La banda amarilla del Everest

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Imagen de portada: La cumbre del Everest [Fuente: Pinterest].

Alfred Wegener presentó en 1912 su hipótesis sobre la deriva de los continentes, décadas antes de comprender los mecanismos que la regían y de que se enunciase la teoría de la tectónica de placas.

Epicentros de terremotos. Autor: NASA. Fuente: denali.gfsc.nasa

Las zonas de colisión entre placas son «puntos calientes» de actividad sísmica y a lo largo de ellas se distribuyen los epicentros de los seísmos más importantes registrados en el planeta.

El choque entre placas es responsable también de las simas oceánicas más profundas y del levantamiento de cordilleras como la americana (desde Norteamérica hasta los Andes), los Alpes, el Atlas y el Himalaya.

Esta última formación surgió tras la colisión entre la placa India y la Euroasiática hace 55 millones de años.

La placa India llegó desde el sur, separándose de la africana y antártica, a medida que el lecho del antiguo mar de Tetis se hundía bajo la corteza continental.

Placas tectónicas mayores. Fuente: USGS

La colisión de placas dejó tras de sí el actual océano Índico levantando de paso la cordillera más elevada del mundo. Pero el mar de Tetis no desapareció sin dejar rastro.

Porque el Himalaya surgió precisamente por la elevación de su lecho. Las rocas más densas de la corteza oceánica se hundieron en los límites entre placas pero aquellas más ligeras, cargadas de sedimentos y fósiles marinos, se elevaron.

Sobre ellas actuaron presiones enormes que las transformaron en rocas metamórficas en distinto grado (debido al calor por la presión y el engrosamiento de la corteza). Así se formó el Himalaya…

Para ilustrarlo mejor vamos a utilizar el Everest (Qomolangma en tibetano o Sagarmatha en nepalí).

Los minerales que integran su base soportaron mayor presión y temperatura por lo que se fundieron eliminando cualquier resto de fósiles marinos. Se trata de rocas metamórficas como esquistos, gneis y granito.

Sin embargo, en niveles superiores (desde unos 6.900 metros de altitud y hasta la cumbre del Everest) se conservaron fósiles de hasta 400 millones de antigüedad. Depósitos marinos que hoy contemplan el mundo desde su mismo techo. Del lecho al techo, si me permiten el chiste malo.

Principales formaciones rocosas del Everest. YB es la banda amarilla (Yellow Band). Fuente: volcanocafe y earthsciences.

En una cota por encima de 8.000 metros, se encuentra la banda amarilla del Everest. En 2005 un grupo de investigadores japoneses publicaron un estudio sobre la geología de su cumbre y de la banda amarilla.

Aprovecharon que uno de los coautores había coronado el Everest y recogido preciosas muestras hasta sólo 6 metros de la cima (y no en ella porque se encontraba cubierta de hielo).

La disposición de estratos en la banda amarilla sugiere que los sedimentos calizos que la formaron se depositaron en una plataforma continental bastante inclinada. Su grosor es de 172 metros.

La banda amarilla está formada por arenisca sedimentaria de fondos marinos someros, que se transformó en distintas rocas metamórficas: mármol, filita (con moscovita y biotita), y semi-esquistos.

Debido al metamorfismo la banda amarilla no conserva apenas fósiles, pero a pesar de ello se aciertan a distinguir rastros de crinoideos, ostrácodos, braquiópodos y trilobites.

Clases de microbialitos según su entramado interno. Fuente: Riding (2011).

Sobre la banda amarilla se encuentra el último estrato: caliza prácticamente inalterada con fósiles de ostrácodos, trilobites y crinoideos en un lecho sedimentario de unos 60 metros de grosor, formado por trombolitos. ¿Hein? ¿trombo-qué?

Traducción de trombolito: sedimentos atrapados en un biofilm de cianobacterias. Sí, han leído bien. La cumbre del Everest, el techo del mundo, alberga estructuras originadas por cianobacterias marinas.

Los trombolitos son un tipo de microbialito: depósitos organo-sedimentarios, generalmente de carbonato cálcico.

Estromatolitos (Shark Bay, Australia). Fuente: lifeder.com

Quizás les suenen otras estructuras relacionadas, los estromatolitos.

Ambas se diferencian en que los estromatolitos tienen estructuras laminadas en su interior mientras que los trombolitos son irregulares, grumosos.

Los estromatolitos son los fósiles más antiguos del mundo, las primeras evidencias de vida sobre La Tierra (3500 millones de años).

Trombolitos fósiles en Flower’s Cove (Terranova, Canadá). Fuente: tripadvisor.

Su abundancia y diversidad se redujeron enormemente desde los últimos 1000 m.a. y hoy en día para contemplarlos «vivos» hay que subirse a un avión con destino a Australia o Bahamas.

Los trombolitos aparecen más tarde en el registro fósil (desde hace 1200 m.a.), y además de los que coronan el Everest podemos admirar restos fósiles a nivel del mar en lugares como Terranova (Canadá) o Almería (España).

Los trombolitos «vivos» son escasos hoy en día y se encuentran en lagos salobres de Australia y en Columbia Británica (Canadá).

¿Cómo se forman los trombolitos?

Para empezar, las cianobacterias no son organismos que fabriquen estructuras calcáreas de manera obligatoria (como los cocolitofóridos, p.ej.).

Provocan la precipitación de carbonatos al absorber CO2 durante la fotosíntesis, y el resultado final depende de que las condiciones ambientales sean favorables (alto estado de saturación del carbonato en el agua), así como de las tasas de precipitación, sedimentos depositados y la comunidad microbiana del biofilm.

Formación de cristales de carbonato cálcico en cianobacterias filamentosas. Fuente: Riding (2011).

La calcificación en cianobacterias es extracelular.

Los cristales de carbonato se forman en la vaina mucilaginosa que protege a las células debido a la absorción activa de bicarbonato (HCO3–).

Este se transforma intracelularmente en CO2, liberando hidroxilos (OH–) al medio.

Dicho proceso aumenta el pH alrededor de las células induciendo la precipitación de carbonato cálcico (tal como muestra la figura anterior).

Scytonema. Fuente: conncoll.edu

La aparición de trombolitos en el registro fósil coincide con una caída significativa en los niveles de CO2 hace 1200 m.a. y el consiguiente desarrollo de mecanismos de concentración de CO2 en cianobacterias, responsables del proceso de absorción activa de bicarbonato.

¿Qué cianobacterias los forman?

En los trombolitos modernos encontramos cianobacterias filamentosas como Scytonema.

Y entre los fósiles destacan Angusticellularia, Botomaella y Girvanella.

Volviendo al Everest para terminar…

(a-d) microfotografías de rocas en la cima del Everest. (e-f) en la banda amarilla. Fuente: Sakai y col. (2005).

Para ilustrar los fósiles marinos de la cumbre y el metamorfismo en la banda amarilla, lo mejor es una imagen de las muestras recogidas por Mr. Sawada ¡¡el intrépido investigador que se ganó con creces la firma como coautor de Sakai y col. (2005)!!

En ella pueden observar restos de crinoideos (C), trilobites (T), ostrácodos (O) y pellets fecales (P), en rocas de la cima (a-d).

Y en contraste las muestras de la banda amarilla (e-f), alteradas por el metamorfismo (e: mosaico de calcita; f: cuarzo-moscovita).

Referencias:

-Riding R. Calcified cyanobacteria. Encyclopedia of Geobiology. Encyclopedia of Earth Science Series, Springer. pp. 211-223 (2011).

-Riding R. Microbialites, Stromatolites and Thrombolites. Encyclopedia of Geobiology. Encyclopedia of Earth Science Series, Springer. pp. 635-654 (2011).

-Sakai H. y col. Geology of the summit limestone of Mount Qomolangma (Everest) and cooling history of the Yellow Band under the Qomolangma detachment. The Island Arc 14:297-310 (2005).

Hace 66 millones de años

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Imagen de portada: fósiles de ammonites (Speetoniceras sp.). [Autor: Daderot (Wikimedia)].

«Gee, I wish we had one of them doomsday machines…»

Dr. Strangelove (1964).

Leyendo artículos científicos uno se encuentra a veces expresiones y palabras sin traducción directa del inglés. Una de ellas es Strangelove ocean, en referencia a la mítica película «Dr. Strangelove» (¿Teléfono rojo? viajamos hacia Moscú), de Stanley Kubrick (1964).

Peter Sellers caracterizado como el Dr. Strangelove en esta fabulosa sátira antibelicista. La cita que escogí para el comienzo de la entrada me parece desternillante. Aquí tienen la escena para entenderla (min 3:33).

El Dr. Strangelove es un científico que trabajó para los nazis y luego como director de las investigaciones y desarrollo de armamentos de E.E.U.U. Él es quien confirma la posibilidad de que la U.R.S.S. posea el «artefacto definitivo» («doomsday machine»), una bomba nuclear que arrasaría la vida sobre La Tierra.

Dicha escena ocurre durante el gabinete de crisis reunido en el Pentágono.

Pero una catástrofe similar también podría llegar del espacio y de hecho originó la última extinción masiva en La Tierra. Hace unos 66 millones de años el impacto del asteroide de Chicxulub (Yucatán, México) provocó lo que se conoce como un invierno nuclear: oscuridad prolongada.

Si por algo es famoso aquel cataclismo es porque finiquitó a los dinosaurios. Una extinción en masa, aunque selectiva, al final del Cretácico, que acabó con el 70% de las especies sobre el planeta. Ello incluye a los ammonites y al nanoplancton calcáreo responsable de los depósitos de carbonato cálcico (creta) que dieron nombre a dicho período.

Los restos geológicos indican tsunamis, incendios y terremotos devastadores, pero las causas que llevaron a la extinción masiva de la vida en tierra y mar son menos evidentes. Una explicación propuesta en los años 80′ fue la del colapso de la fotosíntesis en el océano: Strangelove ocean (océano muerto).

Los motivos: el bloqueo de la luz solar tras el cataclismo impidió la fotosíntesis en el océano por las cenizas y gases emitidos a la atmósfera. Sin mencionar la destrucción temporal de la capa de ozono, calentamiento global, lluvia ácida y brusca acidificación del océano.

El cráter de Chicxulub tiene 200 km de diámetro. Fuente: ptcy.com.mx

El indicio: la caída del gradiente de δ¹³C característico entre las conchitas de foraminíferos planctónicos (que habitan en la capa superior del océano) y bentónicos (en el fondo).

Dicho gradiente se mantiene por efecto de la fotosíntesis de las microalgas y refleja también la eficiencia de la bomba biológica de carbono (es decir: el carbono orgánico exportado desde la superficie al fondo del océano). Por tanto su caída se interpretó como el colapso de la fotosíntesis.

Para entender esto del gradiente vamos a explicar tres cosas, por este orden: 1) qué es el δ¹³C, 2) qué efecto que tiene sobre él la fotosíntesis y 3) qué indica el δ¹³C de las conchitas de los foraminíferos.

