Feliz Navidad Mr. Lawrence

4171087582_2e375e7d42_o.jpgPsycho!!!!!!«Every so often someone manages to remove another stone from the wall through which we all want to see, and the crowds tend to flock around the new peep hole». [A veces alguien quita una piedra del muro por el cual todos ansiamos mirar y nos abalanzamos sobre el nuevo agujero].

Estas fueron las palabras de Bessel Kok hacia Lawrence Blinks y Robert Emerson por sus descubrimientos sobre la fotosíntesis. Las pronunció en Warrenton (VA, EEUU) durante un congreso, en 1963.

Me centraré en Blinks, quien dedicó una larga y brillante carrera al estudio fisiológico de las algas, en particular la fotosíntesis. Con él aprendimos que la fotosíntesis no es ciega a los colores y todo ello gracias al «Efecto Blinks». Pero si queremos entender qué es el «Efecto Blinks» (nada que ver con un desodorante) antes hay que explicar un par de cosillas sobre la fotosíntesis…

Blinks

Lawrence Blinks (1900-1989), fue miembro de la National Academy of Sciences y director de la Stanford’s Hopkins Marine Station durante 21 años. Fuente: Thorhaug & Berlyn (2009).

Gracias a ella los vegetales aprovechan la energía solar para fabricar sustancias orgánicas, base de la vida en nuestro planeta. Entender en qué consiste la fotosíntesis puede provocar un mes de jaqueca, pero lo intentaré resumir de forma sencilla y harto divertida.

La fotosíntesis permite sintetizar compuestos orgánicos (azúcares) a partir de moléculas simples: consume CO2 + agua y libera oxígeno.

La «fotosíntesis artificial» no está conseguida a escala industrial, aunque desarrollar la tecnología necesaria en este sentido supondrá (estoy seguro) acceder a una fuente de energía renovable en forma de hidrógeno o metanol.

Ian McEwan usó la fotosíntesis artificial como telón de fondo para los enredos del protagonista de su novela «Solar», el físico Michael Beard, un desastre con patas que dirige un instituto de energías renovables.

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Solar (2010)

A lo que íbamos. La fotosíntesis: piensen en una bici «mágica» que se mueve gracias a la luz. Los «pedales» serían las antenas fotosintéticas, las «ruedas» los fotosistemas I y II y la «cadena de transmisión» la cadena de transporte de electrones.

Las antenas fotosintéticas son pigmentos+proteínas que capturan fotones de luz visible para cada fotosistema. Los fotones que capta la antena del fotosistema II viajan a un centro de reacción (en última instancia una molécula de clorofila a) que posee 4 iones Manganeso a los que consiguen arrancar hasta 4 electrones. Éstos pasan a su vez a la cadena de transporte de electrones que transmite la excitación al fotosistema I.

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Las partes del cloroplasto. Autor: Ollin. Fuente: Wikimedia commons.

Los electrones perdidos por los iones Manganeso se recuperan mediante la oxidación del agua, que libera oxígeno e hidrógeno. Oxidarse es perder electrones, no lo olviden nunca queridos(as)…

Así que el fotosistema II es responsable del oxígeno que produce la fotosíntesis. Mientras, el hidrógeno del agua se acumula dentro de unas estructuras en forma de saco, los tilacoides, y acidifica su medio interno (lumen).

El gradiente de hidrógeno (diferencia de pH) respecto al medio externo de los tilacoides (estroma) es la fuerza motriz que genera energía para fabricar ATP, mientras que los electrones que llegan al fotosistema I permiten sintetizar NADPH. Ambas moléculas concentran la energía química que se emplea en la mal llamada «fase oscura» de la fotosíntesis (ésa que sólo ocurre durante el día!!) donde se producen moléculas simples como el gliceraldehído-3-fosfato durante el ciclo de Calvin, inicio de la síntesis de azúcares como la glucosa y demás moléculas orgánicas en los vegetales.

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Autor: Fuente: Wikimedia commons.

Todo esto les causará chispazos (de placer o dolor) en su memoria de estudiantes. Si prefieren ver un vídeo, aprovechando que estamos en internet, les recomiendo este enlace (en inglés, of course). Pero por favor vuelvan otra vez que aún queda lo mejor.

Nuestro hombre de hoy, Lawrence Blinks, es y será recordado principalmente por dos asuntos: el electrodo de oxígeno «Haxo-Blinks» y sí !! tachán-chaaaaán!!!!: el «Efecto Blinks».

Pero antes de continuar, unos minutos musicales dedicados a Mr. Lawrence Blinks, y qué mejor que esto…

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Porphyra nereocystis. El alga roja que estudiaron Haxo & Blinks en un famoso trabajo de 1950. Fuente: Introduction to Rhodophyta.

A Blinks le interesaban especialmente las algas rojas porque planteaban un desafío especial. Poseen ficoeritrina, un pigmento que refleja la luz roja y es responsable del color típico de esas algas.

Absorbe luz a longitudes de onda intermedias (color verde) donde otros pigmentos (clorofilas y carotenoides) son muy torpes.

Cuando comenzó su trabajo nadie sabía si la ficoeritrina era activa en la fotosíntesis, todo el protagonismo era para las clorofilas. Y Mr. Lawrence tenía muchas algas rojas cerca de su laboratorio en Pacific Grove (California).

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Clorofilas y carotenoides absorben en longitudes de onda bajas o altas, mientras que la ficoeritrina y ficocianina aprovechan las intermedias. Fuente: Wageningenur.

En los años 30′ todo era casero y éste fue otro mérito añadido de científicos como Blinks: ellos mismos desarrollaban los instrumentos que necesitaban (o perfeccionaban diseños anteriores) para realizar las ideas y experimentos que bullían en su cabeza.

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Diagrama del electrodo de platino para medir producción de oxígeno de Haxo & Blinks. Fuente: Fig. 1, Haxo & Blinks (1950).

El electrodo de oxígeno de «Haxo-Blinks» (Blinks & Skow, 1938; Haxo & Blinks 1950) era una técnica sensible y precisa para determinar la tasa de fotosíntesis tanto en algas como suspensiones de cloroplastos, a partir de la producción de oxígeno.

Con él, Blinks y sus colaboradores se lanzaron a estudiar algas verdes, pardas y rojas, a las que iluminaban con luces de todos los colores para comprobar cómo absorbían la luz (espectros de absorción) y cuantificar la fotosíntesis (espectros de acción).

Para ello emplearon otro ingenioso diseño: un monocromador que emitía haces de luz de sólo 10 nm de ancho de banda, que iban moviendo desde 400 a 700 nm para cubrir el espectro de luz visible. Realizar un espectro completo les llevaba de 3 a 6 horas, pero los resultados finales fueron sorprendentes y revolucionarios.

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Espectros de absorción y acción de Ulva y Porphyra. Fuente: Haxo & Blinks (1950).

Así que en 1946 Blinks se encerró a trabajar junto a un joven estudiante (Francis Haxo), en un laboratorio oscuro de Pacific Grove del que [«apenas salían para escuchar a las focas en la costa y oler las sardinas de las fábricas de conservas de Cannery Row»; (Haxo, 2008)].

Cuando Blinks publicó los resultados de aquel trabajo en un congreso en Chicago (1949), la prensa publicó titulares como «California Scientists Challenge Role Of Chlorophyll» [Científicos de California desafían el papel de la clorofila].

No sólo habían descubierto que la ficoeritrina sí era activa en la fotosíntesis, sino que aparentemente la mitad de la clorofila no lo era. En la gráfica superior está el alga verde Ulva. El espectro de absorción (puntos blancos) y de acción (negros) son parecidos. Significa que todo lo que absorbe activa a su vez la producción de oxígeno en fotosíntesis. Debajo está el alga roja Porphyra: los puntos negros sólo se acercan al espectro de acción en la parte media del espectro, donde absorbe la ficoeritrina. En los extremos, donde absorben las clorofilas, la producción de oxígeno es muy baja.

La explicación es que la antena fotosintética principal de las algas rojas son los ficobilisomas, con pigmentos como la ficoeritrina. Los ficobilisomas solo se encuentran en las cianobacterias y en algunos eucariotas: algas rojas y glaucofíceas. Y a diferencia de éstas, las algas pardas y verdes no poseen ficobilisomas por lo que sus espectros de absorción y acción no tienen nada que ver. Volviendo al símil de la bici: los «pedales» de las algas rojas captan luz mediante la ficoeritrina mientras que en las demás son las clorofilas y carotenoides.

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Fuente: lookfordiagnosis.com

El «efecto Blinks». Mr. Lawrence siguió tirando del hilo y descubrió otro curioso fenómeno en Porphyra: si iluminaba con luz roja (675 nm) y luego verde (560 nm) se producía un incremento en la fotosíntesis mientras que si lo hacía al revés (del verde al rojo) la producción de oxígeno disminuía. Lo explicó por cambios en la respiración. Las algas también respiran, son eucariotas y tienen mitocondrias como nosotros, pero ésa no era la razón…

En realidad, el «efecto Blinks» fue la primera evidencia de que existían dos reacciones (fotosistemas I y II) en la fotosíntesis.

Él no lo podía saber, pero los ficobilisomas son la antena del fotosistema II. La ficoeritrina absorbe luz verde pero no roja: activa el fotosistema II, que produce oxígeno y transfiere electrones al fotosistema I. Sin embargo, el efecto de la luz roja es otro porque sólo la absorben las clorofilas: la luz roja activa las reacciones del fotosistema I que no producen oxígeno, sólo poder reductor.

