Escalera hacia el cielo…de CO2

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.

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?

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).

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

Imagen de portada: [las cianobacterias 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 cianobacterias de Bouzas. Autor: Diego Muñoz
Las cianobacterias 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).

Un mundo frío y seco

Imagen de portada: fiordo de Inglefield Bredning (Groenlandia, 13 junio 2019). Autor: @SteffenMalskaer

Dicen que una imagen vale más que mil palabras, pero si la acompañamos de un titular sensacionalista corremos el riesgo de desinformar, o de incluso perder la credibilidad.

El escepticismo es el mejor punto de partida. Yo diría más: es una actitud imprescindible para no caer en bulos y tener una opinión informada y actualizada sobre cualquier tema. Nos la podrán colar, pero pongamos un filtro para reducir las posibilidades.

La imagen de los huskies tirando de un trineo sobre una capa de agua en Groenlandia es real e impactante. Pero su propio autor, el científico danés Steffen M. Olsen, debe seguir todavía abrumado por la onda expansiva y las interpretaciones de toda clase que ha generado.

Pongo varios ejemplos: «El drama del deshielo de Groenlandia en una sola foto» (El País, 19-VI-2019), «No son perros caminando sobre el agua, es Groenlandia derritiéndose» (La Voz de Galicia, 20-VI-2019), o «La foto viral que muestra la monstruosa magnitud del deshielo que sufre Groenlandia» (Periodista Digital, 18-VI-2019).

Vaya por delante que nadie con acceso al conocimiento científico actual puede negar la evidencia del cambio global y de su origen antropogénico a través de la quema de combustibles fósiles responsable del aumento de CO2 y de la temperatura media del planeta. Nadie.

Pero no deben creerlo porque yo se lo diga, como el gurú de una secta, sino porque detrás de esa frase la comunidad científica ha acumulado datos objetivos y contrastables que así lo demuestran.

El acceso a esos datos no depende de que le inviten a uno al panel de expertos del IPCC, mal iríamos, sino de que la información se transmita a todos los públicos desde libros, prensa, medios audiovisuales, charlas a pie de calle y centros educativos.

En la información de ciencia debemos aplicar el mismo principio de trazabilidad que con la comida. Fiable es todo aquello que podamos trazar al origen, en este caso a trabajos de instituciones de investigación y académicas (organismos públicos de investigación y universidades), publicados en revistas internacionales revisadas por pares. Claro que hay excepciones, una ristra de ellas, pero este filtro es imprescindible.

Si leen una noticia de ciencia y no hay referencias al estudio original, desconfíen. Busquen medios que incluyan enlaces a las fuentes.

Aquí entra la importancia del rigor y el entretenimiento en la comunicación y divulgación científica: elaborar un mensaje para todos los públicos sin caer en ingenuidades o complejidades que a nadie interesan. Suena difícil y lo es.

Yo lo veo como cruzar un río sobre unas piedras. El artículo científico original es un suelo firme y ancho que construimos los investigadores pero yermo y aburrido para el público en general.

El truco está en romper ese suelo y descubrir el río de evidencias que se oculta bajo él, dejando sólo una fila de piedras para cruzar a la otra orilla. Esas piedras simbolizan la idea esencial y el río la información necesaria para entender, razonar y defender nuestra postura ante los demás.

Quienes nos movemos entre la investigación y la divulgación corremos el riesgo constante de no saber cómo romper el suelo o de hacerlo con tanto ahínco que nadie quiera (ni pueda) cruzar el río!

Aquí van otros ejemplos de cómo se ha titulado la imagen: «La foto viral del deshielo en Groenlandia oculta una gran paradoja científica» (Traveler, 24-VI-2019), «Soaring Temperatures Speed Up Spring Thaw on Greenland’s Ice Sheet» (NY Times, 17-VI-2019), o «Photograph lays bare reality of melting Greenland sea ice» (The Guardian, 18-VI-2019). Los textos de estas noticias son rigurosos y les invito a leerlos.

Porcentaje de la superficie fundida del hielo de Groenlandia en lo que llevamos de 2019 frente al promedio 1981-2010. Fuente: National Snow & Ice Data Center

La imagen de Groenlandia ilustra un fenómeno habitual en verano, acelerado e intensificado en las últimas décadas por el cambio global. Pero por sí sola no es más que un símbolo. Así lo explicaba el propio autor: «the image was more symbolic than scientific to many.” (CTV News, 18-VI-2019).

Dicho de otro modo, es un magnífico ejemplo de cómo romper el suelo, pero dejemos algunas piedras para poder cruzar el río: datos y contexto.

En la próxima entrada hablaremos del CO2 y de la temperatura en nuestro planeta, y de restos fósiles del fitoplancton para estimar los niveles de CO2 cuando los dinosaurios campaban a sus anchas. Gracias a ello sabemos que nuestro mundo de hoy es frío y seco desde la perspectiva de un dinosaurio, claro!

Orejas de mar: de Galicia a Sudáfrica

Imagen de Portada: [Argelia Filatelia – Sellos Postales > 2013 > N° 1659]

Damos por sentadas muchas cosas, como por ejemplo que los gatos ignoran a sus dueños, o que las toxinas marinas sólo afectan -entre los moluscos- a los filtradores de plancton como el mejillón. Pues ninguna es cierta: mi gato puede ser muy cansino y las orejas de mar pueden ser tóxicas (e incluso morirse) por culpa de ciertas biotoxinas de dinoflagelados.

Pendiente de madreperla de Haliotis. Fuente: dhgate.com

Haliotis es un género de moluscos gasterópodos (caracoles marinos, vamos), conocidos popularmente como orejas de mar. Son herbívoros, se alimentan de macroalgas, y su carne es apreciada sobre todo en países asiáticos como China, Japón y Corea.

Poseen una concha muy resistente de carbonato cálcico (aragonito y calcita, esta última una rareza en gasterópodos) y una de sus características más llamativas es la capa interna de nácar o madreperla (placas cristalizadas de aragonito de 300-400 micras de espesor), empleada en joyería y artesanía, incluso para fundas de IPod. Un material bonito y barato.

El color de la concha y de la carne varían según la dieta y otros factores como la temperatura. Los pigmentos encontrados en distintas especies de Haliotis son diversos e incluyen clorofilas, carotenoides, ficobilinas y compuestos derivados. Todos proceden de la alimentación: las orejas de mar no tienen algas endosimbiontes.

GALICIA

En Galicia comenzaron a explotarse bancos naturales de H. tuberculata («peneira» en gallego) en los años 80′ para el mercado japonés. Pero en 1991 los primeros análisis de biotoxinas del INTECMAR (entonces Centro de Control da Calidade do Medio Mariño) y en Japón, detectaron toxinas PSP (saxitoxina y derivados) que obligaron a prohibir su venta desde 1993.

Haliotis tuberculata. Fuente: IPAC.acuicultura

El problema era que Haliotis no se detoxificaba y la extracción con fines comerciales no se reabrió hasta 2002.

Este asunto lo estudió en profundidad durante su tesis doctoral mi colega del IEO, Isabel Bravo (2004), quien descubrió que la mayoría de las toxinas PSP en H. tuberculata (mayormente dcSTX) se localizaban en la epidermis lateral del pie.

¿Y de dónde procedían las toxinas?

Pues necesariamente de la alimentación, pero no se pudo trazar su origen porque el perfil tóxico en Haliotis no coincidía con el de los dinoflagelados productores de PSP en Galicia (Gymnodinium catenatum y Alexandrium minutum).

Además, el contenido de toxinas en individuos recogidos a lo largo de la costa gallega desde Baiona (en el sur, ría de Vigo) hasta Burela (en el norte, Lugo), era muy parecido –y no superior en la costa sur y central– como cabría esperar al estar más expuesta a dinoflagelados productores de PSP (Bravo y col. 1999).

Así pues, la incógnita sobre el origen del PSP en H. tuberculata no llegó a despejarse del todo. Pero se propuso la hipótesis de que las toxinas podrían cumplir una función defensiva. Quizás no les interesa librarse de ellas del todo, lo cual ayudaría a explicar la falta de un mecanismo de detoxificación…

Planta de Galician Marine Aquaculture. Fuente: A. Gerpe, La Voz de Galicia (27-II-2017)

Años después, el cultivo y comercialización de H. tuberculata en Galicia es seguro y rentable: la mayor planta de Europa, Galician Marine Aquaculture (Tal, Muros) comenzó su producción en 2017 con unos 44.000 ejemplares y un precio de 200 euros/kg (La Opinión, 21-X-2018).

La extracción en bancos naturales continúa activa a cargo de 3 cofradías de pescadores: en Pontevedra (Aldán-Hío y Cangas) y A Coruña (Fisterra, Corcubión y Lira). El arte de pesca es submarinismo en apnea y con suministro de aire desde tierra. Dicha explotación (de octubre a mayo) está sujeta a análisis de biotoxinas en el INTECMAR.

SUDÁFRICA

En Sudáfrica comenzó a explotarse comercialmente en 1980 otra especie: Haliotis midae. Hoy en día dicho país es uno de los mayores productores mundiales con unas 1500 toneladas anuales (2015).

