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Sobre los errores en las proliferaciones de Canarias

(Imagen de portada: Jannoon028-Freepik.com)

Un buen título es importante. Por eso he cambiado el original (Mensaje en una botella) por este otro que hace referencia directa al tema de la entrada, sugerido por mi colega Esther Garcés del ICM-CSIC.

Divulgar ciencia, ya sea voluntariamente u obligados por las circunstancias, es algo que todos los investigadores hacemos en algún momento (Ciencia en Común). Soy entusiasta de ello y consumo bastante divulgación en los ratos de ocio, hecha por periodistas, maestros, científicos y aficionados que comparten su experiencia y conocimiento en medios públicos de comunicación.

Me gusta pensar que pertenezco a ese club que es la divulgación de todos y para todos. Por eso mismo sé muy bien lo difícil que resulta elaborar un texto sobre un tema de ciencia. No en vano solo escribo de microalgas (sí, también de cianobacterias) para no equivocarme demasiado. Dar un paso más allá me parece inútil, primero porque la divulgación es un aspecto más de mi trabajo y segundo porque no aportaría nada a lo que ya escriben los divulgadores de otros campos.

Dentro de mi campo de estudio apenas araño en la superficie de un tema tan vasto como el fitoplancton. Y no es que yo sea especialmente tonto (que también, pero ese es otro asunto) sino que esa palabra, fitoplancton, encierra un infinito campo de investigación que no dará tiempo a abarcar así explote el Sol y abrase los planetas en 2000 o 3000 millones de años (me gusta mucho la astronomía, hasta aquí mi divulgación del Sistema Solar).

Por ello, escuchar y leer todo lo que se ha vertido a los medios de comunicación este verano sobre las proliferaciones de Trichodesmium erythraeum en Canarias deja patidifuso a cualquiera que trabaje en un laboratorio y se dedique a la investigación, incluidos yo y mi gato (C.A.T. Sheldon). Sí, porque mi gato también es investigador. Una vez quiso investigar si podía pescar dentro del acuario tropical y saltó sobre la tapa de cristal, con el resultado de varios peces volando y otros tantos huesos rotos. 

Nunca máis: be water my friend es solo un eslogan

Entre los divulgadores que más sigo en España les confieso que admiro enormemente al periodista Antonio Martínez Ron, autor de Fogonazos entre muchísimas otras cosas más. Pues bien, en la “Cátedra de Cultura Científica de la Universidad del País Vasco”, Martínez Ron publicó Veinte consejos para interpretar resultados y publicaciones científicas, resumiendo y adaptando un artículo de Nature (esa prestigiosa revista…) con el título Policy: twenty tips for interpreting scientific claims (Sutherland y col. 2013).

No tiene desperdicio y viene muy a cuento de lo sucedido en Canarias, empezando por este extracto del original:

Los llamamientos a una mayor integración de la ciencia en la toma de decisiones políticas han sido un asunto recurrente durante décadas. Sin embargo, existen serios problemas en la aplicación de la ciencia a la política […]
Una sugerencia para mejorar las cosas es animar a más científicos a involucrarse en la política. Ello, aunque loable, no es realista […] Otra propuesta es ampliar el papel de los principales asesores científicos, aumentando su número, disponibilidad y participación en los procesos políticos. Ninguno de estos enfoques trata del problema central de la ignorancia científica entre muchos de los que votan en los parlamentos.
¿Podríamos enseñar ciencia a los políticos? Es una idea atractiva, pero ¿qué político ocupado tiene tiempo suficiente? En la práctica, los responsables políticos casi nunca leen documentos o libros científicos. La investigación que incumbe al tema del día […] es interpretada para ellos por asesores o abogados. Y rara vez, o nunca, existe un experimento controlado, con doble ciego, aleatorizado, replicado, bien diseñado y con suficiente número de muestras para extraer conclusiones inequívocas sobre dicho tema particular.
En este contexto, sugerimos que la prioridad inmediata es mejorar la comprensión de los responsables políticos de la naturaleza imperfecta de la ciencia. Las habilidades esenciales son poder interrogar inteligentemente a expertos y asesores, y entender la calidad, limitaciones y sesgos de la evidencia.
Nosotros lo denominamos habilidades científicas interpretativas. Estas habilidades son más accesibles que las necesarias para comprender la ciencia fundamental en sí misma, y ​​pueden formar parte del amplio conjunto de habilidades de la mayoría de los políticos.
Con este fin, sugerimos 20 conceptos que deben formar parte de la educación de los funcionarios, políticos, asesores políticos, periodistas, y de cualquier otra persona que tenga que interactuar con la ciencia o los científicos. Los políticos con un sano escepticismo de los defensores científicos podrían simplemente preferir armarse con este conjunto de conocimientos críticos. [Trad. del original]

Qué bien explicado. Los 20 consejos serían largos de enumerar y me voy a centrar solamente en tres de ellos tal como los resumía Martínez Ron:

7. Extrapolar más allá de los datos es arriesgado. Los patrones encontrados dentro de un determinado rango no tienen por qué funcionar fuera de él. Observar un fenómeno en un ámbito y asumir que se da en otros ámbitos es un error común.

16. Cuidado con las generalizaciones. Un ejemplo claro son las conclusiones que se sacan de un experimento en ratones respecto a lo que puede suceder en humanos.

17. Los sentimientos influyen en la percepción de riesgo. A pesar de los datos objetivos, la percepción del riesgo puede obedecer a factores psicológicos y sociales. En EEUU, por ejemplo, se sobrevalora el riesgo de vivir junto a una central nuclear y se subestima el de tener un arma en casa.

Trasladando todo esto al asunto de Trichodesmium en Canarias: cualquier persona puede buscar en la web información sobre cianobacterias y toxinas, descargar artículos científicos o pseudocientíficos y elaborar una historia. Con la orientación que cada uno desee a condición de extrapolar, generalizar y dejarnos llevar por los sentimientos.

Pero eso no es comunicar información científica. Cualquier mensaje que combine esas tres condiciones tan humanas podrá despertar mucha adhesión, pero no por ello dejará de ser falaz o cuando menos equivocado.

–Veamos los tres consejos aplicados al caso de Canarias–

Edo Bar-Zeev y Eyal Rahav, los científicos israelíes autores del trabajo sobre el bloom de Trichodesmium en Israel. Fuente: Diario de avisos

7. Extrapolar más allá de los datos es arriesgado.

En las noticias que relacionan tajantemente los vertidos urbanos con las proliferaciones de Trichodesmium se defiende la existencia de dicha asociación no con datos de Canarias, sino con un artículo en invierno en el Mediterráneo oriental (Rahav y col. 2017) del que ya hablé en una entrada anterior.

Extrapolar dichas evidencias directamente a Canarias es un ejemplo perfecto del riesgo sobre el que avisa este consejo. Basta leer la oportuna entrevista a dichos autores en Diario de Avisos (30-VIII-2017)

16. Cuidado con las generalizaciones.

Cierto, las microcistinas son toxinas muy potentes. Su presencia (y la de otras cianotoxinas) plantea un serio riesgo para la salud de personas y animales en fuentes de agua de uso agrícola y potable contaminadas por cianobacterias tóxicas. Es decir, proliferaciones en aguas continentales que enseguida relacionamos con la eutrofización (porque además en muchos casos es así). Pero Trichodesmium no es una cianobacteria de agua dulce.

Produce microcistinas y un informe interno del BEA que citaba algunos efectos de dichas toxinas (“una exposición continuada a esta cianobacteria puede promover el desarrollo de tumores primarios de hígado a medio-largo plazo”), ha servido para denunciar que existe un grave riesgo sanitario guardado en secreto.

Por este motivo se ha cargado también, injustamente, contra los autores de dicho informe realizado a partir de muestras recogidas en el mar de Las Calmas (El Hierro).

Fórmula química de la microcistina-LR. Autor: Anton Lebedev. Fuente: 123RF

En mi opinión, el error en dicho documento (fechado el 23-24 junio) era hablar de exposición a “esta cianobacteria” en lugar de “microcistinas“, generalizando dichos efectos a Trichodesmium y dejando abierta la interpretación a que dichos síntomas se han registrado en humanos. Lo cual es falso.

No olvidemos tampoco que en aquel momento las proliferaciones eran apenas una anécdota: nadie imaginaba que iban a durar tanto tiempo ni alcanzar tales dimensiones físicas y mediáticas. Yo solo veo un error en un informe interno oficial, sin la información ni el contexto necesarios en una comunicación pública. A posteriori, cuando se ha consultado a los autores, estos han corregido y contextualizado la información de dicho informe (Diario de Avisos, 27-VIII-2017).

Un informe público oficial es otro asunto: debe contener elementos científicos presentados con reflexión y profundidad, con datos locales para que la información sea lo más veraz y completa posible. Aún es pronto y dicho informe no está disponible. Tal como ha explicado Javier Arístegui (ULPGC, director del SITMA) el debate sobre las proliferaciones de Trichodesmium debe ser científico (Canarias7: 31-VIII-2017). Dicho artículo menciona que el Gobierno ha encargado al propio Arístegui un informe científico con el que abrir ese debate basado en datos no en opiniones.

Mientras tanto, no existen estudios científicos que asocien las proliferaciones marinas de Trichodesmium con esos terribles síntomas en humanos. Al menos yo no los conozco y el libro Toxic Cyanobacteria in Water: A guide to their public health consequences, monitoring and management de la Organización Mundial de la Salud (OMS, 1999) que consulté, a propósito para esta entrada, tampoco los menciona. Tampoco en publicaciones posteriores como Guidelines for safe recreational water environments (OMS, 2003 y 2009).

Fuente: NHBS

En un libro reciente, Toxic and Harmful Microalgae of the World Ocean (UNESCO; Lassus y col. 2016) se resumen los efectos sobre personas y fauna marina expuestas a proliferaciones de Trichodesmium a lo largo del mundo, así como sus toxinas. En el caso de las personas menciona un misterioso síndrome en bañistas citado en Brasil en 1963: “la fiebre de Tamandaré” que Proença y col (2009) pusieron en duda sobre su naturaleza y relación con Trichodesmium. En Asia destaca un caso en Kuwait en 2000, con un bloom que ocasionó molestias tales como náuseas, fuertes olores, tos e irritación en los ojos. Y finalmente Oceanía (Australia) donde también se han registrado molestias en bañistas.

Las proliferaciones anuales de cianobacterias tóxicas que se desarrollan en verano en playas de Europa, concretamente en el Báltico en la región de Gdansk (Polonia) son un tema diferente a Trichodesmium del que ya hablamos en una entrada anterior. Suelen ocurrir cuando el agua supera los 20ºC y llegan a ocasionar prohibiciones de baño y cierres por precaución en playas afectadas por proliferaciones masivas (p.ej. Nodularia, Dolichospermum Aphanizomenon).

Las autoridades de cada país son responsables de decretar las limitaciones del baño o cierres de playas y aguas recreativas, así como de informar a la población sobre la existencia y naturaleza de dichas proliferaciones. Las aguas de baño se controlan regularmente y las decisiones de los gestores políticos, tanto en Polonia como en los demás países de la UE, deben seguir la Directiva Europea sobre las aguas de baño (2006/7/EC) que en su artículo 8 “Riesgos debidos a cianobacterias” dice lo siguiente:

1. Cuando el perfil de las aguas de baño indique propensión a la proliferación de cianobacterias, se llevará a cabo un control adecuado que permita la identificación oportuna de los riesgos para la salud.
2. Cuando se produzca proliferación de cianobacterias y se haya determinado o presumido la existencia de un riesgo para la salud, se adoptarán inmediatamente medidas de gestión adecuadas con el fin de prevenir la exposición a aquéllas, que incluirán la información al público.