El «efecto Blinks» sirvió de inspiración para que Robert Emerson demostrase en 1957 la existencia de 2 reacciones fotosintéticas en el alga verde Chlorella con el «efecto Emerson», lo cual llevó a caracterizar finalmente los fotosistemas I y II. Pero ésa es otra historia y por hoy ya es suficiente…

Desde aquí les deseo a todas y todos Feliz Navidad !!

Referencias:

-Haxo FT & Blinks LR. Photosynthetic action spectra of marine algae. J. Gen. Physiol. 33:389-422 (1950).
-Thorhaug A & Berlyn G. A tribute to Lawrence Rogers Blinks (1900-1989): light and algae. Photosynth. Res. 100:129-141 (2009).

La lluvia roja en la India no es como la de España

– Parte I: en la India –

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Vista de Changanasserry (Kerala, India). Autor: Rajesh Unuppally. Fuente: Wikimedia Commons.

25 de junio de 2001, 8:30 de la mañana. Llueve sobre la ciudad de Changanasserry y debido a cortes en el suministro de agua mucha gente coloca envases y recoge la lluvia. Pero, Oh Sorpresa!, el agua es roja.

No es un cuento de Navidad, Nature lo anunció el 16 de agosto de 2001 con este titular: «Red rain leaves Indian scientists battling demons». Lo de «demons» venía a cuento de la creencia popular de que la región estaba bajo el influjo del diablo, por sucesos como el secado de 150 pozos a pesar de hallarse en época del monzón.

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Las culpables de la lluvia roja en Kerala, vistas a 100X. Su diámetro máximo era de 10 micras. Fuente: Louis & Kumar (2006).

Dos científicos del CESS (Center for Earth Science Studies) «desafiaron al diablo» y se desplazaron inmediatamente para conseguir muestras. Al día siguiente, el agua era transparente y las partículas responsables del color rojo habían sedimentado. Parecía material biológico, como esporas de algas u hongos. Se estima que en la región cayeron al menos 50 toneladas de las misteriosas partículas.

Les añadieron medio de cultivo, germinaron e identificaron al responsable de la lluvia roja: Trentepohlia, un alga verde que vive libre o simbionte de hongos en líquenes. De hecho, la mayoría de árboles, rocas e incluso postes de madera en la zona están cubiertos por líquenes en los que se ha encontrado a Trentepohlia.

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Trentepohlia umbrina. Autor: F. Sarzik. Fuente: Biolib.cz

Así que concluyeron que las esporas procedían posiblemente de la región. Y no era la primera vez: 50-100 años atrás ya hubo noticias sobre lluvia roja en la prensa local. Hasta aquí casi todo el relato publicado por Kumar y col. (2002) en Earth & Space Science News.

Pero luego añaden: varios testigos sintieron un estruendo fortísimo a las 5:30 de la mañana y un intenso flash de luz en la región de la lluvia roja. Todo coincide con la descripción de un meteorito y ahora viene lo rarito…

 

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Un meteorito sobrevolando Santa Fe, al norte de Buenos Aires (Argentina), 18 de febrero de 2014. Fuente: Informador.mx

¿Por qué habiendo una explicación tan razonable en 2002 se publicó en 2006 un artículo titulado «The Red Rain phenomenon and its possible extraterrestrial origin»?

Lo resumiré a continuación y conste que todo procede de artículos científicos en revistas serias…!!

Louis & Kumar (2006; otro Kumar distinto al de 2002), coincidieron en que el aspecto de las partículas rojas era el de células vivas y no el de polvo rojizo arrastrado por una tormenta del desierto.

Pero al estudiar las partículas e intentar teñir su material genético con bromuro de etidio llegaron a la conclusión de que no poseían ácidos nucleicos (ADN o ARN). Su hipótesis fue que podríamos estar ante el primer caso documentado de panspermia: células extraterrestres caídas en forma de lluvia roja a partir de los fragmentos de un meteorito. Me llama la atención que no sólo los autores, sino también los revisores, ignoraron los resultados anteriores sobre Trentepohlia.

Hubo que esperar 7 años más, hasta Gangappa y Hogg (2013), para que la ciencia ofreciera una explicación al misterio de las células sin ADN. En realidad todo se trataba de un problema metodológico: el pigmento rojo concentrado en las células (posiblemente un carotenoide fotoprotector) interfería en la tinción de ácidos nucleicos. Al extraerlo con dimetilsulfóxido (DMSO) consiguieron observar la señal fluorescente del ADN (usando DAPI).

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Trentepohlia annulata sobre la corteza de un árbol del caucho. A-C son de la India, D-E de la R. Checa. Fuente: Bast y col. (2015).

Pero aún faltaba utilizar el ADN para confirmar la identidad del organismo y esto lo acaban de publicar Bast y col. (2015), llegando a la misma conclusión que hace 13 años: la lluvia roja de Kerala la provocó Trentepohlia. Pero lo fascinante es que la identificaron como T. annulata, una especie que no está descrita en la India pero sí en Europa. Su coincidencia genética con una cepa de la República Checa les llevó a proponer que la lluvia roja no tiene un origen local sino que las esporas fueron transportadas a lo largo de unos 7.000 km por vía aérea.

Me parece un pelín cogido por los pelos, primero porque sí hay Trentepohlia en India y segundo porque un muestreo sistemático podría descubrir T. annulata en Kerala. Los autores destacan que el marcador genético que usaron (ITS) es variable entre organismos alejados geográficamente, pero en esto no hay verdades absolutas (baste recordar la última entrada).

-Parte II: en España-

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Agua de lluvia en Fuente Encalada (Zamora). Autor: Joaquín Pérez. Fuente: SINC.

En 2014 también cayeron lluvias rojas en Fuente Encalada (Zamora), tal como describe la web SINC en este enlace. Esta vez nadie le echó la culpa al diablo y tampoco pasó ningún meteorito por el lugar. SINC comenta que un vecino de otra localidad cercana (Joaquín Pérez, de Ayoó de Vidriales) recogió por curiosidad muestras de lluvia durante otoño e invierno y las envió a la Universidad de Salamanca.

Los resultados del trabajo los acaban de publicar Fernández-Lozano y col. (2015) identificando en esta ocasión al alga verde Haematococcus pluvialis. Esta especie tiene un gran interés comercial y se cultiva a escala masiva porque acumula enormes cantidades del carotenoide astaxantina en condiciones de estrés como limitación por nutrientes. Este compuesto es responsable del color rojo de Haematococcus y tiene propiedades beneficiosas para la salud (como antioxidante, antiinflamatorio, para el sistema cardiovascular, etc). Por algo se le conoce también como el «oro rojo».

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Haematococcus pluvialis (100x). Autor: Eckhard Völcker. Fuente: Flickr.

En las muestras de lluvia la mayoría de células eran aplanosporas (esporas sin flagelos) aunque también encontraron células vegetativas flageladas. Haematococcus es un organismo de agua dulce y no se había descrito en la zona (no se ha encontrado, por ejemplo, en el lago de Sanabria), aunque sí en otras regiones de la península ibérica como Asturias o el norte de Portugal.

El origen de la lluvia roja de Haematococcus es un misterio, aunque los datos de vientos dominantes (de componente suroeste/noroeste durante el período de estudio) hacen suponer que las algas procedían de la fachada atlántica de la península.

Podemos echarle la culpa de estos fenómenos al cambio climático o a lo que ustedes quieran. Pero a pesar de que no se había demostrado en algas, la dispersión aérea es un fenómeno natural bien conocido en bacterias, hongos y otros seres microscópicos, por el cual éstos se dispersan de forma global. Solamente hace falta que posean una forma en el ciclo de vida capaz de resistir condiciones extremas…

Referencias:

-Bast F. y col. European Species of Subaerial Green Alga Trentepohlia annulata (Trentepohliales, Ulvophyceae) Caused Blood Rain in Kerala, India. J Phylogen. Evolution Biol. 3:1 (2015).
-Fernández-Lozano J. y col. Presencia de Haematococcus pluvialis (Flotow, 1844) en la provincia de Zamora (Haematococcaceae). Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. Sec. Biol. 109:103-109 (2015).
-Gangappa R & Hogg SI. DNA unmasked in the red rain cells of Kerala. Microbiol. 159:107-111 (2013).
-Kumar VS y col. Colored rain falls in Kerala, India. EOS 83, nº31 (2002).
-Louis G & Kumar AS. The red rain phenomenon of Kerala and its possible extraterrestrial origin. Astrophys. Space Sci. 302:175-187 (2006).
-Nature. News in Brief. 412:670-671 (2001).

Un Alien bueno

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El 8º pasajero de la Nostromo y pesadilla de la teniente Ripley. «Alien» (Ridley Scott, 1979).

«Alien» es un clásico de la ciencia-ficción. Su mérito: dar vida a una de las criaturas más reconocibles y terroríficas del cine en una ambientación que nos mantiene en vilo todo el metraje. Además tenía otro detalle inusual en la época: una protagonista y heroína de acción (Sigourney Weaver) que dejaba a un lado la delicadeza para enfrentarse al bicho.

Su creador (H.R. Giger), diseñó el GIGER Bar en Chur (Suiza) para rodear a sus clientes con el inquietante universo de la saga. Parece broma, pero hay otro Museo HR GIGER Bar en Gruyères.