  1. δ¹³C es la diferencia entre los isótopos ¹³C y ¹²C. Su abundancia relativa es 98,89% para el ¹²C y 1,10% para el ¹³C. El resto es ¹4C (radiactivo y minoritario). Si una muestra está enriquecida en ¹²C su δ¹³C será, en consecuencia, menor. Aquí tienen la fórmula: δ¹³C=[(¹³C-¹²C)muestra/ (¹³C-¹²C)estándar]x1000‰
  2. Las microalgas cuando incorporan CO2 en la fotosíntesis discriminan a favor del isótopo ligero ¹²C, retirándolo así del agua y enriqueciendo a esta en ¹³C. Resultado: el agua superficial tiene δ¹³C más altos en comparación a las aguas profundas. Además, la remineralización de la materia orgánica procedente del fitoplancton (carbono orgánico exportado) libera nuevamente el ¹²C al agua disminuyendo el δ¹³C profundo.
  3. El δ¹³C en las conchas de los foraminíferos refleja el δ¹³C de las aguas en las que habitan.

Estas tres cuestiones nos ayudan a entender el gradiente de δ¹³C entre especies planctónicas y bentónicas de foraminíferos. En un océano vivo, el δ¹³C de las conchas planctónicas es superior a las bentónicas debido a la producción primaria y a la exportación de la materia orgánica al fondo.

Tras el impacto en el Yucatán, el gradiente de δ¹³C entre las conchas planctónicas y bentónicas se redujo drásticamente debido exclusivamente a la disminución del δ¹³C en las planctónicas. Este fue el indicio en el que se basó la hipótesis del Strangelove ocean (océano muerto: sin fotosíntesis).

Sin embargo, los foraminíferos bentónicos (a diferencia de los planctónicos), no sufrieron extinciones. Y esto no cuadra con un Strangelove ocean dado que su supervivencia depende estrechamente de la materia orgánica que cae desde la superficie: del fitoplancton.

Imagen SEM de un cocolito perteneciente a microalgas calcáreas del período Cretácico (origen: Folkestone Chalk). Fuente: age.fotostock

Alegret y col. (2012) propusieron otra hipótesis: la brusca acidificación (y no la oscuridad, que habría durado 1-2 años), fue el motivo de la extinción masiva de la vida en el océano, afectando al nanoplancton calcáreo y al resto del ecosistema en cascada.

La reducción del gradiente de δ¹³C entre foraminíferos planctónicos y bentónicos indicaría una reducción moderada y regional de la materia orgánica exportada (bomba biológica menos eficaz), pero no de la producción primaria que se habría recuperado rápidamente.

De lo contrario la catástrofe para la vida habría sido aún mayor y los foraminíferos bentónicos se habrían extinguido masivamente.

¿Y cómo afecta al δ¹³C el hecho de que la bomba biológica sea menos eficaz? Si la materia orgánica se remineraliza en aguas superficiales (y no se exporta tanto al fondo) el ¹²C se libera más en dicha zona y se reduce el gradiente de δ¹³C entre foraminíferos planctónicos y bentónicos.

La propia Laia Alegret explicó con lujo de detalles el tema de la acidificación al final del Cretácico y sus trabajos sobre foraminíferos en una entrevista reciente en Ciencia.es (Eventos climáticos y de extinción a través de los microfósiles).

Laia Alegret es paleontóloga y profesora titular en el departamento de Ciencias de La Tierra (Universidad de Zaragoza). Fuente: Ciencia.es

La oscuridad de aquel invierno nuclear habría durado 1-2 años, a lo sumo. Y la acidificación del océano afectó solo a la capa superficial con extinciones catastróficas y rápidas tras el impacto del asteroide.

La desaparición asociada del nanoplancton calcáreo facilitó que otros grupos de microalgas, como los dinoflagelados, aprovechasen las condiciones eutróficas del nuevo océano para proliferar.

Los efectos sobre la diversidad de las comunidades marinas se prolongaron en el tiempo cientos de miles de años, a diferencia de la extinción masiva e inmediata.

El desequilibrio ecológico y la pérdida de diversidad en el plancton habría disminuido la eficacia de la bomba biológica, aunque con grandes diferencias a nivel local en los océanos.

A esta segunda hipótesis se la denominó luego océano heterogéneo: reducción regional de la bomba biológica.

Una tercera hipótesis es la del oceáno vivo: recuperación global de la productividad primaria y reducción global de la bomba biológica como explicación de la disminución del gradiente de δ¹³C.

Todo esto sigue siendo objeto de estudio y de debate. En 2019 Henehan y col. publicaron los resultados de un modelo y datos experimentales que darían la razón a un escenario intermedio: reducción global de la productividad primaria y de la bomba biológica.

Según estos autores la hipótesis del océano vivo no bastaría por sí sola para explicar los resultados obtenidos a partir de los fósiles de foraminíferos.

Además de una intensa remineralización de la materia orgánica en superficie sería también necesaria una reducción global del 50% en la productividad primaria para explicar la evolución de los gradientes de δ¹³C y de pH estimados en aquel océano que renacía de sus cenizas nunca mejor dicho tras el invierno nuclear.

Referencias:

  • Alegret A. y col. End-Cretaceous marine mass extinction not caused by productivity collapse. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109:728–732 (2012).
  • Henehan M.J. y col. Rapid ocean acidification and protracted Earth system recovery followed the end-Cretaceous Chicxulub impact. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 116:22500-22504 (2019).
  • Vellekoop J. y col. Ecological response to collapse of the biological pump following the mass extinction at the Cretaceous-Paleogene boundary. Biogeosciences Discuss. doi:10.5194/bg-2016-275 (2016).

Nadando de noche

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Imagen de portada: moon and sea [Autor: George Desipris. Fuente: pexels].

Nightswimming, remembering that night.

«Nightswimming». REM (Automatic for the people, 1992).

Las microalgas no duermen. De noche nadan y continúan con su ciclo de vida gracias a la energía acumulada durante el día. Sin luz no hay fotosíntesis pero en las horas nocturnas se dedican a asuntos tan importantes como dividirse. Sin embargo, hay una especie de microalga que sí «duerme» por la noche y se despereza al levantar el día.

Les propongo una cosa: pinchen sobre el vídeo y sigan leyendo (si quieren, claro). Es un bonito hilo musical para la historia de hoy.

En 1985, en una laguna intermareal en la isla de Jogashima (Japón) se documentó un curioso fenómeno: unas microalgas que proliferaban durante el día, en marea alta, a lo largo de la primavera y el verano.

A aquellas células, dinoflagelados para más señas, las identificaron como Goniodoma pseudogoniaulax. Para empezar estaba mal escrito (siendo japoneses tienen disculpa). El nombre correcto, o eso creían ellos, era Goniodoma pseudogonyaulax.

Isla de Jogashima. Autor: S. Chakrabarty. Fuente: Flickr.

Pero el género tampoco estaba actualizado porque ya se había transferido en 1983 al género Alexandrium. Quitando este detalle taxonómico había otro asunto si cabe más importante. El comportamiento de aquel dinoflagelado no era nada habitual.

Sus células vegetativas, móviles, flageladas y cubiertas por tecas de celulosa, se dirigían al fondo al atardecer y muchas se desprendían allí de sus flagelos y placas. Se quedaban quietecitas y se transformaban en quistes temporales.

Luego, a lo largo de la madrugada, algunos quistes se dividían. Y en las horas previas al amanecer se desperezaban liberando células flageladas que se dispersaban en el agua de la laguna. Con la llegada de un nuevo atardecer estas se dirigían al fondo para repetir la fase bentónica.

Ilustración original de A. hiranoi. Fuente: Kita & Fukuyo (1988).

Su aspecto no encajaba del todo con Alexandrium pseudogonyaulax y sumando evidencias se concluyó en 1988 que se trataba de una nueva especie, Alexandrium hiranoi.

En la descripción original sus autores señalaron que también se había encontrado en la Laguna de Óbidos, en Portugal (Kita & Fukuyo 1988).

Justo antes de darle el nombre que aún tiene en la actualidad, otro grupo japonés descubrió que las células de A. hiranoi producían una nueva toxina que designaron Goniodomina A (GDA), parecida a las pectenotoxinas.

La descubrieron buscando sustancias biológicamente activas y se interesaron en ella porque poseía propiedades antifúngicas.

Goniodomina A. Estructura original publicada por Murakami y col. (1988).

Sin embargo, la GDA también tiene efectos indeseados: es tóxica para la fauna marina y se ha relacionado con muertes de invertebrados y peces (p.ej. en el estuario del Misissipi y la costa de Florida), durante las proliferaciones de otra especie de Alexandrium productora de GDA: A. monilatum.

Recientemente se ha descubierto que Alexandrium pseudogonyaulax (la especie prima-hermana de A. hiranoi) aislado en la laguna de Bizerte (Túnez) también produce GDA. Estas tres especies (A. hiranoi, A. monilatum y A. pseudogonyaulax) sólo parecen producir Goniodominas: ni rastro de otras biotoxinas.

Nunca se han registrado intoxicaciones en humanos por Goniodominas y se desconoce si el consumo de marisco contaminado con ellas (GDA ó GDB, variante descubierta en 2016) supone un riesgo para la salud. Ni siquiera se encuentran entre las biotoxinas reguladas por la Unión Europea.

A día de hoy no plantean ningún riesgo porque las especies que las producen no son abundantes. Pero vigilar su presencia como precaución ante cambios en esta situación en el futuro no deja de ser recomendable. Y desde el año pasado ya existe un método de LC-MS para su detección y cuantificación (Krock y col. 2018).

A. hiranoi. Fuente: sci.hokudai.ac.jp

Mientras, las células de A. hiranoi siguen ajenas a todas estas preocupaciones humanas. Ellas continúan con su curioso ciclo de vida, alternando una fase planctónica y bentónica entre el día y la noche. Yéndose al fondo para soñar como quistes temporales y despertándose al alba para nadar, colocándose bien sus flagelos cada mañana…

Referencias:

  • Espiña B. y col. Cytotoxicity of goniodomin A and B in non contractile cells. Toxicol. Lett. 250–251:10–20 (2016).
  • Kita T. y col. Life history and ecology of Goniodoma pseudogoniaulax (Pyrrophyta) in a rockpool. Bull. Mar. Sci. 37:643-651 (1985).
  • Kita T. & Fukuyo Y. Description of the gonyaulacoid dinoflagellate Alexandrium hiranoi sp. nov. inhabiting tidepools on Japanese Pacific coast. Bull. Plankton Soc. Jpn. 35:1–7 (1988).
  • Krock B. y col. Development of a LC-MS/MS method for the quantification of goniodomins A and B and its application to Alexandrium pseudogonyaulax strains and plankton field samples of Danish coastal waters. Toxicon 155:51-60 (2018).
  • Murakami M. y col. Goniodomin A, a novel polyether macrolide from the dinoflagellate Goniodoma pseudogoniaulax. Tetrahedron Lett. 29:1149–1152 (1988).
  • Zmerli Triki H. y col. First report of goniodomin A production by the dinoflagellate Alexandrium pseudogonyaulax developing in southern Mediterranean (Bizerte Lagoon, Tunisia). Toxicon 111:91–99 (2016).

El lado siniestro de Konstantín

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Para apreciar una obra de arte, un libro o una canción, no necesitamos conocer a la persona que la creó. Pero si luego nos cuentan que era una rata inmunda, animal rastrero, escoria de la vida, adefesio mal hecho…¿separaremos ambos asuntos? ¿olvidaremos sus obras? Depende de lo que haya hecho ¿verdad?

Y a la hora de citar un artículo científico ¿pensamos alguna vez en los autores? ¿qué pasaría si descubriésemos un pasado siniestro en su biografía?

Luc Montagnier (1932-). Fuente: Biografías y vidas.