La ingestión de grandes cantidades de agua (o continuada a lo largo del tiempo) o espuma de cianobacterias representan un riesgo en aguas continentales para personas y animales, pero no en el mar por razones obvias. En este caso, las limitaciones del baño o incluso cierres de playas en los casos más graves son las únicas medidas disponibles, dado que la mitigación de las proliferaciones en zonas costeras es algo todavía en fase de estudio, sin éxitos ni precedentes a gran escala.

Los datos disponibles sobre los efectos de microcistinas y otras cianotoxinas están descritos en los libros de la OMS antes citados y pertenecen a ensayos en animales (tal como aclaró Emilio Soler en referencia al informe interno del BEA) por vía oral y/o inyecciones directas. Dichos ensayos suelen usar ratones (también cerdos), en dosis elevadas y/o prolongadas en el tiempo, para estudiar toda clase de efectos y establecer p.ej. los niveles tolerables de cianotoxinas.

Cabe destacar que para muchas cianotoxinas no existen datos suficientes para dichos cálculos: solo encontré valores de “Ingesta Diaria Tolerable” (dosis diaria a lo largo de toda la vida sin efectos adversos en personas) para microcistinas-LR (las más tóxicas, de Microcystis aeruginosa).

Pero también se han realizado ensayos con cianobacterias tóxicas de agua dulce en humanos.

Pilotto y col (2004) estudiaron en un grupo de 114 voluntarios los efectos de la aplicación directa sobre la piel de parches con cultivos de cianobacterias, tóxicos y no tóxicos, de los géneros Microcystis y Cylindrospermopsis, entre otras. Al comienzo del artículo citan lo siguiente: “En relación a las actividades recreativas en agua contaminada con cianobacterias, el contacto dérmico es una importante vía de exposición. Sin embargo, la naturaleza de los informes sobre reacciones alérgicas y dermatológicas son esporádicos y bastante anecdóticos” [Trad. del original]

Los resultados de su trabajo mostraron que alrededor del 20% de las personas desarrollaban reacciones leves en la piel en contacto con las cianobacterias, resueltas sin tratamiento al cesar la exposición. Y el porcentaje bajaba al 15% si excluían a las personas que también reaccionaban a cianobacterias no tóxicas.

Emisario submarino. Fuente: aguasresiduales.info

17. Los sentimientos influyen en la percepción de riesgo. 

Las proliferaciones han afectado a las costas de varias islas occidentales y todo apunta a condiciones ambientales favorables durante el verano. Aún así, la posible (al menos no descartable todavía) influencia de los emisarios submarinos, junto al aspecto desagradable, el mal olor y la persistencia de los blooms de Trichodesmium, han provocado un sentimiento de indignación y la percepción de una relación directa entre proliferaciones y emisarios.

Esta percepción ha crecido además por la falta de reflejos de las autoridades a la hora de elaborar un comunicado oficial, publicado finalmente el 11 de agosto, mientras crecía la confusión, opiniones cruzadas y alarmas infundadas durante el verano. A pesar de todo, dada la novedad de este asunto en Canarias, por muchas explicaciones que hubiese habido creo que la polémica habría alcanzado dimensiones parecidas. Sin datos locales e informes científicos todo este debate entretiene el asunto del verano pero resulta estéril.

El tiempo y los datos darán y quitarán razones.

El debate debe ser científico y también político porque la responsabilidad de la gestión presente y futura de asuntos como este recae en las autoridades. La comparecencia pública del próximo jueves 7 en el Parlamento (Canariasahora, 4-IX-2017) forma parte de las necesarias explicaciones que hasta ahora sólo han llegado tarde y parcialmente a través de la prensa nacional e internacional y el comunicado oficial del pasado 11 de agosto.

Sobre el debate científico, me encantaría ver un espacio de televisión con un grupo de expertos discutiendo sobre las proliferaciones de Trichodesmium con el informe científico sobre la mesa, abierto a la participación del público. Tengo una pregunta para usted, versión ciencia !!

Adenda: aquí les dejo el enlace al informe científico Sobre la presencia de Trichodesmium spp.
en aguas de Canarias en el verano de 2017″, firmado el 2 de septiembre y elaborado por los investigadores A.G. Ramos, J. Arístegui y M. Benavides, publicado a posteriori de esta entrada.

Referencias:

-Guidelines for safe recreational water environments. Vol. 1 (2003) y addendum a Vol. 1 (2009). Disponibles en la web de la OMS
-Pilotto L. & col. Acute skin irritant effects of cyanobacteria (blue-green algae) in healthy volunteers. Aust. N. Z. J. Public Health 28:220-224 (2004)
-Sutherland WJ & col. Policy: Twenty tips for interpreting scientific claims. Nature 503:335-337 (2013).
-Toxic and harmful microalgae of the world ocean. Lassus P. & col. (Eds.). IOC-UNESCO. Manuals and guides. Vol.: 68. 523 p. (2016)
-Toxic cyanobacteria in water. A guide to their public health consequences, monitoring and management. Chorus I. & Bartram J. (Eds.). WHO, UNESCO, UNEP. 400 p. (1999). Disponible en la web de la OMS.

Cianobacterias en la Costa del Tesoro

La proliferación de Trichodesmium en Canarias me ha recordado otro incidente de enorme impacto mediático, social y político. Sucedió a mediados de 2016 al otro lado del Atlántico, en Florida (EEUU). En este caso fueron cianobacterias de agua dulce las que llegaron al mar. Ahora verán cómo, pero ya les adelanto que eran tóxicas y que se montó un buen lío !!

El lago Okeechobee es el mayor de Florida con 1890 km2 y su nombre significa “agua grande” en la lengua de la tribu hitchiti (gracias Wikipedia). Pronunciado en gallego (de la tribu gallega de Galicia) sería “Oh, quee lluevee“, muy apropiado como veremos.

Esquema de la entrada y salida del agua en el lago Okeechobee. Autor: Riley D. Champine, NG Staff. Fuente: USGS, USDA, NASA, U.S. Army Corps of Engineers, South Florida Water Management District

A pesar de su extensión la profundidad media del lago es de 2.7 metros. El Okeechobee está clasificado como cuerpo de agua potable de clase I. Sus afluentes son principalmente el río Kissimmee desde el norte y su desagüe natural era la región de los Everglades, hacia el sur.

Y digo era porque el lago posee un sistema de diques que lo circundan casi por completo para regular el nivel del agua, bloqueando su comunicación natural con los Everglades.

El sistema actual de diques (Herbert Hoover) se construyó reforzando otros anteriores para evitar catástrofes por lluvias e inundaciones a causa de tormentas y huracanes. No en vano uno de ellos costó en 1928 la vida de al menos 2500 habitantes en la región.

Durante la época de lluvias el nivel del lago puede subir peligrosamente y la única forma de regular su volumen es descargando millones de litros hacia las costas este y oeste, a través de canales a los ríos Caloosahatchee y St. Lucie. Si pinchan en la imagen verán a qué me refiero.

El Okeechobee está sometido a una gran presión antropogénica y eutrofización por vertidos de origen urbano y ganadero al norte, y agrícolas al sur (caña de azúcar). Si a esto le añadimos el estancamiento del agua y condiciones ambientales propicias a mediados de año (altas temperaturas + luz en un lago extenso y somero) tenemos la receta perfecta para la proliferación de cianobacterias.

Entre noviembre 2015 – mayo 2016 se registró una cantidad excepcional de lluvia, con el invierno más húmedo en las series históricas de muchas ciudades del sur de Florida. Esto hizo que el Cuerpo de Ingenieros de la Armada de EEUU se viera obligado a rebajar el nivel del lago desde finales de enero (varios meses antes de lo habitual) para salvaguardar los diques que protegen los terrenos vecinos del Okeechobee. Además, debido a la antigüedad de los diques, mantienen el nivel del agua por debajo de lo normal por precaución.

Microcystis aeruginosa. La barra indica 20 micras. Fuente: Rosen y col. (2017)

El 13 de mayo los ingenieros comunicaron la presencia de un bloom de “microalgas” que cubría 85 km2 en el Okeechobee. En junio, con el bloom “viento en popa a toda vela, las operaciones de regulación del agua provocaron la descarga de aguas verdosas (color guacamole) cargadas de cianobacterias en los estuarios y costas de Florida.

El 1 de julio se comenzó a reducir la descarga del lago pero para entonces el mal ya estaba hecho. En el lago, a finales de julio el bloom llegó a cubrir 1/3 de la superficie total (619 km2).

La proliferación estuvo dominada por Microcystis aeruginosa. Su presencia ya estaba documentada en el lago desde comienzos de los 80′ y suele ser habitual en los blooms de cianobacterias del Okeechobee.

Aspecto del bloom en el estuario del St. Lucie (Stuart, 11 julio). Autor: Joe Raedle (GETTY). Fuente: National Geographic

Junto a ella aparecían otras cianobacterias en menor proporción (hasta 26 especies) según un informe de Rosen y col. (2017) incluyendo a los géneros Dolichospermum, Nostoc y Pseudanabaena. Tanto Microcystis como los demás géneros son productores potenciales de diversas toxinas como las microcistinas, saxitoxinas, anatoxinas, etc.

Estas y otras cianotoxinas impiden los usos agrícolas y potables del agua en las reservas continentales donde proliferan, ya que pueden representar un serio peligro para la salud. Otro ejemplo de esto son los blooms de Microcystis en la región de Los Grandes Lagos.

Los vientos predominantes arrastraron las cianobacterias hacia el canal del este, transportándolas sobre todo al río St. Lucie y de ahí a la costa atlántica, conocida como Treasure Coast. La enorme masa de cianobacterias vertida al mar extendió el bloom varios kilómetros hacia el océano abierto.

Vistas del canal y estuario de St. Lucie afectados por el bloom de cianobacterias (24 junio). Autor: Eric Hasert (Treasure Coast Newspapers). Fuente: State of Florida Response to 2016 South Florida Algal Bloom.

En la costa el impacto socioeconómico fue enorme debido a las pérdidas del sector turístico por el aspecto y el olor del agua, así como la alarma sobre la salud de las personas y los ecosistemas marinos.

Pero no crean que era la primera vez: ya van 8 desde 2004, aunque la de 2016 ha sido la peor.

La coordinación y comunicación de la situación no funcionó como en ocasiones anteriores, desbordadas las autoridades por las dimensiones del problema.

Florida declaró el estado de emergencia en 4 condados registrando muertes de peces, marisco, de al menos un manatí y molestias en personas. Y en años anteriores también se observaron daños en la flora y fauna de los estuarios asociados a estas descargas de cianobacterias.

Central Marine (Stuart). Autor: Greg Lovett (The Palm Beach Post, 29 junio). Fuente: State of Florida Response to 2016 South Florida Algal Bloom.

Eso sí, el Departamento de Protección Medioambiental de Florida creó una página web para hacer pública la información en tiempo real sobre la evolución e impacto del bloom.

La web incluía datos de análisis bisemanales de las condiciones del agua, estado de las playas, análisis de toxinas (microcistinas, cilindrospermopsinas y anatoxina-a).

En este vídeo la CBS resumía el panorama, con imágenes impactantes incluyendo a un manatí, y la visión de la costra formada por las cianobacterias de agua dulce, putrefactas tras morir en el mar.

Pruebas para eliminar el bloom de cianobacterias en una “marina” del río St. Lucie (11 julio). Joe Raedle (GETTY). Fuente: National Geographic

Ante la gravedad de la situación se llevaron a cabo iniciativas no permitidas para mitigar el bloom. Desconozco cuáles en concreto, aunque en la web podemos encontrar imágenes como esta.

El riesgo de métodos tan “expeditivos” radica en el posible aerosol que puede provocar con el consiguiente riesgo sanitario para las personas. Antes de intentar nada es importante realizar pruebas a pequeña escala para evitar que el remedio sea peor que la enfermedad.

Para regular este tipo de iniciativas y estudiar las mejores opciones se creó un comité oficial que recibiría y estudiaría propuestas para mitigar el bloom.

