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Adiós a los dinosaurios

Imagen de portada: plesiosaurios cazando durante el Mesozoico. Autor: Julius Csotonyi, Smithsonian Institution. Fuente: ocean.si.edu

En estas semanas de publicidad sentimental por Navidad ¿habéis visto el anuncio de MOEVE? Así se llama desde ahora la antigua CEPSA (Compañía Española de Petróleos S.A.) y su objetivo es informar de una nueva etapa centrada en las energías renovables.

Pues bien. A mí, que hice cola de joven para ver Parque Jurásico (y aún recuerdo aquella tarde emocionante de 1993 en un cine que ya no existe), ese anuncio me toca la fibra sensible. Los publicistas lo han pensado muy bien…¿cómo conmover con la transición de los combustibles fósiles a las renovables? FÁCIL: con personas despidiéndose de dinosaurios en parajes preciosos y música emotiva.

Dinosaurios tiernos y personas melancólicas pero agradecidas como si dijesen adiós a sus mascotas de toda la vida. Agradecidas por la energía que nos dieron…

Eso dice el anuncio. Aquí lo tenéis con velociraptor incluido (y un pterosaurio volador ¡que no eran dinosaurios pero a quién le importa!). Coged algún pañuelo por si acaso.

Pero vamos a ver ¿qué nos dieron los dinosaurios? muchas cosas desde luego, entre ellas soñar con verlos algún día correteando por el campo. Pero entre ellas desde luego no se encuentran los combustibles fósiles y MOEVE lo sabe. Pero habría sido imposible conmover a nadie con la realidad.

En nuestros automóviles no quemamos restos de dinosaurios. El petróleo se formó a partir de microorganismos marinos (zooplancton, microalgas y bacterias), que al sedimentar y quedar atrapados en el fondo se transformaron después de millones de años en ese combustible fósil que alimenta de energía al mundo desde el siglo XX. La P de CEPSA era eso: Petróleodel plancton.

La mayoría de los depósitos de petróleo (70%) se formaron en la era Mesozoica (entre hace 66 y 252 m.a.) y el resto en el Cenozoico (hace 65 m.a.), con apenas un 10% en la era Paleozoica (252-541 m.a.). Los dinosaurios también vivieron en la era Mesozoica pero ahí se acaban las coincidencias. Aquel mundo estaba dominado por un efecto invernadero brutal y el clima habría sido cálido y seco, con ambiente tropical en latitudes medias y sin hielo en los polos. Por ello el nivel del mar era también más alto que en el presente.

Niveles de CO2 durante los últimos 400 millones de años. En el centro la era Mesozoica y en azul los periodos glaciares. Fuente: Foster y col. (2017), modificado en news.climate.columbia.edu

El dióxido de carbono estaba disparado en la atmósfera (600-2400 ppm frente a los 425 actuales) y ello habría contribuido a elevar la temperatura del océano reduciendo los niveles de oxígeno. Esto último es importante por lo siguiente…

Para que se forme petróleo es necesario que los microorganismos sedimenten en fondos anóxicos porque allí no se descompone la materia orgánica antes de enterrarse. Luego, millones de años a la presión y la temperatura adecuadas hicieron su trabajo transformando lo que fueron diatomeas y copépodos (por decir algo), en hidrocarburos. Los combustibles fósiles incluyen al petróleo, carbón y gas natural, cada uno formado en diferentes condiciones (y en el caso del carbón principalmente a partir de plantas).

Durante el Mesozoico las condiciones climáticas habrían impulsado la producción primaria en el océano pero también episodios anóxicos generalizados (con las siglas OAE en inglés). Se estima que sucedieron al menos 8 de dichos episodios durante el Cretácico y entre 1-4 en el Jurásico, ambos periodos pertenecientes a la era Mesozoica.

En la actualidad existen zonas con mínimos de oxígeno en aguas subsuperficiales de la costa este del Pacífico (asociadas también con una enorme productividad por el afloramiento costero y el consumo de materia orgánica), el Golfo de Bengala, Namibia y el océano Ártico. Pero ninguna de ellas es comparable a lo que pasó en el Mesozoico donde la anoxia debió llegar casi a la superficie provocando extinciones que afectaron al 20-40% de organismos marinos.

Zonas de mínimos de oxígeno en el océano actual. Fuente: Bertagnolli y Stewart (2018).