El ciclo de vida de un Alien empieza con la reina que pone huevos. De ellos surgen criaturas horrendas (mezcla de escorpión y trilobite), que abrazan la cara de su víctima y antes de morir le inoculan una fase larvaria sin efectos secundarios, aunque por poco tiempo.

Al final el Alien rompe el pecho del huésped con su boquita «serrucho-babeante-extensible» y un instinto asesino abierto 24 horas. Es un cazador perfecto y a su lado somos presas fáciles, blanditas y vulnerables.

Pues sepan que en el mar también existen Aliens con ciclos de vida igual de mortíferos. Pero a éstos les pondremos la etiqueta de buenos porque sus presas no son humanas sino microalgas, solo dinoflagelados, incluyendo buena parte de las especies tóxicas conocidas. Su nombre: Parvilucifera.

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Parvilucifera infectans. Fuente: Fig. 7 (Norén y col. 1999). La barra horizontal equivale a 5 micras.

Se trata de un parásito eucariota (phylum Perkinsozoa, próximo a los dinoflagelados), cercano genéticamente a otro parásito como el terrible Perkinsus (liquidador de ostras). La primera especie, Parvilucifera infectans, la descubrieron en Dinophysis norvegica (Norén y col. 1999).

Eran unos cuerpos redondos (esporangios) en el interior de Dinophysis muertas, que al madurar liberaban flagelados de vida libre (zooides) los cuales infectaban a nuevos dinoflagelados. La efectividad es tal que 5 esporangios son capaces de matar 20.000 Dinophysis en 3 días, tal como aseguró Fredrik Norén en el texto de la patente US6669969B2 sobre el uso de Parvilucifera como biopesticida para eliminar proliferaciones de algas tóxicas.

En la actualidad se conocen 3 especies más: P. sinerae y P. rostrata, aisladas de blooms de Alexandrium minutum (Figueroa y col. 2008; Lepelletier y col. 2013)P. prorocentri que sólo infecta a Prorocentrum fukuyoi (Leander & Hoppenrath 2008).

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Ciclo de infección de P. sinerae en A. minutum. Fuente: Fig. 2 de Råberg y col (2014).

Dependiendo de su tamaño (relacionado con el del huésped) el esporangio puede tener 50-700 zooides. Lo habitual es que madure 1 por célula infectada, aunque a veces se observan infecciones dobles o triples (P.ej. Dinophysis caudata). El parásito esclaviza la maquinaria celular del dinoflagelado y lo mata al desarrollar el esporangio. Se han descrito dos modos de infección.

1) En dinoflagelados desnudos: éstos se infectan pero pueden nadar y se dividen mientras los zooides ocupan una especie de vacuolas en su citoplasma. Cuando su número se descontrola el huésped muere y se forma el esporangio.

2) En dinoflagelados tecados: se observa infección en el núcleo y el citoplasma se degrada haciéndose visible el esporangio; la célula muere y pierde sus placas. En la fase final los zooides salen al exterior en 5-10 minutos a través de uno o más opérculos del esporangio. Su objetivo es infectar rápidamente porque su reloj vital es de apenas 10 minutos. Sin embargo los esporangios se mantienen vivos en una nevera a oscuras durante meses…no me digan que no es un Alien.

¿Se infectan todos los dinoflagelados por igual?

Imágenes de epifluorescencia de esporangios de Parvilucifera sinerae en 1) Protoceratium reticulatum, 2) Gymnodinium catenatum, 4) Alexandrium minutum. La 3) es Karenia, con vacuolas que indican infección en el citoplasma. Autora: Rosa Figueroa.

No. En P. sinerae se estudió la susceptibilidad de 433 cultivos y 23 géneros (Garcés y col. 2013) frente a una cepa del parásito. Solo 8 géneros se libraron de las infecciones (Karenia, Karlodinium, Akashiwo, etc) y en los demás los efectos fueron devastadores, destacando Alexandrium, Gymnodinium o Scrippsiella. Pero la intensidad de las infecciones no es la misma: en una misma especie hay cultivos que se infectan y otros no. Esto lleva a la siguiente cuestión…

¿Qué factores regulan la virulencia? 

Entre los ambientales se ha comprobado que una menor salinidad favorece la infección de P. sinerae, mientras que la luz no tiene efectos (Figueroa y col. 2008). Respecto a la genética, por parte del parásito es un enigma: Turon y col. (2015) concluyeron que las cepas de P. sinerae aisladas a lo largo y ancho de la península ibérica son copias idénticas (genéticamente hablando), mientras que su virulencia y caracteres fisiológicos permiten clasificarlas en 3 tipos diferentes. Sin embargo existe adaptación local del parásito: P. sinerae del Mediterráneo infecta con intensidad A. minutum del Mediterráneo pero le cuesta mucho más con las cepas del Atlántico debido a la coevolución entre huésped y parásito

La resistencia del huésped tiende a seleccionar parásitos más virulentos mientras que la presión del parásito
selecciona huéspedes más resistentes: esto provoca una coevolución entre ambos en la que pueden fijarse mutaciones sucesivas favorables («carrera armamentística») o evolucionar ciclicamente las frecuencias de alelos en los genes involucrados (teoría de la «Reina Roja»).

738650939-tumblr_l00vye3Srh1qb1l2co1_500Para entenderlo mejor vamos a explicar esto de la coevolución con el símil de la guerra. Las observaciones en el mar sugieren que Alexandrium es el huésped primario de P. sinerae. Piensen que el genoma parásito es el ejército invasor y las cepas de Alexandrium (sus genomas mejor dicho), los países amenazados.

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La primera observación del parásito en el Mediterráneo fue en junio de 1998. A dicho trabajo (Delgado, 1999) corresponde este esporangio de Parvilucifera. Los zooides salen a través de esos opérculos.

Los recursos de ambos son limitados. La estrategia óptima que aniquila a cada país es distinta y el invasor debe escoger entre tácticas específicas (mayores costes de preparación y más éxito en algunos países) o ataques indiscriminados (llegas a más países con menor coste, pero eres menos eficaz frente a sus defensas). Y desde el punto de vista de Alexandrium: ¿es mejor un arsenal general para amenazas globales o elaborar defensas específicas que anulen algunos parásitos y sean inútiles frente a otros? Pues bien, las respuestas específicas son «Reina Roja» y las generales «carrera armamentística», y en la naturaleza los estudios disponibles demuestran que predomina la Reina Roja.

Råberg y col (2014) dispusieron el tablero de guerra para A. minutum y P. sinerae (9 países y 10 ejércitos invasores) y las interacciones confirmaron el predominio de la Reina Roja: elevada resistencia frente a algunos parásitos a expensas de ser vulnerables frente a la mayoría.

¿Y el sexo también cuenta?

Sí. Al cruzar cepas compatibles de A. minutum la célula resultante de la fusión sexual es un planozigoto diploide que produce un quiste de resistencia con un período de latencia obligado que luego despierta, se divide por meiosis y genera una nueva población de células vegetativas haploides.

Los quistes sexuales son resistentes a la infección pero al exponer cruces de A. minutum al parásito Figueroa y col. (2010) observaron que los planozigotos se dividían y evitaban «el rodeo» de la fase de quiste, lo cual parece una contradicción. Pero no, porque se trataba de cruces entre una cepa resistente (R) y otra susceptible (S) al parásito. Y los cruces resultantes (RxS) tenían bajas tasas de infección lo cual demuestra que el sexo aumenta su resistencia a través de la recombinación genética y la meiosis. El propio planozigoto (RxS) debe ser resistente y en estas circunstancias es ventajoso no echarse a dormir «la siesta del quiste» sino dividirse pronto para lanzar la nueva generación.

¿Podemos eliminar proliferaciones tóxicas con Parvilucifera

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Así quedan las Dinophysis infectadas con Parvilucifera sinerae. 1) D. caudata, 2) D. acuta, 3) D. tripos, 4) D. acuminata.

Quizás. En agricultura ya se utilizan biopesticidas (bacterias, virus y hongos) para el control de plagas. Con sus ventajas e inconvenientes, existe un creciente interés en limitar los pesticidas sintéticos en favor de los biológicos para desarrollar una agricultura sostenible y respetuosa con el medio ambiente.

Pero en el mar nos movemos aún en la ciencia-ficción: en teoría es posible usar Parvilucifera (y también virus, por qué no?), como medio de control contra dinoflagelados tóxicos, pero en la práctica nadie lo ha conseguido ni siquiera intentado seriamente (por el momento).

Uno de los mayores hándicaps es que las infecciones en el medio natural son mucho menos virulentas que en el laboratorio: no se ha demostrado que Parvilucifera controle o aniquile un bloom de Alexandrium Dinophysis. Además habría que estudiar los efectos en el ecosistema y no menos difícil conseguir la cantidad necesaria de Parvilucifera y dispersarla de forma efectiva para liquidar una proliferación.

En cultivos el parásito es un «killer» total porque tiene a su disposición las células de dinoflagelados en un ambiente controlado. Pero en el medio natural las posibilidades de encontrarse son menores, amén de otros factores como la estructura genética de las poblaciones de dinoflagelados, predación, turbulencia, etc, que pueden limitar seriamente la acción del parásito. Además, algunas especies se infectan en el laboratorio pero no en el mar (Dinophysis sacculus y D. caudata) y puede que el parásito sea selectivo cuando se enfrenta con poblaciones naturales (Garcés y col. 2013).