Y así fue: recibieron 52 proyectos incluyendo métodos mecánicos (bombas de succión, skimmers, barreras flotantes…), biológicos (biopolímeros, fertilizantes para promover crecimiento microbiano…), químicos (agentes floculantes, bactericidas…) o combinaciones de varios de ellos.

Los miembros del comité oficial se decantaron por métodos mecánicos, pero el bloom se dispersó antes de que pudiesen poner en marcha iniciativas piloto. No obstante, la idoneidad de dichos métodos sigue en estudio.

Los humedales de los Everglades son la salida natural del Okeechobee. También han sufrido una progresiva destrucción e impacto ambiental por la influencia de las actividades humanas. Fuente: FloridaEverglades

El problema es que no hay experiencia suficiente en el caso de una proliferación costera con estas dimensiones. Muchos de ellos están pensados para mitigar los efectos sobre volúmenes más pequeños en aguas continentales (estanques, lagos), o en el oceáno abierto donde los efectos directos sobre las poblaciones no suponen un quebradero de cabeza.

¿Cuál es la solución a todo este despropósito medioambiental?

Por un lado está claro que la solución fundamental reside en mejorar la calidad de las aguas del Okeechobee. Pero además no hay otra forma de regular el agua que no sea vertiéndola al mar. Aunque existen alternativas.

En 2014, después de una situación similar en el verano anterior, los votantes de Florida decidieron aprobar por un 75% una enmienda a la constitución del estado para dedicar 1/3 de los ingresos por transacciones inmobiliarias para comprar y recuperar tierras al sur del lago.

Protestas el 2 de julio de 2016 solicitando la compra de tierras para solucionar el problema del Okeechobee. La imagen la twiteó el propio Sheriff del Condado de Martin. Fuente: Twitter @MartinFLSheriff

El objetivo: construir en ellas un depósito de almacenamiento y filtrado de agua que podría ser vertida a los Everglades, recuperando en parte el curso natural del agua a través del continente.

Las quejas por parte de la sociedad vienen de que a pesar de la decisión popular no se han ejecutado dichos planes, y así lo dejaron patente en esta imagen 3500 personas cerca de Stuart, pidiendo que se compren las tierras de una vez.

No existe un único culpable de esta situación y a pesar del clamor popular parece casi imposible llegar a un acuerdo a corto plazo entre los sectores económicos implicados.

Como conclusión me quedo con una frase de Larry Brand, biólogo marino de la Universidad de Miami, en un artículo de National Geographic (26-VII-2016): No matter which way that water goes, it creates problems. It is a case of who screams the loudest.

Referencias:

-Rosen B.H. y col. Cyanobacteria of the 2016 Lake Okeechobee and Okeechobee Waterway Harmful Algal Bloom. Disponible en USGS
-Slimy Green Beaches May Be Florida’s New Normal. Disponible en: National Geographic
-State of Florida Response to 2016 South Florida Algal Bloom. Disponible en epa.gov
-Why toxic algae blooms like Florida’s are so dangerous to people and wildlife. Disponible en: The Conversation

 

Quiero ser tu microalga

“Dime qué culpa he tenido de oler mal y no ser guapa / solo tengo una célula y no me pusieron patas”  (Quiero ser tu microalga: Enrique Rodda, 2017)

“Every inch of space in your head / is filled up with the things that you read”  (Everything now: Arcade Fire, 2017)

Hace tiempo escribí una entrada sobre mareas rojas titulada “La canción del verano“, pero esta titulada “Quiero ser tu microalga” es el primer ejemplo real, del tinerfeño Enrique Rodda, divertidísima y que comparto a continuación.

Quién sabe lo que cantarán las murgas en los próximos carnavales de Tenerife…

Canciones aparte, el revuelo mediático por la proliferación de Trichodesmium en Canarias ha ido mucho más allá de lo que parecía una simple anécdota de verano.

En estas semanas las especulaciones y bulos sobre la naturaleza (¡es basura/mierda porque tiene color marrón!), causas (¡son los emisarios submarinos!) y consecuencias de las manchas (¡la hepatitis A es culpa de las microalgas!) han corrido como pólvora en las redes sociales y algunos medios de comunicación, con declaraciones cruzadas entre autoridades locales y el subdelegado del gobierno central. Las consecuencias socioeconómicas de esta ceremonia de la confusión las conoceremos a corto y medio plazo. Confío en que no sean graves para las islas.

“Sanidad tacha de “disparate” vincular el brote de hepatitis A con las microalgas” (La Opinión, 10-VIII-2017)

El argumento sobre la aparición de las microalgas no convence a los ecologistas” (SER Canarias, 9-VIII-2017)

“Hay una vinculación entre los vertidos y los microorganismos en las playas” (Diario de Avisos, 11-VIII-2017)

“Desmienten al subdelegado: no existe relación entre vertidos y microalgas”  (Diario de Avisos, 12-VIII-2017)

En medio del ruido mediático se han interpuesto voces de investigadores de la ULL, ULPGC y BEA, así como yo mismo en este blog, describiendo la naturaleza de las manchas (es una cianobacteria marina y sí, puede ser marrón y parecer mierda), explicando sus causas más probables (todo apunta a condiciones ambientales y el cambio climático), y sus consecuencias habituales (dermatitis por el amonio que liberan al agua).

“Así son las microalgas que invaden este verano la costa de Tenerife” (La Opinión, 30-VII-2017)

“Del fondo marino a la costa canaria” (El Día, 11-VIII-2017)

En ciencia no hay respuestas para todo ni certezas absolutas: el conocimiento está expuesto continuamente a debate y revisión por la comunidad científica. Es la única forma de progresar y lo demás corresponde al territorio inmutable de la fe.

Y para elaborar respuestas con base científica hacen falta estudios.

Después de escribir la entrada anterior mientras revisaba bibliografía descubrí un artículo recién publicado en Scientific Reports (Rahav y col. 2017), que relaciona vertidos urbanos con un bloom de Trichodesmium en Israel. Este artículo saltó también ahora a los medios de comunicación con titulares como:

“Científicos de Israel confirman que las microalgas se deben a “Aguas Residuales” (Canariasenred, 13-VIII-2017)

“Un estudio contradice al Gobierno: los vertidos fecales alimentan las microalgas” (La Opinión, 14-VIII-2017)

Vertido urbano y tricomas de Trichodesmium a resultas de la proliferación en Haifa. Fuente: Rahav y col. (2017)

Dicho estudio constituye toda una novedad por haber demostrado inequívocamente una relación entre ambos fenómenos y un ejemplo de lo que no hay disponible todavía en Canarias, por mucho que se quiera utilizar como “arma arrojadiza” en este caso.

Rahav y col. realizaron un muestreo antes, durante y después de un vertido urbano, analizando las condiciones oceanográficas y físico-químicas del agua, así como las poblaciones de bacterias y fitoplancton, confirmando la relación entre un vertido localizado e intenso en la costa de Haifa por deficiencias y/o sobrecarga del sistema de alcantarillado, con una proliferación de Trichodesmium erythraeum. El vertido tuvo lugar durante 5 días, en febrero 2015, con temperaturas en el agua de 18-19ºC.

De ahí a extrapolar que un estudio en invierno en el Mediterráneo Oriental es la prueba de que los blooms de verano en Canarias son por culpa de los emisarios hay mucho trecho, queridos lectores, porque necesitamos los datos de Canarias para confirmar que los motivos son los mismos en ambos casos. Esta al menos es mi humilde opinión.

Y vuelvo a insistir en que el conocimiento previo sobre las proliferaciones de Trichodesmium apunta como causa más probable en Canarias a las condiciones ambientales favorables durante el verano y al cambio climático como razón más profunda. Que sepamos los blooms en Canarias no han surgido localizados frente a un vertido urbano como en el estudio en Israel, sino que cubren una amplia extensión y han afectado tanto a las costas de la isla de Tenerife como a las de La Palma y Gran Canaria.

De hecho, si buscamos en la bibliografía, encontraremos aproximadamente 200 estudios científicos sobre blooms de Trichodesmium entre 1965 y 2017, con trabajos que podríamos titular así:

Científicos de India confirman que la eutrofización inhibe las proliferaciones de Trichodesmium(Martin y col. 2013)

Paisaje en la costa del estuario de Kochi, también conocido como “la reina del mar Arábigo”. Fuente: Tourism of India

Dicho estudio, realizado en el mayor estuario en el oeste de India, con problemas de eutrofización por culpa de vertidos urbanos, concluye que la desaparición de los blooms de Trichodesmium desde 1975 en la región (Kochi) se debe probablemente al aumento de los niveles de nutrientes.

En el mar Arábigo, donde se registran habitualmente extensas proliferaciones de Trichodesmium, un trabajo recién publicado (agosto de 2017; Jyothibabu y col.), relaciona las causas de 32 blooms en la región (más otros 27 en diversas partes del mundo), con la presencia de aguas cálidas subsuperficiales favorables para su crecimiento.

Mientras, en Brasil, las floraciones de Trichodesmium en regiones costeras suelen estar asociadas con periodos cálidos y posteriores a las lluvias. Como en febrero de 2014 cuando una extensa proliferación afectó a numerosas playas en una región tropical (en el Estado Bahía), obligando al cierre de varias de ellas con perjuicios para el turismo y la pesca (de J. Affe y col. 2016). Los análisis de nutrientes no revelaron nada anormal, mostraban concentraciones típicas de aguas oligotróficas.

Curiosamente, el primer registro de un bloom de Trichodesmium en Brasil pertenece a Charles Darwin, durante la travesía del Beagle (1831-1836), también en el estado de Bahía:

March 18th.—We sailed from Bahia. A few days afterwards, when not far distant from the Abrolhos Islets, my attention was called to a reddish-brown appearance in the sea. The whole surface of the water, as it appeared under a weak lens, seemed as if covered by chopped bits of hay, with their ends jagged. These are minute cylindrical confervae, in bundles or rafts of from twenty to sixty in each. Mr. Berkeley informs me that they are the same species (Trichodesmium erythraeum) with that found over large spaces in the Red Sea, and whence its name of Red Sea is derived.”

Volviendo a Canarias, nada es descartable del todo en este momento y pueden ser varias las causas que contribuyan en distinto grado. Hablamos de un fenómeno reciente en la región de Canarias, con un primer antecedente en 2004 (Ramos y col. 2005) como cité en la entrada anterior, cuyo registro parece haber sido cada vez más habitual desde 2010, aunque no tan intenso, tal como comentaba Nereida Rancel en la primera entrada sobre este asunto.

Sobre el metabolismo y la asimilación de nutrientes en Trichodesmium

A pesar de ser una cianobacteria fijadora de nitrógeno por supuesto que puede asimilar fuentes de nitrógeno disponibles en el agua (nitratos, amonio y aminoácidos). Y si los niveles de dichos nutrientes son suficientemente elevados pueden llevar a disminuir las tasas de fijación de N2 (Mulholland y col. 2002), dado que la fijación de N2 es una ventaja adaptativa que permite a Trichodesmium alcanzar elevadas productividades y desarrollar proliferaciones en aguas oligotróficas, costeras y oceánicas.

Sobre el metabolismo mixótrofo de Trichodesmium no se conoce mucho todavía pero este mismo año, también en Scientific Reports, se publicó un artículo mostrando su capacidad para asimilar materia orgánica disuelta en un estudio en el suroeste del Pacífico (Benavides y col. 2017).

El bloom de Trichodesmium en S.C. de La Palma. Autor: David Sanz. Fuente: Diariodeavisos

Cuando se realicen estudios en Canarias avanzaremos en determinar cuáles han sido las causas de la proliferación masiva de este verano (y otras que quizá ocurrirán en el futuro). Mientras tanto considero que lo mejor es ser prudentes y evitar mensajes alarmistas infundados que perjudiquen la imagen de Canarias de forma inopinada y gratuita.

