana en los más hermosos vergeles del litoral mediterráneo; el hipnotismo, la fascinación misteriosa con que subyuga el ánimo, evocando los recuerdos de aquella poesía helénica y romana”. Y continúa luego “No tiene, es cierto, nuestro Lobeira, Castro Lupario, también cónico y de vertientes escarpadas y graníticas, la notable altura de 1.250 metros del Vesubio, que aquí no pasa de 300, ni el negro y fragoroso abismo de su cráter […] pero no por eso es menos digno de ser visitado por los veraneantes de estas playas…”.

cambados1

Cambados. Autor: F. Rodríguez

No tienen tampoco desperdicio las descripciones de los muestreos y las embarcaciones. Primero una pequeña batea, gamela (embarcación a remo de pequeño calado para trasladar personas a cortas distancias). Luego “un endeble y ligero esquife de remo y vela, triste despojo del trasatlántico francés Dom Pedro, naufragado […] con numerosas víctimas, en los peligrosos bajos de Corrubedo”. 

También se atrevió a una aventura en Cambados “En su ruinoso muelle, montón de escombros, fletamos una pequeña batea, medio anegada de agua, y, con nuestros bártulos de la pesca misteriosa, nos dirigimos al sitio de más calado de la rada…”. 

DornaStoTome

Embarcación tradicional (dorna) en el puerto de Sto. Tomé (Cambados). Autor: F. Rodríguez

Casi se fueron a pique, pero eso sí, con dignidad hasta el final: “Estábamos a punto de naufragar, pues la gamela, tan impermeable al agua como una cesta, se había inundado de tal modo, que […] si bien el muchacho que nos acompañaba utilizó la palangana de nuestros artefactos para achicar el agua, no conseguía estancarla. En este crítico momento pasó rozando un galeón […] A él trasbordamos, logrando recoger con su rizón […] un poco de fango grisáceo…”

El último muestreo fue a lo grande: “realizamos esta agradable y última excursión marítima, fecunda para la ciencia por las especies y variedades nuevas registradas, á bordo del vapor Pasaje, buque de unas 50 toneladas y 9 millas de marcha que combinado con el ferrocarril hace dos viajes cuotidianos […] entre el puerto de Villagarcía y el de la Puebla del Caramiñal”. En aquella expedición pasaron “á barlovento del apuesto y bien cuidado cañonero español Vasco Núñez de Balboa”. Como dato curioso, años después aquel cañonero de la guerra de Cuba (junto al Hernán Cortés) realizó los primeros muestreos del IEO (Lo contábamos aquí).

Torre

Torre de San Sadorniño (Cambados). Faro o atalaya (de origen fenicio o romano) que anunciaba la llegada de naves normandas. Las más famosas están en Catoira, que celebra una romería vikinga cada verano.

Carús hizo 8 muestreos entre 1899 y 1901: Vilagarcía, Vilaxoán, Rianxo, Carril, etc. En uno de ellos (Illa de Arousa, noviembre 1900) atravesaron “por entre la doble línea de buques de la imponente y soberbia escuadra; la más moderna; la mejor que cuenta la Gran Bretaña, por ser la que garantiza la defensa de sus extensas costas; la escuadra del Canal”. 

Todavía hoy a los de Vilagarcía se les sigue conociendo como los ingleses, y todo por aquellas visitas de la Royal Navy a la ría de Arousa entre 1874 y 1936.

pescadores

Pescando en la Ría de Arousa. Autor: F. Rodríguez

También cita Carús que muchos pueblos en la ría dependían de la industria de la pesca, en especial de la sardina, con fábricas de salazón y conservas.

Menciona las embarcaciones típicas en los puertos de Arousa (dornas, gamelas, lanchas pincheiras del jeito (para la sardina), galeones,…), los productos que transportaban los vapores mercantes (huevos de gallina que se exportaban a Sevilla y Cádiz, tablones de pino al Mediterráneo para cajas de naranjas y pasas), e incluso comenta algún dicho popular:“…las escarpadas, plomizas y áridas cumbres de la cordillera del Barbanza, cuyo pico a Curota, cuando está cubierto por las nubes bajas, es según las predicciones, falibles, de los prácticos de estas riberas, indicio seguro de mal tiempo”.

Pleurosigma Carus

Pleurosigma sp. a 60X y 10X. Autor: F. Rodríguez

En sus descripciones del fitoplancton dominan las diatomeas. A ellas dedicó 6 láminas en unas ilustraciones que permiten reconocer muchos de los 37 géneros que cita en la tabla final: Navicula, Melosira, Pleurosigma, Amphiprora, Licmophora, etc.

De los dinoflagelados muestra apenas una docena de ilustraciones y dos géneros (Ceratium y Peridinium) aunque en el texto cita a las Noctilucas (que no se clasificaban como dinoflagelados).

210

Autor: J. Thomas.