Pero también han sufrido lo suyo con las orejas de mar y las biotoxinas…

Haliotis midae. Fuente: Two Oceans Aquarium

En 1989 murieron 40 toneladas de individuos salvajes tras un bloom del dinoflagelado Karenia cristata. Y en 1999 se detectaron también toxinas PSP en H. midae cultivadas en granjas en la costa suroeste (Pitcher y col. 2001).

Las toxinas se localizaron en la epidermis lateral del pie, coincidiendo con los resultados de Bravo en Galicia. Pero en la granja con máximos de PSP los individuos mostraron que las toxinas sí les afectaban: síntomas de parálisis, producción de larvas anormales no viables e incluso algunas muertes.

El perfil de toxinas no encajaba con el dinoflagelado productor de PSP en la región (Alexandrium catenella), ni tampoco con la distribución geográfica de las granjas con Haliotis tóxicas. Así pues, tampoco pudieron identificar inequívocamente a dicho dinoflagelado como fuente de PSP en Haliotis.

Recomendaciones para cosechar Ecklonia maxima de manera sostenible. Fuente: Anderson & Rothman

En las granjas de Sudáfrica el alimento principal de H. midae son algas frescas de tipo kelp (Ecklonia maxima). El kelp se recolecta manualmente desde barcos durante la marea baja, cortándolo a cuchillo.

El acceso y la disponibilidad de estas algas frescas, consideradas como el mejor alimento para Haliotis, condiciona la situación de las granjas y la expansión de esta industria.

Las granjas se localizan en su mayoría en la costa suroeste y ello supone un impacto sobre las poblaciones de kelp, controlado por las autoridades mediante cuotas anuales máximas establecidas por ley.

Por ello, se están desarrollando otras clases de alimentación y sistemas integrados de cultivo de oreja de mar y macroalgas. La ventaja de estos es que incluyen la recirculación de agua, lo que evitaría el riesgo de bombear desde el mar proliferaciones de fitoplancton tóxico como la que devastó 3 granjas en Walkers Bay en verano de 2017.

El bloom se hizo visible a comienzos de enero, tiñendo las aguas de la bahía con una marea roja en la que se identificaron 2 especies dominantes de dinoflagelados: Gonyaulax spinifera y Lingulodinium polyedrum.

La marea roja de Walkers Bay en enero de 2017. Fuente: Fig. 3 de Pitcher y col. (2019), disponible en sciencedirect.

Los primeros síntomas de que algo no iba bien fueron la no fijación de larvas en una granja a finales de diciembre de 2016. En los primeros días del año nuevo los adultos dejaron de comer…

A mediados de enero se observaron ejemplares saliendo del agua y poco después empezaron las muertes. Otros síntomas de estrés fueron la ausencia de respuesta frente a la luz o al contacto, y una adherencia débil al sustrato. Tanto que muchos de ellos no eran capaces ni de enderezarse y se quedaban apoyados sobre la concha.

Las muertes se prolongaron a lo largo de dos semanas coincidiendo con el desarrollo de la marea roja tóxica: más de 5 millones de moluscos muertos, por un total de 250 toneladas entre las 3 granjas afectadas.

Gonyaulax spinifera. Fuente: Fig. 4 de Pitcher y col. (2019), disponible en sciencedirect.

En cuanto a identificar al responsable, el análisis de toxinas en una cepa de Lingulodinium polyedrum aislada del bloom dio resultados negativos. Así que se adjudicó la culpabilidad a la otra especie dominante: Gonyaulax spinifera, productor de yessotoxinas (YTX), las mismas que se detectaron en los análisis de Haliotis expuestos a la marea roja.

No consiguieron cultivar ninguna cepa de G. spinifera pero no había más sospechosos, así que concluyeron que debió ser él.

Las YTX son compuestos muy tóxicos y de acción rápida por vía intraperitoneal en ratones (aunque mucho menos por vía oral). En humanos no hay ninguna evidencia de toxicidad pero sus niveles máximos se regulan oficialmente por precaución (3,75 mg/kg tejido de marisco en la Unión Europea).

¿Y qué daños provocaron las YTX en Haliotis?

(A) Tejido branquial normal en H. midae. (B, C) En individuos expuestos a yessotoxinas. Fuente: Fig. 8 de Pitcher y col. (2019), disponible en sciencedirect.

El análisis de toxinas mostró que los individuos no las absorbían de forma generalizada, sino que se concentraban en branquias y epitelio externo. Las lesiones histológicas de este último eran importantes, explicando la incapacidad de H. midae para fijarse al sustrato.

Además, es sabido que las YTX inducen apoptosis (muerte celular) y las branquias de H. midae exhibían necrosis generalizadas compatibles con dichos efectos y causa probable de la muerte de las pobres orejas de mar.

Agradecimientos: a Silvia Calvo (INTECMAR) por indicarme dónde encontrar los datos de las explotaciones naturales de Haliotis tuberculata (pescadegalicia.gal)

Referencias:

  • Bravo I. y col. Paralytic shellfish poisoning in Haliotis tuberculata from the Galician coast: geographical distribution, toxicity by lengths and parts of the mollusc. Aquat. Toxicol. 46:79-85 (1999).
  • Bravo I. Estudo da toxicidade da orella de mar (Haliotis tuberculata) na costa galega con especial interese na súa localización histoquímica. Tese de doutoramento, Universidade de Vigo, pp. 159 (2004).
  • Pitcher G.C. y col. Paralytic Shellfish Poisoning in the abaloneHaliotis midaeon the west coast of South Africa. J. Shellfish Res. 20:895–904 (2001).
  • Pitcher G.C. y col. Devastating farmed abalone mortalities attributed to yessotoxin-producing dinoflagellates. Harmful Algae 81:30-41 (2019).
  • Thanh H.H. The effects of diet and water temperature on the colour of the Australian greenlip abalone (Haliotis laevigata Donovan). Flinders University, pp. 156 (2016).

Acuicultura y microalgas en Chile

Sal por todas las calles / del mundo / a repartir pescado 
y entonces / grita, / grita / para que te oigan todos / los pobres que trabajan 
y digan, / asomando a la boca / de la mina:
«Ahí viene el viejo mar / repartiendo pescado». 

Oda al mar (Pablo Neruda)

Los anuncios de Nitrato de Chile que aún podemos admirar en algunas calles de España (como el de la portada, en Trujillo) forman parte del imaginario colectivo del s.XX.

Menos conocido es que la explotación de los yacimientos de guano (procedente de excrementos de aves marinas) y salitre (una mezcla de nitratos de la que se extraía el popular fertilizante: NaNO3), fueron el motivo principal de la Guerra del Pacífico o «del salitre» (1879-1883). Dicho conflicto entre Perú, Bolivia y Chile se saldó con la extensión territorial de éste último (convirtiendo a los depósitos de guano, salitre y cobre del desierto de Atacama en uno de los motores económicos del país).

Los ingresos que generaba el salitre forman parte del pasado. Hoy en día los principales sectores exportadores chilenos son el cobre y la acuicultura, esta última batiendo récords en 2018 (850.000 Tm y más de 5.000 millones USD según Crónicadigital.cl, 25-XII-2018).

Chile está en el Top 10 mundial de ventas en acuicultura, con el salmón y la harina de pescado como principales exportaciones. Su crecimiento ha sido fulgurante en las últimas décadas y continúa al alza: el informe sobre «El estado mundial de la pesca y la acuicultura» (FAO, 2018) prevé un aumento del 56% en las exportaciones acuícolas-pesqueras chilenas en 2030 (más del 40% de toda América Latina y el Caribe).

Después de Noruega, Chile es el mayor productor de salmón y trucha con 1.200 empresas y 55.000 empleos en dicho sector. La práctica totalidad de la producción acuícola se concentra en los mares interiores y fiordos de las regiones X (Los Lagos) y XI (Aysén del General Carlos Ibañez del Campo), en el sur y la Patagonia chilena.

Además, el país atesora una enorme producción de moluscos gracias a la productividad de sus aguas fertilizadas por el afloramiento costero. Destaca el mejillón (Mytilus chilensis) con unas 300.000 Tm/año que le sitúan entre los mayores productores del mundo junto a la UE y China.

En un local de comidas en Dalcahue (isla de Chiloé). Autor: F. Rodríguez

Con estas cifras, las pérdidas causadas por enfermedades y/o proliferaciones de microalgas nocivas han cobrado en los últimos años un protagonismo indeseado, con graves daños económicos e impacto social en ocasiones excepcionales.

Chile no se ha librado del aparente aumento global en la frecuencia e intensidad de las proliferaciones nocivas.

Nunca he abordado este asunto porque necesitaba dedicarle un tiempo excesivo. Pero ya no tengo excusa! porque dos trabajos recientes (Luxoro 2018 & Díaz y col. 2019) acaban de publicar sendas revisiones sobre el impacto de las microalgas nocivas en Chile.

Y con estos trabajos debajo del brazo me atrevo a comentarles lo siguiente…

Las biotoxinas en Chile pueden provocar tres síndromes en humanos: VPM, VAM y VDM, cuyas siglas significan («Veneno») + tres opciones nada deseablesParalizante/Amnésico/Diarreico») + («de los Mariscos»). Además, algunas proliferaciones nocivas pueden ocasionar mortandades masivas en los cultivos de salmón.

Y aquí tienen a los culpables…

Alexandrium catenella. Autor: Pablo Salgado.

VPM: Alexandrium catenella.

Este dinoflagelado proliferaba históricamente en la región de Magallanes, en el extremo sur continental.