Vivimos en la sociedad del “todo ahora”, 140 caracteres…pero ¿a quién beneficia esto?

Primero debe estar la salud de las personas y la protección del medioambiente.

Independientemente de que los estudios relacionen a Trichodesmium con los emisarios – en ninguna, poca o mucha medida -, nada justifica que no se redoblen desde ya los esfuerzos e inversiones en mejorar el control de las aguas costeras y los vertidos urbanos. No hace falta esperar a las conclusiones científicas para esto. Ni en Canarias ni en muchas otras zonas costeras de la península ibérica.

Nunca he descartado la posibilidad de que los famosos emisarios submarinos puedan jugar algún papel en las proliferaciones de Trichodesmium. Pero sí estoy absolutamente en contra de los mensajes alarmistas que dictaminan tajantemente, sin pruebas de ningún tipo, que esto es culpa de vertidos urbanos cuando en realidad nadie tiene datos in situ todavía.

Manchas de Trichodesmium en Canarias. Esta imagen encabeza un artículo titulado “Doctor en Ciencias del Mar: “Es innegable la relación entre las cianobacterias y las aguas residuales”. Fuente: Canariasenred

Lo fácil es echarle la culpa a los representantes de la sociedad (como si nosotros mismos no tuviésemos parte de responsabilidad como sociedad que somos), y a los emisarios submarinos, de un fenómeno que a simple vista parece mierda flotando en el agua.

Los trabajos científicos son caros, necesitan personal formado, tiempo, reflexión y conocimiento previos para interpretar los resultados y emitir conclusiones. Y estas, antes de ser publicadas, son revisadas y validadas por otros científicos que actúan como revisores o árbitros independientes de los artículos científicos.

Por suerte si algo no escasea en Canarias son científicos marinos de primer nivel y centros de investigación preparados para responder a estas cuestiones. Sólo hace falta disponer del apoyo y financiación necesarios para llevar a buen puerto dichos estudios.

Referencias:

-Benavides M. y col. Dissolved organic matter uptake by Trichodesmium in the Southwest Pacific. Scientific Reports 7:41315 | DOI: 10.1038/srep41315 (2017)
-Darwin C. A naturalist’s voyage round the world (1860). Disponible en: gutenberg.org
-de J. Affe M. y col. Floración de Trichodesmium erythraeum en la región costera tropical de Brasil. Revista de Biología Marina y Oceanografía 51: 175-179 (2016)
-Jyothibabu R. y col. Trichodesmium blooms and warm-core ocean surface features in the Arabian Sea and the Bay of Bengal. Mar. Poll. Bull. 121: 201-215 (2017)
-Martin G.D. y col. Impact of eutrophication on the occurrence of Trichodesmium in the Cochin
backwaters, the largest estuary along the west coast of India. Environ. Monit. Assess. 185: 1237-1253 (2013)
-Mulholland M. y col. Nutrient Controls on Nitrogen Uptake and Metabolism by Natural Populations and Cultures of Trichodesmium (Cyanobacteria). J. Phycol. 37:1001 – 1009 (2002)
-Rahav E & Bar-Zeev E. Sewage outburst triggers Trichodesmium bloom and enhance N2 fixation rates. Scientific Reports 7:4367 | DOI:10.1038/s41598-017-04622-8 (2017)
-Ramos AG y col. Bloom of the marine diazotrophic cyanobacterium Trichodesmium erythraeum in the Northwest African Upwelling. MEPS 301:303-305 (2005)

El mar del ámbar

El libro de H. Jahren (Ed. Paidós, 2016). Fuente: Planetadelibros

El permafrost es una capa de suelo o de roca de profundidad variable donde la temperatura ha estado por debajo de 0ºC ininterrumpidamente durante miles de años (AMS).

Existe en latitudes altas de ambos hemisferios (América del Norte, Eurasia, Antártida y los Andes) y es famoso por las consecuencias de su deshielo a causa del calentamiento global >>aumento de la erosión y deslizamientos del terreno, alteración de ecosistemas y liberación de gases de efecto invernadero (metano y CO2).

En un capítulo de Lab girl (traducido como “La memoria secreta de las hojas“), la investigadora Hope Jahren se descubre cubierta de hojas muestreando el permafrost en Nunavut (Canadá).

Allí sólo crecen líquenes: esas hojas son la prueba de inmensos bosques de coníferas que iban más allá del círculo polar Ártico hace más de 40 millones de años (en el Eoceno y Paleoceno, cuando los mares templados se extendían hasta los polos).

 

A partir del ámbar se han descrito numerosas especies y géneros extintos de vegetales y animales, sobre todo insectos. Fuente: Chiapas virtual

La resina fosilizada de aquellas coníferas es también el principal origen de una piedra semipreciosa: el ámbar. Y los depósitos del Báltico se cuentan entre los mayores del mundo…

En el origen del ámbar Báltico podrían estar, según un estudio reciente, coníferas de la familia Sciadopityaceae, de las que sólo queda una especie considerada “fósil viviente”: el pino sombrilla del Japón (Sciadopitys verticillata, endémica de dicho país).

El mar Báltico es el más joven del planeta. Se originó mucho después de la desaparición de aquellos bosques polares, hace menos de 20.000 años, por efecto de la erosión glaciar y la retirada de los hielos.

Su forma y salinidad actuales son aún más recientes —unos 2000 años— según HELCOM (HELsinki COMmision, el organismo responsable de la protección medioambiental del Báltico). Es un ecosistema único, inmaduro por su juventud y sujeto a una enorme presión humana. 9 países le rodean con 85 millones de personas en su área de influencia.

La reducción en la extensión máxima del hielo en el Báltico, comparando la década de los 60′ y los años 2005-09. Fuente: HELCOM (2017)

El agua del Báltico es salobre, con una salinidad media de 6 (por 35 del océano), debido a su estrecha comunicación con el mar del Norte, además de la baja evaporación y el ingente aporte de agua de los ríos, la lluvia y el deshielo. No en vano, los vikingos le llamaban “el lago del este” o “el mar del este”.

Su profundidad media es de 57 metros. El estrecho de Kattegat es su conexión al océano, con unos 50 km en su parte más estrecha y una profundidad máxima de apenas 151 m (descendiendo rápidamente a 20-40 m). En comparación, el estrecho de Gibraltar en el Mediterráneo sólo tiene 14 km de ancho pero su profundidad máxima alcanza los 900 m.

Parte de la superficie del Báltico se congela durante el invierno pero en esta región los efectos del calentamiento global avanzan a mayor velocidad que en el promedio del planeta.

En los próximos 100 años se espera que las precipitaciones de nieve se reduzcan hasta en un 75% y que la cobertura máxima de hielo disminuya entre 50-80%, con aumentos del nivel del mar especialmente en la zona sur del Báltico.

HELCOM se creó en 1974 en Helsinki, para contrarrestar el deterioro medioambiental del Báltico.

HELCOM publicó en 2010 un informe integral del estado ecológico del Báltico y en 2017 otro sobre el progreso de las medidas para mejorar la salud de sus ecosistemas.

A la vista de ambos informes queda mucho por hacer: el impacto acumulado de las actividades humanas es enorme y solo se libra la parte central de su cuenca norte, el Golfo de Bothnia.

En 2010, la mayoría de las zonas costeras poseían concentraciones de nutrientes y clorofila demasiado elevadas. Esto se llama eutrofización y es uno de los problemas más serios del Báltico, junto a la contaminación por la industria y el tráfico marítimo, la sobrepesca y la degradación del fondo por arrastreros, construcciones y dragados.

La eutrofización afecta a la inmensa mayoría de aguas, tanto abiertas como costeras, debido al nitrógeno, fósforo y materia orgánica que llega desde los terrenos agrícolas, núcleos urbanos y rurales.

La susceptibilidad del Báltico a la eutrofización se debe a que la renovación de sus aguas es muy lenta como consecuencia de su limitada comunicación con el océano.

Estas gráficas son “malas noticias” para las cianobacterias del Báltico. Fuente: HELCOM (2017)

Muchas regiones del Báltico permanecen en un “círculo vicioso” que favorece las proliferaciones algales, a pesar de que los aportes de nutrientes se han reducido bastante desde los años 80′.

Las condiciones de hipoxia y anoxia en el fondo, debidas a la degradación bacteriana de la materia orgánica y la pobre ventilación de las aguas, favorecen la liberación de fósforo desde los sedimentos, alimentando la proliferación de cianobacterias fijadoras de nitrógeno durante el verano.

Dichas cianobacterias no son perjudiciales en sí mismas: cumplen un papel ecológico importante ya que su habilidad para capturar N2 disuelto permite transformarlo en compuestos asimilables para los niveles tróficos superiores.

El problema es que su crecimiento descontrolado en superficie (>200 μg (peso húmedo)/L) y posterior sedimentación estimulan la actividad microbiana en los sedimentos alimentando el “círculo vicioso”. Se calcula que los niveles bajos de oxígeno han dañado y disminuido la fauna bentónica en 1,7 millones de toneladas.

El rectángulo en el sur del Báltico indica la localización del bloom de cianobacterias en la imagen inferior: Fuente: NASA

En el último siglo las condiciones de hipoxia y anoxia se han multiplicado x12 en el Báltico (de 5.000 a 60.000 km2).  Esta situación tiene repercusiones a todos los niveles del ecosistema, ya que empobrece la biodiversidad vegetal y animal favoreciendo el desarrollo de proliferaciones “oportunistas” de cianobacterias filamentosas u otras microalgas.

Aunque su variabilidad interanual es enorme, los blooms masivos de cianobacterias eran un fenómeno esporádico hace un siglo que se ha convertido en habitual durante las últimas décadas.

Bloom de Nodularia en el Báltico (11/VIII/2015). Arriba en el centro hay señalado un barco. Fuente: NASA

Aphanizomenon, Nodularia y Dolichospermum son los principales géneros responsables y aprox. 1/3 de dichas proliferaciones son debidas a una especie tóxica: Nodularia spumigena, sobre todo en las regiones central y sur del Báltico (Aphanizomenon domina en el norte).

Las Nodularinas que produce N. spumigena son compuestos hepatotóxicos y el riesgo sanitario y el desagradable aspecto (espuma, mal olor) que ocasionan sus proliferaciones provocan el cierre cada verano de numerosas playas en el sur del Báltico, concretamente en Polonia.

Pasemos a los dinoflagelados tóxicos…

En 1997 se produjo por primera vez una proliferación de Alexandrium ostenfeldii, que además ocasionó una tremenda bioluminiscencia tal y como observaron los pescadores locales en Åland.

Alexandrium ostenfeldii (teñido con calcoflúor). Autor: René. Fuente: Photomacrophotography.net

En agosto de 2001 una proliferación similar acompañada de bioluminiscencia volvió a suceder en el Golfo de Gdansk (Polonia) y desde entonces las proliferaciones de dicha especie y su bioluminiscencia se registran en el Báltico de modo habitual todos los años.

A. ostenfeldii produce toxinas paralizantes y los experimentos con cultivos demuestran que sus poblaciones en el Báltico están adaptadas a un rango de salinidades de 6-25, distinto al de sus congéneres marinos. De hecho A. ostenfeldii es la única especie de su género en el Báltico y sus proliferaciones las únicas responsables de fenómenos de bioluminiscencia en este mar.

Es más >>> Le Tortorec y col. (2016) confirmaron la presencia del gen luciferasa (lcf) en todos los cultivos de A. ostenfeldii aislados del Báltico y su relación con la producción de bioluminiscencia, planteando la posibilidad de utilizar este bonito fenómeno para detectar la presencia de proliferaciones de A. ostenfeldii !!