Para empezar, por muy prestigioso y premiado que sea, ningún científico está libre de hacer o decir tonterías, nadie es infalible ni puede saber de todo.

Por ejemplo Luc Montagnier (descubridor del virus del SIDA y Nobel de medicina 2008), defensor de la homeopatía y altavoz del movimiento antivacunas (eldiario.es, elpais.com).

Luego están la miseria y la falsedad. Bill Bryson, en su imprescindible «Una breve historia de casi todo» repasa las figuras de varios investigadores que pasaron a la historia tanto por sus logros como por su falta de escrúpulos. Por ejemplo el paleontólogo Richard Owen, responsable del término «dinosauria» pero también la única persona a la –que sepamos– Charles Darwin detestó siempre. Con razón.

Sin embargo, salvo en casos de mala praxis, fraude y retirada de artículos, lo que hagan los científicos con su vida no afecta al impacto de sus estudios. Pero quizás deberíamos informarnos más y escoger mejor a quien citamos tal como propone el microbiólogo John R. Dolan a cuenta de nuestro protagonista de hoy.

Konstantín S. Merezkovskii (1855-1921), en 1911. Fuente: Prjamoj Put.

Les hablaré de un criminal asociado a uno de los logros históricos de la biología del siglo XX: Konstantín Merezhkovskii y la teoría de la simbiogénesis.

Merezhkovskii fue un reputado taxónomo ruso (particularmente sobre diatomeas) que publicó en 1905 (en ruso y en alemán): «Sobre la naturaleza y el origen de los cromatóforos en el Reino de las Plantas«.

En dicho estudio desarrollaba su teoría de la simbiogénesis, resultado en realidad de una síntesis de conceptos e ideas previas desarrolladas a lo largo de 40 años por otros investigadores en distintas disciplinas.

Su mérito fue encajar todas las piezas y sugerir que el origen de los cloroplastos era una cianobacteria dada su simplicidad estructural (aunque esto también lo intuyó antes Ernst Haeckel en uno de sus estudios).

Varios colegas de su época sugerían que el origen de los cloroplastos eran las mitocondrias. Mientras, Merezhkovskii rechazaba que las mitocondrias tuviesen un origen simbionte porque pensaba que contradecía a su propia teoría.

Cloroplastos. Fuente: Todosobrecloroplastos.

La teoría de la simbiogénesis de Merezhkovskii incluía cuatro apartados: 1) la reproducción independiente de los cloroplastos, 2) su parecido fisiológico y morfológico con las cianobacterias, 3) su analogía con los casos de simbiosis de algas en animales, y 4) el origen polifilético de la vida. Pero Merezhkovskii realizó escaso o ningún trabajo experimental sobre estos asuntos.

El biólogo alemán Anton de Bary fue quien acuñó en 1879 la expresión de «simbiosis« para referirse a la coexistencia de organismos con distinto nombre, relacionados entre los extremos que van del mutualismo al parasitismo.

En las décadas de 1880 y 1890 muchos biólogos plantearon que los cloroplastos podían proceder de organismos simbiontes. Entre ellos Ernst Haeckel, Edward B. Wilson y sobre todo Andreas Schimper, estudiante de Bary, quien planteó en 1883 el término cloroplasto sugiriendo su origen simbionte:

Green plants may in fact owe their origin to the unification of a colourless organism with one uniformly tinged with chlorophyll.

(Schimper 1883)
Andrei Famintzin (1835-1918). Fuente: Wikimedia commons.

El fisiólogo ruso Andrei Famintzin estableció con sus estudios las bases para el desarrollo de la teoría simbiogenética. Junto a su colega Baranetzky publicó en 1867 el cultivo de algas verdes (Trebouxia) obtenidas de líquenes, considerados hasta entonces como organismos unitarios.

Luego quiso extender sus resultados a otros seres vivos, extrayendo e intentando cultivar (sin éxito) las «zooclorelas» y «zooxantelas» de invertebrados marinos.

Famintzin pretendía demostrar que los cloroplastos de las células vegetales eran simbiontes y podían cultivarse independientemente. Lo intentó con los cloroplastos de la macroalga Vaucheria pero no llegó a nada, claro. Nunca aceptó la teoría de las cianobacterias como origen de los cloroplastos y ridiculizó la publicación de Merezhkovskii (1905) en una suya posterior de 1907.

El lado siniestro de Konstantín.

En 1886, con 31 años, Merezhkovskii abandonó San Petersburgo y se trasladó a Crimea por causas desconocidas, aunque se sospecha que pudo tener que ver con su pedofilia. De hecho en 1898 abandonaría Crimea para huir de varias denuncias de pederastia, dejando allí a su mujer e hijo, en la pobreza.

Se trasladó a EEUU y en California fue acusado de violar a una niña de 14 años. Allí publicó un libro («Earthly Paradise…«), una distopía que combinaba fascismo y eugenesia en un mundo acorde a sus tendencias pedófilas, en el que toda la población vivía desnuda en los trópicos.

En 1902 regresó a Rusia para incorporarse a un puesto en la Universidad de Kazan…y su ideología de extrema derecha le permitió colaborar con la policía secreta del Zar, denunciando «actividades sospechosas» de colegas y conocidos judíos u otros «traidores».

En 1914 volvió a escapar de Rusia por nuevos escándalos sexuales, con acusaciones de pederastia sobre 26 niñas y adolescentes entre 1905-1914 (incluida Kaleeria Korshunova, que tenía 6 años cuando él se convirtió en su tutor). El escándalo alcanzó dimensiones nacionales y en la prensa le apodaron «El marqués de Sade de Kazan».

El ministro de educación pública, L.A. Kasso, le echó de su puesto de profesor de botánica, pero continuó formando parte del personal de la Universidad de Kazan hasta 1917. Luego se trasladó a Suiza donde continuó publicando y manteniendo contacto con colegas botánicos franceses.

Hôtel des Familles (Ginebra). Fuente: Sapp y col. (2002).

Merezhkovskii se veía a si mismo como un salvador de la humanidad y en 1920 publicó un manuscrito titulado «Instructions for my disciples, concerning my doctrine for the salvation of the humanity«. Para él, en una sociedad pacífica no había lugar para los judíos, dejando bien claro su visión pre-nazi, entre otras lindezas.

Este personaje se suicidó en 1921 en el «Hôtel des Familles» en Ginebra, atado a la cama y asfixiado con una máscara conectada a una mezcla de gases tóxicos que él mismo preparó con ácidos y cloroformo.

La teoría de la simbiogénesis de Merezhkovskii era especulativa aunque su propuesta del origen cianobacteriano de los cloroplastos proporcionaba un hilo para comprobar su validez.

No fue hasta la segunda mitad del s.XX con el descubrimiento del ADN y el desarrollo de nuevas tecnologías cuando se pudo retomar de forma sistemática y rigurosa el papel de la simbiosis en el origen y la evolución celular.

Lynn Margulis (1938-2011). Fuente: dtnetwork.org

Fruto de ello Lynn Margulis propuso la teoría moderna de la simbiogénesis en 1967, planteando el origen endosimbionte en serie de los orgánulos celulares.

El trabajo donde la presentó («On the origin of mitosing cells«, firmado con su apellido de soltera, Sagan) fue rechazado por más de diez revistas científicas. Hoy en día se considera como la obra que resucitó y permitió profundizar en el concepto de endosimbiosis como motor fundamental de la evolución en las células eucariotas. Una historia, la del origen y evolución celular, que aún hoy desconocemos en su totalidad.

Y para terminar me despediré con esta reflexión de John R. Dolan:

«[…] es importante leer bien los trabajos que uno cita y considerar cuidadosamente cómo deberían citarse. Pocos de nosotros, espero, citarían inopinadamente o destacarían a un proto-nazi, violador de niños en serie, cuyo trabajo no fue incuestionablemente original».

Trad. de Dolan J. (2019)

Referencias:

  • Dolan J. A cautionary tale: we choose who to cite, who to recognize — please do so carefully. J. Plankton Res. 41:363-365 (2019).
  • Gray M.W. Lynn Margulis and the endosymbiont theory: 50 years later. Mol. Biol. Cell 28:1285-1287.
  • Provorov N.A. K.S. Mereschkowsky and the origin of eukaryotic cells: 111 years of symbiogenesis theory. Agr. Biol. 51:746-758.
  • Sagan L. On the origin of mitosis cells. J. Theor. Biol. 14:225-274.
  • Sapp J. Symbiogenesis: the hidden face of Constantin Merezhkowsky. Hist. Phil. Life Sci. 24:413-440 (2002).

Las focas de Morrell

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Imagen de portada: focas del Cabo. Fuente: thesardinerun

20 de septiembre de 1828. El capitán Benjamin Morrell, conocido en su época como «el mayor embustero del Pacífico«, recorre con su goleta «Antarctic» las costas de Namibia. Y en su rumbo hacia el norte se detiene en isla Posesión, a unos tres kilómetros del continente.

Vista aérea del sur de isla Posesión. Autor: Brian J. McMorrow. Fuente: pbase.com

La reputación de Morrell era dudosa porque solía mezclar en sus escritos experiencias propias y ajenas «hasta el punto de no poder distinguir a quien pertenecían«.

Pero lo que descubrió en aquella isla quizás no se lo inventó del todo y según Timothy Wyatt (1980) bien pudo deberse a una proliferación de microalgas tóxicas.

Conozco a Tim Wyatt desde 2008 cuando me incorporé al IEO de Vigo. Hemos coincidido pocas veces, en conferencias internacionales y por otros motivos cerca de Vigo.

Foto de grupo proyecto LIFEHAB (2001). Tim Wyatt está en la segunda fila a la derecha, con camiseta blanca. Fuente: ICM-CSIC.

A lo largo de su larga carrera (está jubilado pero sigue publicando) Tim ha abordado diversos temas, incluyendo la ecología y dinámica de poblaciones de microalgas nocivas. También fue el editor durante dos décadas de Harmful Algal News (ISSHA).

El año pasado me regaló algo muy valioso: dos artículos suyos de 1979 y 1980. Y lo hizo después de asistir a una de las charlas que dí sobre historias de algas y el mar relacionadas con Verne (Un mar de Verne). Al leerlos entendí por qué.

El primero de dichos artículos es «Global Patterns of Discolored Water and Related Events in the Nineteenth and Twentieth Centuries» y el segundo es el que he escogido para esta entrada: «Morrells’s seals«.

Posesión es la principal de un grupo de islas e islotes conocido como Islas Pingüino dispersas a lo largo de la costa de Namibia, una región desértica con aguas muy productivas por el afloramiento de Benguela y ricas en recursos pesqueros como ustedes sabrán.

Morrell, a su llegada a isla Posesión en 1828, dice lo siguiente:

«En este lugar, en los meses de agosto, septiembre y octubre pueden recogerse cantidades inmensas de huevos de pingüinos; y en su costa pueden capturarse abundantes peces de excelente calidad. En la superficie de esta isla vi los efectos de una plaga o peste, que había afectado a los habitantes anfibios del océano […] toda la isla estaba literalmente cubierta por carcasas de lobos marinos, con la piel sobre ellas. Parecía que habían muerto hacía cinco años y era evidente que había sucedido al mismo tiempo. Yo diría, a juzgar por la inmensa cantidad de carcasas y huesos, que no había menos de medio millón, y que habían sido víctimas de una misteriosa plaga o enfermedad.»