Pero desde los 90′ se comenzaron a registrar blooms más al norte (anualmente en Aysén y más esporádicos en Los Lagos). La proliferación de 2018 en Aysén alcanzó un récord mundial de saxitoxinas (Guzmán y col. 2018) con 1,430.000 μg STX/kg en mejillón: casi 1800 veces el límite máximo permitido!!

Sus proliferaciones representan una seria amenaza para la salud de las personas y graves perjuicios para el sector acuícola. Especialmente severa fue la proliferación de 2016 en la que 1700 personas perdieron su empleo, con pérdidas de 2 millones de USD por la prohibición en las ventas de mejillón (Mytilus chilensis).

Las proliferaciones masivas de A. catenella han llegado a ocasionar en las últimas décadas cierres en la explotación de marisco en áreas extensas (hasta 500 km) durante períodos de 1 a 3 años !!

Dinophysis acuta en una muestra de red (región de Aysén). Fuente: Patricio Díaz.

VDM: Dinophysis acuta & D. acuminata.

Sus proliferaciones también se han intensificado desde los años 90′ en Los Lagos, Aysén y Magallanes y suponen un riesgo también, no tan agudo para la salud humana como el VPM, pero sí para la comercialización de recursos marisqueros.

A pesar de que ambas especies son conocidas productoras de ácido okadaico (OA) en otras regiones del mundo, todavía no se han podido relacionar los perfiles de toxinas (OA y derivados) observados en moluscos con los típicos en las poblaciones locales de distintas especies de Dinophysis.

VAM: Pseudo-nitzschia australis.

Las toxinas amnésicas (ácido domoico) producidas por diatomeas del género Pseudo-nitzschia provocan cierres sobre todo en la región de Los Lagos, que concentra la práctica totalidad de la producción de mejillón.

Afortunadamente sus proliferaciones no son tan preocupantes como las de otros grupos y la detoxificación de los moluscos afectados (especialmente mejillones y ostras) es muy rápida (4-6 días).

Daños a los cultivos de salmón: Heterosigma y Pseudochattonella.

Las proliferaciones ictiotóxicas y la coloración en el mar que producen estos organismos se conocen popularmente como «marea café», que las distingue de los tonos rojizos de dinoflagelados y otros organismos (como el ciliado Mesodinium) responsables de «mareas rojas» o «Huirihue» en idioma mapuche.

Son varios grupos de microalgas (diatomeas, dinoflagelados, rafidofíceas, dictiocofíceas) los que pueden ocasionar daños a los cultivos de peces y por diversos motivos (toxinas, lesiones en branquias, anoxia). En Chile los eventos más perjudiciales han sido debidos a la rafidofícea Heterosigma akashiwo, especialmente en Los Lagos en 1988.

Dinoflagelados como Karenia cf. mikimotoi también están en el punto de mira después de las mortandades de salmones registradas en el Golfo de Penas en 2017…

Pero el caso más grave para la salmonicultura fue la reciente proliferación de Pseudochattonella cf. verruculosa en Los Lagos en 2016, relacionada con condiciones oceanográficas anómalas por un intenso fenómeno de «El Niño» (denominado incluso como «El Niño-Godzilla«).

El bloom de Pseudochattonella provocó la muerte de casi 40.000 Tm de salmones (27 millones de ejemplares!! Clément y col. 2016) y una caída de casi el 20% de la producción anual.

Protestas en Chiloé (2016) a causa de la marea roja de A. catenella. Fuente: ANRed.org

Como consecuencia, en marzo de 2016 se vertieron 5.000 Tm de salmones en avanzado estado de descomposición en un punto alejado a más de 130 km de la costa de Chiloé.

Poco después, la brusca aparición de un bloom de A. catenella en la zona de Chiloé se asoció a nivel popular con el vertido de los salmones, culpando a dicha industria de las consecuencias medioambientales y de la muerte posterior de moluscos y fauna marina.

La difícil situación, que amenazó gravemente la economía de comunidades costeras entre Aysén y Los Ríos, obligó al gobierno central a decretar el estado constitucional de catástrofe, con subsidios directos a unas 6000 familias a lo largo de casi 8 meses.

Una investigación específica (Buschmann y col. 2016) dictaminó que las condiciones oceanográficas y meteorológicas arrastraron los restos de los salmones hacia aguas abiertas, aumentando los niveles de amonio en el agua, sí, pero lejos de las zonas costeras.

Campos de viento (sensor del satélite ASCAT en el Pacífico frente a Chiloé (enero-abril 2016; paneles superiores) y promedios mensuales (2009-2015; paneles inferiores). Los colores indican velocidad del viento y los vectores (flechas) dirección y magnitud. La estrella es la posición del punto de vertimiento de salmones (marzo 2016). Fuente: Fig. 13 (Buschmann y col. 2016).

Descartaban así ningún tipo de relación entre ambos hechos, pero Buschmann y col. también advirtieron en su informe la conveniencia de contemplar alternativas a los vertidos, así como la importancia de modelos hidrodinámicos que a medio/largo plazo permitan obtener proyecciones de dispersión en tiempo real, caso de tener que realizar nuevos vertidos de peces...

Referencias:

  • Buschmann, A. y col. Scientific report on the 2016 southern Chile red tide. Chilean Department of Economy. 66 pp. (2016).
  • Clément A. y col. Exceptional summer conditions and HABs of Pseudochattonella in souther Chile create record impacts on salmon farm. Harmful Algae News 53:1-3 (2016).
  • Díaz P. y col. Impacts of harmful algal blooms on the aquaculture industry: Chile as a case study. Perspectives in Phycology DOI: 10.1127/pip/2019/0081 (2019).
  • Guzmán L. y col. Atmospheric and oceanographic processes on the distribution and abundance of Alexandrium catenella in the North of Chilean fjords. The 18th International Conference on Harmful Algae, Nantes – France 21–26 October 2018, 37 pp. (2018).
  • Luxoro C. Historia del Huirihue en Chile: Florecimientos algales nocivos. Publicaciones Fundación Terram nº68: 34 pp. (2018).
  • Web: FAO. 2018. El estado mundial de la pesca y la acuicultura 2018. Cumplir los objetivos de desarrollo sostenible. Roma. Disponible en: http://www.fao.org/3/i9540es/i9540es.pdf

Microorganismos fantásticos y dónde encontrarlos

Imagen de portada: Kelpie [Autores: D. Power y S. Craig. The art of fantastic beasts: the crimes of Grindelwald]

Entre los virus y la ballena azul –el mayor ser vivo que haya existido jamás-, la vida adquiere infinitas formas para dejarnos boquiabiertos. ¿Y qué es la vida? podría decirse que una manera de concentrar la energía y reorganizar la materia para interaccionar con el medio y perpetuarse a través de nuevas formas similares.

Dirigido por Darren Aronofoski y presentado por Will Smith (National Geographic, 2018).

En los últimos años se han realizado documentales magníficos sobre los seres vivos por tierra, mar y aire como BBC Earth (2015, 2016), The Blue Planet (2001, 2017) o One Strange Rock (2018), pero sólo en contadas ocasiones mencionan –e ilustran con imágenes– al fitoplancton y su importancia en la biosfera.

En One Strange Rock, por ejemplo, hemos podido ver diatomeas!!

Su presencia en programas divulgativos escasea porque lo microscópico es invisible para nosotros y lo que no vemos es casi como si no existiese.

Como dice mi cuñado: ¿y eso de las algas, a quién le importa?

Las microalgas (y los microorganismos en general) nos resultan tan ajenos como las partículas elementales de la materia y el fluido electromagnético (por si a alguien le interesa: electrones, quarks, gluones y fotones).

Muchos microorganismos, entre ellos las microalgas, escapan al concepto clásico de animal o vegetal. Son esenciales para el desarrollo y el mantenimiento de la vida tal y como la conocemos, pero difícilmente podemos imaginar su día a día o empatizar con ellos a través de un documental. Lo que sí consiguen es fascinarnos con la exuberancia de sus diseños y adaptaciones para colonizar todo tipo de ambientes.

Pues bien, para ilustrar la diversidad de sus formas y modos de vida he escogido 4 ejemplos de microorganismos incluyendo algunas microalgas, especializados para sobrevivir en condiciones insoportables para los otros tres.

(1/4) Polarella glacialis

  • Tamaño: 10-15 micras.
  • ¿Dónde encontrarla? en el hielo ártico y antártico.

Polarella glacialis. A-E (células vegetativas) F-I (quistes). Fuente: Montresor y col. (2003).

La describieron Montresor y col. (1999) en la ensenada McMurdo (Antártida). En concreto la aislaron de la salmuera en los canales del hielo superficial (a -2 ºC de temperatura).

Polarella forma blooms primaverales en el mar de Ross (Stoecker y col. 1997), aunque Montresor y col. la aislaron luego en el hemisferio norte en 2003, en el hielo ártico entre Canadá y Groenlandia.

Se trata de un dinoflagelado fotosintético perteneciente al selecto orden de los Suessiales.

Y digo selecto porque apenas se conocen 90 especies, entre ellas los dinoflagelados simbiontes de arrecifes tropicales como Symbiodinium, a los que recuerda Polarella.

Lo más llamativo de esta especie son sus quistes espinosos y su extraordinaria resistencia tanto al frío como a los cambios de salinidad: se han encontrado células vegetativas a temperaturas entre -1 y -7 ºC y salinidades desde 20 a 140 (la salinidad del océano suele oscilar entre 34 y 36).