Para mejorar la salud del Báltico es importante rehabilitar los hábitats naturales dañados: humedales, poblaciones de macroalgas y fanerógamas, que actúan como filtros naturales del exceso de nutrientes preservando la estabilidad de los ecosistemas del Báltico. Pero esto no es suficiente…

La caza y la pesca han tenido un enorme impacto y modificado sustancialmente el ecosistema original del Báltico. Veamosa lo largo del último siglo dicho ecosistema ha sufrido 3 grandes cambios:

Ecosistema natural del Báltico. Fuente: HELCOM (2010)

El primero de ellos (a comienzos del s.XX), fue el declive de las poblaciones de focas y marsopas por culpa de la caza masiva, lo que provocó como efecto rebote liberar a las poblaciones de bacalao del control de sus predadores naturales.

El segundo cambio vino del incremento de nutrientes y la eutrofización generalizada en el Báltico durante la segunda mitad del s.XX, que aumentó la productividad de sus aguas. A pesar de las consecuencias negativas que discutimos antes, esto disparó las poblaciones de bacalao cuya supervivencia en las fases iniciales del ciclo de vida se vio favorecida por la mayor productividad.

Y por último, el desarrollo de la industria pesquera a gran escala a finales de los 80′, que diezmó al bacalao limitando sus poblaciones a la zona sur del Báltico, y multiplicó a su vez la de una de sus presas: el espadín. Su otra presa favorita, el arenque, ha caído gradualmente desde los años 70′ con una ligera recuperación durante la última década.

Todo ello ilustra los efectos en cascada que tienen los cambios en el ecosistema, que te benefician o perjudican según la posición que ocupes en la cadena trófica. En el caso de la eutrofización, el efecto general ha sido que en las bahías y lagunas costeras las poblaciones de macrófitas han declinado a favor de la dominancia del fitoplancton, incluyendo los blooms mencionados de cianobacterias y proliferaciones ocasionales de macroalgas.

Marsopas del Báltico (Phocoena phocoena). Autor: Solvin Zankl. Fuente: Ascobans

Sin embargo, no todo son malas noticias. Se ha comprobado una recuperación gradual en las poblaciones de mamíferos y aves marinas gracias a que la presión de factores como la caza y la contaminación ha disminuido en las últimas décadas. Asimismo, el esfuerzo pesquero sobre el bacalao se ha reducido a niveles sostenibles acordes al plan de gestión a largo plazo establecido por la UE (Anon. 2007) y se confía en que aumenten los stocks en un futuro próximo.

En cualquier ecosistema los desequilibrios pueden llegar de dos direcciones: los niveles inferiores y superiores de la cadena trófica. Así que la recuperación integral del Báltico que propugnan organizaciones como HELCOM sólo puede conseguirse actuando en ambos niveles. No sólo reduciendo la entrada de nutrientes sino permitiendo que los niveles superiores, focas y marsopas, vuelvan a ocupar la posición que nunca debieron perder…

Referencias:

-Alessandro O. Understanding the spatio-temporal dynamics of demersal fish species in the Baltic Sea. Aqua Introductory Research Essay 2015:1. Department of Aquatic Resources, Swedish University of Agricultural Sciences, Drottningholm Lysekil Öregrund. 29 pp. (2015)
-Anon. Council Regulation (EC) No 1098/2007 of 18 September 2007 establishing a multiannual plan for the cod stocks in the Baltic Sea and the fisheries exploiting those stocks, amending Regulation (EEC) No 2847/93 and repealing Regulation (EC) No 779/97. Official Journal of the European Union, L 248/1, 22.9.2007
-HELCOM. Ecosystem Health of the Baltic Sea 2003–2007: HELCOM Initial Holistic Assessment. Balt. Sea Environ. Proc. No. 122 (2010)
-HELCOM. Measuring progress for the same targets in the Baltic Sea. 48 pp. (2017)
-Le Tortorec A. y col. Diversity of luciferase sequences and bioluminescence production in Baltic Sea Alexandrium ostenfeldii. Eur. J. Phycol. 51:317-327 (2016)
-Wolfe A.P. y col. A new proposal concerning the botanical origin of Baltic amber. Proc. R. Soc. B. 276:3403–3412 (2009)

 

 

El mar es una sopa de virus

¿Qué distingue a un ser vivo de un objeto inanimado?

El análisis de su composición atómica nos sacaría de dudas pero no explica cuándo y por qué surge la vida.

La naturaleza del mundo según el premio Nobel de Física Frank Wilczek (Crítica, 2016).

Los átomos no albergan un soplo de vida. Tampoco las partículas subatómicas, un conjunto diverso y alucinante, terra incognita para biólogos e infinito campo de estudio para físicos como Frank Wilczek.

Aún así, no dejo de imaginar que existe alguna conexión entre la vida y el comportamiento y la energía de todas esas partículas que hemos descubierto en el último siglo gracias a inventos como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.

Resulta intrigante pensar cómo esas partículas y átomos se organizaron en moléculas cada vez más complejas y abundantes, hasta el punto de trascender de una sopa salada para aislarse del medio y organizarse en células primitivas.

Con ellas multiplicaron su crecimiento y la existencia por todo el planeta replicadas en nuevas copias según el manual de instrucciones de sus ácidos nucleicos (al comienzo quizás ARN y luego ADN).

La supervivencia de las primeras formas de vida dependía de los recursos inertes de un planeta desolado. Después se diversificaron y algunas se especializaron en conseguir energía a partir de otros seres vivos e incluso reproducirse gracias a ellos.

Las características que definen a la vida son muchas, pero en todas ellas las células son la unidad básica de los tres reinos de los seres vivos: arqueas, bacterias y eucariotas.

Por debajo del nivel de organización celular están los virus, justo en la frontera entre un ser vivo y un pedrusco. “Partículas subatómicas” de la biología que no llegan a células ergo no están vivos.

Los virus carecen de metabolismo propio: son agentes infecciosos incapaces de crecer o reproducirse fuera de una célula. En fase extracelular (virión) son inertes y constan de ácidos nucleicos (ADN o ARN) y una cubierta de proteínas. Cuando infectan una célula cobran vida a expensas del huésped, condenado a una cuenta atrás en la que fabricará y liberará nuevos virus, a la espera de otro ciclo de infección.

Son extremadamente resistentes y se han llegado a aislar virus viables (Mollivirus sibericum) con 30.000 años de antigüedad en el permafrost siberiano.

Biomasa relativa y abundancia de procariotas, protistas y virus en el océano. Fuente: Suttle y col. (2007)

En el medio marino los virus pueblan por millones cada mililitro de agua (15 veces más que las bacterias y arqueas). Correlacionados con la productividad marina, son más abundantes en los primeros 250 metros, disminuyendo desde la costa hacia el océano abierto.

Los virus representan el 94% de las partículas con ácidos nucleicos y sólo el 5% de la biomasa total por su pequeño tamaño (<0.2 micras). Sin embargo, existe una minoría de virus gigantes que pueden ser visibles al microscopio óptico y superar a las bacterias en tamaño (0.2-1.5 micras) y longitud del genoma (>200 kb).

Emiliania huxleyi y el virus gigante EhV-86. Autor: Michaelson et al (2010). Fuente: Trends in Plant Science

Entre los virus gigantes hay ejemplos que afectan a eucariotas (incluyendo a microalgas como Emiliania huxleyi, Micromonas pusilla, Phaeocystis, Aureococcus y Chlorella) y bacteriófagos (virus que infectan sólo a procariotas: Prochlorococcus marinus).

La mayoría de virus marinos en forma libre se consideran infecciosos, aunque por precaución se les suele denominar “partículas como virus” (VLP en inglés: Virus Like Particles).

Una vez infectan al huésped, los virus pueden desarrollar un ciclo lítico (en el que destruyen al hospedador después de reproducirse) o lisogénico (recombinándose con el ADN del hospedador) donde se mantienen inactivos como prófagos y pueden reproducirse en las células lisogénicas hasta que un cambio ambiental active la fase lítica. Esto resulta muy útil como estrategia de supervivencia y reproducción cuando el hospedador se torna escaso en el medio.

Cuanto más leo sobre los virus más pienso en el mar como una sopa de bacterias y algas infectadas que revientan por doquier, mientras que el resto del plancton se aprovecha de sus restos para crecer…

NOTA CURIOSA: los virus también son estrategas de la r y de la K

Las especies oportunistas (de crecimiento rápido y grandes oscilaciones en su población) se denominan en ecología estrategas de la r, y las especialistas (menor crecimiento y poblaciones en equilibrio), son de la K. En el típico ejemplo de colonización de un nuevo sustrato, los oportunistas (r) se adelantan en los terrenos vírgenes mientras que los especialistas (K) les comen la tostada a medida que madura el ecosistema…

La enfermedad de la coliflor que afecta a peces como este pobre, es producida por virus del género Caulimovirus (CaMV). Fuente: Reefnation

Pues bien, virus y huéspedes coexisten a lo largo de un rango continuo de estrategas r y K. Muchos virus se pueden considerar oportunistas, con tiempos cortos de infección y muy destructivos (líticos). Tal es el caso, aparentemente, de la mayoría de los virus que infectan bacterias, microalgas y protistas en general.

Durante proliferaciones monoespecíficas de Emiliania huxleyi, Phaeocystis globosa o Heterosigma akashiwo se han llegado a identificar altas proporciones de células infectadas en la población.

Ello revela que los virus pueden provocar, en ocasiones, elevadas mortalidades y el colapso de blooms de fitoplancton.

En cambio, a medida que aumenta la complejidad de los huéspedes (invertebrados, peces y mamíferos marinos), los virus estrategas de la K se vuelven dominantes, asociados de forma estrecha y no virulenta a su huésped, con mortandades esporádicas altas.

Se calcula que los virus pueden transformar hasta el 26% del carbono fijado en fotosíntesis en materia orgánica disuelta por la lisis celular del plancton marino. Esto supone un impacto potencial en el clima del planeta a través de la “bomba biológica“: la capacidad del océano profundo para capturar el carbono de la atmósfera gracias a la materia orgánica particulada que sedimenta de la superficie.

Teóricamente el efecto de la actividad viral aumentaría la eficacia de la bomba biológica al 1) retener más nutrientes (materia orgánica disuelta rica en nitrógeno y fósforo) que estimularían la productividad primaria en las capas superiores del océano y 2) aumentar la sedimentación relativa de carbono (materia orgánica particulada: organismos infectados y restos de paredes celulares).

Los virus transportan una mochila genética diversa. El genoma de los virus codifica muchos genes implicados en la producción de la nueva generación de viriones a cargo del huésped, pero también se encuentran genes relacionados con otras funciones (síntesis de vitaminas, respuesta al estrés, motilidad, quimiotaxis, etc), que pueden beneficiar al huésped antes de la lisis celular.

Myovirus P-SSM2 (A, B) y P-SSM4 (C,D), los mismos que afectan a Prochlorococcus. Las barras indican 100 nm. Autor: Sullivan y col. (2005). Fuente: OPENi

En el caso de los fagos que infectan cianobacterias (Synechococcus y Prochlorococcus) se ha descubierto algo excepcional: genes fotosintéticos !! Los daños intracelulares asociados a la infección viral provocan un descenso en la actividad fotosintética del huésped y se piensa que dichos genes servirían para mantener la maquinaria fotosintética del “muerto viviente” el tiempo justo para terminar con éxito el ciclo lítico produciendo nuevos fagos.

Lindell y col. (2004) los secuenciaron y situaron en un árbol filogenético, y descubrieron que los genes fotosintéticos de los fagos de Synechococcus y Prochlorococcus se alineaban con los de sus respectivos huéspedes. Proceden de ellos.

En el caso de Prochlorococcus, los genes del fago se repartían entre distintos grupos genéticos de Prochlorococcus, lo que sugiere intercambios múltiples entre huésped y fago.