Quizás por todo ello, aunque Fredrik Norén registró la patente para el uso de Parvilucifera infectans como biopesticida la dejó caducar en 2008 al desatender los pagos que establece la ley.

 

Siguen muchas cuestiones abiertas para el futuro: cuanto más se averigüe sobre la ecología de organismos como Parvilucifera más cerca estaremos también de posibles aplicaciones como la del biocida. Dichas investigaciones están principalmente en manos de científicos en Suecia, Francia y España, los mismos que han resuelto en la última década numerosas incógnitas sobre este parásito tan singular.

¿Por qué destaco esto? porque mientras Suecia y Francia continúan invirtiendo en I+D de cara al futuro (3,21% y 2,23% del PIB en 2014), en España vamos hacia atrás (1,24% frente a la Media UE-28: 2,02%; El País 17-XI-14). Lo muestra el gráfico que cierra esta entrada (del Consejo Económico y Social) con el gasto del gobierno español en investigación: un 40% menos desde 2009. El gasto ejecutado también cae «gracias» a las dificultades añadidas que impone la fiscalización del gasto e intervención previa por parte del Estado.

Gasto del Estado en I+D 2003-2013

Fuente: Web Innovación 6.0

Conclusión: La investigación en España se ha quedado coja o manca (según se vea) con la excusa de la crisis, despreciada de manera contumaz por autoridades que presumen de los millones de turistas que visitan nuestro país, que está muy bien pero queremos ser algo más que el club de vacaciones de Europa, o no?

Referencias:

-Delgado M. A new «diablillo parasite» in the toxic dinoflagellate Alexandrium catenella as a possibility to control harmful blooms. Harmful Algal News 19:1-3 (1999).
-Figueroa RI y col. Description, host-specificity, and strain selectivity of the dinoflagellate parasite Parvilucifera sinerae sp. nov. (Perkinsozoa). Protist 159:563–578 (2008).
-Figueroa RI y col. Reproductive plasticity and local adaptation in the host–parasite system formed by the toxic Alexandrium minutum and the dinoflagellate parasite Parvilucifera sinerae. Harmful Algae 10:56-63 (2010).
-Garcés E y col. Parvilucifera sinerae (Alveolata, Myzozoa) is a generalist parasitoid of dinoflagellates. Protist 164:245-260 (2013).
-Leander BS y Hoppenrath M. Ultrastructure of a novel tube-forming, intracellular parasite of dinoflagellates: Parvilucifera prorocentri sp. nov. (Alveolata, Myzozoa). Eur J Protistol 44:55–70 (2008).
-Lepelletier F y col. Parvilucifera rostrata sp. nov. (Perkinsozoa), a novel parasitoid that infects planktonic dinoflagellates. Protist 165: 31−49 (2014).
-Norén F y col. Parvilucifera infectans Norén et Moestrup gen. et sp. nov. (Perkinsozoa phylum nov.): a parasitic flagellate capable of killing toxic microalgae. Eur J Protistol 35: 233–254 (1999).
-Råberg L y col. The potential for arms race and Red Queen coevolution in a protist host-parasite system. Ecol Evol 4: 4775−4785 (2014).
-Turon M y col. Genetic and phenotypic diversity characterization of natural populations of the parasitoid Parvilucifera sinerae. Aquat Microb Ecol 76:117-132 (2015).

 

 

Crecen sus cuernos al sol y no es un caracol

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F. Dujardin (1801-60), retratado por su hija Louise en 1847. Fuente: Wikimedia Commons

Félix Dujardin no debía tener mucho tiempo libre.
Médico, naturalista, geólogo y zoólogo, publicó en 1841 «Histoire naturelle des zoophytes. Infusoires, comprenant la physiologie et la classification de ces animaux, et la manière de les étudier à l’aide du microscope». Lo de infusorio parece un insulto, pero en aquella época se refería a los pequeños animales, a menudo microscópicos, que viven en líquidos y se desarrollan en infusiones vegetales. Es decir: un batiburrillo de algas y animales que el propio Linneo denominó inicialmente «caos».

Dujardin confesaba cierto desánimo por dedicarse a una ciencia entre tinieblas. Soñaba con avances técnicos que revelarían un mundo nuevo y temía que éstos barrerían las briznas de conocimiento que arañaban con microscopios rudimentarios. Se lamentaba también de la poca seriedad de algunos colegas que completaban con su imaginación lo que no podían ver.

Mirando al pasado describía 3 etapas en el estudio de los infusorios:

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Imagen de diatomeas obtenida con una lente de Leeuwenhoek en el Museo de la Universidad de Utrecht. Las manchas oscuras las producen burbujas de aire en la lente. Fuente: Fig. 5 en «The microscope in the Dutch Republic: The shaping of discovery», por Ruestow EG.

1ª Etapa: el holandés Anton van Leeuwenhoek, quien entre los s.XVII-XVIII fabricó sus propios microscopios simples. Con ellos observaba infusorios en aguas estancadas, infusiones de pimienta, excrementos e incluso en el sarro dental !!!

No se sabe muy bien cómo construía el holandés sus lentes, y sus instrumentos producían imágenes tan aberrantes e inestables que sólo él los sabía manejar. A su muerte donó 26 microscopios a la Royal Society de Londres que nadie fue capaz de utilizar…

A mediados del s.XVIII llega la 2ª etapa: intentar dar nombres científicos a los «animales microscópicos». El sistema de Linneo para clasificar especies no era sencillo de aplicar a los infusorios. Éstos carecían a menudo de órganos y detalles reconocibles, aunque el mayor problema seguían siendo las imágenes aberrantes que algunos naturalistas adornaban con su intuición. Personajes de renombre como Cuvier, Lamarck o el propio Linneo apenas se ocuparon de pasada de los infusorios…

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C.G. Ehrenberg (1795-1876) pintado por E. Radke. Fuente: Wikipedia.

3ª etapa: los trabajos de Christian G. Ehrenberg y el esfuerzo por clasificar y estudiar al mismo tiempo la organización celular de los microorganismos. Gracias a su inmensa capacidad de trabajo y producción científica, Ehrenberg describió miles de especies, tanto vivas como fósiles. A ello contribuyó también el desarrollo de microscopios más precisos, denominados «acromáticos» por cuanto permitían corregir las aberraciones cromáticas y esféricas de la imagen.

Sin embargo Dujardin, coetáneo del maestro alemán, disparó sus mayores andanadas contra él en su obra de 1841. Primero declara su admiración por Ehrenberg y luego le acusa abiertamente de tomarse licencias creativas a la hora de nombrar y describir nuevos microorganismos.

Según Dujardin, él y otros científicos se toparon con la imposibilidad de confirmar observaciones de Ehrenberg, comprobando luego que no se debía a su torpeza visual o a que aquel tuviera un microscopio fenomenal. Concluía que el alemán se apoyaba en hipótesis erróneas que irían cayendo por su propio peso y con ellas el sistema de clasificación que diseñó…

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Lámina 5 de Dujardin (1841). El nº20 es Ceratium hirundinella (a y b) y el 21 Ceratium tripos.

Mucho han cambiado las cosas desde Ehrenberg y Dujardin.

Y como ejemplo de esos cambios hablaré del género de dinoflagelados más antiguo: Ceratium, creado en 1793 por Franz von Paula Schrank, un naturalista alemán (sacerdote para más señas). La especie tipo es un organismo de agua dulce, Ceratium tetraceros designada luego como C. hirundinella por Dujardin.

En 1841 la definición del género Ceratium era: «cuerpo irregular, cóncavo en una parte de su superficie y prolongado por cuernos, con una sola ranura ocupada por cilios y un largo filamento flageliforme» [trad. de Dujardin].

Ceratium hirundinella. Autor: Wim van Egmond. Fuente: Nikon Microscopy U

Ceratium hirundinella. Autor: Wim van Egmond. Fuente: Nikon Microscopy U

 

 

 

 

Sobre la especie tipo, C. hirundinella, el epíteto se debía a que su silueta y movimiento recordaba «a las golondrinas (=hirondelles en francés) volando rasantes sobre el agua, o a barcos a vela vistos a lo lejos».

Tripos candelabrus (=Ceratium candelabrum). Aislado en la ría de Vigo. Autor: F. Rodríguez

 

 

Los glóbulos dorados en el interior de la célula fueron considerados «huevos u ovarios» por Ehrenberg, quien descubrió que la coraza de la célula no era silícea porque la combustión de la misma no dejaba rastros. Ceratium es un género con especies bioluminiscentes y fue precisamente Ehrenberg el primero en describir a varias de ellas, como C. candelabrum. La localidad tipo de esta especie es Trieste, y en su descripción se cita que se encontró «In mari scintillante Septembre ad Tergestum«.

En estos vídeos pueden ver (a) el movimiento de los flagelos en las células de la pareja de la imagen, y (b) el avance de una cadena de 4 células.

A mediados del s.XIX se les incluía en el reino animal. Los botánicos de la época buscaban parecidos con órganos conocidos y estas asociaciones tan directas ponían muy nervioso a nuestro amigo Dujardin. Menciona, por ejemplo, que Ehrenberg relacionó una mancha intracelular en Ceratium tripos con un «testículo». Tampoco olvidó recordar a sus lectores que el filamento flageliforme (flagelo longitudinal) fue tomado por una «trompa» por Ehrenberg.