(2/4) Hatena arenicola

  • Tamaño: 30-40 micras.
  • ¿Dónde encontrarla? en la arena de playas japonesas.

Arriba: Hatena arenicola con el endosimbionte verde (la flecha señala la mancha ocular). Abajo: fluorescencia roja (cloroplastos) y azul (en el centro el núcleo de Hatena y los puntitos son los núcleos endosimbiontes). Fuente: Okamoto & Inouye (2006).

Descubierta por Okamoto & Inouye (2006), su nombre genérico «Hatena» significa «enigmático» en japonés. Técnicamente no es una microalga sino un eucariota heterótrofo (katablefárido).

Sin embargo, muchas Hatenas poseen microalgas verdes endosimbiontes caracterizadas genéticamente como Nephroselmis (clorofícea) aunque en versión gigante: 10 veces mayores a las Nephroselmis de vida libre. Los endosimbiontes están parcialmente degradados y no pueden sobrevivir fuera del huésped.

Durante la división celular de Hatena sólo una de las hijas hereda al endosimbionte verde. La otra se vuelve incolora y recupera su aparato de alimentación para poder ingerir de nuevo otras microalgas.

La asociación de Hatena y Nephroselmis parece muy específica, no se ha conseguido cultivar en el laboratorio, y podría representar una fase inicial en la evolución hacia la integración de cloroplastos permanentes en Hatena.

(3/4) Ornithocercus, Histioneis y Amphisolenia

  • Tamaño: desde 30 a 150 micras (algunos hasta 800).
  • ¿Dónde encontrarlos? en mares tropicales y subtropicales.

A: Ornithocercus steinii. B: O. quadratus. C: O. magnificus. E: Histioneis carinata. F: Amphisolenia thrinax. Fuente: Tarangkoon y col. (2010).

Estos tres géneros de dinoflagelados fueron descritos en 1883 por el naturalista alemán Friedrich Ritter v. Stein.

Son seres de siluetas barrocas que incluyen unas 130 especies y su característica más especial es que cultivan su propia huerta (interior y exterior) de fitoplancton.

Al observarlos recuerdan a dinoflagelados de latitudes más frías que hubiesen exagerado sus formas hasta el límite, imagino que para favorecer su flotabilidad y acomodar a su huerta de vegetales !

Son heterótrofos y habitan aguas oligotróficas donde tienes que ser muy eficiente para capturar los escasos nutrientes disueltos o incluso obtenerlos de la atmósfera (como el nitrógeno).

En esas condiciones, cuanto más pequeño mejor y la evolución ha favorecido la asociación con campeonas de la fotosíntesis como las cianobacterias (Synechococcus y Synechocystis).

El cingulum rodeaba a la coraza en la cintura para envainar la espada y de paso proteger los testiculum del legionario. Fuente: historiayguerra.net

En Ornithocercus e Histioneis las cianobacterias son ectosimbiontes que ocupan la estructura en forma de corona en el cíngulo de su anfitrión.

El cíngulo es una ranura circular que divide en dos regiones a la célula y procede del latín cingulum (el cinturón que usaban los legionarios romanos).

Por su parte, en Amphisolenia los simbiontes viven en el interior de la célula. Su naturaleza es desconocida pero mediante microscopía electrónica parecen albergar un cóctel de eucariotas y procariotas, tal como sucede en otras Dinophysiales tropicales como Dinophysis miles.

(4/4) Methanopyrus kandleri

  • Tamaño: entre 2 y 14 micras.
  • ¿Dónde encontrarla? en fuentes hidrotermales submarinas.

Methanophyrus kandleri. Autor: JAMSTEC. Fuente: twitter (@microBIOblog)

Se trata de un microorganismo unicelular procariota, pero ojo!, no son bacterias sino arqueas!, el tercer dominio de los seres vivos junto a bacterias y eucariotas.

Para esterilizar el material de laboratorio utilizamos un autoclave que eleva la temperatura a 121 ºC durante 20 minutos, lo cual se considera más allá de lo soportable para cualquier forma de vida….

…a menos que te llames Methanopyrus fuego de metano«).

M. kandleri es el microorganismo más hipertermófilo que se conoce (Takai y col. 2008): capaz de sobrevivir entre 85-116 ºC a 4 atmósferas de presión, puede crecer a 122 ºC si lo mantenemos a 200 atmósferas y a 130 ºC durante dos horas!

Methanopyrus, es un metanógeno anaerobio que usa como fuentes de energía y carbono simplemente H2 y CO2, liberando CH4 y H2O como productos de desecho. Lo descubrieron Kurr y col. (1991) a partir de muestras recogidas en 1990 con el submarino Alvin en fuentes hidrotermales del Golfo de California (a 2000 m. de profundidad).

Almejas gigantes en las fuentes hidrotermales del rift de las Galápagos, fotografiadas desde el Alvin. Fuente: whoi.edu

Y fue precisamente un descenso del Alvin en 1977 cerca de las Galápagos el que descubrió las espléndidas comunidades que albergaban las fuentes hidrotermales.

Unas formas de vida inimaginables y basadas, no en la fotosíntesis, sino en la quimiosíntesis, que representaron uno de los mayores descubrimientos de la biología en el s.XX.

No sabemos a ciencia cierta dónde se originó la vida en la Tierra, pero las fuentes hidrotermales donde prosperan Methanopyrus y compañía siguen siendo firmes candidatos al título !

Referencias:

-Kurr M. y col. Methanopyrus kandleri, gen. and sp. nov. represents a novel group of hyperthermophilic methanogens, growing at 110 °C. Arch. Microbiol. 156:239-247 (1991).
-Montresor M. y col. Polarella glacialis gen. nov., sp. nov. (Dinophyceae): Suessiaceae are still alive! J. Phycol. 35:186–197 (1999).
-Montresor M. y col. Bipolar distribution of the cyst-forming dinoflagellate Polarella glacialis. Polar Biol. 26:186–194 (2003).
-Okamoto N. & Inouye I. Hatena arenicola gen. et sp. nov., a Katablepharid Undergoing Probable Plastid Acquisition. Protist 157:401—419 (2006).
-Stoecker D.K. y col. Excystment and growth of chrysophytes and dinoflagellates at low temperatures and high salinities in Antarctic seaice. J. Phycol. 33:585–595 (1997).
-Takai K. y col. Cell proliferation at 122°C and isotopically heavy CH4 production by a hyperthermophilic methanogen under high-pressure cultivation. PNAS 105:10949-10954 (2008).
-Tarangkoon W. y col. Spatial distribution of symbiont-bearing dinoflagellates in the Indian Ocean in relation to oceanographic regimes. Aquat. Microb. Ecol. 58:197–213 (2010).

 

Pescando plancton en Arousa

Imagen de portada: islote de Areoso [Fuente: ailladearousa.com]

Esto de la divulgación sirve, entre otras cosas, para conocer y colaborar con gente muy interesante, como Luisa Martínez Lorenzo de la Unidad de Cultura Científica del CSIC en Galicia.

Ambos coincidimos desde 2011 en una asociación de divulgación (DivulgACCIÓN-AGCCCT) con perfiles variados en el ámbito de la ciencia, estudiantes, periodistas y otros profesionales relacionados con la divulgación, incluso magos y actores!

Pues bien, lo que no sabía es que Luisa dibuja de fábula y que iba a publicar a finales de 2018 un libro escrito e ilustrado por ella: «Puf! Vaia Peido…«. En él repasa el origen popular de los nombres de seres vivos en gallego, uniendo así naturaleza y patrimonio cultural. Una maravilla y no sólo para niños: a mí me emocionó leerlo.

Ruta Xacobea Mar de Arousa y Ulla, en kayak. Desde O Grove hasta Padrón. Fuente: caminodesantiagoenkayak

Además de esto, dado que Luisa trabaja en el Instituto de Investigacións Mariñas de Vigo (IIM-CSIC), compartimos inquietudes en lo que respecta a la divulgación marina.

Y así surgió su idea para este blog: el plancton del camino de Santiago ¡en kayak!

No en vano, la tradición Jacobea y los mitos sobre el apóstol Santiago en Galicia, tienen una estrecha relación con el mar: desde las leyendas de los barcos de piedra hasta la iconografía, con la concha de vieira como símbolo de los peregrinos.

La cita más antigua de la vieira como símbolo jacobeo se halla en el Códice Calixtino (s.XII). Y en cuanto a la leyenda en sí, esto dice la Xacopedia:

«Una de las leyendas jacobeas lleva el origen de la vieira como símbolo jacobeo al momento de la traslación del cuerpo del Apóstol en barco desde Jaffa a Padrón. Mientras pasa la barca apostólica ante la costa de Portugal, se celebra una boda, con un torneo de armas. Uno de los caballeros es arrastrado al mar por su desbocado corcel, de donde se salva milagrosamente y salen “o caballo, e a sella, e o peitoral, e as estribeiras, e a allamfa, e os panos…todos cheos de vieiras”.

Dicho lo cual, a la vista de lo que encontró Luisa en el plancton, propongo añadir otro icono para el camino de Santiago en kayak: lo desvelaré al final, a ver si coincidimos. 

La ruta incluyó un total de 77 kilómetros a lo largo y ancho de la ría de Arousa, la mayor de Galicia.