Trad. de Morrell B. (1832).
Arctocephalus pusillus en «Cape Cross», costa de los esqueletos (Namibia). Autor: Grobler du Preez. Fuente: 123rf.com

Las víctimas en cuestión eran Arctocephalus pusillus, conocidas como focas del Cabo, aunque para ser precisos se trata de lobos marinos. Focas y lobos marinos son mamíferos pinnípedos con diferencias físicas y ecológicas que no explicaré aquí.

Nos basta con saber que dicha especie vive en la región sur de África y Australia. Aunque su colonia en isla Posesión se extinguió.

El relato de Morrell continúa y 17 millas al norte llegan a Bahía Angra Pequena. En ella describe otra escena similar:

«Dos millas al noroeste […] se encuentran dos islas pequeñas […] antes acogían a un número inmenso de lobos marinos, pero fueron aniquilados sin duda por la misma plaga que los devastó en isla Posesión, ya que sus restos mostraban el mismo aspecto en ambos casos.»

Trad. de Morrell B. (1832).

Morrell recorrió la costa de Namibia durante nueve meses y en aquel viaje descubrió colonias sanas de lobos marinos en otras islas situadas entre Posesión y Angra Pequena. Al año siguiente regresó a la misma zona. Un tornado de grandes dimensiones pasó a unos 200 metros del barco y Morrell sugirió que este fenómeno pudo sofocar y matar a los lobos marinos.

Peces muertos en la costa suroeste africana tras una proliferación de dinoflagelados (Tripos furca y Prorocentrum micans). Fuente: Kudela y col. (2005).

La realidad es que en la costa suroeste de África se registran habitualmente mortalidades masivas de fauna marina.

Tal como tratamos en «La costa de las langostas asfixiadas», dicho fenómeno puede deberse a la hipoxia estacional por la descomposición de las proliferaciones de fitoplancton (incluyendo mareas rojas, nocivas o no), por la respiración de la comunidad planctónica y/o erupciones tóxicas de sulfuro de hidrógeno.

Uno de dichos episodios fue documentado en 1880 en Bahía Ballena (Walvis Bay), Namibia. En aquella ocasión llegaron a la orilla miles de peces muertos durante varios días (Gilchrist, 1914). El agua de la bahía estaba teñida de rojo con un aroma maloliente flotando en el aire. Al mismo tiempo, todo lo que era blanco se ennegreció, tanto en el buque de los testigos de aquel evento como en las casas de la bahía.

Esta descripción coincide con una marea roja y la descomposición masiva de la comunidad planctónica responsable del apestoso sulfuro de hidrógeno que oscurece la pintura y objetos como anclas, cadenas, utensilios de latón, etc. Se trata del mismo fenómeno conocido como «El pintor del Callao» en otra zona de afloramiento, la del Perú.

Pero Morrell no menciona nada de esto en su relato. En su caso, la muerte y extinción de las colonias de lobos marinos pudo suceder por una intoxicación alimentaria que Tim Wyatt sugirió debida a una proliferación de fitoplancton tóxico -o por hambruna después de una mortalidad masiva de peces-.

Benjamin Morrell (1795-1839). Grabado de Gimber & Dick. Fuente: Wikimedia commons.

Ambas hipótesis tienen varios problemas como él mismo reconoce. Para que la mortandad de peces tuviese un efecto tan devastador haría falta una catástrofe (nunca vista) a lo largo del área que suelen abarcar en sus desplazamientos los lobos marinos (hasta 160 km).

El avistamiento por Morrell de colonias vivas de lobos marinos entre isla Posesión y Angra Pequena descartaría aparentemente este supuesto.

Sin embargo, sí puede ser un factor de mortalidad masiva. En 1994 se calcula que 100.000 ejemplares de lobos marinos de esta misma especie (A. pusillus) perecieron debido a la intrusión de masas de aguas anóxicas en la plataforma costera y la escasez de pescado posterior.

La hipótesis de una intoxicación alimentaria por biotoxinas marinas sí explicaría las muertes en colonias aisladas de lobos marinos, dada la distribución espacial de las proliferaciones de fitoplancton, que suelen concentrarse en manchas circunscritas a regiones concretas (bahías, estuarios, zonas de convergencia o estabilidad).

No obstante, un panorama tan desolador como el que describe Morrell es inaudito para una intoxicación asociada al fitoplancton ¿medio millón de lobos marinos? ¿con daños similares en islas cercanas? duro de creer.

Los cálculos de medio millón de cadáveres en isla Posesión puede que fuesen exagerados -aunque no imposibles dada la superficie de la isla y la afirmación de Morrell de que la cubrían en su totalidad-. Lo que resulta difícil de imaginar es que murieran por esta única causa y más aún en dos localizaciones distintas.

Para situarles en contexto pondré algunos ejemplos de las escalas de daños sobre mamíferos marinos asociadas al fitoplancton tóxico.

Cadáver de beluga con síntomas externos de los daños por toxinas paralizantes, producidas por dinoflagelados del género Alexandrium, en Canadá. Fuente: Starr y col. (2017).

En agosto de 2008 un bloom de dinoflagelados tóxicos del género Alexandrium en el este de Canadá (Golfo de San Lorenzo) provocó una mortalidad masiva de peces, aves y mamíferos, incluyendo 10 belugas y 85 focas, por toxinas paralizantes (Starr y col. 2017).

En 1998, el Marine Mammal Center registró el varamiento de 400 leones marinos en California afectados por toxinas amnésicas debidas al consumo de peces contaminados por proliferaciones de diatomeas tóxicas (Pseudo-nitzschia australis). Perecieron en su práctica totalidad.

En 2015 en Chile, se registró la muerte de 343 ballenas sei, relacionada a posteriori también con toxinas paralizantes de dinoflagelados. Y en 2018, se calcula que 191 manatíes y centenares de delfines perecieron debido a la proliferación del dinoflagelado tóxico Karenia brevis en el Golfo de Florida (The Guardian, 19-XI-2018 y The Florida Red Tide).

Así pues, las mortalidades por biotoxinas en mamíferos marinos suelen afectar a una escala cuantitativa menor –aunque no podemos saber con certeza los ejemplares que perecen en el mar-.

Prorocentrum micans. Autor: Emilio Soler.

Volviendo al suroeste de África, la mayoría de proliferaciones y mareas rojas suelen deberse a dinoflagelados no tóxicos (p.ej. Tripos furca, Prorocentrum micans) y al ciliado fotosintético Mesodinium rubrum, entre otros.

Aún así, dichas proliferaciones pueden ser muy dañinas para la fauna marina (invertebrados y peces), por la hipoxia que llegan a ocasionar en la columna de agua.

Los blooms de dinoflagelados tóxicos (Gonyaulax, Karenia, Alexandrium, etc) también han sido responsables en dicha región de mortalidades masivas de peces, invertebrados (p.ej. orejas de mar), ballenas, aves marinas, así como varios registros en babuinos (sí, babuinos alimentándose de marisco contaminado!!), además de humanos en múltiples ocasiones desde el s.XIX hasta nuestros días (Pitcher y col. 2000).

Pero nunca se han observado mortalidades masivas de lobos marinos en la región que visitó Morrell. De ser cierto, su relato constituye un hecho histórico y singular. La posibilidad que apunta Tim Wyatt es que se hubiesen alimentado de peces e invertebrados contaminados por biotoxinas marinas paralizantes y que sus efectos neurotóxicos se manifestasen horas después, ocasionándoles la muerte no en el mar sino de regreso a la isla. Es posible, aunque pudieron ser varios factores los que condujeron a aquella catástrofe.

Además de las biotoxinas marinas y la escasez de alimento, existen otras causas de mortalidades masivas en pinnípedos como las infecciones víricas.

Phoca vitulina. Autor: Marcel Burkhard. Fuente: Wikimedia commons.

En el hemisferio norte se han registrado varias epidemias de morbillivirus entre focas comunes (Phoca vitulina), como la que mató a 17.000 ejemplares en el mar del Norte y Báltico en 1988, y en años posteriores con menor virulencia.

Se cree que dichos virus se transmitieron desde perros domésticos o carnívoros terrestres. Nunca se ha manifestado un fenómeno similar en lobos marinos africanos, pero el riesgo existe.

Terminaré con una nota feliz. En época de Morrell, y a lo largo de todo el s.XIX, los lobos marinos africanos sufrieron una persecución feroz por el comercio de sus pieles, diezmando sus poblaciones hasta llevarlas prácticamente a la extinción. Pero en 1893 se promulgó una ley para protegerlas y evitar el desastre.

Sus poblaciones se recuperaron a lo largo del s.XX, permaneciendo estables desde los años 90′. Hoy en día su caza está prohibida en Sudáfrica, no así en Namibia.

Arctocephalus pusillus pusillus. Autor: F. Lampen. Fuente: The red list of mammals of South Africa, Lesotho and Swaziland.

En la actualidad su número aproximado es de 1,7 millones de individuos, y sus colonias se han extendido hacia el norte de Namibia y Angola.

Agradecimientos: A Tim Wyatt por darme a conocer esta historia a través de su artículo y por haber asistido a aquella charla en Gondomar.

Referencias:

  • Gerber L. & Hilborn R. Catastrophic events and recovery from low densities in marine otariids: implications for risk of extinction. Mammal Rev. 31:131-150 (2001).
  • Gilchrist J.D.F. An enquiry into fluctuations in fish supply on the South African coast. Mar. Biol. Rep., Cape Tn, No. 2:8-35 (1914).
  • Kudela R. y col. Harmful algal blooms in upwelling ecosystems. Oceanography 18:184-197 (2005).
  • Morrel B. A narrative of four voyages (to the South Sea, North and South Pacific Ocean, Chinese Sea, Ethiopic and southern Atlantic Ocean, Indian and Antarctic Ocean) from the year 1822-1831. Harper, New York, 492 pp. Disponible en ULS Digital Collection.
  • Pitcher G.C. & Calder D. Harmful algal blooms of the southern Benguela Current: a review and appraisal of monitoring from 1989 to 1997. S. Afr. J. Mar. Sci. 22:255-271 (2000).
  • The Red List of Mammals of South Africa, Lesotho and Swaziland.
  • Starr M. y col. Multispecies mass mortality of marine fauna linked to a toxic dinoflagellate bloom. Plos One 12:e0176299. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0176299
  • Wyatt T. Morrells’ seals. J. Cons. int. Explor. Mer. 39:1-6 (1980).

Pepitas de oro

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Imagen de Portada: Coolia guanchica (microscopía electrónica de barrido. Autores: I. Pazos y F. Rodríguez)

Hoy en día disponemos de herramientas genéticas cada vez más potentes y sus aplicaciones en diversos campos dominan –cada vez más– los estudios de fitoplancton en poblaciones naturales y cultivos.

Con ellas podemos conseguir cantidades inmensas de información.

Craig Venter (1946-). La empresa Celera Genomics fundada por él y Perkin Elmer presentó en el año 2000, junto a los investigadores del proyecto Human Genome Project, el primer borrador del genoma humano.

Por cierto, la era de la secuenciación masiva comenzó anteayer: la inauguró en 2004 el biólogo (y millonario, SÍ, ambas son posibles) Craig Venter con su archifamoso trabajo en el Mar de los Sargazos.

Estos avances recientes han permitido examinar la biodiversidad del plancton a escala global con un nivel de detalle cada vez mayor.