Dujardin también explicaba que los dinoflagelados («peridíneas») tenían en común una cabeza rígida no contráctil, y una ranura generalmente horizontal con un cilio vibrátil. No les veía boca ni ingerir presas.

Con el paso de los años se describieron nuevas especies de Ceratium, principalmente marinas y algunas dulce-acuícolas, y en el s.XXI (Gómez y col. 2010), basándose en morfología y genética plantearon la separación de dos géneros: Ceratium (de agua dulce, con 6 placas cingulares) y Neoceratium (marino, con 5 placas cingulares).

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Tripos furca (antes Neoceratium furca, Ceratium furca…). Autor: F. Rodriguez

Sin embargo, apenas publicado apareció un comentario en la misma revista (Calado & Huisman, 2010), rebatiendo su propuesta y explicando que acorde con el ICBN (International Code of Botanical Nomenclature, hoy ICN), tenían preferencia nombres anteriores (Tripos por ser más antiguo).

Básicamente por esta razón: 4 especies de Neoceratium habían sido especies tipo de géneros anteriores. Por ejemplo, N. furca, tenía el mismo basónimo (nombre científico con el que fue originalmente nombrada) que Biceratium furca (Ehrenberg) Vanhöffen: Peridinium furca (Ehrenberg).

En 2013, F. Gómez publicó la reinstauración del género Tripos para las especies marinas de Ceratium, retirando así a Neoceratium. Hoy en día Ceratium tripos (basónimo Cercaria tripos) es Tripos muelleri, la especie tipo del nuevo género. La taxonomía es así: hoy te llamas Pepe, mañana Manuel, y pasado mañana Manuela (basónimo: Pepe).

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Tripos muelleri (=Ceratium tripos), con Dinophysis acuminata. Autor: F. Rodríguez

Los dinoflagelados del género Tripos tienen distribución global y son comunes en las muestras de agua. Gracias a su gran tamaño y riqueza de especies son fáciles de observar y existen numerosos registros de su presencia y abundancia.

Diversos estudios sugieren la asociación de ciertas especies con masas de agua (Tripos brevis con aguas ecuatoriales superficiales) o con regiones oceánicas y condiciones específicas de temperatura. Por ello han sido propuestos como indicadores ecológicos del calentamiento en el océano (Tuning-Ley & Lemée, 2013).

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Varios ejemplares del género Tripos. Imágenes obtenidas en el Pacífico, durante la campaña 6 de Malaspina (entre Honolulu y Panamá). Autor: F. Rodríguez

 

Los cambios en la distribución y composición de especies del género Tripos podrían ser una señal de los efectos del cambio climático, tal como sugieren la serie temporal del Continuous Plankton Recorder en el Mar del Norte, o los registros históricos en el Noroeste del Mediterráneo.

Pero además hay que considerar que dentro de una misma especie la variabilidad del aspecto puede ser notable, y depende tanto de la temperatura como de otros factores. Verán…

Les presentaré dos ejemplos que ilustran la importancia de conocer la variabilidad morfológica de cada especie, y su sensibilidad frente a factores ambientales, para interpretar patrones de distribución en la naturaleza.

Tripos balechii, descrito en el Pacífico tropical mexicano (Meave del Castillo y col. 2003), posee 2 formas (f. balechii y f. longum) cuya presencia se correlaciona con rangos de temperatura y salinidad concretos: la forma «longum»  predomina a +26ºC y menos de 32 de salinidad.

Y aún más espectacular es el ejemplo de Tripos ranipes: posee distintas formas con ramificaciones más o menos exageradas. Su detección en muestras naturales sugería la existencia de variedades o incluso un complejo de especies adaptadas a distintas temperaturas. Sin embargo Pizay y col. (2009) descubrieron la explicación por casualidad: cultivando T. ranipes en el laboratorio observaron que sus «pies» o «manos» crecían y se retraían al ritmo del día y la noche.

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A la izquierda el aspecto típico de T. ranipes en oscuridad, y los demás son ejemplares durante el ciclo de luz. Fuente: Fig. 2 de Tuning-Ley & Lemée (2013).

 

Apenas 2-3 hrs. en oscuridad son suficientes para que las células retraigan «sus manitas», que vuelven a crecer tras otras 2-3 hrs. de luz. Las ramificaciones poseen fluorescencia así que contienen cloroplastos y pigmentos en su interior. Este fenómeno tan curioso podría deberse a adaptaciones en el contenido de pigmentos frente a la luz, o al control de la flotabilidad y migración vertical. Y es que las células sin «manitas» nadan mucho mejor !!!

Referencias:

-Calado AJ y Huisman JM. Commentary: Gómez, F., Moreira, D., and López-García, P. (2010). Neoceratium gen. nov., a New Genus for All Marine Species Currently Assigned to Ceratium (Dinophyceae). Protist 161:517-19 (2010).
-Dujardin F. Histoire naturelle des zoophytes. Infusoires, comprenant la physiologie et la classification de ces animaux, et la manière de les étudier à l’aide du microscope. París, 677 pp. (1841).
-Gómez F y col. Neoceratium gen. nov., a New Genus for All Marine Species Currently Assigned to Ceratium (Dinophyceae). Protist 161:35-54 (2010).
-Gómez F. Reinstatement of the dinoflagellate genus Tripos to replace Neoceratium, marine species of Ceratium (Dinophyceae, Alveolata). Cicimar-Oceánides 28:1-22 (2013).
-Meave del Castillo ME y col. Ceratium balechii sp. nov. (Dinophyceae: Gonyaulacales) from the Mexican Pacific. Hidrobiológica 13:75-91 (2003).
-Pizay M-D y col. Night and Day Morphologies in a Planktonic Dinoflagellate. Protist 160:565-75 (2009).
-Tuning-Ley A y Lemée R. The Genus Neoceratium (Planktonic Dinoflagellates) as a Potential Indicator of Ocean Warming. Microorganisms 1: 58-70 (2013).

La isla del meridiano

1981. La curiosidad me empujaba en las playas de Canido a las charcas de marea, ya fuese en son de paz o armado de cubo y ganapán. Entre las rocas se escondía un ejército de cangrejos, lorchos, estrellas de mar y camarones. A fuerza de insistir un día conseguí llevarme unas estrellas a casa. Poco después se les desprendieron los brazos y aquella penosa visión me convenció A) de mi estupidez y B) de que su lugar estaba en el mar.

En la imagen el faro de Punta Orchilla, construido sobre la línea que marcaba el meridiano cero fijado por los franceses en 1634, al este del cual no podían atacar barcos españoles. No fue hasta finales del s.XIX y comienzos del s.XX cuando se adoptó Greenwich como meridiano de referencia mundial. Autor: F. Rodríguez.

2015. Muestreamos en las islas Canarias de Lanzarote, Fuerteventura, Gran Canaria y El Hierro.

Este trabajo de campo forma parte del proyecto CICAN, dedicado a los dinoflagelados bentónicos del género Gambierdiscus responsables de la ciguatera, una enfermedad típica de regiones tropicales registrada en Canarias desde la última década.

No insistiré sobre la ciguatera: hablamos de ella hace poco en el blog y para más información, CICAN.

Les hablaré de El Hierro, el muestreo en el que participé a finales de septiembre con Santi Fraga.

La isla «del meridiano» es un paraíso natural lleno de contrastes y alejado del turismo masivo.

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Pinares arriba y tabaibas abajo. En la costa este (Las Playas). Autor: F. Rodríguez

En tierras altas la humedad permite un paisaje verde y el desarrollo de un extenso pinar. Si descendemos la isla nos envuelve con un jardín de tabaibas, ágaves, brezos y sabinas en el oeste.

Apenas existen playas de arena. En el suroeste está la reserva marina La Restinga-Mar de las Calmas, una costa de difícil acceso con acantilados y plataformas («islas bajas») casi desprovistas de vegetación. Y por el noroeste es posible llegar hasta Punta Orchilla, pero la carretera termina en el mar…

Charco manso. Autor: S. Fraga

 

 

Hay zonas protegidas del oleaje («charcos»), adaptadas para disfrutar del mar tranquilamente, donde puedes tomar el sol o hacer una barbacoa, con agua corriente, aseos e incluso algún «kiosko».

Uno de nuestros sitios favoritos de muestreo fue el «Charco manso», al norte de la isla, en Echedo.

Muestreamos 6 zonas de la costa durante la bajamar, con acceso fácil a las charcas de marea. La temperatura del mar era de unos 25,5ºC en todas las áreas de muestreo.

Muestreos en la isla de El Hierro. 1) Punta Orchilla, 2) Tacorón, 3) Puerto Naos, 4) Las Playas, 5) La Estaca, 6) Charco manso.

Muestreos en la isla de El Hierro. 1) Punta Orchilla, 2) Tacorón, 3) Puerto Naos, 4) Las Playas, 5) La Estaca, 6) Charco manso.

 

Recogimos las muestras a pie y en algunos casos buceando. Buscábamos organismos que se supone viven asociados al sustrato (macroalgas).

Si estudiáramos la columna de agua usaríamos sólo redes o botellas oceanográficas. Pero en nuestro caso muestreamos microalgas bentónicas y lo primero es desprenderlas físicamente del sustrato.

Para ello se arrancan a mano las macroalgas y se agitan dentro de un bote con agua.

Luego filtramos el agua con mallas de distintos tamaños para eliminar los restos de macroalgas y organismos de mayor talla.