Imágenes del Foldscope entre Monte Lourido y Baiona antes del recorrido en kayak. De izquierda a derecha: Ciliados (Tintinnopsis campanula), varios acantáridos y una larva nauplio (quizás de percebe!). Autora: Luisa Martínez.

La emprendió con un grupo de amigas en pleno verano (agosto de 2018), desde la entrada de la ría en la península de O Grove, con paradas en la illa de Arousa, islote de Areoso, Pobra do Caramiñal, Cabo de Cruz, Catoira y término en Padrón.

Desde allí continuaron el trayecto, ya por tierra, hasta Santiago de Compostela. Ni qué decir que se trata de una de las regiones más bellas de la costa gallega y una manera única de visitarla.

Durante la travesía Luisa realizó pescas de plancton con mallas de 20 y 40 micras, tomando imágenes también al final del día con un ingenioso microscopio de campo (hecho de papel): el Foldscope.

Dicho microscopio (acoplable a un smartphone), obtiene imágenes fantásticas de zooplancton (hasta 140X), aunque para las microalgas va un poco más justito…

Pero también conservó muestras fijándolas con una solución de Lugol para que yo las fotografiase luego en el laboratorio con un microscopio invertido (Axiovert) e ilustrar el fitoplancton durante el camino.

Protoperidinium y una cadena de Chaetoceros en la etapa de O Grove a Illa de Arousa, con una malla de 40 micras (a 400X). Autor: F. Rodríguez.

Ojalá que las imágenes de hoy sirvan como herramienta divulgativa, para despertar la curiosidad por el plancton y el interés por la vida marina en general.

Aprovecho también para recomendarles una página de Facebook (PlanktonBook) donde encontrarán multitud de imágenes del plancton en las rías gallegas.

Los mosaicos de fotos que verán a continuación se centran en lo que más me llamó la atención, no siempre en lo más numeroso. Las imágenes las tomé a 400X, aunque luego las recorté así que las proporciones relativas no reflejan la realidad.

AVISO: pueden ampliar las imágenes pinchando sobre ellas y pasarlas todas en carrusel con el cursor.

Aquí comienza la galería de imágenes del camino de Santiago en kayak por Arousa. Primero: la etapa de O Grove – Illa de Arousa.

En estas muestras había muchísimo plancton, con una mezcla de cadenas de diatomeas (Leptocylindrus, Chaetoceros), dinoflagelados y zooplancton (larvas nauplio, características de crustáceos).

Comenzamos por los dinoflagelados: en su mayoría heterótrofos (abundaba sobre todo el género Protoperidinium), con algunas Dinophysis rotundata y especies fotosintéticas del género Tripos (=Ceratium). Todos ellos recubren sus células con placas de celulosa y capturan a otras especies del fitoplancton como alimento, incluso presas mayores que ellos mismos en el caso de Protoperidinium (conocido en este blog como el dinoflagelado del saco).

La identificación de especies de Protoperidinium es bien complicada y se la debo a mi colega Isabel Ramilo del IEO, gracias a su experiencia en el estudio del plancton de la ría de Vigo en el proyecto Radiales del IEO.

1,2: Dinophysis rotundata. 3,4: Tripos furca. 5,9,10: Protoperidinium diabolus. 6: P. oceanicum. 7,8: P. depressum (400X). Autor: F. Rodríguez.

1,2,3: Dinophysis rotundata. 4: Tripos fusus. 5: Protoperidinium oceanicum. 6: P. cf. pentagonum. 7: P. mite (400X). Autor: F. Rodríguez

A continuación las diatomeas, que sustentan la mayor parte de la productividad primaria en las rías.

1: Pseudonitzschia. 2: Coscinodiscus. 3: Stephanophyxis. 4: Leptocylindrus. 5: Eucampia. 6: Thalassionema. 7: Pleurosigma. 8,9: Guinardia (400X). Autor: F. Rodríguez

Y para terminar el zooplancton ¡¡ que se los come a todos !!

Cinco larvas de nauplio y lóricas de tres ciliados tintínidos (400X). Autor: F. Rodríguez.

Ahora vamos con las muestras entre illa de Arousa – islote de Areoso – Pobra do Caramiñal. En esta zona había menos plancton y dominaban más las diatomeas, sobre todo cadenas de especies céntricas como las de la etapa anterior.

Aquí van los mosaicos correspondientes a dinoflagelados, diatomeas y zooplancton…

Tripos furca, Tripos tripos y Tripos fusus. Abajo a la derecha, un Protoperidinium diabolus con diatomeas varias (400X). Autor: F. Rodríguez.

Estas diatomeas estaban también en el primer mosaico. (400X). Autor: F. Rodríguez.

Más nauplios y otro tintínido (400X). Autor: F. Rodríguez.

En la tercera etapa, Pobra do Caramiñal – Cabo de Cruz, continuaron dominando las diatomeas (¡todavía más!), con alguna invitada nueva al festín como Dytilum brightwelli. Verán, verán…

1: Protoperidinium diabolus. 2: P. cf. oceanicum. 3: Protonoctiluca sp. 4: Dinophysis rotundata (400X). Autor: F. Rodríguez.

Aquí las diatomeas, con Dytilum brightwelli a la izquierda y enmarcada en el centro (400X). Autor: F. Rodríguez.

En el zooplancton encontré a este tintínido con el propietario de la lórica (esta vez sí), en su interior. Su naturaleza es principalmente proteica aunque la composición exacta sigue siendo objeto de estudio.

Imagen a 400X. Autor: F. Rodríguez.

Y ahora vamos con las dos últimas etapas en las que todo dio un vuelcoRianxo y Catoira.

Se trata de la zona interna de la Ría de Arousa, con mayor influencia de agua dulce por el río Ulla. Pues bien, en Rianxo reinaban diatomeas que no habían aparecido antes (Fragilaria y Tabellaria) o muy poco (Coscinodiscus). Y en el zooplancton también aparecieron jugosas novedades…

1: Coscinodiscus. 2: Fragilaria. 3: Tabellaria. 4: Diploneis (400X). Autor: F. Rodríguez.

1: Melosira. Las demás ya las conocen!! (400X). Autor: F. Rodríguez.

En cuanto al zooplancton, aparecieron tintínidos cuya lórica estaba «adornada» por toda clase de restos. Se trata de organismos típicos de aguas costeras, diferentes a los observados en las estaciones anteriores con lóricas «limpias», más propios de aguas oceánicas.

1,2,3: Tintinnopsis. 4: Foraminífero (400X). Autor: F. Rodríguez.

Para que comprueben la resolución del Foldscope en estas mismas muestras, aquí van un par de imágenes…

A la izquierda pueden ver cadenas de Fragilaria, con un copépodo y un nauplio. A la derecha un Protoperidinium y una cadena de Stephanopyxis. Autora: L. Martínez.

Y por último la etapa Catoira – Padrón, similar a la anterior, con novedades entre las diatomeas (como Bacillaria), aunque la comunidad siguió dominada por un hermoso catálogo de Coscinodiscus y Fragilaria.

1: Melosira. 2: Navicula. 3: Bacillaria (400X). Autor: F. Rodríguez.

Más ejemplos de Tintinnopsis, donde podemos apreciar frústulas de diatomeas recubriendo su lórica (400X). Autor: F. Rodríguez

Protoperidinium cf. conicum (muestra del canal del islote Areoso, 400X). Autor: F. Rodríguez.

¿Qué organismo del plancton elegirían ustedes como símbolo de los peregrinos en kayak?

Para mí la ruta Xacobea do mar de Arousa e Ulla debería incorporar como icono a un Protoperidinium

Agradecimientos:

A Luisa por esta simpática iniciativa para el blog, y a Isa Ramilo por la identificación de varios organismos, sobre todo las especies de Protoperidinium y la curiosa Protonoctiluca!!

BONUS PIC:

Aquí van más imágenes de otras muestras que recogió Luisa una semana después (también en kayak pero más al sur, en la ría de Vigo frente a la playa de Ladeira, cerca de Baiona).

Playa de Ladeira (400X). Autor: F. Rodríguez.

 

El pintor del Callao

Imagen de portada: Muelle de pescadores en el Callao [Autor: Juan Manuel Ugarte Eléspuru. Fuente: Google Arts & Culture]

Todos los patrones temen al «pintor del Callao». Su pincel es la brisa y sus pigmentos están en el aire. Viene y va sin previo aviso, completando su trabajo normalmente durante la noche […] el Callao es el único lugar del mundo donde un barco puede pintarse por dentro y por fuera en una sola noche.

[Trad. del original: The capitals of Spanish America, W.E. Curtis, 1888]

El 29 de marzo nos manifestamos delante del Palacio de la Moncloa unos 120 investigadores de Organismos Públicos de Investigación (OPI) en nombre de la plataforma 5Sy6S.

Marina Albentosa (IEO Murcia), portavoz de 5Sy6S, leyendo la carta que entregamos al presidente Pedro Sánchez reclamando el cumplimiento de la Ley de la Ciencia para la homologación de retribuciones en la escala científica (Madrid, 29-III-2019).

Dicha plataforma, integrada por más de 500 investigadores de un colectivo superior a 800, reclama la homologación de retribuciones en la escala científica para todos los OPI.