Frente a esto la taxonomía tradicional parece anclada en el pasado. Basada en la observación e identificación morfológica al microscopio ha perdido atractivo siendo relegada a un segundo plano en las líneas de investigación actuales.

El mantra oficial es que los estudios morfológicos consumen mucho tiempo y necesitan personal formado en la identificación del plancton. Como si la genética no requiriese tiempo ni formación. Lo cierto es que la genética ha revolucionado el estudio del fitoplancton y proporciona mucha información pero no siempre todo el conocimiento necesario.

Un ejemplo es la descripción de nuevas especies, que requiere (como mínimo) de la caracterización genética y morfológica.

Ahí fuera hay miles de especies por descubrir (las estimaciones más conservadoras dan alrededor de 30.000), y al igual que en el medio terrestre quizás algunas de ellas desaparezcan antes de que nadie las registre para la ciencia.

Son tantas que la posibilidad de que usted encuentre una nueva especie de fitoplancton no es despreciable. No me atrevo a dar un porcentaje de éxito pero sería muy superior a que le toque la lotería (da igual, la que sea!).

Para encontrar a una de esas especies desconocidas basta una botella de -pongamos- 500 mL. Luego vaya hasta el mar y llénela. Si visita una playa o una zona rocosa no olvide mezclar en el agua un poco de arena, trozos de algas o raspar una roca. Así recogerá microalgas planctónicas y bentónicas.

Observando una muestra en el IEO de Vigo. Autora: M. Vázquez Glez (dime patata).

Es posible que tenga una especie nueva en la botella, pero llegar hasta ella y describirla es otra cosa. Además de suerte, tendrá que filtrar la muestra para eliminar a los microorganismos de mayor tamaño -el zooplancton- cuya sana costumbre es alimentarse del fitoplancton.

Una vez limpia la muestra hay que armarse de MUCHA paciencia en el microscopio, aislando células individuales o haciendo diluciones en serie (réplicas cada vez con menos células). Sin entrar en detalles, en ambos casos se añade medio de cultivo rico en nutrientes para que las algas estén cómodas y se recuperen del susto.

Las muestras diluidas contendrán en el mejor de los casos una sola especie o unas pocas (pero más fáciles de aislar individualmente).

Condiciones adecuadas de crecimiento. Este aspecto es fundamental. Además de un medio de cultivo adecuado, debemos tener en cuenta los rangos ambientales del lugar de aislamiento -temperatura, luz y salinidad-. Esas variables oscilan a lo largo del tiempo, sobre todo en latitudes medias y si queremos que nuestras microalgas prosperen tendrán que sentirse como en casa.

Aún haciéndolo todo bien sólo un número limitado de células agradecerá nuestras atenciones y crecerá en monocultivo en el laboratorio.

A esas pocas elegidas las imagino como los granos de arena sobre un tamiz que agitamos en el lecho de un río buscando pepitas de oro. Su aspecto nos resulta familiar, hay muchos, pero a pesar de todo no perdemos la esperanza de encontrar esa preciosa pepita de oro.

Playa de Las Cuevitas (Adeje). Fuente: Alamy.

Pues bien. Esto mismo sucedió en 2013 en la costa sur de la isla de Tenerife. A partir de muestras de agua (en zonas rocosas y playas de Adeje y San Andrés) colegas del IEO de Vigo y de la Universidad del País Vasco (estos impulsores y financiadores del muestreo) aislamos y cultivamos dinoflagelados bentónicos.

El objetivo principal era aislar dinoflagelados del género Coolia. Su nombre procede del apellido de un farmacéutico belga del que sólo sabemos la abreviatura de su nombre: Th. Cool.

Dicho caballero recogió muestras de agua en unas instalaciones ostreícolas en Nieuwpoort (Bélgica) en 1907-1908, y se las entregó a su amigo el naturalista Alphonse François Meunier (1857-1918).

Meunier descubrió gracias a las muestras de Monsieur Cool la primera especie de este nuevo género, Coolia monotis, aunque su descripción (y la dedicatoria a su amigo) se publicó a título póstumo en 1919.

Ilustraciones originales de Coolia monotis (Meunier, 1919).

Exactamente un siglo después publicamos (un grupo de investigadores de la Universidad de Lisboa, U. del País Vasco y del IEO de Vigo), una nueva especie de dicho género: Coolia guanchica (David y col. 2019), la octava descrita formalmente.

Imagen de microscopía electrónica de barrido de Coolia guanchica (CACTI, Universidad de Vigo). Autores: I. Pazos y F. Rodríguez

La propuesta original era Coolia variolica por el relieve marcado que presentaba la superficie de sus células -que recordaba a los estragos de la varicela-, pero al final no nos pareció concluyente y buscamos un epíteto alternativo.

La nueva especie se encontró en la isla de Tenerife y acordamos denominarla guanchica en recuerdo a «los guanches«, los habitantes de las islas Canarias a la llegada de los españoles allá por el siglo XV.

Aunque luego se ha utilizado «guanche» para llamar a todos los aborígenes de las islas, lo cierto es que el nombre sólo hacía referencia originalmente a los pobladores de Tenerife.

Sobre ellos la web de turismo de Tenerife explica que procedían de tribus bereberes en el norte de África. Habitaban generalmente en cuevas y vivían de la agricultura y la ganadería. Curiosamente no parece que dispusieran de conocimientos de navegación.

Estatuas de Los Menceyes en Candelaria (Tenerife). Fuente: Revista Binter.

Se enfrentaron a la invasión de los conquistadores de la corona de Castilla a lo largo del siglo XV y los supervivientes terminaron como esclavos en la Península Ibérica o asimilando el modo de vida de los conquistadores.

De su lengua apenas se han encontrado algunas inscripciones pero su legado está presente a lo largo y ancho de la geografía de Canarias. Por dar un ejemplo, la isla de Tenerife estaba dividida en nueve «reinos» o menceyatos y uno de ellos era el de Adeje, nombre de uno de los municipios donde se aisló Coolia guanchica.

El género Coolia no se ha relacionado nunca con una intoxicación en humanos o fauna marina (hasta donde yo sé). No obstante algunas especies se consideran potencialmente tóxicas aunque los ensayos de toxicidad que hicimos con C. guanchica empleando invertebrados (Artemia salina) dieron resultados negativos.

En nuestro caso la genética mostró claramente que estábamos ante una nueva especie, pero las evidencias morfológicas llevaron un poco más de tiempo.

Gracias sobre todo a mis colegas Helena David, Aitor Laza-Martínez y Santiago Fraga, fue posible caracterizar morfológicamente a esta nueva especie y completar así la información y el conocimiento necesarios para la descripción de Coolia guanchica.

Lo que quiero destacar, por si no resulta evidente, es que la importancia de conocer la morfología de los organismos sigue siendo esencial para el estudio del fitoplancton. A pesar de todas las maravillas de la genética ambas formas de conocimiento son parte de la solución y sin investigadores en ambos campos no podríamos haber publicado nuestra pepita de oro particular.

Referencias:

  • Boero F. The Study of Species in the Era of Biodiversity: A Tale of Stupidity. Diversity 2:115-126 (2010).
  • David H. y col. Coolia guanchica sp. nov. (Dinophyceae) a new epibenthic dinoflagellate from the Canary Islands (NE Atlantic Ocean). Eur. J. Phycol. https://doi.org/10.1080/09670262.2019.1651400 (2019).
  • Guiry M.D. How many species of algae are there? J. Phycol. 48:1057-1063 (2012).
  • Meunier A. Microplancton de la mer Flamande. 3me partie. Les Péridiniens. Mémoires du Musée Royal d’Histoire Naturelle de Belgique 8:1-111 (1919).
  • Venter J.C. y col. Environmental genome shotgun sequencing of the Sargasso Sea. Science Apr 2;304 (5667):66-74 (2004).

El alga que se convirtió en león

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Imagen de portada: león hambriento atacando a un antílope [H.J. Félix Rousseau, 1905. Fuente: reprodart]

«Science in Action» se emite semanalmente desde 1979.

Aplaudo con las orejas el invento de los podcasts para escuchar radio cuando y como queremos. Entre los programas que más sigo hay varios de divulgación científica y la historia de hoy la descubrí en uno de ellos.

Hace unas semanas mientras fregaba la vajilla escuchando BBC Science in Action, en el episodio «The human danger-for sharks» sonaron palabras mágicas: predators & red algae. ¡Casi rompo un plato de la emoción!

Se trataba de una charla con Patrick Keeling (UBC, Canadá) sobre el último trabajo de su grupo en Nature: un microorganismo heterótrofo relacionado con las algas rojas llamado Rhodelphis (Gawryluck y col. 2019).

[el audio dura unos 7 minutos y está aquí (en el min. 18)].

Rhodelphis. Fuente: earth.com

En su trabajo describen dos especies: en un lago (Rhodelphis limneticus) y en un fondo marino arenoso (R. marinus).

¿Por qué atrajo Rhodelphis el interés de la BBC?

La respuesta está en compararle con una planta carnívora, algo que siempre despierta morbo y curiosidad; no suele faltar una mención a la ciencia ficción y a los monstruosos trífidos.

El título de la entrada lo tomé de una respuesta a esta cuestión del presentador: ¿por qué nadie lo había descubierto aún?

Leones del Serengeti. Autor: M. Nichols. Fuente: National Geographic.

Keeling contestó que si unos extraterrestres se interesaran en estudiar el Parque del Serengeti y muestreasen 1000 animales creerían que sólo hay cebras, gacelas y ñús.

No encontrarían ningún león ¡o quizás solo uno! y pensarían que es un bicho raro y poco importante.

Pues Rhodelphis es un predador unicelular que encajaría con esos leones –escaso pero no menos importante que los seres dominantes- Interesantísimo desde el punto de vista evolutivo por ser hermano genético de las algas rojas.

La cosa tiene mucha miga, verán…

Taxonómicamente Rhodelphis pertenece al Reino Plantae. En él están las algas primarias: rojas (Rhodophyta), verdes (Viridiplantae) y glaucofíceas (Glaucophyta, de agua dulce), y también, por supuesto, las plantas terrestres.

Dichas algas primarias comparten un ancestro común eucariota que capturó a una cianobacteria dando lugar al actual cloroplasto de vegetales terrestres y microalgas. A las algas primarias también se les conoce como Archaeplastida (plástidos antiguos).

Los demás grupos del fitoplancton han adquirido la fotosíntesis incorporando cloroplastos de otras microalgas, a través de diferentes episodios de endosimbiosis sobre los cuales todavía existe discusión. Los plástidos de dichos grupos (diatomeas, dinoflagelados, etc) no son primarios y pertenecen al Reino Chromista.

La prasinofícea Cymbomonas. Las flechas indican las bacterias de las que se alimenta en cultivo. Fuente: Fig. 1, Maruyama y col. (2013).

Las algas primarias son (en su inmensa mayoría) fotosintéticas y no capturan presas para completar su alimentación.

La única excepción conocida es Cymbomonas, un alga verde (prasinofícea) capaz de ingerir bacterias aunque su fuente de energía principal –y obligatoria para sobrevivir– es la fotosíntesis.

Rhodelphis es un caso diferente y único en el Reino Plantae. No realiza fotosíntesis y a pesar de estar emparentado con las algas rojas no se parece a ellas en casi nada.