Se trata de un hallazgo fascinante…dichos genes fotosintéticos pueden transmitirse entre las poblaciones del huésped dada la existencia de recombinación genética entre los fagos y el ADN del huésped. Su transferencia y adquisición (así como la de otros genes relacionados con múltiples funciones), podrían ser una fuente de riqueza genética, contribuyendo a modelar los nichos ecológicos que ocupan diferentes especies o ecotipos adaptados a distintas condiciones de luz como en el caso de Prochlorococcus.

Referencias:

-Lindell D y col. Transfer of photosynthesis genes to and from Prochlorococcus viruses. PNAS 101:11013-018 (2014)
-Sime-Ngando T. Environmental bacteriophages: viruses of microbes in aquatic ecosystems. Front. Microbiol. 5; doi: 10.3389/fmicb.2014.00355 (2014)
-Sullivan MB y col. Three Prochlorococcus cyanophage genomes: signature features and ecological interpretations. PLoS Biol. 3(5): e144; doi: 10.1371/journal.pbio.0030144 (2005)
-Suttle CA. Marine viruses — major players in the global ecosystem. Nature Rev. Microbiol DOI: 10.1038/nrmicro1750 (2007)
-Wilhelm SW y col. A Student’s Guide to Giant Viruses Infecting Small Eukaryotes: From Acanthamoeba to Zooxanthellae. Viruses 9 (46); doi:10.3390/v903004 (2017)

Matar algas tóxicas (y todo lo demás)

A.K. Geim es la única persona
que ha ganado el Nobel y el Ig Nobel.
Fuente: improbable research

Los premios Ig Nobel se conceden a logros científicos que “primero hacen reír y luego pensar”,
aunque a mí me gustaba más su lema original en los 90′: 
“premiar descubrimientos que no pueden ó no deberían ser reproducidos”.

En el año 2000 el físico ruso Andre Geim ganó un Ig Nobel por hacer levitar (magneticamente) a una rana. Y en el 2001 publicó otro artículo en el que firmaba con su mascota, un hamster!! al que también hizo flotar en el aire…

Divertido, sí. Pero además de buen humor Andre Geim también tiene el premio Nobel (el de verdad) que ganó en 2010 por sus investigaciones con el grafeno…!!

En los Ig Nobel de este año, celebrados el 18 de septiembre en la Universidad de Harvard, me llamó la atención el premio en la categoría de “salud pública” concedido a varios investigadores por intentar comprender si tener un gato puede perjudicar mentalmente a sus dueños.
El tema me toca de cerca….

C.A.T. Sheldon (mi gato) no firma artículos, todavía…

Uno de esos estudios, publicado en la revista de acceso público Plos One, se titula “Describing the Relationship between Cat Bites and Human Depression Using Data from an Electronic Health Record”.

En él seleccionaron a un grupo de personas con depresión y/ó mordiscos:
750 con mordiscos de gatos, 1108 con mordiscos de perros y 117.000 con depresión.

Analizaron estadisticamente los datos y observaron que el 40% de las personas con mordiscos de gatos tenían depresión. Y esto no afecta por igual a ambos sexos: el 85% resultaron ser mujeres.
La conclusión es preocupante: los mordiscos de gatos podrían alertar a los médicos sobre posibles casos de depresión entre sus pacientes, especialmente mujeres. Y terminan así: “while no causative link is known to explain this association, there is growing evidence to suggest that the relationship between cats and human mental illness, such as depression, warrants further investigation”. O sea que quieren seguir investigando por qué es más probable que caigas en un pozo de tristeza si tu gatito te mordisquea a menudo…!!

Corramos un tupido velo y vayámonos con las algas a Holanda porque allí se hizo un estudio que merecería ganar un Ig Nobel. Su título es “Termination of a toxic Alexandrium bloom with hydrogen peroxide” y lo publicaron Burson y col. (2014) en la revista Harmful Algae.

 

Ouwerkerkse Kreek (Holanda). Fuente: Nationaal Park Oosterschelde

La historia comenzó en agosto de 2012 cuando apareció un perrito muerto con grandes cantidades de saxitoxina en su cuerpo (una poderosa neurotoxina que provoca parálisis y en casos graves la muerte). ¿Cómo se intoxicó? no se sabe, pero el animal estaba cerca de un arroyo salobre, Ouwerkerkse Kreek.
Se trata de un área recreativa con terrenos agrícolas, conectada por un canal a un estuario en el que hay grandes extensiones de cultivos de mejillones, ostras y berberechos.

Y en el análisis del agua encontraron entre 1 y 2 millones de células por litro del dinoflagelado tóxico Alexandrium ostenfeldiial que pueden ver en este vídeo…
Saltó la alarma y la zona se cerró al público. Justo entonces cayó una lluvia torrencial que amenazaba con desbordar el arroyo e inundar las zonas agrícolas. Había que tomar medidas, y pronto…
En el mapa está marcada la zona de riesgo por culpa de A. ostenfeldii.
El canal estrecho comunica directamente con el estuario y los cultivos
de marisco. Fuente:duikplaats.net

Tenían que decidir entre susto (desaguar el arroyo abriendo el canal y verter el Alexandrium tóxico a los mejillones), ó muerte (eliminar la proliferación tóxica por lo civil ó lo criminal…!!)

No olvidemos que es un problema que hemos creado nosotros mismos.

La escorrentía de los fertilizantes en los campos cultivados puede provocar eutrofización de las aguas costeras y continentales, que a su vez favorecen las proliferaciones (tóxicas ó no) de algas. Reducir el exceso de nutrientes contribuiría a evitar el crecimiento descontrolado de algas.

Y ésa, tal como reconocen Burson y col., sería la buena solución a medio/largo plazo. 

Pero hacía falta algo rápido. Un ejemplo de este tipo de soluciones “relámpago” es el vertido de arcilla para provocar la sedimentación y muerte de las microalgas, tal como hacen en Corea. Sin embargo, las características de este arroyo cerrado y poco profundo no hacían viable esta opción. La cuestión era si podían echar algo mortífero sin dejar residuos tóxicos en el medio ambiente…¿Y qué pasó al final?

La cianobacteria tóxica Planktothrix agardhii.
Su proliferación en un lago holandés fue eliminada
con agua oxigenada. Fuente: biolib.cz

Que se decantaron por el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada), la misma que se usó en un lago holandés y algunos embalses para eliminar cianobacterias tóxicas. El agua oxigenada se libera de forma natural en las células durante la respiración y la fotosíntesis.
Es en cantidades excesivas cuando sus efectos pueden ser letales por la liberación de radicales hidroxilo (OH) que dañan las membranas celulares, proteínas y ácidos nucleicos. 

Las cianobacterias son más sensibles al peróxido de hidrógeno que las células eucariotas. Esto es una ventaja ya que las concentraciones letales para ellas apenas afectan al plancton eucariota.

Pero los dinoflagelados son eucariotas, así que en este caso hicieron una prueba en el laboratorio para calcular la dosis necesaria y luego comprobaron las consecuencias biológicas en un canal cercano al arroyo.
Una vez convencidos de la bondad del método, se decidieron a “limpiar” el arroyo como si de una herida infectada se tratara, eso sí –con una superficie de 12 hectáreas y 425 millones de litros de agua–

Después de conseguir el permiso de las autoridades, anunciar la operación en todos los medios de comunicación y cerrar la zona, cargaron 15.000 litros de agua oxigenada en camiones cisterna hasta una barcaza en el arroyo. Y desde allí los vertieron y estudiaron los efectos.

El espinoso ó espinocho (Gasterosterus aculeatus).
Un pez muy flojo que no aguanta el agua oxigenada.
Fuente: peatom.info

En 48 horas desapareció el 99.8% de las células de Alexandrium del agua…y con él un 94% del fitoplancton, la práctica totalidad del zooplancton y subieron bastante los valores de nitritos y amonio…hecatombe microscópica.

Respecto a los macroinvertebrados y peces, dicen que los resultados no fueron muy graves: entre los daños colaterales contabilizaron 40 peces espinosos muertos, algunos poliquetos, una anguila, y una cantidad indeterminada de crustáceos maltrechos.
Coste total de la operación: 375.000 euros
¿Fin del problema?…rotundamente no.

Porque el ciclo de vida de Alexandrium ostenfeldii, como el de muchos otros dinoflagelados, incluye a los quistes que se refugian en el sedimento y luego germinarán dando lugar a una nueva población. Y además, ni el arroyo está cerrado al mar ni murieron todas las células que había en el agua…

Ouwerkerkse Kreek. Fuente: ad.nl (1/8/2013)
El cartel dice “evitar el contacto con el agua por su mala calidad”

La mejor prueba de que no funciona es la imagen de la derecha, tomada un año después, con un cartel que avisa otra vez de la mala calidad del agua por culpa de Alexandrium ostenfeldii.

Por tanto la guerra química puede ser efectiva de forma inmediata más no erradica el problema.

Por no decir que es una auténtica cafrada medioambiental, matar moscas a cañonazos

Lo peor es que ahora estas decisiones tan poco ecológicas se pueden intentar justificar porque hay un estudio publicado en una revista científica seria. 

 

Referencias:
-Burson A y col. Termination of a toxic Alexandrium bloom with hydrogen peroxide. Harmful Algae 31:125-135 (2014).
-Matthijs HCP y col. Selective suppression of harmful cyanobacteria in an entire lake with hydrogen peroxide. Water Research 46:1460-1472 (2012).

El jet lag y las cianobacterias

El conejo blanco siempre llegaba tarde…
(Alicia en el País de las Maravillas, 1951)

Los ritmos circadianos son un reloj biológico de las células que influye en nuestra fisiología, conducta, horas de sueño…

Cumplen 3 condiciones:
1) persisten sin estímulos externos.
2) se reajustan en cada ciclo luz/oscuridad.
3) son independientes de la temperatura
(no se frenan con el frío ni aceleran con el calor).

Fuente: University of Utah.
www.learn.genetics.utah.edu

En humanos este ritmo circadiano lo marca el núcleo supraquiasmático (NS), en el hipotálamo del señor azul

El NS se “reinicia” cada día gracias a la información luminosa que le llega desde la retina (no sabemos aún desde qué células). Tras un viaje atravesando varios husos horarios nuestro cuerpo sigue su inercia diaria: quiere dormir pero el NS le dice “eh!, despierta, que vuelve a ser de día!”.
Ésta es la causa del famoso “jet lag” y quizá (sólo quizá) la culpa es de las cianobacterias !!.
Ahora se lo cuento, pero antes…

En “Insomnia” (dirigida por Christopher Nolan, 2002)
el detective (Al Pacino) sufría un trastorno del sueño
que le incapacitaba progresivamente…

El primer gen implicado en el ritmo circadiano en humanos se descubrió en 2001 en una familia norteamericana que sufría el “síndrome de fase adelantada del sueño”: dormir a partir de las 7 de la tarde y despertar a las 2 de la madrugada. El motivo era una variante en un gen (hPer2) al cual se pudo atribuir una función relacionada con el ritmo circadiano.

¿Para qué nos sirve este reloj biológico? Se cree que es beneficioso porque permite anticipar el ajuste de la fisiología del organismo a los cambios ambientales diarios.

Con esos ojillos quien lo diría…
Fuente: zoologik.naukas.com

Los ritmos circadianos se han demostrado en la mayoría de seres vivos, incluso en aquellos que viven bajo tierra y no dependen tanto de la vista, como los topos !!

La alteración de los ritmos circadianos resulta a la larga perjudicial para la salud.

Por ejemplo, las células en la piel se dividen por la noche reduciendo así el riesgo de mutaciones por la radiación UV del Sol…lo contrario sería un mal negocio.

Synechococcus elongatus (PCC7942)
en ella se descubrió el reloj biológico Kai ABC..
http://www.sandia.gov/bioenergy-biodefense/Ruffing.html

Algo parecido sucede en las algas: su ritmo circadiano provoca también que la división celular suceda antes del amanecer reduciendo así el riesgo que plantea la luz UV. Aunque en el laboratorio sí pueden crecer con 24 horas de luz (las fuentes de luz artificial –tubos fluorescentes, LED’s– apenas emiten UV).