En el Cretácico debido a la elevación del mar existían amplias plataformas costeras de aguas someras (<200 m) donde proliferaban inmensas poblaciones de cocolitofóridos. Al sedimentar sus restos calcáreos originaron los depósitos de roca caliza y creta que hoy afloran en magníficos acantilados (como los de Dover en Inglaterra o Normandía en Francia y que traté en esta entrada).

De ahí que tengamos un periodo geológico cuyo nombre procede de la actividad de aquellas microalgas. Watznaueuria fue el género de cocolitofóridos más común en el Cretácico durante el cual convivieron en el mar con los plesiosaurios de la portada.

El cocolitofórido fósil Watznaueria fossacincta. Fuente: mikrotax.org

 

Los acantilados «de cocolitofóridos» de Étretat son los únicos que he visitado personalmente.

Fueron retratados por Claude Monet al atardecer y doy fe que son impresionantes…aquí los tenéis.

Los episodios anóxicos globales en el océano Mesozoico fueron responsables de la mayoría de las reservas de petróleo y gas natural. La energía del sol que capturaron aquellas microalgas contribuyó a absorber enormes cantidades de CO2 de la atmósfera, alimentando de paso con sus poblaciones al ecosistema marino. Aquel plancton que durante millones de años se acumuló en el fondo del océano originó los combustibles fósiles cuyo CO2 devolvemos ahora a la atmósfera a un ritmo acelerado.

La quema de combustibles fósiles añade CO2 a la atmósfera con una señal isotópica característica: carece de Carbono-14 debido a su antigüedad y está empobrecido en Carbono-13 (13C). Más detalles sobre esta relación inversa entre el aumento de CO2 y el descenso de 13C en esta entrada.

En el Mesozoico grandes reptiles y peces carnívoros dominaban el ecosistema marino. En aquella época sucedió una revolución en el fitoplancton que le llevó a parecerse más al actual. En él emergieron los dinoflagelados y diatomeas de forma inequívoca, con los cocolitofóridos además como grupo destacado. Dichos organismos se convirtieron en protagonistas en la producción primaria del océano, hasta entonces dominado por cianobacterias y algas verdes. El fitoplancton pasó del verde al rojo (evolutivamente hablando). El ascenso de dichos grupos de la línea roja y su mayor riqueza nutricional se cree que influyó a su vez en los cambios evolutivos de la fauna marina.

Evolución de la abundancia de especies de diatomeas, dinoflagelados y cocolitofóridos durante la era Mesozoica (66-252 m.a.) y el Cenozoico (0-66 m.a.). Fuente: Knoll y Follows (2016).

Quizás fue en el Mesozoico cuando sucedieron las primeras mareas rojas del planeta. La diversidad de dinoflagelados y cocolitofóridos aumentó durante aquella era, alcanzando su apogeo para caer en picado tras el impacto del meteorito y la gran extinción que terminó con la fiesta tropical. En cambio, las diatomeas se diversificaron después de aquel cataclismo, siguiendo una tendencia similar en el plancton a la de los mamíferos cuando los grandes reptiles -dinosaurios incluidos- dejaron la Tierra muy a su pesar.

Referencias:

  • Falkowski P.G. y col. Evolution of modern eukaryotic phytoplankton. Science 305: 354–360 (2004).
  • Foster G. y col. Future climate forcing potentially without precedent in the last 420 million years. Nat. Comm. 8: 14845 (2017).
  • Giordano M. y col. A tale of two eras: Phytoplankton composition influenced by oceanic paleochemistry. Geobiol. 00:1–9 (2018).
  • Knoll A.H. y Follows M.J. A bottom-up perspective on ecosystem change in Mesozoic oceans. Proc. R. Soc. B 283: 20161755 (2016).
  • Paulmier A. y Ruiz-Pino D. Oxygen minimum zones (OMZs) in the modern ocean. Progr. Oceanogr. 80: 113–128 (2009).
  • Püttmann T. y Mutterlose J. Paleoecology of Late Cretaceous Coccolithophores: Insights From the Shallow-Marine Record. Paleoceanogr. Paleoclimatol. 36: e2020PA004161 (2021).
  • Takashima R. y col. Greenhouse world and the Mesozoic ocean. Oceanography 19(4): 82-92.
  • Webs consultadas: ocean.si.edu/through-time/ocean-through-time ; energyeducation.ca/encyclopedia/Oil ; news.climate.columbia.edu

La joven de la perla y los cocolitos

Me encanta viajar, conocer los museos de cada lugar y puestos a escoger visito antes las colecciones de pintura. Y es que contemplar cuadros me relaja como pocas cosas en el mundo, tan sólo comparable a una puesta de sol en verano o a completar el envío online de un artículo científico!