Las algas rojas son adictas a la fotosíntesis: ni se mueven con flagelos, ni se alimentan de otros seres, a todos los efectos funcionan como plantas. Rhodelphis hace justo lo contrario, es un flagelado heterótrofo que se alimenta de bacterias y eucariotas (flagelados: Kinetoplastea).

Esquema de los resultados genómicos y transcriptómicos en Rhodelphis, incluyendo al plástido «invisible». Fuente: Fig. 3, Gawryluck y col. (2019).

¿Y qué hay del plástido de Rhodelphis?

No se han observado plástidos al microscopio electrónico ni tampoco parece que posean un genoma plastidal porque no da señales de vida: Gawryluck y col. (2019) no detectaron expresión de ARN compatible con genoma de cloroplastos de algas rojas o de cianobacterias.

Pero sería muuuy raro que no existiese y deben poseer un plástido relicto. Y así parece ser. Hay evidencias moleculares a favor de su existencia: preproteínas plastidales codificadas por el núcleo de Rhodelphis.

Las preproteínas plastidales salen «etiquetadas» desde el núcleo con la dirección del plástido, igual que un paquete de correos. La etiqueta es una secuencia de aminoácidos que permite su entrada al plástido tras ser reconocida por unas translocasas (complejos proteicos) con el divertido nombre de Tic/Toc. Luego, una vez en el interior, maduran a proteínas.

Todo esto de las etiquetas y el sistema Tic/Toc aparece en Rhodelphis así que debe poseer un plástido relicto.

¿Y por qué conservar un plástido si ya no es fotosintético?

El plástido era en su origen una célula compleja, toda una cianobacteria, y su endosimbiosis con el huésped eucariota supuso mucho más que la fotosíntesis. Hubo que hacer ajustes en el genoma del huésped para integrar al endosimbionte. Para entenderlo mejor se me ocurre un símil informático…

Imaginen que queremos instalar el programa Fotosíntesis 1.0 en un ordenador con un sistema operativo X (genoma huésped). Pero que sólo fuese posible con una memoria USB (cianobacteria) que instalase otro sistema operativo Y en paralelo (genoma cianobacteria). Vaya lío.

Lo más sencillo sería actualizar el sistema operativo a XY para que todo funcione bien, Fotosíntesis 1.0 incluida!!

Pues bien. Lo que han hecho las microalgas es actualizar su sistema operativo a XY pero sin prescindir de Y. Lo han reducido a la mínima expresión.

Rhodelphis sí que lo ha eliminado por completo y aún siendo raro no es el único ejemplo conocido. Existen algunos organismos con plástidos sin genoma: un alga verde no fotosintética (Polytomella) y un parásito de moluscos (Perkinsus).

Los plástidos están implicados en tareas esenciales para el metabolismo celular como p.ej. la síntesis de grupos hemo, imprescindibles en la estructura de moléculas relacionadas con procesos como la respiración y la fotosíntesis.

A lo largo de la evolución el plástido de Rhodelphis ha perdido la función fotosintética pero sigue siendo útil y coopera probablemente con las mitocondrias en varias rutas metabólicas.

Zoosporangios de Perkinsus olseni/atlanticus. Fuente: Villalba y col. (2004).

El descubrimiento de Rhodelphis es interesante también porque supone que el ancestro común que comparte con las algas rojas era aún mixotrófico.

Es decir, durante un tiempo evolutivamente largo (posterior a la divergencia de las glaucofitas (las algas primarias más antiguas) y luego de las algas verdes), el plástido endosimbionte coexistió con la capacidad del huésped para capturar presas, quizás porque aquel no era todavía una fuente fiable de energía...

Luego, aquel organismo fotosintético dio lugar a dos ramas evolutivas que llevaron a las algas rojas y a Rhodelphis, una antigua planta que hoy en día es un predador unicelular.

Y es que las líneas del libro de la vida no se difuminan nunca del todo y el ADN de Rhodelphis conserva la huella del alga que se convirtió en león.

Referencias:

  • Gawryluk R.M.R. y col. Non-photosynthetic predators are sister to red algae. Nature, https://doi.org/10.1038/s41586-019-1398-6 (2019).
  • Gould S.B. y col. Plastid Evolution. Annu. Rev. Plant Biol. 59:491–517 (2008).
  • Maruyama S. & Kim E. A Modern descendant of early green algal phagotrophs. Curr. Biol. 23:1081–1084 (2013).
  • Smith D.R. & Lee R.W. A plastid without a genome: evidence from the nonphotosynthetic green algal genus Polytomella. Plant Physiol. 164:1812-1819 (2014).
  • Villalba A. y col. Perkinsosis in molluscs: a review. Aquat. Living Resour. 17:411–432 (2004).

Marsupios y Noctilucas

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Imagen de portada: lágrimas azules en las islas Matsu [autor: Lienchiang County Government. Fuente: TeN]

Gran Bretaña colonizó Australia, aunque el capitán James Cook no fue su descubridor sino el primero en alcanzar la costa sureste en 1770. Dos siglos antes franceses, portugueses, españoles y holandeses ya conocían las costas oeste y norte de la isla-continente. Incluso el holandés Abel Tasman alcanzó por primera vez Tasmania en 1642 bautizándola como Van Diemen’s Land ¿recuerdan la canción?

The Kongouro from New Holland (Kangaroo) (1772, George Stubbs). Fuente: National Maritime Museum, Greenwich.

Sin embargo, la primera pintura representando a un marsupial australiano, en concreto a un canguro, la realizó George Stubbs (1772) gracias a la expedición científica de Cook en el Pacífico a bordo del «HMB Endeavour» (1768-1771).

Suyo fue el mérito de presentar en sociedad a un animal «alienígena» para la cultura occidental, asociado desde entonces y para siempre jamás con Australia.

Y eso que en la obra de Stubbs falta un detalle esencial, el marsupio (del latín marsupium: bolsa): un pliegue que sirve de cámara incubadora y protección para las crías, donde culminan su desarrollo a base de leche materna.

En 1816 el zoólogo francés Georges Cuvier clasificó a todos los marsupiales en el orden Marsupialia y así se quedaron hasta 1997, cuando fueron ascendidos al nivel de infraclase y separados en dos órdenes según su origen geográfico: América (Ameridelphia) y Australasia (Australidelphia).

Todo esto de los marsupiales, clases y órdenes, viene muy al caso de las Noctilucas, verán…

Esquema de las características externas de Marsupiomonas pelliculata. Fuente: Fig.1 de Jones y col. (1994).

Entre las algas verdes existe una clase, las pedinofíceas, y dentro de ellas el orden Marsupiomonadales, llamadas así por la presencia de una bolsita –en la que no contienen a sus crías– sino de la que surge su único flagelo.

La primera especie descrita fue Marsupiomonas pelliculata (Jones y col. 1994), una microalga de sólo 3 micras aislada en 1967 en el estuario del Tamar (Reino Unido).

En 2012 dejó de ser obligatorio incluir una descripción (diagnosis) en latín para las nuevas especies. Pero su vigencia en 1994 nos permite disfrutar de esta frase en la diagnosis de M. pelliculata: «[…] pars basalis ejus in marsupium flagellare profundum inmersa, limbo exteriore marsupii in labellum incrassato.»

NOTA: Hasta 1994 conocían a esta pequeña marsupial como «flageladito verde» y la usaban como alimento de la primnesiofícea Chrysochromulina brevifilum en experimentos en el Plymouth Marine Laboratory.

Algas verdes y Noctilucas. En el sureste asiático denominan «lágrimas azules» al espectáculo bioluminiscente de las proliferaciones de Noctiluca scintillans.

De ellas ya hemos hablado en otras ocasiones, pero siempre apetece volver a escribir de un organismo tan especial. Para empezar, allí son verdes y al lado de mi casa, en Vigo, naranjas!!

  • Bloom de Noctiluca en Bouzas (agosto 2018). Autor: F. Rodríguez
  • Las responsables, vistas al microscopio óptico en el IEO de Vigo. Autor: F. Rodríguez
  • Mi pie y las Noctilucas
  • Noctilucas en el IEO de Vigo. No estaban concentradas artificialmente, era una muestra de la marea roja, tal cual…

Les recuerdo que existen dos variedades de Noctilucas como si de frutas se tratasen: naranjas y verdes. Genéticamente no hay diferencias significativas y se consideran la misma especie (N. scintillans).

Pero mientras que las naranjas tienen distribución global en latitudes medias/tropicales y toleran rangos amplios de temperatura (10-25ºC), las verdes son propias del sureste asiático, principalmente del Índico y mar Arábigo, y prosperan en temperaturas altas (25-30ºC). No obstante, se han descrito también blooms de Noctilucas naranjas en el este de China, en aguas a 28-30ºC (Qi y col. 2019).

Distribución geográfica de Noctilucas naranjas y verdes. Fuente: Figs. 2&3 de Harrison y col. 2011).

Ambas son heterótrofas aunque sólo las Noctilucas verdes poseen «un invernadero interior» de algas endosimbiontes.

La relación parece ser específica y si desean más detalles les recomiendo leer «Nuevas historias de Noctilucas«. Pero léanlo después si les apetece, no se me dispersen ahora !!

La razón para citar hoy a las Noctilucas verdes es que existen novedades sobre sus algas endosimbiontes. Y ya les adelanto una cosita: habemus marsupio.

En la entrada de 2014 me refería a las endosimbiontes verdes de Noctiluca como Pedinomonas noctilucae (pedinofíceas; Sweeney, 1976), pero años después la biología molecular ha confirmado definitivamente que no estaban bien clasificadas.

Las pedinofíceas incluyen dos órdenes: Pedinomonadales y Marsupiomonadales. Las primeras se encuentran en agua dulce y suelo, mientras que las segundas son marinas. Pedinomonas noctilucae era la única Pedinomonadal de naturaleza marina.

A) Bloom de Noctilucas verdes en el mar Arábigo (febrero 2009). C) Detalle de N. scintillans con los endosimbiontes verdes. E) Protoeuglena noctilucae, la flecha señala a su «marsupio» !!. Fuente: Fig. 1 de Wang y col. (2016).

Las características morfológicas de P. noctilucae, con una bolsita en la que se inserta su flagelo, ya sugirieron a Jones y col. (1994) que podía estar mal clasificada y pertenecer al género Marsupiomonas.

Pero nadie alcanzó a resolver la cuestión con datos moleculares hasta Wang y col. (2016).

Estos autores examinaron secuencias genéticas del núcleo y cloroplastos en los endosimbiontes (de Noctilucas verdes del mar Arábigo) para demostrar que eran pedinofíceas, sí, pero del orden Marsupiomonadales. Y de un género nuevo.

El error -en términos taxonómicos- sería similar a clasificar una especie de canguro en el orden de los marsupiales americanos.

Dado que el primero en describir los endosimbiontes de Noctiluca (Subrahmanyan, 1954) las denominó Protoeuglena noctilucae, Wang y col. recuperaron en 2016 ese nombre para designar a estas microalgas que ofrecen su color –y ventajas competitivas– a las Noctilucas verdes.