Las cianobacterias poseen el reloj interno más simple y antiguo que se conoce: el reloj Kai ABC (“Kai” es “ciclo” en japonés), y “ABC” son los 3 genes que lo forman), según Kondo & Ishiura (2000).

Hasta hace “ná” se pensaba que algo tan complejo como los ritmos circadianos dependían de la expresión de genes “reloj”. Pero los seres vivos somos “la sorpresa continua”

En 2011 se publicó en Nature la existencia de un ritmo circadiano independiente de la transcripción
de ningún gen. Y se descubrió en humanos, concretamente en los glóbulos rojos.

Autora: CDC/Janice Carr.
Fuente: Biology4kids.com

Los glóbulos rojos son células sin núcleo (ó ADN). Si los aislamos y encontramos un ritmo circadiano éste será independiente de la genética.

Tal pensaron (e hicieron) O’Neill & Reddy y observaron un ritmo circadiano en las peroxiredoxinas (unas proteínas antioxidantes que mantienen a raya los niveles de peróxido y protegen del daño celular que éste produce).

En el mismo número de Nature, O’Neill y col. publicaron otro trabajo en el que un alga diminuta (Ostreococcus tauri) mostraba también ése ritmo circadiano en sus peroxiredoxinas, independiente de la genética…

Ostreococcus.
Autores: W. Eikrem y J. Throndsen.
Fuente: http://www.llnl.gov

De todas formas, hay una cierta interacción con la genética y en cepas mutantes de O. tauri se ha conseguido modificar la periodicidad del ciclo en las peroxiredoxinas.

Hay quien relaciona las peroxiredoxinas con el origen de los ritmos circadianos. En concreto con un evento que sucedió hace unos 2.400 millones de años: “La Gran Oxigenación”.

Suena a ciencia ficción de serie “B” pero describe el paso de una atmósfera anaerobia a otra con oxígeno gracias a la fotosíntesis de las cianobacterias marinas.
Esto eliminó muchas formas de vida anteriores pero abrió el camino a los aquí presentes…

Methanopyrus kandleri
Fuente: MicrobeWiki.

Edgar y col (Nature, 2012) proponen que las peroxiredoxinas, (imprescindibles para sobrevivir al estrés oxidativo) fueron cruciales para la evolución de la vida aerobia y el posible origen de los ritmos circadianos que habrían desarrollado en primer lugar las cianobacterias.

Si esto fuera cierto, los seres vivos que no necesiten peroxiredoxinas tampoco tendrán ritmos circadianos.

Pues bien, los microorganismos extremófilos de la clase Methanopyri (Archea) cumplen esta regla: no tienen peroxiredoxinas (son anaerobios, viven a base de metano) ni ritmos circadianos.

Vale…pero esta teoría no explica por qué las cianobacterias 
son las únicas bacterias con ritmos circadianos…

Referencias:

-Edgar RS y col. Peroxiredoxins are conserved markers of circadian rhythms. Nature 485:459-466 (2012).
-Kondo T, Ishiura M. The circadian clock of cyanobacteria. BioEssays 22:10-15. (2000).
-O’Neill JS, Reddy AB. Circadian clocks in human red blood cells. Nature 469:498-504 (2011).
-O’Neill JS y col. Circadian rhythms persist without transcription in a eukaryote. Nature 469:554-558 (2011).

 

Prohibido comer murciélagos

Los Grandes Lagos. Autor: SEAWIFS project, NASA.
Fuente: Wikimedia commons
Los Grandes Lagos están situados en la frontera de Canadá y EEUU.
Sus aguas se comunican por un sistema fluvial que desemboca en la costa este, en Canadá.
El lago Erie es uno de los cinco Grandes Lagos, concretamente el nº4. Sus aguas vierten al río Niágara cuyas famosas cataratas están a medio camino del lago Ontario. Tras el Ontario llegamos al río San Lorenzo, con el estuario más grande del mundo…

 

Pues bien. Entre julio y octubre de 2011 sucedió en el Erie una proliferación masiva de cianobacterias tóxicas: Microcystis aeruginosa. No era la primera vez que proliferaban pero marcaron un récord de abundancia y duración en el tiempo…el triple que en años anteriores (Michalak y col., PNAS 2013).
El “bloom” de Microcystis en el Erie
visto por el satéltite Landsat-5. 9 octubre 2011.
Fuente: Earth Observatory (NASA).

El “caldo de cultivo” para esta proliferación fue la acumulación de nutrientes procedentes de tierras cultivadas y los factores climáticos favorables: invierno con grandes nevadas y fuertes lluvias que arrastraron la contaminación, más un largo y cálido verano de aguas tranquilas.

Es la “eutrofización” artificial: un aporte de nutrientes antropogénicos que “abona” el crecimiento de algas, favorecidas por un entorno restringido como lagos y embalses.
Pero hay más…se cree que los mejillones cebra que invaden también el Erie juegan a favor de Microcystis. Su intensa actividad filtradora contribuye a que las aguas del lago sean más transparentes y se alimentan de fitoplancton, pero evitan filtrar a Microcystis

Michalak y col. concluyen que las circunstancias ambientales del lago Erie agravarán el problema de Microcystis aeruginosa en el futuro, a no ser que alguien tome (costosas) medidas para evitarlo…

Cuál es el problema con Microcystis? que las cianobacterias son la mayor “fábrica” de toxinas en agua dulce, igual que los dinoflagelados en el mar. Microcystis aeruginosa produce microcistinas, unas sustancias hepatotóxicas que pueden causar daños graves en el hígado: son responsables de la muerte de ganado (también de perros nadando…) y fauna silvestre en embalses y ríos contaminados por esta cianobacteria “all over the world”.

Pero existen otros muchos géneros de cianobacterias que producen distintas neurotoxinas y hepatotoxinas: saxitoxinas en Aphanizomenon (igual que algunos dinoflagelados), anatoxinas en Anabaena, y cilindroespermopsinas en Cylindrospermopsis. Algunas de ellas poseen varias clases de toxinas y en el mar tenemos a Nodularia que sintetiza nodularina (hepatotóxica).

A: Anabaena spherica. B: Nodularia spumigena.
C: Aphanizomenon flosaquae. D: Microcystis aeruginosa.
E: Cylindrospermopsis raciborskii. Fuente: A-C, Wikimedia commons,
D-E, http://cianobacterias.tripod.com/imagenes.htm

El problema de las cianobacterias no es solo su posible toxicidad, afectan al ecosistema acuático de muchas maneras: olor pestilente, consumo de oxígeno y aguas anóxicas cuando sedimentan y se pudren, llegando a causar la muerte de peces…

Un ejemplo en Galicia lo tenemos en el embalse das Cunchas, en Ourense, contaminado también por Microcystis aeruginosa.

Y al igual que en el Erie, en 2011 sufrió una proliferación masiva de Microcystis que inutilizó las aguas para cualquier uso.

 

En el caso “das Cunchas”, el motivo es la contaminación por purines de las granjas en el río Limia unida a los calores veraniegos.
Se da la circunstancia especial de que el embalse das Cunchas conserva en sus orillas los restos de un campamento romano “Aqvis Querquennis” además de surgencias termales de uso público. Estas imágenes del embalse y la zona termal pertenecen al año 2010, cuando tuve la suerte de descubrir este lugar…

 

Hoy en día el uso del embalse está prohibido y las surgencias termales están inundadas todo el año. Es una pena: un entorno de gran interés cultural y de recreo que no podemos disfrutar por la contaminación.

La lenta reacción de las autoridades y el coste económico de las medidas ambientales no ayudan a paliar el problema de ésta y otras zonas afectadas por cianobacterias.

Pero existe una Directiva Marco del Agua europea que “deberíamos” cumplir y un dictamen de mayo pasado del tribunal de justicia europeo anuncia que España incumple sus obligaciones en este asunto. En las próximas semanas saldrá una sentencia definitiva de la UE que podría acarrear una grave multa económica si España no pone medios para mejorar la salud ambiental de sus cuencas hidrográficas (El Mundo, 30/5/2013).

Por dar un ejemplo, Francia ha sido condenada en abril de 2013 a pagar 7 millones de euros al departamento bretón de “Côtes d’Armor” por los gastos provocados en la limpieza y tratamiento de toneladas de algas verdes que invaden la costa cada año, por los vertidos descontrolados de fertilizantes agrícolas (http://www.lemonde.fr/planete/article/2013/04/15/algues-vertes-l-etat-condamne-a-payer-7-millions-d-euros-aux-cotes-d-armor_3160231_3244.html).

Y para terminar…una historia curiosa de ésas que nos encantan en este blog.

Cyca circinalis (falsa palma del Sagú)
donde fue aislado el BMAA.
Fuente: Wikimedia commons.
Autor: Tato Grosso.
Bastantes cianobacterias, además de las toxinas que citaba antes, producen un aminoácido neurotóxico (BMAA) cuyo nombre completo les ahorraré. El BMAA fue aislado en 1967 en cicadáceas de la isla de Guam. Las cicadáceas son plantas primitivas parecidas a palmeras, nativas de Asia, Africa y Oceanía. Tienen cianobacterias simbiontes en sus raíces que producen BMAA.
Las cianobacterias son muy beneficiosas para las plantas ya que pueden fijar nitrógeno aportando nutrientes a su huésped…que se lo pregunten a los manglares, por ejemplo.

Pues bien, a finales de los años 90′ el botánico Paul Alan Cox visitó la isla de Guam (en las Marianas, océano Pacífico) buscando sustancias anti-cancerígenas en sus bosques. Allí entró en contacto con la comunidad indígena de los “chamorros”, conocida tiempo atrás por sufrir una enfermedad neurodegenerativa mortal: complejo parkinson-demencia-esclerosis lateral amiotrófica. Tenían la costumbre de comer tortillas de semillas de cicadáceas, pero los chamorros las machacaban y lavaban con agua para eliminar las toxinas…de hecho daban a beber el agua a sus gallinas y si éstas sobrevivían, entonces cocinaban las tortillas.

Pero los chamorros consumían también carne de murciélagos frugívoros y éstos a su vez comen semillas de cicadáceas concentrando enormes cantidades de BMAA en su cuerpo. Los murciélagos se comen cocidos en crema de coco, con cabeza y alas…!!

Pteropus mariannus, conocido
como “zorro volador”, uno de los
murciélagos que cocinaban
los chamorros…

El equipo de Paul A. Cox sugirió que el BMAA era la causa de la grave enfermedad de los chamorros, pero no fue hasta 2002 cuando una colega suya, Sandra Banak de la California State University, le llamó (a las 2 de la madrugada !!) para confirmarle que la carne de los murciélagos de Guam contenía 10.000 veces más BMAA que las cianobacterias, 3 veces más que las cicadáceas…un ejemplo de biomagnificación de toxinas en la cadena trófica, causa de la grave enfermedad entre los indígenas.

Esta historia que parece exótica y anecdótica, ha alimentado la investigación sobre BMAA en la última década con resultados sorprendentes y a la vez inquietantes. No me extenderé más y les remito si están interesados al documento “The emerging Science of BMAA” (2012), disponible en la web.

Pero volviendo a los lagos de norteamérica, un estudio epidemiológico en New Hampshire (EEUU) reveló que la población alrededor del lago Mascoma (donde abundan las proliferaciones de cianobacterias) tenía un riesgo 25 veces mayor a la media de sufrir esclerosis lateral amiotrófica…

P.A. Cox y sus colaboradores no bromean al respecto “we encourage water managers to take a closer look to cyanobacterial blooms“…pues que así sea…!!