Nos llamamos igual, hacemos el mismo trabajo, pero el Gobierno de España incumple la Ley de la Ciencia (aprobada en 2011 por el PSOE), según la cual desde 2014 la escala científica de los OPI tendría los mismos niveles en todas las instituciones y sistemas de evaluación de la productividad, en concreto los del CSIC.

Pero estamos en 2019 (con sentencia favorable del Tribunal Supremo desde 2018), y seguimos discriminados respecto a nuestros colegas del CSIC y Universidades. En el camino se han jubilado muchos compañeros y los derechos adquiridos desde 2014 permanecen en el limbo.

The «Callao Painter» is a highly distinctive, marine phenomenon and mystery. Someday, the scientific reason or reasons for the «Callao Painter» will become known.

[The Callao Painter, E.G. Mears, 1943]

En este mes de abril hay posibilidades de que se apruebe el Real Decreto que reconocerá la homologación, aunque solo desde 2018. Nuestra movilización pretendía llamar la atención al gobierno, con una carta dirigida al presidente, para que solucione este asunto antes de las elecciones generales.

Pues bien, durante el viaje en coche a Madrid charlamos de muchos temas incluyendo (como no!) al fitoplancton. Es lo que tiene juntar a varios investigadores: Paula Sánchez Marín, Santiago Fraga (ya jubilado), y yo, del IEO de Vigo.

Hablaba con Santi de una noticia que acababa de leer sin recordar todos los detalles: una mortandad masiva de moluscos bivalvos en una bahía del Perú por asfixia tras una proliferación del dinoflagelado Akashiwo sanguinea. Y al hilo de esto me comentó la historia de «el pintor del Callao» que protagoniza la entrada de hoy.

Un curioso fenómeno marino […] era el conocido como «el pintor del Callao«. Sus efectos eran dobles: surgía siempre asociado a un olor nauseabundo, y en los barcos la pintura blanca, en cualquier parte de la nave en contacto con el mar, se teñía de color chocolate. A veces también se coloreaba el agua […] los cuerpos de miríadas de peces parecidos a sardinas aparecían flotando en la superficie. No existía una explicación satisfactoria al fenómeno. Darwin ni siquiera lo menciona.

[Trad. del original: The life of Sir Albert Hastings Markham (1927)].

Circulación oceánica en el ecosistema de afloramiento del Perú. La corriente costera del Perú (PCC o corriente de Humboldt) es impulsada por los vientos alisios dominantes responsables del afloramiento. Fuente: Penven y col. (2005).

La explicación a «The Callao Painter» o simplemente «El Pintor» (Raimondi, 1891), está en el ecosistema del afloramiento del Perú, una de las regiones más fértiles del océano gracias también al aporte de nutrientes de la corriente submarina de Perú-Chile (PCUC, que discurre hacia el sur entre 50-400 m. de profundidad).

La productividad primaria en el afloramiento del Perú alcanza 1000 mg carbono m-² s-¹: el triple que la corriente sudafricana de Benguela y 10 veces más que las Rías gallegas.

Por este motivo Perú y Chile concentran una de las áreas de pesca más importantes con un 20% de las capturas mundiales, principalmente sardinas, anchoas y caballas.

Pero esta elevada productividad primaria conlleva otros efectos: la sedimentación de enormes cantidades de fitoplancton deposita fangos ricos en diatomeas y su degradación ocasiona zonas de mínimos de oxígeno en el sedimento.

La descomposición de dicha materia orgánica en condiciones de anoxia favorece la producción de sulfuro de hidrógeno (gas sulfhídrico: H2S) por la actividad de bacterias sulfato-reductoras.

A comienzos del s.XX algunas teorías achacaban el gas sulfhídrico a la actividad volcánica submarina, o bien a que los peces morían por enfermedad y que su descomposición ocasionaba el olor pestilente. Pero ya Ronald Currie cita en 1953 que las causas del «El pintor» se relacionan con dos fenómenos distintos: «El Niño» y la producción de gas sulfhídrico en el sedimento (análogo a las erupciones de azufre en las costas de Namibia afectadas por el afloramiento de Benguela).

Paisaje del puerto del Callao (Perú). Fuente: imagenesmy.com

Las plumas sulfurosas son visibles desde satélite, enturbian el agua de tonos turquesa/lechosos (debido a la formación de azufre coloidal por oxidación del H2S) y le proporcionan un olor nauseabundo…como de huevos podridos.

La aparición de H2S en superficie se asocia con erupciones espontáneas de metano (cargadas de gas sulfhídrico desde el sedimento) o con un flujo uniforme desde aquel, favorecidos por el ascenso de aguas profundas por el afloramiento.

Bloom de fitoplancton en la costa del Perú. Fuente: EarthObservatory, NASA.

La anoxia en el fondo y las plumas de sulfuro que ascienden en la columna de agua son responsables de la muerte de organismos bentónicos y peces en el Perú (igual que en Namibia).

Ello no quita que otro fenómeno natural como «El Niño» se asocie también con episodios de mortandades masivas de fauna marina (y liberación de gas sulfhídrico), descritos como «El pintor«.

Porque la invasión de aguas cálidas en la costa durante el fenómeno de «El Niño» también provoca la muerte y descomposición de miles de cadáveres de aves, mamíferos marinos y peces.

Las emanaciones sulfurosas asociadas a dichas muertes anticipan a menudo la aparición de mareas rojas (Sánchez & Delgado, 1996). 

Así pues, en las muertes de fauna marina y los efectos posteriores identificados como «El pintor» convergen dos asuntos relacionados con el ecosistema del afloramiento del Perú. Y ambos dependen de ciclos naturales opuestos porque las plumas de gas sulfhídrico no están coligadas con «El Niño», sino todo lo contrario.

Vista de satélite (MODIS-Terra) de las plumas sulfurosas en las costas del Callao y Pisco. Fuente: (Ohde, 2018).

Thomas Ohde (2018) enfrentó imágenes de satélite del Callao (y más al sur, en Pisco), con datos de la Oscilación del Sur (cuya fase cálida se conoce como «El Niño», en contraste con la fase fría de «La Niña»).

Durante «El Niño» se debilitan los vientos alisios que impulsan el afloramiento y sube la temperatura superficial del océano, mientras que con «La Niña» el afloramiento se intensifica. Entre ambos extremos suceden fases neutras.

Pues bien, Ohde concluyó que «La Niña» y las fases neutras entre 2001-2012 fueron responsables de niveles más bajos de oxígeno y de la intensificación de las plumas de azufre, mientras que durante «El Niño» éstas desaparecían tanto de las costas del Callao como más al sur, en Pisco.

Ejemplos de especies responsables de mareas rojas en la costa peruana: a) Olisthodiscus luteus, b) Gymnodinium splendens, c) Tripos (=Ceratium) furca, d) Prorocentrum micans, e) Prorocentrum gracile, f) Protoperidinium mendiolae, g) A. peruvianum, h) M. rubrum, i) Noctiluca scintillans. Fuente: Sánchez y Delgado (1996).

En el Perú, las mareas rojas son un fenómeno natural conocido desde antiguo y a ambos fenómenos («El pintor» y las mareas rojas) se les conoce localmente como aguaje.

Sánchez & Delgado citan en su trabajo de 1996 que las primeras observaciones de mareas rojas se debieron precisamente a los estudios que buscaban explicar el fenómeno de El pintor…y que las especies formadoras de mareas rojas en Perú no suelen ser tóxicas.

Entre otras citan a los dinoflagelados Alexandrium peruvianum y Prorocentrum micans, rafidofíceas (Olisthodiscus luteus), el ciliado Mesodinium rubrum, silicoflagelados y diatomeas.

Ya en el siglo XXI en el litoral peruano se han descrito mareas rojas de especies tóxicas como Alexandrium minutum (Baylón y col. 2015).

Asimismo, desde 2003, se han registrado mareas rojas de otro dinoflagelado: Akashiwo sanguinea (Akashiwo significa marea roja en japonés), que ya ocasionaba proliferaciones en las costas este y oeste de Norteamérica.

Akashiwo sanguinea (izda), Gavia pacifica muerta y manchada con espuma de A. sanguinea (centro) y un león marino nadando en una marea roja de A. sanguinea. Fuente: A primer on California marine harmful algal blooms (Mc Garaghan y col.)

Se trata de un organismo no tóxico aunque nocivo porque puede provocar el taponamiento de branquias y muerte tanto de peces como de bivalvos y aves marinas (porque la espuma de sus proliferaciones perjudica a la impermeabilidad del plumaje), y también por anoxia en el fondo tras la descomposición de los blooms.

Y dicha causa, la anoxia, fue precisamente la que provocó la muerte de bivalvos que recordé durante el viaje a Madrid y que dio pie a esta entrada.

En concreto se trató de una mortandad masiva de conchas de abanico (Argopecten purpuratus) y varazones de peces (rayas, pámpanos, lenguados, etc) asociadas a una marea roja de Akashiwo sanguinea en la bahía de Sechura en marzo de 2019, según un reciente informe del Instituto del Mar del Perú (IMARPE).

Imágenes de la bahía de Sechura, con los peces y conchas de abanico muertos tras la proliferación de Akashiwo sanguinea. Fuente: IMARPE.

Este suceso no es novedoso y repite otro similar acaecido en 2015-2016, con mareas rojas de A. sanguinea en diferentes zonas del litoral peruano, responsables también de muertes de conchas de abanico en esta misma bahía y más al sur, en la de Paracas, cerca de Pisco (Sánchez y col. 2015).