Referencias:

  • Harrison P.J. y col. Geographical distribution of red and green Noctiluca scintillans. Chin J. Oceanol Limnol 29:807–831 (2011).
  • Jones H.L.J. y col. An ultrastructural study of Marsupiomonas pelliculata gen. et sp. nov., a new member of the Pedinophyceae. Eur J Phycol 29:171-181 (1994).
  • Qi L. y col. In search of red Noctiluca scintillans blooms in the East China Sea. Geophys Res Let 46. https://doi.org/10.1029/2019GL082667
  • Subrahmanyan R. A new member of the Euglenineae, Protoeuglena noctilucae gen. et sp. nov., occurring in Noctiluca miliaris Suriray, causing green discoloration of the sea off Calicut. Proc Ind Acad Sci, Sect B, Indian Academy of Sciences 39:118-127 (1954).
  • Sweeney B.M. Pedinomonas noctilucae (Prasinophyceae), the flagellate symbiotic in Noctiluca (dinophyceae) in Southeast Asia. J Phycol 12:460-46 (1976).
  • Wang L. y col. Phylogenetic analyses of three genes of Pedinomonas noctilucae, the green endosymbiont of the marine dinoflagellate Noctiluca scintillans, reveal its affiliation to the order Marsupiomonadales (Chlorophyta, Pedinophyceae) under the reinstated name Protoeuglena noctilucae. Protist 167:205–216 (2016).
  • Fuentes Web: «The earliest strange creatures: Europe’s first meetings with marsupials», por Jack Ashby (ucl.ac.uk)

Escalera hacia el cielo…de CO2

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Imagen de portada: Coral (Autora: Valeria Nascimento). Exposición: «The Ancient Oceans».

Editorial Xerais (2019). Fuente: tiempo.com

Para comprender y predecir la evolución del clima ha sido esencial conocer la influencia de factores como los cambios en la órbita del planeta, actividad solar, la circulación del océano y gases de efecto invernadero, entre otros.

El libro «Os tempos e o clima de Galicia» (2019) (entre cuyos autores figura Xavier Fonseca, creador de «Historias del tiempo» en La Voz de Galicia), dedica uno de sus capítulos al cambio climático.

En él adaptan una gráfica de Miller y col. (2014) con el forzamiento radiativo de varios factores (calculado desde 1850), señalando a los gases de efecto invernadero como responsables del aumento global de temperatura.

El forzamiento radiativo o climático es la diferencia entre la luz solar absorbida por La Tierra y la energía devuelta al espacio. El artículo original incluye más factores y otro gráfico con la parte antropogénica y natural del forzamiento radiativo que hablan por sí solas…

a) Forzamiento radiativo, b) la misma variable, dividida en origen natural y antropogénico. Fuente: Miller y col. (2014).

Entre las emisiones de gases con efecto invernadero destaca el CO2 procedente de la quema de combustibles fósiles desde finales del s.XIX (80% del total de emisiones entre 1970-2010), asociado estrechamente con el calentamiento global. Sobre esta asociación veremos más adelante una gráfica muy ilustrativa (para estamparla en una camiseta, vamos).

El clima del planeta ha sufrido cambios continuos y seguirá cambiando en el futuro, pero esta es la primera vez que lo hace empujado por la actividad humana.

La temperatura promedio del planeta ha subido alrededor de 1ºC en 2017 respecto a la época pre-industrial (1850-1900), con un rango de 0,8-1,2ºC según el IPCC.

Pero un dato aislado como éste ¿es mucho o poco? para saberlo necesitamos ponerlo en contexto a los ciclos climáticos de La Tierra en una serie de tiempo mayor. Y la tenemos...

En la actualidad disponemos de una serie moderna de 800.000 años con medidas directas y precisas de CO2, y estimaciones antiguas que se remontan a cientos de millones de años.

Fuente: beingtherewithnature

En la serie moderna hay dos grupos de medidas. Por una parte los datos de CO2 del observatorio Mauna Loa (Hawaii) iniciados por C. David Keeling en marzo de 1958.

En ella los niveles de CO2 han aumentado desde 315,71 a 413,92 ppm (junio 2019), una subida del 31% en 6 décadas, cada vez más rápida.

Por otra parte tenemos medidas directas a partir del hielo. Las capas de varios kilómetros de espesor que cubren regiones polares en Groenlandia y la Antártida retienen burbujas de aire que permiten conocer los niveles de CO2 (y estimar la temperatura mediante el fraccionamiento isótopico del agua).

Los testigos de hielo estudiados en Groenlandia se remontan a 123.000 años y los de la Antártida hasta 800.000 años. Las historias que narran son similares respecto al CO2, pero difieren en un aspecto fundamental: en Groenlandia se han registrado cambios bruscos de temperatura (estimados de hasta 8 ºC en 40 años!) ausentes en la Antártida (Alley, 2000).

Capa de hielo Laurentino. Fuente: serc.carleton.edu

Dichos cambios, únicos para el hemisferio norte, se han relacionado con alteraciones en el flujo de calor en el océano ligadas al aumento/retroceso de la capa de hielo Laurentino en Norteamérica entre 95.000-6000 años atrás.

La serie de CO2 más larga disponible en la actualidad es la del testigo de hielo «Dome C» en la Antártida (Jouzel y col. 2007) obtenido durante el proyecto europeo para la extracción de núcleos helados (EPICA).

El «Dome C» incluye 800.000 años, con ocho periodos glaciales y los correspondientes interglaciales, a lo largo de unos 3.200 metros de hielo.

En esta simulación de NOAA pueden observar la variación del CO2 combinando todos estos datos -desde 2017 hasta 800.000 años atrás- incluyendo testigos de hielo de Groenlandia y la Antártida.

CONCLUSIÓN: los niveles de CO2 nunca superaron los 300 ppm en los últimos 800.000 años, hasta comienzos del s.XX.

Y aquí tienen la oscilación temporal de CO2 y temperatura, calculada mediante los isótopos del agua (el fraccionamiento o pérdida del isótopo pesado deuterio (2H)), a partir de muestras del «Dome C». El final de las épocas glaciales se caracteriza por subidas de temperatura de 4-7 ºC a lo largo de unos 5.000 años. Las tasas actuales son unas 10 veces superiores.

La gráfica para estampar en una camiseta. Fuente: NOAA.

Bien. Sigamos atando cabos. Ahora les mostraré otro gráfico menos habitual en los medios de comunicación que da pie a la parte final de esta entrada donde hablaremos del fitoplancton.

Fuente: Scripps CO2 program.

Lo que vemos aquí es la desviación negativa en la relación isotópica del carbono 13 (13C), inversa a la evolución positiva del CO2 (aunque no tan perfecta en series temporales más largas).

EXPLICACIÓN: La quema de combustibles fósiles añade CO2 a la atmósfera con una señal isotópica característica: carece de 14C debido a su antigüedad y está empobrecido en 13C. La gráfica anterior es una de las principales evidencias del origen antropogénico del aumento de CO2.

El carbono posee tres isótopos (12C, 13C y 14C). Los isótopos 12C y 13C son estables y a diferencia del 14C se mantienen constantes en la materia orgánica a lo largo del tiempo. El isótopo más abundante con diferencia es el 12C (98.9% frente a 1.1% de 13C).

La relación 13C/12C en plantas terrestres y microalgas es menor que en la atmósfera. Autor: F. Rodríguez.

En la incorporación de carbono en la fotosíntesis, plantas terrestres y microalgas (en concreto la enzima RUBISCO responsable de la fijación de carbono) discriminan a favor del isótopo ligero 12C respecto al 13C, por lo que su relación isotópica se empobrece en 13C.

Los combustibles fósiles (carbón, hidrocarburos, gas natural) que quemamos emitiendo CO2 a la atmósfera tienen su origen principalmente en microalgas y plantas terrestres, de ahí el descenso observado en el fraccionamiento isotópico del 13C.

Hasta aquí sólo hemos tratado de la serie moderna de CO2, pero ¿cómo estimamos los valores que había millones de años atrás?

  • Reticulofenestra sessilis. Una de las pocas especies existentes de este género, relacionado con las alquenonas del registro fósil. Autor: JR Young. Fuente: microtax.org

Para estimar niveles de CO2 más allá de los testigos de hielo usamos paleobarómetros, principalmente fraccionamientos isotópicos a partir de microorganismos en sedimentos marinos.

El primero de dichos paleobarómetros emplea el fraccionamiento isotópico del 13C debido a la fotosíntesis, y analiza unos compuestos muy concretos: alquenonas, producidas por algunas especies de microalgas pertenecientes al grupo de las haptofitas.

Las alquenonas actuales proceden de Emiliania huxleyi y Gephyrocapsa oceanica, aunque antes del Plioceno (>5 Ma.) las responsables fueron otras especies (ya extintas, p.ej. del género Reticulofenestra).

  • Globigirenoides ruber, un foraminífero utilizado para los estudios de fraccionamiento isotópico 11B. Autora: J. Flannery. Fuente: USGS

El segundo paleobarómetro consiste en el fraccionamiento isotópico del 11B en las conchas de foraminíferos (zooplancton).

Ambos métodos muestran discrepancias dado que los valores de CO2 estimados proceden de organismos y procesos distintos.

Entre otros, un estudio reciente (Badger y col. 2019) indica que en los períodos con niveles más bajos de CO2, como los últimos 20 millones de años, el paleobarómetro de alquenonas tiene peor resolución debido a los mecanismos de concentración de carbono en las haptofitas.

El motivo es que dichos mecanismos de concentración aumentan el CO2 intracelular para contrarrestar la limitación en el medio y en consecuencia el fraccionamiento isotópico no recogería las oscilaciones del CO2 en el océano en dichas condiciones (y por extensión, en el aire).

Niveles de CO2 estimados mediante el paleobarómetro basado en alkenonas de haptofitas en una región ecuatorial del Atlántico (azul) y otras estimaciones anteriores (rojo). Fuente: Zhang y col. (2013).

Los niveles de CO2 mediante estos paleobarómetros señalan que los últimos 14 millones de años han sido la época con valores más bajos.

Sin embargo, la escalada actual del CO2 sigue un ritmo diez veces superior a los estimados en un período mayor, de hasta 66 millones de años.

Este brusco y rápido aumento del CO2 supone un reto adaptativo para los organismos que deben afrontar en un período breve de tiempo.

Un reto que será cada vez más difícil si las condiciones ambientales progresan en la dirección actual.

Editorial Destino (2019). Fuente: planetadelibros

En su último libro Juan Luis Arsuaga cita una metáfora preciosa sobre la evolución de las especies: los paisajes adaptativos, de Sewall Wright (1932).

En concreto me quedo con la visión que comenta de George Gaylord Simpson: el paisaje adaptativo como un mar picado que cambia muy lentamente y las especies con él.

Los picos del mar serían nichos ecológicos sobre los que se superponen las adaptaciones de las especies.

En este paisaje adaptativo cuando las especies no pueden seguir a los picos en movimiento, se quedan atrás.

«La escalera hacia el cielo de CO2» que levantamos desde hace más de un siglo está encrespando el paisaje adaptativo, haciendo que más y más especies se queden atrás…tal y como sugiere un trabajo recién publicado en Nature Communications: «Adaptive responses of animals to climate change are most likely insufficient» (Radchuck V. y col. 2019).

Un ejemplo de predicción catastrófica para un ecosistema marino se encuentra en el informe reciente del IPCC (2018) sobre la diferencia entre el impacto de un aumento de 1,5 ºC (el límite perseguido por el acuerdo climático de París de 2015) o de 2 ºC respecto a la época preindustrial. Pues bien, en él concluyen lo siguiente para los arrecifes de coral:

«Coral reefs, for example, are projected to decline by a further 70-90% at 1.5ºC (high confidence) with larger losses (>99%) at 2ºC (very high confidence)«.