Girl with a pearl earring
(2003). Director: Peter Webber. Copyright D.R. Fuente: Sensacine

«La joven de la perla» (Johannes Vermeer, 1665) es un icono del arte, expuesto en la actualidad en la Galería Real de Pinturas Mauritshuis de La Haya (Holanda).

El magnetismo de esta obra la ha convertido en intemporal, llegando a nuestros días con el apodo de La Mona Lisa Holandesa: una ilustre desconocida a la que Scarlett Johanson prestó su rostro.

Y si dicha obra ha llegado en plena forma al siglo XXI no ha sido solo por las restauraciones que ha sufrido, sino también por la calidad de los materiales y pigmentos empleados por el artista.

Pero no hablaré del ultramarino del turbante, ni del plomo blanco de la perla, ni del bermellón o el extracto de cochinilla en el rostro, ni de los demás pigmentos que observamos, sino de algo oculto que no dependía seguramente de Vermeer: el aparejo.

Y se preguntarán ustedes…¿qué es el aparejo?

Forma parte de la preparación para poder pintar sobre un soporte (en este caso tela), y su función es aislarlo. Sobre el aparejo se coloca la imprimación, que es la capa que está en contacto con la pintura. Sirve para impermeabilizar el aparejo y su color depende del artista.

Retrato de hombre con sombrero rojo (Tiziano, c.1510). Fuente: Wikimedia Commons.

La incorporación de la tela como soporte para la pintura vino de la mano de artistas venecianos (como Tiziano, Tintoretto, Veronés), que difundieron su uso en el siglo XVI en el mundo occidental.

La humedad de Venecia no era adecuada para pintar al fresco y los lienzos permitían mayor tamaño y maniobrabilidad que las tradicionales tablas, siendo más apropiados también para la pintura al óleo, técnica llegada de Flandes a Italia en el s.XV.

El uso del lienzo se extendió de Venecia a España y luego se impuso en el siglo XVII por toda Europa en una revolución que luego se transformó en tradición de la pintura occidental.

Las telas como soporte de la pintura supusieron además incorporar un proceso diferente de preparación adaptado a una superficie porosa y flexible. Las tablas se aparejaban con gruesas capas de yeso o carbonato cálcico aglutinadas con cola animal, demasiado rígidas para la tela. Esta necesitaba un aparejo más fino y la composición podía variar entre la naturaleza orgánica (p.ej. almidón de harina, aceite y miel) o inorgánica: es decir, como en las tablas pero solamente una o dos capas.

El aparejo de «La joven de la perla»

Entre febrero y marzo de 2018 un grupo internacional de científicos y conservadores de arte realizaron un estudio técnico de dicha obra, el proyecto Girl in the Spotlight, dirigido por Abbie Vandivere (Museo Mauritshuis).

El resumen del proyecto en formato web está disponible en Girl with a Blog y supe de él gracias al artículo de Oskar González «Los secretos de La joven de la perla» (Cuaderno de Cultura Científica, UPV).

Corte transversal del aparejo (400X). A la izquierda en campo claro, a la derecha con UV. Autor: Rob Erdmann. Fuente: Girl with a blog.

Pues bien, el aparejo de la obra de Vermeer es de creta (chalk en inglés), un tipo de roca sedimentaria caliza de origen biológico, compuesta por fósiles de exoesqueletos de microorganismos marinos como foraminíferos y cocolitofóridos.

La creta es característica y da nombre a un período geológico: el Cretácico. Comprendido entre hace 145-66 millones de años finalizó por todo lo alto con el meteorito de Yucatán y una extinción masiva (incluyendo al 93% de especies de cocolitofóridos y a los dinosaurios).

Volviendo al arte, la creta se machacaba para obtener un tenue polvillo blanco que se mezclaba con un aglutinante y se extendía en una fina capa mediante un cuchillo. Pero pueden quedar rastros de las estructuras originales.

En la imagen anterior pueden ver un corte transversal del aparejo y la imprimación de «La joven de la perla», de unas 200 micras de grosor. La parte inferior blanquecina es el aparejo de creta y a la izquierda se observa un acúmulo de cocolitos (las placas de calcita de los cocolitofóridos). La imagen interactiva está disponible en este enlace.

Cocolito fósil de la especie Cretarhabdus conicus. Fuente: mikrotax.org

El cocolitofórido más abundante en la actualidad es Emiliania huxleyi, pero su presencia sólo se detecta en sedimentos relativamente jóvenes (∼300.000 años), así que los cocolitos que vemos en la creta proceden de grupos fósiles extintos como la familia Cretarhabdaceae.