Pero tal y como me comentaba mi colega Yolanda Pazos (fiel seguidora del blog que me descubrió y envió el trabajo de Carús, gracias Yolanda !!), en la lámina 9ª hay un par de figuras sospechosas de ser Dinophysis, identificadas por Carús como foraminíferos.

De sus conclusiones escogí lo siguiente: “se ve de gráfica manera lo que es axiomático: que la Naturaleza se muestra variadísima y antojadiza en las misteriosas manifestaciones del mundo invisible […] y que es preciso investigar mucho é in situ para comprender esta parte en estremo [sic] interesante de las ciencias naturales.”

Torredelejos

Autor: F. Rodríguez

Totalmente de acuerdo Sr. Carús: usted empezó y más de un siglo después aquí seguimos, estudiando y admirando los microorganismos que tanto le emocionaron como jamás podría soñar.

Referencias:

-Carús Falcón, R. Los misterios de la Naturaleza. Investigaciones sobre el micro-plakton de la Ría de Arosa, La Coruña: Imp. Vda. de Ferrer e Hijo (1903).
-Gómez F. Historia de las investigaciones sobre dinoflagelados marinos en España. LLULL 29:307-329 (2008).

 

 

 

 

Blooms, boleros y el cambio climático

Las proliferaciones de fitoplancton son vitales para las pesquerías y juegan un papel importante en la bomba biológica de CO2 y la exportación de carbono hacia el océano profundo. Suceden gracias a una combinación de variables físicas (temperatura, estratificación superficial, etc) e interacciones biológicas (predación, virus), allí donde las tasas de división superan a las pérdidas de forma sostenida durante semanas o incluso meses.

Lo importante es un saldo positivo, no que las tasas de división sean altas.

Igual que un iceberg, donde asoma muy poco a la superficie, un bloom es apenas la cumbre de una “montaña” de productores primarios que en su mayoría sucumben a los predadores o la dilución del océano.

El secreto de un bloom está en que las tasas de división aumenten progresivamente, un crescendo de principio a final como el bolero de Ravel. Las proliferaciones ocurren en regiones donde los nutrientes son elevados en alguna época del año y la física del océano consigue romper el equilibrio entre el crecimiento y las pérdidas del fitoplancton.

¿Les afectará el cambio climático? , porque sus efectos se harán notar en la física que gobierna los blooms, especialmente en latitudes altas. La magnitud de las consecuencias es incierta y depende de las hipótesis que usemos para explicar los blooms. Pero ya que hablamos de cambio climático permítanme una reflexión…

El Intermedio - Comida escolares 4

Nadie mejor que Wyoming y Sabatés para ilustrar la reflexión. Fuente: Luismiguelfuentes

Hace unos días encontré en el parabrisas del coche el panfleto de un grupo de “estudios bíblicos” (sea lo que sea), en el que hablaban de 7 señales que anuncian el fin del mundo. SOS La Tierra, decía.

Entre las habituales (los pecados de la sociedad, etc), me llamaron la atención las dos últimas.

 

CAM01000

Cuál es el problema?

 

 

 

La ciencia afortunadamente progresa en beneficio de la sociedad. El único problema es un mal uso o que los beneficios no alcancen a millones de personas (las que tienen menos recursos y más los necesitan).

Pero no deja de sorprender que siga levantando tanta desconfianza y voces de apocalipsis medieval en el siglo XXI. A menudo es falta de información o bulos que corren como la pólvora. Es la única explicación para que existan partidarios de la existencia de la Tierra plana (The Flat Earth Society), por no hablar del creacionismo, el terror a los transgénicos (ojo a la “amenaza” CRISPR), y paro que me pierdo !!

02 Orlando-Ferguson-flat-earth-map

Habría que estudiar lo que hace el fitoplancton en las esquinas. Autor: Orlando Ferguson (1893). Fuente: Flat Earth Society.

Dicho esto, no son muy distintos los negacionistas del cambio climático que, por intereses económicos o puro desdén, ignoran las pruebas de cómo la actividad humana está alterando y modificará (si no lo remediamos), el clima y el aspecto de nuestro planeta, extinguiendo a su paso numerosas especies incapaces de adaptarse.

No es por casualidad que la revista Nature haya lanzado en 2011 su edición Nature Climate Change que recoge específicamente los estudios relacionados.

Por ejemplo “Climate-mediated dance of the plankton” (Behrenfeld, 2014), que discute los factores que regulan la distribución y abundancia del fitoplancton, y la importancia de entender cómo se forman los blooms para mejorar nuestras predicciones en relación al cambio climático.

Para empezar, si algo define al plancton es la interacción entre niveles tróficos y la tendencia al equilibrio de predadores y presas. Éste es uno de los motivos, aparte de la física del océano, para que la biomasa del fitoplancton no sea proporcional a sus tasas de crecimiento.

R-413264-1381395052-1657.jpeg

En “Mi Tierra” (1993) hay más boleros que en todos los océanos del mundo.