Referencias

  • Alley R.B. Ice-core evidence of abrupt climate changes. PNAS 97:1331-1334 (2000).
  • Badger M.P.S. y col. Insensitivity of alkenone carbon isotopes to atmospheric CO2 at low to moderate CO2 levels. Clim. Past. 15: 539–554 (2019).
  • IPCC. Global Warming of 1.5ºC. 26 pp. (2018). Disponible en www.ipcc.ch
  • Jouzel J. y col. Orbital and Millennial Antarctic Climate Variability over the Past 800,000 Years. Science 317:793-796 (2007).
  • Prentice I.C. y col. The carbon cycle and atmospheric carbon dioxide (2018). 56 pp. Disponible en www.ipcc.ch
  • Radchuk V. y col. Adaptive responses of animals to climate change are most likely insufficient. Nat. Comm. 10:3109 (2019).
  • Zeebe R.E. y col. Anthropogenic carbon release rate unprecedented during the past 66 million years. Nat. Geosc. 9:325-329 (2016).
  • Zhang Y.G. y col. A 40-million-year history of atmospheric CO2. Phil. Trans. R. Soc. A 371: 20130096 (2013).
  • Fuentes web: NOAA (Global warming), Scripps CO2 program, Earth Observatory NASA.

Bola 8 rosa

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Imagen de portada: [las bacterias de Bouzas. Autor: Diego Muñoz]

En el billar de bola 8 hay 15 bolas numeradas: 7 son de un color, 7 de dos colores y por último la bola negra, la nº8. Cada jugador debe meter sus 7 bolas de color y por último la bola 8 para ganar la partida. Spoiler: pierde quien entrone antes de tiempo la bola 8.

Carátula del episodio «Pink 8 ball» (bola rosa en español), de la pantera rosa. Fuente: Pinterest.

Si pensamos en bolas de colores como datos y en la bola 8 como la conclusión a partir de ellos, yo soy el que cogió el taco y metió la nº8 al inicio de la partida !

«Pink 8 ball» era además el título de un episodio de la pantera rosa, y me parece una metáfora muy adecuada porque es una historia desafortunada por mi parte.

Todo comenzó el pasado 3 de julio cuando una periodista del Faro de Vigo, Sandra Penelas, me contactó para consultar mi opinión sobre unas manchas rosadas en la playa do Adro, en el barrio vigués de Bouzas.

Se trata de una cala urbana protegida del oleaje, encajonada entre un paseo y el relleno de Bouzas, abierta a una bahía poco profunda.

Manchas rosadas en Bouzas (7 julio 2019). Autor: F. Rodríguez.
Manchas rosadas en Bouzas (7 julio 2019). Autor: F. Rodríguez.
Manchas rosadas en Bouzas (7 julio 2019). Autor: F. Rodríguez.

En bajamar la zona inferior de la playa es fangosa, y cubriendo los restos de algas (y Zosteras) acumuladas florecían manchas rosadas como éstas, de aspecto pastoso/filamentoso.

El 3 de julio estaba en Madrid, así que solo pude contestar que necesitaría un microscopio antes de opinar sobre aquello. Es la primera vez que (yo al menos) veo estas manchas en las rías gallegas. Así lo recogió el Faro de Vigo: «La playa de Bouzas amanece cubierta por un manto rosado», 3-VII-2019.

Al día siguiente fui a Bouzas y avisé a mi colega José Luis Garrido, del IIM-CSIC, experto en pigmentos de microalgas, para recoger muestras. El olor era nauseabundo. Eso ya nos pudo alertar de que había más algas en descomposición de lo habitual, en concreto cianobacterias cuyo contenido en azufre despide un característico olor a huevos podridos.

Pero en bajamar no huele bien tampoco y aunque era intenso no le concedimos importancia al pestazo. Había marcas en el fango de que habían limpiado la playa, pero se formaron charquitos rosados que pude muestrear.

Una vez en el laboratorio, examiné las muestras en un microscopio invertido y para empezar descubrí que bullían de vida: numerosos ciliados y microalgas (dinoflagelados y clorofíceas) campaban a sus anchas entre un amasijo pulverulento de «algo» rosado.

Mi primera idea fue descartar que fuesen cianobacterias, así que las observé con un microscopio de epifluorescencia, que posee una lámpara de mercurio para excitar unos pigmentos característicos llamados ficoeritrinas y detectar su emisión en el naranja. Pero nada: la oscuridad total.

Las iluminé con otro filtro para observar la fluorescencia roja de la clorofila a, y en ese momento se iluminaron las demás microalgas…y las que llevaba el microzooplancton (como el del vídeo), en su panza.

Las manchas de Bouzas vistas a 400 aumentos, con un dinoflagelado invitado. Autor: F. Rodríguez.

Entre aquellos restos había diminutas colonias de una cianobacteria, Merismopedia, distinguibles porque adoptan forma de cuadrícula. Pero no relacioné aquel amasijo con congéneres suyas.

Merismopedia tampoco emitía fluorescencia y aún así no caí en la cuenta de lo que tenía delante de los ojos. Así que avisé a José Luis de que las manchas rosadas no tenían origen biológico y abandoné dicha hipótesis.

Fuente: Bauhaus

Al creer que era un vertido comenté la información entre mis colegas dedicados al estudio de la contaminación marina en el IEO de Vigo. Y le dieron vueltas al misterio…

Sólo en un caso lo relacionaron con algo: un compuesto para eliminar óxido, de uso habitual en barcos (ferronet). El color ciertamente era similar, aunque no encajaba que los microorganismos estuviesen tan felices rodeados de ferronet.

Al día siguiente, la noticia publicada por el Faro, basada en mi opinión, fue que se trataba de un vertido desconocido de origen no biológico (Faro de Vigo, 5-VII-2019). Incluso la TVG se acercó a entrevistarme al laboratorio.

Cuando venían de camino recibí un email de una persona que había leído la noticia. En su mensaje adjuntaba imágenes de manchas rosadas por vertidos después de la Holi Life nocturna de Moaña, el 15 de junio. Las habían vertido al mar durante las labores de limpieza, para indignación de esta ciudadana. Y no era para menos: no parecía de recibo, aunque la respuesta de la alcaldesa de Moaña fue, según esta persona, que se trataba de una sustancia inocua (maíz con colorante).

En el puerto de Moaña, después de la Holi Life del 15 de junio. Autora: Raquel Rodríguez Rivas

El color y el aspecto encajaban con las manchas de Bouzas, aunque un poco más intensas, todo sea dicho.

Cuando llegó la TVG mantuve mi versión inicial y además les mostré las fotos de la fiesta hindú moañesa. Así pues, el viernes 5 de julio yo ya había metido la bola 8 sin saberlo. En concreto la bola 8 rosa.

En la TVG, aquella misma mañana, entrevistaron a mi colega Manuel Garci (IIM-CSIC) quien apuntó que las manchas rosadas aparecían todos los años y debían proceder de la degradación de algas, un fenómeno habitual en el interior de las rías. Pero no vi la emisión (aquí tienen el enlace).

Después de la visita de la TVG, un colega del IEO de Vigo, Pedro Pousa, me comentó que conocía las manchas rosadas de Bouzas y su aparición recurrente durante el verano.

Viernes por la tarde. Me llega un mensaje al móvil de alguien llamado Diego Muñoz: «En serio no veis un bloom de cianofíceas??». Y adjuntaba fotos con el mismo aspecto de lo que había visto el día anterior.

Las bacterias de Bouzas. Autor: Diego Muñoz
Las bacterias de Bouzas. Autor: Diego Muñoz

Mi respuesta fue que no las había relacionado con microalgas, sin fluorescencia y con ese aspecto pastoso…pero al mismo tiempo él seguía insistiendo en que eran cianobacterias. Incluso que albergaba pistas sobre el género. Y yo estaba dándome cuenta gracias a él de que tenía una venda en los ojos: esas partículas tenían aspecto de diminutas colonias y recapitulando detalles todo encajaba. Lamenté no haberlas compartido antes con otros colegas, pero ya era demasiado tarde.

Le comenté que necesitaría más muestras para corroborarlo y que estaríamos en contacto. Y así fue: el domingo 7 de julio a las 13:30 la bajamar dejaba en Bouzas un manto extenso de manchas rosadas y recogí nuevo material.

Pink lake, en Australia. Fuente: GeologyIn.

No me hizo falta nada más para saber que Diego estaba en lo cierto, las diminutas bolas rosas llenaban la muestra, los filtros para pigmentos se teñían de un rosado que recuerda a ciertas lagunas en las que proliferan algas como Dunaliella salina y Haloarchaeas.

En cuanto a manchas rosadas de cianobacterias, pueden aparecer cuando dominan pigmentos hidrosolubles como las ficoeritrinas (que pueden teñir incluso el mar), o al degradarse las células y perder pigmentos lipofílicos como la clorofila, que es lo que parece ocurrir en Bouzas.

Algunos ejemplos de aguas rosadas pueden ser las proliferaciones de Plantothrix o Trichodesmium, como demuestran las imágenes del bloom de Canarias en 2017.

Bloom de Plantothrix agardhii-rubescens. Fuente: Sulis y col. (2014).

Las proliferaciones masivas de cianobacterias suelen suceder en masas de agua dulce confinadas y salobres, como estuarios. Pero también colonizan a menudo y tapizan todo tipo de superficies: sedimentos intermareales, zonas rocosas y macroalgas.

Sus colores habituales en vivo son muy variables según las especies y su estado fisiológico: verdeazul/marrón/dorado/rojo/rosado. Algunos de los casos más espectaculares de proliferaciones de cianobacterias los hemos citado en este blog: Los Grandes Lagos y Florida.

El origen de estas manchas rosadas de verano en Bouzas es una incógnita. La hipótesis de que procedan de agua dulce o salobre y que las poblaciones colapsen y se descompongan en el mar me pareció al inicio la más probable. Pero también sería posible que proliferen en el sedimento y colapsen en la zona intermareal de Bouzas, quedando al descubierto sólo en la bajamar. Todo esto sin olvidar que los nutrientes suelen jugar un papel fundamental en la partida. El tiempo (y los estudios) dirán.

No conozco todavía a Diego personalmente, pero después de conversar con él me explicó que cursó estudios de biología y que su afición por recolectar y observar muestras al microscopio le viene de lejos. Aunque ya se lo dije en persona y por escrito, vuelvo a reiterarle desde aquí mi agradecimiento.

La última noticia publicada en el Faro de Vigo por Sandra Penelas (La agudeza ciudadana desvela el «misterio» de Bouzas, 9-VII-2019), hace justicia con la solución y con la necesaria aclaración en los medios. La nota curiosa fue que Diego es ortopeda de profesión y, por casualidad junto a la noticia, insertaron publicidad de un scooter de mobilidad desmontable !!

La caracterización de las cianobacterias de Bouzas continuará y espero que la publiquemos todos los que aquí he citado (y otros colegas), en no demasiado tiempo para dejar constancia del hecho.

Referencias:

-Oren A. Salts and brines, in Ecology of Cyanobacteria II: Their Diversity in Space and Time, ed Whitton A. B., editor. (Dordrecht: Springer), pp. 401–426 (2012).

-Sulis A. y col. Trophic state and toxic cyanobacteria density in optimization modeling of multi-reservoir water resource systems. Toxins 6:1366-1384 (2014).