La creta forma espectaculares acantilados en las costas inglesas y francesas del canal de La Mancha, como Dover y Étretat, retratados por pintores como Whitcombe, Boudin o Monet.

Pero les hablaré de una artista actual, Frances Hatch, y de la obra «Coccolith Cloud» que recrea sus impresiones de Handfast Point, una zona de acantilados de creta al suroeste de Southampton.

Coccolith Cloud, Handfast Point. Autora: Frances Hatch (2012). Acrílico y materiales del acantilado sobre papel. Fuente: Story of a painting with Frances Hatch.

Para dicha obra empleó creta del propio acantilado, formada por cocolitos, combinada con otros materiales de la zona.

En Handfast Point, después de desmoronamientos en el acantilado o fuertes tormentas, puede observarse una turbidez lechosa en el agua: los cocolitos que se dispersan de nuevo en el mar.

Tal era la intención de Frances Hatch en esta obra con pintura acrílica: recrear sus impresiones del acantilado y ese proceso natural con una base de agua en la que diluye la creta…y los cocolitos.

Cocolitos por tierra, mar…y aire!!

Que los cocolitos se dispersen en el mar y formen rocas sedimentarias no es nada nuevo, pero lo que acaban de publicar Miri Trainic y col (2018) sí lo es, y se resume en que los cocolitos, como el amor, también están en el aire !!

La noticia de este estudio la descubrí gracias a «El virus marino que está cambiando la atmósfera», de Antonio Martínez Ron (VozPópuli, Next).

En el aerosol marino domina un componente llamado en inglés «Sea Spray Aerosol (SSA), que podríamos traducir como rocío/gotitas de aerosol marino. Consiste en partículas formadas al explotar las burbujas en la superficie del agua y por comodidad le llamaremos SSA.

Bloom de Emiliania huxleyi al sur de Reino Unido. Handfast Point está ahí mismo! es uno de los cabos a la derecha de la imagen, donde se aproxima a la costa la mancha central. Autor: Steve Groom (Satélite Landsat, 24 julio 1999). Fuente: Wikimedia Commons.

El SSA es el nexo químico entre el océano y la atmósfera y su composición tiene influencia tanto en la química de la atmósfera como en la regulación del clima. Incluye una fracción inorgánica (sales) y orgánica, en la que pueden haber virus, bacterias y fitoplancton.

Relacionar los cambios en la composición del SSA con la actividad biológica de los microorganismos marinos para conocer la importancia de sus componentes en el clima (como p.ej. la formación de nubes), ha sido y es el objetivo de numerosos estudios desde la última década.

Emiliania huxleyi es el cocolitofórido dominante a escala global, responsable de proliferaciones masivas en la superficie del océano.

A dicha especie se le atribuye un papel importante en el ciclo biogeoquímico del azufre en el mar, dado que produce grandes cantidades de dimetilsulfuro-propionato (DMSP), que luego se transforma enzimáticamente en DMS, un compuesto orgánico volátil.

No se confundan, no voy por ahí. No insistiré otra vez en la famosa teoría CLAW (Charlson y col. 1987) que sugería que el DMS del fitoplancton (como Emiliania) jugaba un papel destacado en la regulación del clima como núcleo de condensación de nubes. En la actualidad sabemos que este asunto no es tan simple y que las emisiones de DMS a la atmósfera están controladas por la dinámica de toda la cadena trófica marina (lo comentamos en Las nubes, el DMS y los tiburones ballena).

Dinámicas de E. huxleyi, el virus EhV y su impacto en la liberación de cocolitos al mar y la atmósfera. Fuente: Trainic y col. (2018).

Lo que observaron en el trabajo de Trainic y col. fue que los efectos del ataque del virus EhV, específico de Emiliania huxleyi, inducían el desprendimiento masivo de cocolitos y su dispersión tanto en el agua como en el SSA.

Su porosidad y forma aerodinámica hace que los cocolitos se comporten como paracaídas microscópicos, permitiendo que permanezcan en el aire hasta 25 veces más que las partículas de sal.

Según los resultados de Trainic y col. los cocolitos pueden suponer un parte importante del SSA al término de los blooms de E. huxleyi por causa de infecciones víricas, lo cual afectaría a la dispersión de la radiación solar, la formación de nubes e interacciones físico-químicas en el aire.