Según la región del océano, presas y predadores danzan más o menos a la par. En océano abierto bailan apretaditos, como al son de un bolero. Las condiciones ambientales y de crecimiento (capa de mezcla, luz, nutrientes) son muy estables en los giros oligotróficos. La biomasa del fitoplancton es baja pero no porque sus tasas de división sean menores sino por el control que ejerce un ecosistema en equilibrio.

El cambio climático tendería a favorecer estas condiciones de estabilidad en el océano abierto y podría ser la razón de su aparente expansión (un 15% ente 1998-2006), según imágenes del SeaWIFS (Polovina y col. 2008).

En las zonas donde prolifera el fitoplancton predadores y presas bailan más sueltos, al ritmo de un rock n’ roll. El forzamiento físico desplaza del equilibrio al ecosistema planctónico provocando aceleraciones y deceleraciones en las tasas de división en la capa de mezcla, cuya profundidad varía enormemente entre el máximo de invierno y el mínimo de verano.

En contra de la teoría clásica de Sverdrup sobre la profundidad crítica de la capa de mezcla, los satélites y datos in situ nos han chivado lo siguiente: durante el invierno en las regiones subárticas la biomasa del fitoplancton comienza a aumentar mucho antes de la estratificación de primavera. Esta observación sugiere que el calentamiento global y una mayor estabilidad en la capa de mezcla podría suponer, paradojas del destino, una menor productividad del fitoplancton en latitudes altas. Las peores predicciones estiman un descenso de hasta un 40% en el Atlántico subártico de aquí a finales de siglo.

Todos los días sale el sol comp

Emiliania huxleyi. Una de las fotos más famosas y bonitas de este blog. Autor: Sergio Seoane.

Otra de las calamidades anunciadas por culpa del cambio climático es la acidificación del océano (del 8,1 actual se podrían restar 0.3-0.4 puntos a final de siglo), y sus efectos perjudiciales sobre los organismos con cubiertas calcáreas como los arrecifes, foraminíferos o cocolitofóridos (responsables de proliferaciones como el caso de Emiliania huxleyi).

Pero al menos en el caso de los cocolitofóridos podría tratarse de todo lo contrario. La serie de datos del Continuous Plankton Recorder en el Atlántico Norte ha revelado un aumento del 2 al 20% en la presencia de cocolitofóridos entre 1960-2010, con aumentos regionales de ∼10 veces en su abundancia (Rivero-Calle y col. 2015).

Esta observación coincide con el hecho de que en los cocolitofóridos la fotosíntesis es particularmente sensible a la limitación por CO2 y los experimentos en cultivos indican que los niveles altos de CO2 disuelto suelen estimular su crecimiento.

Respecto a la acidificación y los daños en sus estructuras calcáreas, existe una gran variedad de respuestas en el laboratorio. El mensaje es optimista y sugiere que la capacidad de adaptación en poblaciones naturales es enorme gracias al “banco genético” que éstas atesoran. Y esta riqueza genética permitirá que los fenotipos mejor adaptados (p. ej. con cubiertas más gruesas) puedan hacer frente a los aumentos de CO2 durante el s. XXI, y más allá…

Los efectos del cambio climático sobre la bomba biológica de CO2 son difíciles de predecir. Los océanos son el principal sumidero de dicho gas en nuestro planeta y el reto presente (y futuro) es monitorizar sus parámetros físicos y biológicos a tiempo casi real y escala global. Todo esto será más sencillo gracias a satélites de nueva generación como el Sentinel-3A. Lanzado por la ESA el pasado 16 de febrero, tendrá la misión de cartografiar la superficie de nuestro planeta transmitiendo datos cada 3 horas todos los días del año (los satélites, a diferencia de los científicos, no cogen vacaciones).

Aquí le pueden ver cruzando el cielo de Rusia y la aurora boreal…

Los datos obtenidos por el Sentinel-3A se utilizarán principalmente en el Copernicus Marine Environment Monitoring Service (Servicio de vigilancia de entornos marinos de Copérnico) y se espera que facilite información fundamental para la monitorización de océanos y costas, la predicción meteorológica y oceánica, las variaciones del nivel del mar, la topografía de la superficie marítima, etc…La base de muchos estudios futuros sobre la evolución de los océanos y el fitoplancton en nuestra redonda y recalentada Tierra.

Referencias:

-Behrenfeld MJ. Climate-mediated dance of the plankton. Nature Climate Change DOI: 10.1038/NCLIMATE2349 (2014).
-Polovina JJ y col. Ocean’s least productivity waters expanding. Geophys Res Lett 35, L03618 (2008).
-Rivero-Calle S y col. Multidecadal increase in North Atlantic coccolithophores and the potential role of rising CO2. Science Express 10.1126/science.aaa8026 (Nov 2015).
-Rost B y col. Carbon acquisition of bloom-forming marine phytoplankton. Limnol Oceanogr 48:55-67 (2003).
-Web CO2 SCIENCE: Ocean Acidification (Effects on Marine Plants: Phytoplankton — Coccolithophores) — Summary.