También en Paracas, en el año 2000, se registraron muertes por anoxia de conchas de abanico, atribuidas a los efectos de una marea roja del dinoflagelado Prorocentrum micans y las descargas de materia orgánica procedente de efluentes de la industria pesquera.

Pero no todo va a ser negativo

A pesar de que en algunos casos resulte nocivo, el fitoplancton es la base de la cadena alimentaria de la cual dependen todos estos recursos marinos y, por ejemplo, la propia Akashiwo sanguinea fue identificada en los años 70′ (Lasker, 1975) como una presa importante para la supervivencia de las larvas de anchoa de California (Engraulix mordax).

P.D.: el 26 de abril el último consejo de ministros antes de las elecciones generales aprobó el Real Decreto para la equiparación de retribuciones en las escalas científicas de los OPIs.

Referencias:

-Baylón M. y col. Primer reporte del dinoflagelado potencialmente tóxico Alexandrium minutum Halim 1960 en el litoral peruano. Rev. Peru. biol. vol.22, nº1, Lima (2015).
-Bode A. y col. Phytoplankton biomass and production in shelf waters off NW Spain: spatial and seasonal variability in relation to upwelling. Hydrobiologia 341:225 -234 (1996).
-Cabello R. y col. Procesos naturales y antropogénicos asociados al evento de mortalidad de conchas de abanico ocurrido en la bahía de Paracas (Pisco, Perú) en junio del 2000. Rev. peru. biol. 9:94-110 (2002).
-Currie R. The Callao Painter. Weather 8:308–311 (1953).
-Lasker R. Field criteria for survival of anchovy larvae: the relation between inshore chlorophyll maximum layers and successful first feeding. Fish. Bull. NOAA 73:453-462 (1975).
-Mears E.G. The Callao Painter. Scientific Monthly 57:331–336 (1943).
-Ohde T. Coastal Sulfur Plumes off Peru During El Niño, La Niña, and Neutral Phases. Geophys. Res. Let., American Geophysical Union 45:7075-7083 (2018).
-Ohde T. & Dadou I. Seasonal and annual variability of coastal sulphur plumes in the northern Benguela upwelling system. PLoS ONE 13(2): e0192140. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0192140 (2018).
-Penven P. y col. Average circulation, seasonal cycle, and mesoscale dynamics of the Peru Current System: A modeling approach. J. Geophys. Res. 110:C10021, doi:10.1029/2005JC002945 (2002).
-Raimondi A. Fenómeno llamado «El Pintor». Bol. Soc. Geogr. de Lima, Tomo I, Lima.
-Sánchez S. & Delgado E. Mareas rojas en el área del Callao (12ºS) 1980-1995. Inf. Prog. Inst. Mar Perú – Callao (mimeo). nº44:19-37 (1996).
-Sánchez S. y col. Floraciones algales en aguas costeras del mar peruano Paita-Ilo (Enero-Marzo 2015). Laboratorio de fitoplancton y producción primaria. IMARPE (2015).
-Web: IMARPE registra mortandad de concha de abanico Argopecten purpuratus y varazón de peces en bahía de Sechura. Disponible en IMARPE.

 

Algas culturistas

Imagen de portada: Lithoptera fenestrata. Autor: Noé Sardet. Fuente: IPTC.

Nuestros protagonistas de hoy no son algas, no se pueden cultivar en el laboratorio y casi dos siglos después de su descubrimiento sabemos muy poco de ellos. Para empezar vamos a situarlos en el árbol de la vida: Reino Chromista, Subreino Rhizaria, Filo Radiozoa, Subfilo Radiolaria, Clase ACANTHARIA.

Acanthometra. Autor: E. Haeckel. Lámina 21 de Kunstformen der Natur (1904).

En 1856 el fisiólogo alemán Johannes Müller descubría en el Mediterráneo un nuevo grupo de organismos planctónicos al que denominó «Acanthometren«: entre ustedes y yo, acantarios.

Pero Müller murió en 1858 y la clasificación taxonómica que tenía entre manos la completó un estudiante suyo, Ernst Haeckel, que estudió luego muestras de acantarios de la expedición del HMS Challenger (1872-74).

Le imagino al microscopio, fascinado por sus formas imposibles: algunos como Lithoptera parecen copos de nieve, otros estrellas…no resulta extraño que décadas después los reprodujera en Kunstformen der Natur (1904), aunque en algunos dejó volar un poco su fantasía!

Suelen ser heterótrofos, pero algunos acantarios funcionan como gimnasios cuyos clientes son microalgas de músculos hipertrofiados (o mejor dicho, supercloroplastos!). Luego hablaremos de ellos…

Son especialmente abundantes en latitudes tropicales/subtropicales, en áreas oligotróficas de océano abierto y aguas superficiales (hasta 20-50 m) donde podemos observar hasta 40 células por litro.

Uno de sus rasgos más sorprendentes es que fabrican endoesqueletos de celestita. Acostumbrados a organismos con estructuras calcáreas o silíceas ¿qué diantre es la celestita? Pues sulfato de estroncio…normal si no les suena porque ningún otro organismo marino emplea este delicado biomineral.

Elementos empleados para el color de los fuegos artificiales. Fuente: EarthSky.

Por curiosidad les diré que el estroncio (en este caso en forma de carbonato) lo utilizamos, p. ej., para obtener el rojo en los fuegos artificiales.

La celestita se disuelve rápidamente en el mar e impide conservar un registro fósil de acantarios. Pero esto a ellos no les importa, porque es muy densa (el doble que el carbonato cálcico) y esta propiedad es muy útil en su ciclo de vida.

Resulta que los acantarios forman quistes –pero no de resistencia– sino como parte de su ciclo reproductivo. Sedimentan a gran velocidad y se han llegado a encontrar a profundidades de hasta 2000 m.

En capas profundas liberan hordas de minúsculos juveniles lo cual permite evitar a los predadores de superficie. Al menos ésa es la hipótesis.

Hoy en día se conocen alrededor de 50 géneros y 150 especies. Sus presas favoritas parecen ser ciliados y en menor medida copépodos, larvas de moluscos y fitoplancton.

Usando datos genéticos podemos separar a los acantarios en 6 grupos moleculares designados con letras (A-F). Pues bien: en los grupos B, E y F hay mixótrofos que cultivan algas simbiontes en su interior !

¿Y qué algas poseen los acantarios?

Acanthochiasma. Autor: E. Haeckel. Lámina 19 (nº8) de Kunstformen der Natur (1904).

En Acanthochiasma (grupo molecular B) se han encontrado varios géneros de dinoflagelados (Heterocapsa, Pelagodinium, Azadinium y Scrippsiella) así como haptofitas (Chrysochromulina).

Mientras, los acantarios de los clados E y F poseen un tipo concreto de fotosimbiontes: haptofitas del género Phaeocystis.

La especie varía según la región geográfica y los acantarios del Mediterráneo y de la Antártida mantienen fotosimbiontes de Phaeocystis cordata y P. antarctica, respectivamente.

La asociación de seres heterótrofos y fotosintéticos es común en zonas oligotróficas donde escasean los nutrientes y ambos se benefician de un acuerdo que les permite sobrevivir en el desierto marino.

Sin embargo, los acantarios con fotosimbiontes son también abundantes en regiones productivas de latitudes medias y altas como el Atlántico Noreste o el océano Antártico.

Acantarios y Phaeocystis: una simbiosis muy especial.

Phaeocystis es una microalga formadora de proliferaciones que podemos encontrar por todas partes (o dicho más finamente: es cosmopolita). Sobre la naturaleza de su asociación con acantarios como Lithoptera (imagen de portada) no había casi datos hasta ahora.

Sabíamos que los intentos de cultivarlas fuera del huésped eran infructuosos y que las Phaeocystis simbiontes poseían mayor tamaño, así como más mitocondrias y cloroplastos que las de vida libre. También conocíamos que los acantarios obtienen las algas del exterior: los juveniles no tienen…no las heredan.

Resumen gráfico donde se muestran las transformaciones de las Phaeocystis simbiontes frente a las de vida libre. Fuente: Decelle y col. (2019).

Pero Decelle y col. (2019) acaban de publicar un estudio detallado sobre las transformaciones que sufren las Phaeocystis simbiontes y la naturaleza de su relación con el huésped.

Para empezar, su volumen celular es 10 veces superior a la forma libre y llegan a tener 30 cloroplastos de gran tamaño (frente a sólo 2 en las células normales).

Su división celular está bloqueada y básicamente funcionan como máquinas para obtener energía, con una eficiencia fotosintética 3 veces superior a la de sus congéneres de vida libre.

Son Phaeocystis culturistas con supercloroplastos!

Además, las microalgas simbiontes están integradas en una vacuola intracelular (simbiosoma), donde el acantario les facilita nutrientes esenciales (metales traza como hierro & cobalto, así como nitrógeno & fósforo), limitantes para la producción primaria. Todo por la fotosíntesis!

Además, Phaeocystis produce grandes cantidades de DMSP que actúa como una defensa antioxidante en el interior de las células lo cual beneficia también a su huésped.