Por ejemplo, el carbonato cálcico puede reaccionar con gases como HNO3 y crear partículas de Ca(NO3)2 que actúan como núcleos gigantes de condensación de nubes, hielo o neblina.

¿Y cómo afectan los cocolitos a la luz?

Emiliania huxleyi y varios cocolitos sueltos. Autor: Emilio Soler. Fuente: Fitopasión.

Es una cuestión interesante desde el punto de vista evolutivo. Alguna ventaja/función deben cumplir los cocolitos, con nanoestructuras tan elaboradas que la tecnología actual no es capaz de replicar.

A la vista de las imágenes de satélite en blooms de Emiliania lo más lógico es creer que dispersan o reflejan buena parte de la radiación solar. Eso podría suponerles algún beneficio para proliferar en la superficie. Pero veamos lo que sabemos.

Reflejan el UV. Un estudio de Quintero-Torres y col. (2006) demostró que los holococolitos (cocolitos en la fase haploide del ciclo de vida) reflejan la radiación UV lo cual supondría una ventaja adaptativa para tolerar las altas irradiancias en la superficie del mar.

En el laboratorio se ha demostrado que las intensidades elevadas de luz no ocasionan daños (fotoinhibición) a Emiliania huxleyi, pero esto es válido tanto para cultivos provistos de cocosferas como desnudos.

(a) Imagen de cocolitos (SEM) y modelo de Emiliania huxleyi. Bar, 5 μm. (b) Imagen de microscopía óptica de cocolitos sin un campo magnético. Barra: 20 μm. (c) Cocolitos orientados mediante un campo magnético de 400 mT. Fuente: Fig. 1 de Mizukawa y col. (2015).

Y es que los efectos de los cocolitos sobre la luz visible son difíciles de interpretar. En un trabajo reciente Mizukawa y col. (2015) estudiaron las propiedades ópticas de una solución de cocolitos orientados magnéticamente.

Pues bien: observaron que los discos de los cocolitos dispersan y modulan la intensidad de la luz que pasa a su través (y por consiguiente al interior de las células). Pero el sentido del resultado final bien una reducción o un aumento de la intensidad de luz depende del ángulo de incidencia, por lo que su efecto o función en las cocosferas de Emiliania huxleyi continúa siendo un misterio.

¿Y en la atmósfera? dispersarán la luz, igual que en el mar, pero no podemos aventurar mucho más…

Referencias:

-Bown PR. Calcareous nannoplankton evolution: a tale of two oceans. Micropaleontology
299–308 (2005).
-Charlson RJ, Lovelock JE, Andreae MO, Warren SG. Oceanic phytoplankton, atmospheric sulphur, cloud albedo and climate. Nature 326: 655–661 (1987).
-Cochran RE, Ryder OS, Grassian VH, Prather KA. Sea spray aerosol: The chemical link between the oceans, atmosphere, and climate. Acc. Chem. Res. 50:599−604 (2017).
-de Vargas C, Aubry MP, Probert I, Young J. Origin and Evolution of Coccolithophores: From Coastal Hunters to Oceanic Farmers. Evolution of Primary Producers in the Sea, 251-285. Academic Press (2007).
-Gayo MD & De Celis MJ. Evolución de las preparaciones en la pintura sobre lienzo de los siglos XVIy XVII en España. Boletín del Museo del Prado 28: 39-59 (2010).
-Mizukawa, Y. et al.Light intensity modulation by coccoliths of Emiliania huxleyi as a micro-photo-regulator. Sci. Rep. 5, 13577 (2015).
-Nanninga HJ & Tyrrell T. Importance of light for the formation of algal blooms by Emiliania huxleyi. Mar. Ecol. Prog. Ser. 136:195–203 (1996).
-Quintero-Torres R, Aragón JL, Torres M, Estrada M & Cros L. Strong far-field coherent scattering of ultraviolet radiation by holococcolithophores. Phys. Rev. E Stat. Nonlin. Soft Matter Phys. 74: 032901(1-4) (2006).
-Rodés Sarrablo T. El soporte de tela en la Pintura Europea de los siglos XVI, XVII y XVIII. Universtitat de Lleida, 42 pp. (2014). Disponible en: http://hdl.handle.net/10459.1/46448
-Trainic M, Koren I, Sharoni S, Frada M, Segev L, Rudich Y, Vardi A. Infection Dynamics of a Bloom-Forming Alga and Its Virus Determine Airborne Coccolith Emission from Seawater. iScience. https://doi.org/10.1016/j.isci.2018.07.017 (2018).
Páginas web:
-https://www.vozpopuli.com/altavoz/next/virus-marino-cambiando-atmosfera_0_1162984151.html
-https://culturacientifica.com/2018/04/13/los-secretos-de-la-joven-de-la-perla/
-https://sladersyard.wordpress.com/2015/05/16/story-of-a-painting-with-frances-hatch/
-https://www.britannica.com/science/chalk
-https://www.mauritshuis.nl/en/explore/restoration-and-research/girl-with-a-blog/8-from-the-ground-up/
Emiliania huxleyi home page: http://www.soes.soton.ac.uk/staff/tt/