Al microscopio observamos que las de Charco manso tenían mucho interés, así que regresamos allí el último día para muestrear buceando en la poza natural en su entrada.

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Laboratorio al aire libre en Punta Orchilla (yo mismo, con un bañador del chino).

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Santi Fraga en el mismo laboratorio de Orchilla. (En este caso, la camiseta es del chino).

 

 

 

 

 

 

 

 

En Charco manso encontramos un tapiz de algas, principalmente dos especies Padina pavonica y Lobophora variegata, formando una banda bien definida en los primeros metros del sublitoral.

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Charco manso. Autor: S. Fraga

Padina es blanquecina y Lobophora de color amarillento (Charco manso). Autor: S. Fraga.

 

 

 

 

 

 

 

 

Allí recogimos una muestra con una enorme variedad de diatomeas y dinoflagelados, incluyendo al deseado Gambierdiscus. Se los presentaré a continuación en una serie de vídeos.

Primero las diatomeas: Pleurosigma, Licmophora, Fragilaria y Nitzschia. Lo más espectacular son las cadenas de Fragilaria que se estiran y contraen a una velocidad increíble.

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Licmophora. Autor: F. Rodríguez

Aquí pueden ver a Haslea (la diatomea azul), es la primera vez que la veía en vivo…

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Haslea. Autor: F. Rodríguez

Y ahora los dinoflagelados. No es la moneda de oro de un galeón hundido, es Prorocentrum.

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Prorocentrum. Autor: F. Rodríguez

Ésta es Sinophysis: su color rosado proviene de cianobacterias en su interior. Se desconoce cuáles son y su naturaleza. Pero todo apunta a que Sinophysis las «roba» del medio natural y que necesita ingerir nuevas presas periódicamente.

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Sinophysis. Autor: F. Rodríguez

Y por último, el protagonista del muestreo: Gambierdiscus. En muchas muestras, tanto al norte como al sur de la isla, aparecieron Gambierdiscus. El del vídeo giraba como un loco lo cual no es muy habitual. Pero vayan ustedes a saber: en realidad se sabe poco de su ecología y de si prefieren adherirse a un sustrato concreto. La acción del mar también debe contribuir a su dispersión y la colonización de nuevos ambientes.

Gambierdiscus Charco manso 2

Gambierdiscus. Autor: F. Rodríguez

Sobre esto destacaré lo siguiente: mi compañero Santi Fraga sumergió dos mallas de plástico durante 48 horas en el puerto de La Estaca. El sistema lo diseñaron Tester y col (2014). Consiste en una malla unida a una tanza: en uno de sus extremos lleva una cadena (el lastre) y en el otro un flotador que mantiene la malla a unos 50 cm del fondo. El flotador es una botella de agua casi llena para que no se vea desde la superficie. Pues bien, a pesar de que el lugar era una playa de arena negra brillante y cantos rodados, sin macroalgas a la vista, en las mallas había multitud de diatomeas y dinoflagelados bentónicos (Ostreopsis, Coolia y Gambierdiscus).

Este resultado revela que a pesar de que los consideremos bentónicos, Gambierdiscus también está presente en la columna de agua. No tenemos idea de cómo reparten sus poblaciones entre el sustrato y el agua, o de si hay diferencias entre las especies. Pero existe la posibilidad de que las ciguatoxinas en el pescado lleguen a través de redes tróficas tanto del bentos como del plancton. La incógnita en Canarias es también saber si los peces adquieren las toxinas a partir de poblaciones locales de Gambierdiscus. Relacionar la composición de toxinas con la detectada en los peces servirá para avanzar un poco más en ése sentido…

Charco manso en marea alta. Los Gambierdiscus están ahí fuera. Autor: F. Rodríguez

Finalmente, muestreos como éste permiten aislar células y crecer cultivos en el laboratorio para obtener material biológico que sirva para identificar las especies usando microscopía y biología molecular, así como sus toxinas, ciclos de vida, fisiología, etc.

De momento ya hemos identificado al menos una de las especies presentes en El Hierro: Gambierdiscus australes.

Referencias:

-Tester PA y col. Sampling harmful benthic dinoflagellates: Comparison of artificial and natural substrate methods. Harmful Algae 39:8-25 (2014).
-Blog Alta mar: La adopción del meridiano de Greenwich.

El anzuelo de Polykrikos

Las microalgas son organismos unicelulares que, aunque suelen aparecer como células individuales, pueden formar cadenas o agruparse en colonias (p.ej. Phaeocystis). Sin embargo, la evolución depara sorpresas como la del protagonista de hoy.

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Pseudocolonia de Polykrikos kofoidii con 4 zooides y 2 núcleos. Aislado en la ría de Vigo (10 septiembre 2015). Autor: F. Rodríguez

Polykrikos es un fascinante género de dinoflagelados. En él dominan las especies heterótrofas: los individuos son transparentes y el color pertenece a vacuolas digestivas con presas «a medio digerir».

La especie tipo del género es P. schwartzii. Aunque es difícil distinguirla de P. kofoidii, en la imagen izquierda (y sobre todo en este vídeo) me parece vislumbrar estrías verticales del zooide posterior (en el extremo inferior de la imagen), típicas en P. kofoidii.

Sin embargo, hay especies mixótrofas como P. tanit (Reñé y col. 2014) y P. lebourae. Ésta última es bentónica y Kim y col (2015) demostraron que es mixótrofa obligada: albergan cloroplastos propios pero necesitan ingerir presas periódicamente. Ensayaron con bastante éxito un menú variado: desde pequeñas criptofíceas a otros dinoflagelados.

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Polykrikos lebourae después de ingerir al dinoflagelado Thecadinium kofoidii. Fuente: figura 1H de Kim y col (2015).

Pero lo que hace especiales a los dinoflagelados «polykrikoides« es su naturaleza pseudocolonial. Parecen células segmentadas (como una oruga), pero en realidad son varios individuos (zooides) que forman una pseudocolonia. En Polykrikos kofoidii constan de 4 zooides y 2 núcleos; en P. lebourae son 8 zooides y 4 núcleos.

Un dinoflagelado típico posee 2 flagelos y un cíngulo que divide a la célula en 2 mitades. Polykrikos posee múltiples cíngulos (uno por zooide), y un par de flagelos insertados en cada uno de ellos. Podemos contar los zooides gracias a los cíngulos (señalados por las muescas laterales de las pseudocolonias).

Si los dinoflagelados «normales» ya tienen ciclos de vida complejos, Polykrikos resulta especial. De hecho no fue hasta 2013 cuando Tillman y Hoppenrath lo describieron en un minucioso trabajo sobre cultivos de P. kofoidii. 

Por poner un ejemplo, antes de la reproducción vegetativa las pseudocolonias duplican su tamaño y nos encontramos con «autobuses» de 8 zooides y 4 núcleos. Al dividirse dan lugar a 2 pseudocolonias idénticas a la primera imagen de hoy (o como la de este vídeo).

Pero además, las pseudocolonias de 8 zooides pueden dividirse también en 4 subunidades (con 2 zooides y 1 núcleo). Los «mini-Polykrikos» son los gametos de la fase sexual, y parecen existir más de 2 tipos sexuales.

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Polykrikos kofoidii. Pseudocolonia con 8 zooides y 4 núcleos (ría de Vigo, 10 sept. 2015). Autor: F. Rodríguez. Los núcleos se ven mejor en vídeo.

En la imagen inferior se observan los 4 núcleos. En esta ocasión podría ser (quizás?) una pseudocolonia de P. schwartzii, con 8 zooides vivitos y coleando en este vídeo.

P. schwartzii? (ría de Vigo, 10 sept. 2015). Autor: F. Rodríguez.

Gymnodinium catenatum es un dinoflagelado formador de cadenas, cercano genéticamente a Polykrikos. Por ello es lógica la teoría de que este género desarrolló su naturaleza pseudocolonial a partir de una capacidad ancestral de formar cadenas (Hoppenrath & Leander, 2007).

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Adaptado de Hoppenrath & Leander (2007). Las pseudocolonias vegetativas de P. schwartzii tienen 8 zooides, así que durante la reproducción vegetativa llegan a tener 16 zooides y 8 núcleos !!

En las imágenes de Polykrikos pueden ver unas estructuras con forma de balas dentro de la célula. Son los nematocistos que actúan como anzuelos en la captura de presas. Polykrikos los utiliza en el extremo de un filamento que lanza como un sedal para pescar a sus presas. Cuando localiza una presa primero nada a su alrededor y luego le echa el anzuelo, así:

— «La pesca del dinoflagelado» —

Polykrikos kofoidii «pescando» al dinoflagelado Gymnodinium catenatum. El proceso entero dura apenas 1 minuto. Fuente: figura 12, Matsuoka y col (2000).

El filamento puede llegar a romperse. Si la presa tira mucho puede llevarse el nematocisto de recuerdo. Polykrikos ingiere distintos dinoflagelados pero no todos sostienen su crecimiento. Su «primo» G. catenatum parece uno de los más adecuados (o al menos inofensivo). También puede alimentarse de Alexandrium pero éstos son como las setas: algunas cepas se pueden comer pero otras resultan «venenosas» y causan lisis celular. Y si el alimento escasea intentan pescarse entre ellos, pero Matsuoka comenta que las pseudocolonias se repelen entre si.