Por tanto, más que una simbiosis clásica, la relación acantarios-Phaeocystis es la de un huésped que explota a las algas y las modifica en su propio beneficio para maximizar la fotosíntesis, con la consecuencia de que no éstas pierden su independencia y al final del ciclo de vida (cuando ya no las necesitan), seguramente las digieran !

Referencias:

-Decelle J. y col. An original mode of symbiosis in open ocean plankton. PNAS 109:18000-18005 (2012).
-Decelle J. & Not F. Acantharia. En: eLS. John Wiley & Sons, Ltd: Chichester. pp. 10. DOI: 10.1002/9780470015902.a0002102.pub2 (2015).
-Decelle J. y col. Algal remodeling in a ubiquitous planktonic photosymbiosis. Curr. Biol. 29:1–11 (2019).
-Stoecker D. y col. Mixotrophy in the Marine Plankton. Annu. Rev. Mar. Sci. 9:311–35 (2017).
-Recursos Web: Acantharia (https://www.wikiwand.com/de/Acantharia) y Web personal de Johan Decelle (https://johandecelle.wordpress.com/)

 

Los pinzones de Darwin

[Imagen de portada: un pinzón de Galápagos. Fuente: Inhabitat]

Stephen Jay Gould (1941-2002). Fuente: La ciencia de la vida.

Los libros de divulgación de Stephen Jay Gould son una de las razones gracias a las que escribo este blog. Los hallé por casualidad (en una biblioteca pública en Santa Cruz de Tenerife) y enseguida me fascinaron aquellos ensayos breves sobre historia natural y evolución que revisaban los descubrimientos de diversos científicos, entre otros de su admirado Charles Darwin.

Mezclaban ciencia con un poco de todo usando un lenguaje para todos los públicos. Valga el ejemplo de títulos como «La montaña de almejas de Leonardo«, «Brontosaurus y la nalga del ministro» o «El pulgar del panda«.

Para quienes no le conozcan, además de un ilustre paleontólogo y biólogo evolutivo Jay Gould fue de esos contados científicos convertidos en personajes públicos, hasta el punto de aparecer en un capítulo de Los Simpsons.

En las entrevistas aparecía como una persona risueña que disfrutaba conversando sobre ciencia, naturaleza, evolución o lo que se terciase.

Pues bien, leyendo «El pulgar del panda» fue como descubrí que la historia de los pinzones de Darwin no era exactamente como yo creía.

Darwin no los menciona en «El origen de las especies» y el relato de los pinzones, tal y como hoy lo conocemos, es posterior a él. Frank Sulloway lo explicó en un artículo de 1982 pero antes se lo contó a Jay Gould, que lo resumió así:

Darwin, desde luego, encontró los pinzones, pero no los reconoció como variaciones de un tronco común. De hecho ni siquiera tomó nota de las islas donde descubrió a muchos de ellos: algunas de sus etiquetas rezan simplemente <<islas Galápagos>> […] Reconstruyó la historia evolutiva una vez de vuelta en Londres, y no antes, cuando un ornitólogo del Museo Británico identificó correctamente todas las aves como pinzones.

[El pulgar del panda, S. Jay Gould, 1980]

Los pinzones de Galápagos se agrupan en 4 géneros; destacan Geospiza y Camarhynchus. Copyright: Encyclopaedia Britannica. Fuente: bio.miami.edu

Los pinzones de Darwin son un ejemplo de radiación adaptativa, una rápida especiación por aislamiento geográfico a partir de pinzones americanos cuyos descendientes ocuparon diferentes nichos ecológicos.

La forma de los picos de cada especie refleja distintos hábitos alimentarios y reduce la competencia entre ellas. Pero para Darwin sus costumbres eran indistinguibles y mencionó que comían juntos formando grandes grupos en el suelo.

Cuando Darwin entregó sus especímenes en Londres al ornitólogo John Gould este los agrupó en 13 especies relacionadas entre sí, algo que no había reconocido el primero.

Aquello le llevó a pensar que su diversidad, al igual que en el caso de los reptiles y otras aves, podía deberse al aislamiento geográfico en distintas islas. Pero en ningún momento aventuró Darwin los factores que explicaban su diversificación más allá de «circunstancias locales«.

En una versión previa de «El origen de las especies» sí mencionaba a los pinzones, aunque en el texto final de 1859 los eliminó. Decía esto:

…hence I suppose that nearly all the birds had to be modified, I may say improved by selection in order to fill as perfectly as possible their new places; some as Geospiza, probably the earliest colonists, having undergone far more change than other species; Geospiza now presenting a marvellous range of difference in their beaks.

[Stauffer R.C., 1975; Charles Darwin’s natural selection: being the second part of his big species book written from 1856 to 1858].

¿Y por qué los quitó de la versión final? la respuesta es sencilla: no consideró que fuesen un ejemplo importante para su razonamiento. Sin entrar en detalles, consiguió 31 pinzones de 3 islas y la información que recuperó sobre ellos a posteriori no era concluyente para definir una relación entre las especies y el origen geográfico. Además, la identificación de los pinzones de John Gould fue cuestionada por la mayoría de sus colegas levantando dudas sobre sus relaciones taxonómicas.

Sinsonte de Galápagos (mimus parvulus). Autor: Carlos Schmidt. Fuente: Ecoregistros.

¿Y qué ejemplos cita Darwin en El origen de las especies? menciona que en Galápagos había 21 o quizás 23 especies de aves terrestres con características similares a otras americanas.

Y que en Cabo Verde pasaba otro tanto, aunque allí las aves se parecían a las africanas. Esto chocaba de frente con el creacionismo que el propio Darwin asumía al comenzar su viaje en el Beagle.

Pero Galápagos le pareció excepcional porque muchas especies diferían según las islas –y citó explicitamente a los sinsontes, con tres especies confinadas a otras tantas islas-.

En décadas posteriores se recogieron miles de pinzones en Galápagos y en 1947 un investigador llamado David Lack concluyó que la especiación de los pinzones era debida al aislamiento geográfico y que la diferencia entre los picos era una adaptación evolutiva que reflejaba hábitos alimentarios.

Y fue Lack quien acuñó el término «los pinzones de Darwin», de hecho tituló así su libro (Darwin’s finches) forjando la leyenda (en base a interpretaciones de autores pasados y propias), de que habían sido cruciales para inspirar a Darwin su teoría evolutiva.

¿Y saben qué? en las microalgas se han encontrado pinzones de Darwin recientemente.

En concreto se trata de dinoflagelados. Tras un primer estudio de Logares y col. (2007)Annenkova y col. (2015) propusieron un ejemplo de radiación adaptativa que incluiría a 4 especies aisladas en Suecia y Rusia: Scrippsiella hangoei (marina/salobre) y Peridinium aciculiferum, P. euryceps y P. baicalense (todas de agua dulce).

Fuente: Figs. 3, 4 & 5 de Annenkova y col. (2015).

Dichos organismos poseen secuencias genéticas idénticas (o muy similares) para las regiones de ADN ribosomal que solemos utilizar para identificar especies pero su aspecto es muy distinto.

No obstante, el estudio de sus placas de celulosa ha demostrado que comparten la misma fórmula. Para entenderlo mejor imaginen un cubo de Rubik donde cada pieza del rompecabezas sería una placa.

Pues bien, cada especie añadiría adornos o el cubo se deformaría, pero las 4 comparten idénticas piezas por lo que deberían estar en el mismo género (todas serían Rubik en este caso).

Las 3 especies de Peridinium se encontraron en lagos de Suecia y Rusia, destacando entre ellos al Baikal, el lago más antiguo y profundo del mundo (1637 m). De hecho, Peridinium baicalense es endémica de dicho lago. Scrippsiella hangoei se ha encontrado en el mar Báltico, en lagos antárticos y Annenkova y col. la localizaron por primera vez en el Baikal. Toda una campeona capaz de tolerar salinidades entre 0 y 30.

El lago Baikal contiene más agua que todos los grandes lagos de Norteamérica juntos. Fuente: Earth Observatory (NASA).

A pesar de la antigüedad del lago Baikal (25 millones de años) se calcula que su comunidad de fitoplancton es joven debido a la historia geológica y climática de la región. Y los demás lagos –así como el mar Báltico– se formaron por procesos glaciales hace menos de 20.000 años.

Así que todo indica que partiendo de un ancestro común (que se cree pudo ser marino) se diversificaron estas 4 especies, debido a la presión de la selección natural. Y su separación es tan reciente que no han acumulado grandes diferencias genéticas entre ellas.

Podrían ser la salinidad -y otros factores ambientales- los que hayan provocado esta radiación adaptativa donde cada especie ocuparía nichos ecológicos distintos ¡ al igual que los pinzones de Darwin !

Referencias:

-Annenkova NV y col. Recent radiation in a marine and freshwater dinoflagellate species flock. The ISME Journal 9:1821–1834 (2015).
-Darwin C. El origen de las especies, 463 pp. (1859). Fuente: http://es.wikisource.org/wiki/Charles_Darwin, http://www.cervantesvirtual.com
-Jay Gould S. El pulgar del panda, 384 pp. Ed. Crítica (1980).
-Logares R. y col. Phenotypically Different Microalgal Morphospecies with Identical Ribosomal DNA: A Case of Rapid Adaptive Evolution?. Microbial Ecology 53:549–561 (2007).
-Sulloway FJ. Darwin and His Finches: The Evolution of a Legend. Journal of the History of Biology 15:1, pp. 1-53 (1982).