Blooms, boleros y el cambio climático

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

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

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

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

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

El Intermedio - Comida escolares 4

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

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

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

 

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Cuál es el problema?

 

 

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Todos los días sale el sol comp

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

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

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

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

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

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

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

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

Referencias:

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

 

Como el gato de Cheshire

 
Título de la imagen: «Todos los días sale el sol»
Emiliania huxleyi. Autor: Sergio Seoane.
1er premio Concurso Microfotografía Biomedicina 2011
http://www.ehu.es/SGIker/fotos/picture.php?/812/category/18

Al final sale el gato, pero primero lo primero.

Los únicos seres vivos que vemos desde el espacio son las algas, ¿cómo puede ser esto si necesitamos un microscopio para observarlas?

Las algas absorben y reflejan parte de la luz que reciben y esto cambia el aspecto del mar. Dependiendo de la abundancia y el tipo de células, el efecto que producen puede verse incluso desde el espacio, como en esta imagen del satélite MODIS, a 705 km. de altura en el golfo de Vizcaya.

Se trata de una proliferación de Emiliania huxleyi, un cocolitofórido del grupo de las algas primnesiofíceas. Sus células están recubiertas de placas de carbonato cálcico llamadas «cocolitos». Emiliania forma densas proliferaciones en la superficie del océano, que llegan a alcanzar hasta 100.000 km2, aproximadamente el tamaño de Portugal…!

Los «cocolitos» de Emiliania reflejan la luz como si fuesen miles de diminutos espejos sumergidos en el mar…además, para fabricarlos Emiliania consume dióxido de carbono, aumentando la absorción en el océano de este gas con efecto invernadero.

En la imagen inferior podemos ver muchas células de Emiliania (las formas redondeadas de color dorado), donde algunas de ellas han perdido los cocolitos.

Emiliania huxleyi (vista a 400x)

Es como una sopa de letras en la que siempre se repite la «O». Emiliania también tiene otra peculiaridad. Junto con los dinoflagelados, las primnesiofíceas son los grupos de algas que producen mayor cantidad de DMS (dimetilsulfuro).

Esta sustancia se oxida en la atmósfera y da lugar a partículas de aerosol que favorecen la condensación y formación de nubes. Esto también reduce el efecto invernadero ya que las nubes devuelven mayor radiación solar al espacio.

El gato de Cheshire (Alice in Wonderland, Disney, 1951)

Y llegamos por fin al gato de Cheshire, el famoso personaje de «Alicia en el País de las Maravillas», que aparece y desaparece, dejando su sonrisa en el aire antes de perderse de vista…

En ecología, existe la teoría de la «Reina Roja», personaje del mismo libro, que sirve para explicar lo que sucede entre un parásito/virus y su huésped, por ejemplo. Ambos disputan una carrera evolutiva en la que intentan superarse el uno al otro, sólo para seguir vivos…igual que la Reina Roja corre y corre para permanecer en el mismo sitio.

La teoría del gato de Cheshire (Frada et al. 2008) para Emiliania describe lo siguiente: las células que forman cocolitos son inmóviles y sufren el ataque de un virus específico,que las destruye y puede ocasionar el final de las proliferaciones.
Cuando el ataque del virus es intenso, Emiliania se transforma en células más pequeñas que pueden nadar y no forman cocolitos…éstas células son inmunes al efecto del virus…!!

El gato de Cheshire desesperaba a Alicia con sus juegos…y cuando le condena a muerte la Reina Roja cortándole la cabeza, también la burla haciendo desaparecer antes su propia cabeza…

Emiliania, como él, también cambia de forma para ser invisible a su verdugo……Quién sabe! quizás en ese momento también podamos ver una sonrisa bajo el mar…!!

Referencias:

-Frada M, Probert I, Allen MJ, Wilson WH, de Vargas C. The Cheshire cat escape strategy of the coccolitophore Emiliania huxleyi in response to viral infection. PNAS 105:15944-15949 (2008).