En nuestro laboratorio ensayamos un menú «gourmet» con dinoflagelados tóxicos de las rías gallegas: Alexandrium minutum y Dinophysis (D. acuminata y D. acuta). Pero el cliente no quedó satisfecho, los ignoraron y un día después no quedó ni rastro de los Polykrikos. La próxima vez se lo pondremos más fácil y espero que ustedes lo vean…!!

 

Referencias:

-Hoppenrath, M. & Leander, B. S. Character evolution in polykrikoid dinoflagellates. J. Phycol. 43:366–77 (2007).
-Kim S. y col. Obligate mixotrophy of the pigmented dinoflagellate Polykrikos lebourae (Dinophyceae, Dinoflagellata). Algae 30:35-47 (2015).
-Matsuoka, K. y col. Observation of the feeding behaviour and growth rates of the heterotrophic dinoflagellate Polykrikos kofoidii (Polykrikaceae, Dinophyceae). Phycologia 39:82–6 (2000).
-Reñé A. y col. Polykrikos tanit sp. nov., a new mixotrophic unarmoured pseudocolonial dinoflagellate from the NW Mediterranean Sea. Protist 165:81-92 (2014).
-Tillmann U. & Hoppenrath M. Life cycle of the pseudocolonial dinoflagellate Polykrikos kofoidii (Gymnodiniales, Dinoflagellata). J. Phycol. 49:298-317 (2013).

La insólita criatura del Sr. Hertwig

Las plantas se orientan hacia la luz (fototropismo) gracias a las auxinas, unas hormonas que gobiernan el desarrollo y la diferenciación celular. Las algas en cambio poseen fototactismo: la intensidad y dirección de la luz estimula su movimiento gracias a los flagelos (que las propulsan) y fotoreceptores como las manchas oculares, presentes en algas verdes como Chlamydomonas, y euglenofíceas.

Euglena con la mancha ocular. Su color anaranjado lo producen carotenoides como anteraxatina, neoxantina y b-caroteno. Autor: C. Krebs. Fuente: http://www.photomacrography.net/

Pocos dinoflagelados tienen manchas oculares, apenas un 5% de especies (básicamente de agua dulce como Peridinium westii o Woloszynskia coronata). Sin embargo, muchos exhiben fototaxis positiva (les atrae la luz, igual que a las moscas) y se cree que poseen otros fotoreceptores en su membrana plasmática. ¿Cuáles? pues no parece que se sepa demasiado al respecto…

Las manchas oculares pueden ser glóbulos pigmentados con carotenoides en el interior de cloroplastos, vesículas, glóbulos libres en el citoplasma celular, o incluso gránulos rodeados de 3 membranas lo cual indica que pudieron evolucionar a partir de cloroplastos. Están situadas en la zona sulcal, en la base de los flagelos a los que transmiten el estímulo que produce la luz (a través del hipotético fotoreceptor de la membrana plasmática o en la base del flagelo longitudinal).

Woloszynskia coronata. Su mancha ocular es un glóbulo libre en el citoplasma. Autor: JD Dodge & JM Lewis. Fuente: Natural History Museum

No se conoce si el flagelo está directamente conectado a la mancha ocular ni cómo se transmite la excitación desde los pigmentos, pero se asume que la luz absorbida por éstos sirve de energía para el movimiento. El espectro de luz que produce fototaxis es similar en todos los dinoflagelados y la actividad máxima se observa entre 440-500 nm (azul-verde).

Además de las manchas oculares algunos dinoflagelados poseen estructuras mucho más complejas: los oceloides. Sus componentes recuerdan a un ojo microscópico: córnea, anillos del iris, lente y un cuerpo retinal. Incluso se ha llegado a especular que comparten un mismo origen con los ojos de los animales pluricelulares.

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a) Warnowia, b) Erythopsidinium, c) Nematodinium. Fuente: figura 4 de Gavelis y col. (2015)

 

Los oceloides aparecen únicamente en dinoflagelados heterótrofos de la familia Warnowiceae, como Erythropsidinium, Warnowia y Nematodinium. La naturaleza de sus componentes era desconocida hasta que en un artículo reciente, Gavelis y col (2015), diseccionaron células de Nematodinium con la intención de desvelar el origen de sus partes utilizando marcadores moleculares y microscopía electrónica.

Hicieron la «autopsia» a cinco células para separar los oceloides y aislar sus componentes, lo cual no deja de sonar increíble. En su trabajo comentan que tras reventar las células, la parte pigmentada (cuerpo retinal, de color marrón) era fácil de localizar. Pero las partes transparentes (lente y córnea) se perdieron en la preparación.

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Nematodinium y los componentes de su oceloide. Fuente: fig. 1 Gavelis y col (2015)

Sólo pudieron secuenciar el ADN de la región pigmentada y descubrieron que se trata de un cloroplasto. También averiguaron que pertenece al tipo «habitual», el de dinoflagelados con peridinina. La microscopía electrónica (FIB-SEM) demostró que este cloroplasto modificado está fusionado a una red de plástidos, también pigmentados (lo que plantea dudas sobre si Erythropsis conserva actividad fotosintética, por pequeña que ésta sea).

En cuanto a la lente y la córnea, la microscopía electrónica (en este caso TEM) de una célula intacta reveló que la córnea es una capa de mitocondrias conectadas en red a mitocondrias «normales» en el citoplasma. Sobre la lente no pudieron precisar nada concreto. Así que probablemente los oceloides están relacionados con las manchas oculares pero son un caso especial en el que varios orgánulos se diferencian y elaboran una estructura compleja con una nueva función.

¿Y para qué sirven los oceloides? considerando que hablamos de seres (en teoría) heterótrofos y que hay indicios de que capturan a otros dinoflagelados, es lógico pensar que los emplean para localizar a sus presas, detectando la bioluminiscencia o incluso luz polarizada de los núcleos (debida a los cromosomas condensados) en dinoflagelados.

Sólo son teorías porque no sabemos casi nada sobre su biología: se trata de criaturas extremadamente raras que nadie ha conseguido cultivar. Y son tan complejas que la descripción original de Erythropsidinium fue descartada (y casi vilipendiada!), tras una disputa científica de ésas que tanto nos gustan en este blog.

Dos especies de Erythropsis (hoy Erythropsidinium): E. cornuta (izda) y E. scarlatina (dcha). Fuente: Kofoid y Swezy (1921).

Todo comenzó en las vacaciones de Pascua de 1884 cuando Richard Hertwig, zoólogo alemán de 34 años (discípulo de Haeckel para más señas), aisló en la costa de Sorrento (Italia) una célula alucinante con una especie de tentáculo y algo parecido a un ojo microscópico. Al observarla en el microscopio se le cayó el tentáculo pero Hertwig trató de describir lo que quedaba tiñéndola con ácido ósmico.

R. Hertwig (1850-1937). Fuente: Wikipedia

A pesar de analizar una célula mutilada su descripción fue acertada y conservadora: la bautizó como Erythropsis agilis aunque no la relacionó con un dinoflagelado. Pero cuando su compatriota Carl Vogt (un veterano profesor alemán de 67 años) leyó el trabajo no tardó en indignarse y escribir una réplica declarando que aquéllo era los restos de un ciliado tipo Vorticella merendándose el ojo de una medusa medio podrida que había tenido la desgracia de caer en el ácido ósmico de Hertwig. Tal cual…

Hertwig redactó una contrarréplica para defenderse, pero Vogt volvió a la carga con un nuevo trabajo: «Un error científico», en el que hablaba del daño que provocaba a la ciencia la descripción de organismos usando evidencias dudosas. «El hombre yerra mientras vive«, escribió Vogt (y cuánta razón tenía !! la frase le vino que ni pintada años más tarde).

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Carl Vogt (1817-1895)                          Fuente: Wikipedia

Hoy nadie incluye poesías en un trabajo científico pero en el s.XIX se ve que sí. Vogt quería borrar a Erythropsis del mapa y preparando el terreno deslizó cuatro versos aparentemente inocentes [Trad. del alemán]: «Lo que fijas con osmio/es fácil de llevar a casa/y cuando, sudando, uno consigue dibujar la criatura/por fin puede proclamar su hermosura«.

En paralelo a esos versos reprodujo las ilustraciones comparadas de un ciliado tipo Vorticella con Erythropsis (no el dibujo de Hertwig, sino otro un poquito modificado que convenía mejor a sus propósitos). Pero no quedó satisfecho. Vogt publicó un nuevo trabajo: «De los hermanos Hertwig» donde reproducía el ocelo de una medusa y su parecido poco menos que «condenatorio» con el oceloide de Erythropsis. Al no existir ningún ejemplar vivo para confirmar o refutar a Hertwig, se impuso el arrebato ciego (y la poesía) del viejo profesor.

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La medusa Lizzia blondina. A este género creía Vogt que pertenecía el ocelo descrito por Hertwig. Autor: P. Schuchert. Fuente: World Hydrozoa Database

De nada sirvió que meses después un ruso, Metchnikoff, publicase una nota donde afirmaba haber visto en 1874 un organismo como el de Hertwig en una muestra de Madeira (lo había publicado en ruso!!). Hubo que esperar a 1904, cuando Pavillard descubrió en el Mediterráneo un Erythropsis intacto, para recuperar el género e incluirlo entre los dinoflagelados. Lo que debió disfrutar Hertwig no está en los escritos!!, aunque Vogt no vivió para verlo…

En la década siguiente se encontraron más Erythropsis en el Mediterráneo y en 1921 Kofoid & Swezy publicaron una lista de 10 especies aunque posiblemente exageraron un pelín (hoy en día sólo hay 4 especies aceptadas según Algaebase). Finalmente Erythropsis pasó a ser Erythropsidinium porque ya existía un género de plantas con ese nombre (Silva, 1960). Ése fue el único «error» de Hertwig !!