 

Referencias:

-De Hoyos Alonso C. y col. Problemas de las cianobacterias en aguas de recreo y aguas de consumo. Ingeniería Civil 151: 63-69 (2008)
-Holtcamp W. The emerging science of BMAA. Environmental Health Perspectives 120, 3: 110-116 (2012). http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3295368/pdf/ehp.120-a110.pdf
-Michalak AM y col. Record setting algal bloom in lake Erie caused by agricultural and meteorological trends consistent with expected future conditions. PNAS doi 10/10.703/pnas.1216006110 (2013).

La salamandra de Carolina del Sur

Synechococcus elongatus Danio rerio (pez cebra)
Esta entrada es un pelín larga pero incluye una pausa café. Porque este blog no repara en gastos !!

Al grano: el tema de hoy surge a partir de un extraño trabajo publicado en Plos One en 2011.

Se titula “Towards a synthetic chloroplast” y trata de lo siguiente: introducir cianobacterias de agua dulce (Synechococcus elongatus) en células animales, concretamente embriones de pez cebra y células de mamíferos. Y ver luego qué pasa…

Pero antes tenemos que hablar sobre endosimbiosis y salamandras…

Las algas eucariotas proceden de una célula heterótrofa convertida en “máquina fotosintética” gracias a la endosimbiosis de una cianobacteria (los actuales cloroplastos). Nuestras células animales obtienen energía de las mitocondrias endosimbiontes (de origen bacteriano). Los cloroplastos en células animales son ciencia-ficción, de momento…

O mejor dicho: un asunto de bioingeniería.

Sabemos que existen algas simbiontes en animales invertebrados…lo hemos visto en anémonas, corales, moluscos, etc. Pero en el caso de los seres vertebrados parece imposible y la razón parece estar en su sistema inmune.

 

Linfocito humano. Una célula que
interviene en el sistema inmune adquirido.
Fuente: Wikimedia commons.

Los invertebrados solo tienen sistema inmune innato. Mientras, los vertebrados tenemos un sistema inmunológico complejo con defensas innatas y adquiridas.

El sistema inmune innato es más primitivo, su reacción es general y la intensidad de su respuesta es siempre la misma.

La inmunidad adquirida produce una reacción específica para cada agente patógeno. Aumenta de intensidad tras cada exposición porque tiene “memoria” y esto le permite ser más eficaz a la hora de reconocer y destruir células ajenas ó extrañas a nuestro cuerpo.

Así que es difícil que esta doble defensa “abra la puerta” a ningún alga. Pero como en todo, hay clases. Existen vertebrados con un sistema inmune “más torpe”. Hablemos un poco de los anfibios…

La rana Xenopus laevis y un tritón de California.
Fuente: Wikimedia commons.

Las salamandras y tritones son anfibios urodelos: sus adultos tienen cola. Las ranas y sapos son anfibios anuros, o sea, los adultos no tienen cola.

Los urodelos adultos son capaces de regenerar sus patas y cola perdidas. Los anuros solamente pueden regenerarlas hasta la metamorfosis de renacuajo a adulto…

El sistema inmune adquirido parece jugar un papel importante en la regeneración.
Las ranas adultas desarrollan un sistema inmune más eficaz después de la metamorfosis y esto coincide con la pérdida de su capacidad de regeneración…

Los linfocitos emigran masivamente del tejido dañado antes de comenzar la regeneración de una extremidad. Este mecanismo de “inmunosupresión” evita el rechazo de los nuevos tejidos. Si cortamos la pata a una rana desde renacuajo a adulto vemos que con el paso del tiempo es incapaz de regenerarla completamente…pobre bicho, qué tortura !!

Pero el sistema inmune de las salamandras adultas es menos eficaz y mantienen la capacidad de regenerar sus extremidades amputadas.

Pausa café…?

 

Humm… seguimos
Ambystoma maculatum.
Fuente: Wikimedia commons
La salamandra moteada (Ambystoma maculatum) tiene el honor de ser el anfibio “oficial” del estado de Carolina del Sur. Yes: en EEUU cada estado tiene su propio anfibio. No le demos más vueltas al motivo porque lo desconozco. Quien lo sepa que me lo diga. Supongo que estarán protegidas…

Esta salamandra vive en las zonas orientales de Norteamérica y entre sus dominios está el territorio de Carolina del Sur.Suelen vivir bajo tierra excepto en primavera, cuando se aparean y depositan sus huevos en charcas estacionales.

Esta salamandra tiene la clave de la entrada de hoy: sus huevos parecen verdes porque están cubiertos de clorofíceas (Oophila amblystomatis).

Hasta hace poco se pensaba que era una curiosa forma de ectosimbiosis. Las algas favorecen el desarrollo de los huevos gracias a la producción de oxígeno en la fotosíntesis, y éstas a su vez podrían aprovechar el nitrógeno liberado por los embriones.Pero en un trabajo reciente (Kerney y col. 2011 en PNAS) han descubierto que esta asociación podría ser el primer caso de endosimbiosis entre un alga y un vertebrado.
A y B: embriones de Ambystoma maculatum.
C: en rojo la autofluorescencia de Synechococcus elongatus.
D: células de Synechococcus en el cráneo de la salamandra.
Fuente: Kerney y col (2011)
http://www.pnas.org/content/early/2011/03/29/1018259108

Las algas están físicamente dentro del embrión, se extienden a diferentes tejidos a lo largo del desarrollo y en estado adulto siguen vivas dentro de la salamandra, sin luz. Los embriones no tienen sistema inmune y en las salamandras adultas es “ineficaz” en comparación a otros anfibios. Esto podría explicar su tolerancia hacia las algas simbiontes…

La mayoría de estas clorofíceas están en contacto directo con el citoplasma de las células de la salamandra. Otras recuerdan a quistes, también intracelulares. La naturaleza exacta de esta sorprendente relación y la posibilidad de que las salamandras transmitan las algas a su descendencia se desconoce.

 

Embriones de pez cebra (A,B) con Synechococcus
(fluorescencia roja) y lo mismo sucede en macrófagos
de ratón (D). Fuente: Agapakis y col. (2011)
http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0018877

Y con esto volvemos al trabajo “Towards a synthetic chloroplast” de Agapakis y col. (2011). ¿Recuerdan?

Inyectaron Synechococcus en embriones de peces cebra para recrear lo que ocurre en la salamandra moteada. Y los embriones de pez cebra no sufrieron daños aparentes a pesar de convivir con Synechococcus. No sabemos lo que sucede en los peces adultos porque el experimento duró 12 días…

Luego modificaron genéticamente Synechococcus con invasina y listeriolisina para conferirle dos “superpoderes“: capacidad invasiva y resistencia a los lisosomas (estómagos celulares).

Gracias a esas alteraciones, Synechococcus pudo invadir células animales y macrófagos (celulas del sistema inmunitario) e incluso dividirse dentro de ellas. ¿Cómo se han quedado…? yo al menos de piedra !!

Conclusión: en un futuro quizá podamos diseñar endosimbiosis “a la carta” entre algas y animales superiores. ¿Con qué objetivos y condiciones?…espero asistir al debate algún día.

Referencias:

-Agapakis CM. Towards a synthetic chloroplast. Plos One 6:e18887 (2011).
-Costa M. Estudio de la respuesta inmune y expresión génica del mejillón mediterráneo, Mytilus galloprovincialis. Tesis doctoral. U. Vigo, 294 pp (2008).
-Kerney y col. Intracellular invasion of green algae in a salamander host. PNAS 108:6497-6502 (2011).
-Mescher AL & Neff AW. Limb regeneration in amphibians: immunological considerations. Sci. World J. 6:1-11 (2006).

 

El misterio de la clorofila d

El grupo “hemo” de la hemoglobina
y el mismo macrociclo en las clorofilas.

Los pigmentos fotosintéticos absorben la luz que sirve como fuente de energía en la fotosíntesis.

Y entre esos pigmentos las clorofilas tienen una importancia especial.

Curiosamente, el anillo central de las clorofilas es igual al “grupo hemo” en la hemoglobina de la sangre: solo se diferencian en el átomo de hierro que produce que la sangre sea roja, mientras que las clorofilas tienen en su lugar magnesio.

Dos químicos franceses, Joseph Pelletier y Joseph Caventou, aislaron por primera vez la clorofila en 1817. En realidad, la sustancia verde que obtuvieron de las hojas en alguna planta (que no he podido averiguar…) era la mezcla de dos clorofilas, a y b. Fue un poco de rebote, ya que buscaban sustancias con aplicaciones en medicina…

R. Wilstätter (1872-1942)

Pero no fue hasta 1912 cuando el alemán R. Wilstätter y col. determinaron la estructura de la clorofila a. Y dicho sea de paso, esto les valió el premio Nobel de química en 1915.

La clorofila a es la molécula “colector central” de toda la energía luminosa que absorben las plantas. También se pensaba que era el caso de las microalgas, pero veremos que ellas son raritas y hay excepciones…!!

De momento viajamos a 1942, cuando se descubrieron las clorofilas c en diatomeas y algas pardas, con el nombre “supercalifragilístico” de clorofucina.

Así que tenemos por orden de descubrimiento las clorofilas a, b, c….y en 1943, los mismos de las chls c (Manning y Strain) “gritaron a los cuatro vientos” el descubrimiento de una nueva clorofila en algas rojas…Elemental querido Watson: la llamaron clorofila d.

Pero esta chl d era muy rara: absorbía la luz de forma diferente, más cerca del infrarrojo que de la luz visible, como las clorofilas de las bacterias (bacterioclorofilas)…ahí estaba la pista, pero nadie se dio cuenta hasta mucho después…

Y después de 1943 no se volvió a encontrar en alga roja ni en ser vivo alguno. Así que la recién nacida chl d cayó un poco en el olvido por no decir algo peor: se pensó que era un artefacto, un producto de degradación al extraer los pigmentos…

La ascidia Lissoclinum patella.
Disponible en la web EOL (Encyclopedia of life)
Autor: Arjan Gittenberg
http://eol.org/pages/513060/overview

Tuvieron que pasar más de 50 años para saber si la chl d era verdad ó “ficción”, y la respuesta llegó en 1996 en un trabajo publicado en Nature (Miyashita y col.).

En él reaparecía la clorofila d, pero esta vez en la cianobacteria Acaryochloris marina, que vivía en simbiosis en arrecifes de coral del archipiélago Palaos (Pacífico tropical)…en concreto dentro de la especie de ascidia de la imagen anterior…
Anfehltiopsis flabelliformis

Y en 2004, esta vez en Science, Murakami y col. (japoneses otra vez) desvelaban el misterio de cómo se había encontrado en 1943 clorofila d en un alga roja. Muy fácil: Acaryochloris vive también epifita, es decir, de forma libre sobre otros organismos, casualmente algas rojas: Anfehltiopsis flabelliformis.

Y fue así como la clorofila d recuperó su lugar entre las demás clorofilas. Su especialidad: absorber luz cerca del infrarrojo, una adaptación al hábitat de luz que tiene Acaryochloris, con poca luz visible…
Acaryochloris marina MBIC11017,
la misma cepa que aislaron
Miyashita y col. en 1996
http://bacmap.wishartlab.com/organisms/595

Para terminar, aprovechando que Acaryochloris se puede cultivar, se confirmó que la clorofila d sustituye en esta cianobacteria a la clorofila a como “colector central” de la energía luminosa. Es el primer caso conocido en algas de vida libre, si ignoramos a cianobacterias como Prochlorococcus, que tienen DV clorofila a, una variante de la clorofila a

“De casta le viene al galgo”…las cianobacterias son únicas…se nota que “inventaron” la fotosíntesis !!!



Referencias:

-Larkum AWD y Kühl M. Chl d: the puzzle resolved. Trends in Plant Science 10:355-357 (2005).
-Miyashita, H y col. Chlorophyll d as a major pigment. Nature 383:402 (1996).
-Murakami, A y col. Chlorophyll d in an epiphytic cyanobacterium of red algae. Science 303: 1633 (2004).