 

Agradecimientos: A Javier Sánchez por enviarme la entrada de Fogonazos, un blog imprescindible de divulgación (por Antonio Martínez Ron), y a Anke Kremp por la traducción de los versos de Carl Vogt.

Referencias:

-Gavelis GS y col. Eye-like ocelloids are built from different endosymbiotically acquired components. Nature 523:204-207 (2015).
-Gómez F y col. The molecular phylogeny of the ocelloid-bearing dinoflagellates Erythropsidinium and Warnowia (Warnowiaceae, Dinophyceae). J. Eukaryot. Microbiol. 56:440-445 (2009).
-Kofoid CA & Swezy O. The free-living unarmored dinoflagellata. Memoirs of the Univ. of California. Univ. of California Press, Berkeley. 5.
-Silva PC. Remarks on algal nomenclature III. Taxon 9:18-25 (1960).
-Web: Fogonazos, «La compleja historia del ojo más simple» (02/07/15).

Habemus ganador !!

Lo anuncio unas horas antes de lo previsto, porque hace varios días que tenemos ganador del concurso que celebraba las 100 primeras entradas.

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Pensé que el reto era difícil pero ya veo que me equivoqué por completo. 

Lo primero: muchas gracias por leer el blog y a los que habéis enviado vuestras respuestas por participar en el concurso.

Enseguida llegaron varias contestaciones muy próximas a resolver el misterio. Pero el primero en enviar las 3 respuestas correctas tal como prueban el orden de llegada de los comentarios (y además con datos extra) fue Hernán. Para él será la camiseta, enhorabuena !!

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1) Richard Hertwig
(1850-1937)

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2) Erythropsidinium 
(descrito por Hertwig en 1884 como Erythropsis)

La única pista que les dejé era que las imágenes 1 y 2 estaban relacionadas.
El científico, tal y como comentaba Hernán era Richard Hertwig, alemán para más señas, que describió al primer organismo del género Erythropsis (Erythropsidinium en la actualidad), que aparecía en la imagen nº 2.

No añadiré nada más porque desvelaría la historia que les contaré sobre Hertwig y Erythropsidinium en la próxima entrada…!

Respecto a la tercera cuestión, la imagen de epifluorescencia de Dinophysis era mucho más sencilla porque la respuesta sí estaba en el blog, concretamente en la segunda entrada allá por octubre de 2011.

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En septiembre volverá Fitopasión con nuevas historias y un formato distinto. Importante: los contenidos del blog pasarán a WordPress con lo que la lista de seguidores en Blogger se perderá.

En su lugar habrá un «likebox» de Facebook y para unirse a él sólo tienen que entrar en Facebook, buscar la página de Fitopasión y pinchar en «me gusta». Cuando publique el nuevo blog verán el «likebox» de Facebook con todos ustedes en vez de la lista de seguidores…espero que el robot ruso nos acompañe también.

Así que muchas gracias nuevamente y hasta septiembre !!

100 entradas y un premio

Hoy toca soplar velas en fitopasión: llega la entrada nº100 !!! 
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Así que me gustaría premiar de algún modo a los que visitáis el blog, ya sea por casualidad, de vez en cuando, o leyendo todas las entradas y esperando las siguientes con ansiedad. Porque todo lector es un tesoro (aunque el último perfil coincida con el de un robot que accede desde Rusia cada semana).

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Además les anuncio que ésta será la última entrada antes de renovar el formato de la página web, que ya iba siendo hora…

El premio: una camiseta con un mosaico de imágenes que resumen las 100 primeras entradas del blog.
El reto: contestar correctamente a 3 preguntas que plantearé a continuación.
La regla importante: envíen su respuesta utilizando los comentarios al final de esta entrada, así no habrá dudas.

El 26 de agosto a las 23:00 hrs (Vigo, Spain) anunciaré si ya tenemos ganador/a. Si nadie acierta en ése plazo iré añadiendo nuevas pistas en esta misma entrada. Pero confío en su sabiduría (y en Mr. Google). La primera pista es que las imágenes 1 y 2 están relacionadas. Anímense y envíen las respuestas que quieran !!
Mucha suerte y aquí está el reto…

1) ¿Cuál es el nombre y apellido de este científico? 

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2) ¿Cuál es el género (denominación actual) de este organismo? 
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3) Y por último ¿en qué entrada del blog aparecía la imagen (sin el 100) que abre esta entrada? 

Barcos de película

El García del Cid es un barco del CSIC con casi 40 años de servicio (botado en 1979). Posee 37 m de eslora y que yo sepa es el único buque oceanográfico español con un blog propio: Crónicas del GDC.

El García del Cid. Fuente: UTM.

En él hice una campaña en verano de 2008 (proyecto Nitroalborán) con recuerdo agridulce. Lo dulce: el buen ambiente a bordo. Lo menos idílico: la tormenta que retrasó la campaña, el ajetreo del mar y el mareo que me cogí el primer día (eso sí, después de filtrar las muestras).

El García del Cid participó en el rodaje de una película alemana de 2003, titulada «Hai-Alarm Auf Mallorca» (traducida como «Amenaza en el Mar»), en la que un Megalodon (gigantesco tiburón prehistórico) causaba terror en las Islas Baleares…típico peliculón de los sábados por la tarde.

El mayor buque oceanográfico del país sigue siendo el B.I.O. Hespérides (A-33), gracias al cual son posibles las campañas antárticas y vueltas al mundo como la del proyecto Malaspina.

Con base en el puerto de Cartagena y botado en 1990 en los astilleros Bazán, tiene una eslora de 82,5 m, capacidad para 55 tripulantes y 37 científicos.

Su dueño legal es la CICYT (Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología) pero la tripulación es militar y figura en la lista oficial de Buques de la Armada española.

El Hespérides durante la campaña 6 de Malaspina (2012).

 

Una reunión durante la campaña 6 de Malaspina.
Estoy a la izquierda de pie, escuchando a
Jose Luis Acuña (Universidad de Oviedo).

Es un barco bastante cómodo para trabajar (a pesar de alguna escalera traicionera), con un
amplio salón para celebrar reuniones científicas y eventos sociales (musicales y gastronómicos).

El Hespérides tiene el récord de ser el único barco en el que no me he mareado, y eso que pasé un mes a bordo en 2012.

 

Grabado del Pourquoi pas IV. Autor: Léon Haffner.
Fuente: Kerzoncuf J. The University of Washington Libraries.

En Francia, el buque oceanográfico «insignia» es el Pourquoi Pas. A éste no lo conozco, pero pude fotografiarlo en su visita a Vigo en verano de 2013. 

Es un barco impresionante con 107 metros de eslora y capacidad para 40 científicos.

Su nombre hace honor a los barcos de Jean-Baptiste Charcot (1867-1936), explorador polar y médico francés. Charcot realizó diversas expediciones tanto en el Ártico como en el Antártico y organizó en 1903 la 1ª expedición francesa a la Antártida.

Charcot murió en un naufragio cerca de Islandia en 1936 a bordo del Pourquoi pas IV. Antes en 1928, precisamente en este barco, había participado en la infructuosa búsqueda del hidroavión en el que se estrelló Roald Amundsen al norte de Noruega.

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El Pourquoi pas en Vigo. Junio de 2013 (Autor: F. Rodríguez).

…Y qué sucede cuando alguien con mucho dinero se interesa por la exploración del mar??

El Pegaso en los astilleros Freire. Vigo, febrero 2014.
Autor: F. Rodríguez

Pues que construye yates como el Octopus, de Paul Allen (cofundador de Microsoft) o el Pegaso, del magnate mexicano Alejandro Acárraga, sobrino del fundador de Televisa, Emilio Azcárraga.

El Pegaso fue construido por Freire en Vigo y botado en 2010 con la idea de convertirse en el buque oceanográfico más lujoso del mundo: una base ideal para grabar documentales marinos. 
Su laboratorio más grande tenía 294 metros cuadrados!! y contaba además con un spa, piscina, un minisubmarino y helipuerto.

 

Otra vista del Pegaso. Autor: F. Rodríguez

Sin embargo, no he podido encontrar rastro de esos documentales y en 2013 ya se alquilaba para cruceros de lujo en el Mediterráneo al precio de 525.000 euros/semana.

En 2014 regresó a los astilleros de mi ciudad para transformar esta joya al gusto de su nuevo propietario, un jeque árabe.

Y para terminar, en una entrada como esta no podía olvidar al famoso barco de Jacques-Yves Cousteau:
el Calypso.

Los nacidos en los 70′, como yo, recordamos sus eternos documentales en la tele. Pero pocos saben que Cousteau ganó como director la Palma de Oro en el Festival de Cannes (1956) con el largometraje documental «Le Monde du Silence».Grabado en el Calypso, en su rodaje participó como asistente de dirección Louis Malle.

El Calypso de Cousteau. Fuente: MiBlog

 

Y se preguntarán, ¿qué fue del Calypso?
Pues a pesar de ser Patrimonio de Interés Nacional languidece en unos astilleros de Concarneau (Bretaña; El País, 20/III/2015), esperando a que alguien financie su restauración y le devuelva su brillo de antaño.