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El mundo de las margaritas

Dos margaritas (O Castro, Vigo).
Daisyworld (el mundo de las margaritas) es un modelo matemático. Se trata de un planeta imaginario donde solo hay flores, sin nubes y con un sol parecido al nuestro. Lo idearon A. Watson y J.E. Lovelock en 1983 para demostrar que los seres vivos regulan el clima del planeta. Dentro de unos márgenes (al fin y al cabo son margaritas).
Todo esto en el contexto de la teoría de Gaia, de la que hablaremos más tarde.
En Daisyworld las flores pueden ser blancas ó negras. Las negras absorben mucho calor del sol, mientras que las blancas reflejan la luz y el planeta se calienta menos. Un último detalle: en el mundo de las margaritas el sol aumenta paulatinamente su energía.
Esto es lo único real en el modelo: las estrellas a medida que envejecen aumentan su radiación y hace unos 3.000 millones de años “Lorenzo” brillaba un 25% menos. Pues bien, ¿qué pasa en daisyworld?

 

La simulación se puede ver en la web

Primero crecen las flores negras y luego, a medida que aumenta la energía del sol, las margaritas negras que viven en los trópicos empiezan a ser sustituidas por las blancas, que terminan por extenderse hacia las latitudes más altas.

Esta sucesión en las flores permite controlar la temperatura, pero finalmente, cuando el sol brilla con demasiada fuerza (1.5 veces su valor real) las margaritas blancas también mueren. Desprovisto de vida la temperatura del planeta se dispara…tal como muestra la gráfica.

En la Tierra también disfrutamos de una temperatura media muy inferior a la que le correspondería si no existiese la vida. Y la capacidad del planeta para regular el clima también es limitada. Lovelock discute en uno de sus últimos libros “La venganza de la Tierra” sobre cómo hemos declarado la guerra al planeta, reduciendo su capacidad para regular el clima. Una visión apocalíptica y un libro muy recomendable.
Porque su mensaje básico es que hemos cruzado ya un punto de no retorno. Por muchos esfuerzos que hagamos por ser “verdes y ecologistas” la Tierra seguirá aumentando su temperatura hasta alcanzar un nuevo punto de equilibrio.
Luces nocturnas en Asia y Australia.
Disponible en la web Earth Observatory (NASA)
Gaia era la diosa griega de la Tierra. En los años 70′ surgió la hipótesis Gaia en la que J.E. Lovelock y Lynn Margulis propusieron que nuestro planeta es un “super-organismo” que autoregula el clima y la química para que éstos sean adecuados para la vida. No dijeron que la Tierra esté efectivamente viva. Pero sí que se comporta como si lo estuviera.
Gaia son las formas de vida y la geoquímica del planeta que interaccionan y se ajustan a los cambios en el medio ambiente de cada época, manteniendo un equilibrio dinámico…
Puesta de sol en Marte.
Disponible en la web de la NASA
http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_347.html
En contraste tenemos el equilibrio químico “inmutable” de planetas “muertos” como Marte.
Lovelock trabajó para la NASA a mediados del s.XX. Su trabajo era idear algún instrumento que permitiese detectar si había vida en Marte. Y él pensó en analizar la composición de la atmósfera.
Sugirió que si existiese vida “marciana” tendría que haber allí algo de oxígeno y metano.
En aquella época no se detectaron, pero hoy sabemos que existen trazas de ambos y no se puede descartar totalmente una fuente biológica !!
¿A qué viene todo esto en un blog de algas? Ahora vamos con ellas…
Hace ya unos cuantos años (parece que fue ayer) pude oler un cultivo masivo de la haptofita Emiliania huxleyi que mantenía mi colega J.L. Garrido en el Instituto de Investigaciones Marinas de Vigo (CSIC).
Todos los días sale el sol compEmiliania huxleyi.
Autor: Sergio Seoane.
Su “perfume” por así decirlo, recordaba a los huevos podridos y provenía del azufre, en concreto del DMS (dimetil sulfuro). Casi todas las algas lo producen, aunque para ser correctos habría que decir que lo que fabrican es en realidad un precursor del DMS, el DMSP (dimetilsulfoniopropionato). Los mayores productores de DMSP del fitoplancton son cocolitofóridos como Emiliania, pequeños flagelados como Phaeocystis y diversos dinoflagelados.

El DMS es la fuente natural de azufre a la atmósfera más abundante en el océano. La “presentación en sociedad” del DMS se la debemos principalmente ¿adivinan a quién? Sí, otra vez a James E. Lovelock.Él propuso en 1972 su importancia en el ciclo del azufre. De la atmósfera vuelve a los continentes mediante la lluvia y vuelve a ser utilizado por plantas y animales para fabricar las proteínas, por ejemplo.

Pues bien. En 1987 se publicó en Nature un trabajo titulado “Oceanic phytoplankton, atmospheric sulphur, cloud albedo and climate”. Lo firmaban Charlson y col. (Lovelock entre ellos). En él relataban que el DMS estaba relacionado con la formación de nubes y con el clima. Las nubes aumentan el albedo (la luz que refleja la Tierra, como las margaritas blancas) así que el aumento de fitoplancton controlaría el calentamiento del clima a través del DMS.
¿Qué sabemos hoy de esto, sigue siendo verdad ó no…?
lo sabremos en la próxima entrada.
Mientras, aquí les dejo una sentencia de Lovelock “…un ascenso del nivel del dióxido de carbono a 500 ppm, ascenso que ya es inevitable, irá acompañado de un profundo cambio climático“. El último dato que ofrece en su web el Observatorio del Mauna Loa (enero 2013), es de 395 ppm, que aumentan a un ritmo lento pero constante de 2 unidades cada año…
Referencias
-Lovelock J.E. La venganza de la Tierra. Ed. Planeta, 249 pp (2006).
-Simó, R. Production of atmospheric sulfur by oceanic plankton: biogeochemical, ecological and evolutionary links. Trends. Ecol. Evol. 16: 287-294 (2001).
-Watson A & Lovelock J.E. Biological homeostasis of the global environment: the parable of Daisyworld. Tellus 35B: 284-289 (1983).

2+2 no siempre son 4: Margulis y la simbiogénesis

Lynn Margulis (1938-2011)
Hace unos días nos dejaba una de las científicas más influyentes de las últimas décadas, la bióloga Lynn Margulis, que jovencísima (en 1967) publicaba la teoría de la endosimbiosis en serie (siglas en inglés SET: “serial endosymbiotic theory”).
Con esta teoría Margulis explicaba el origen de las células eucariotas (con núcleo diferenciado) a partir de fusiones previas de organismos procariotas (bacterias, sin núcleo diferenciado).
Como otras grandes contribuciones a la ciencia, la teoría SET no procede de la inspiración divina. La creatividad juega un papel importante, pero la inspiración surge a partir de la reflexión sobre los resultados previos de otros cientificos. Y es ésa combinación de creatividad y formación intelectual la que hace posible ensamblar las piezas del “puzzle” bajo un nuevo enfoque, y formular una teoría general aplicable a numerosos ámbitos.
Y en eso consiste precisamente la aportación de grandes científicos como Margulis:
abrir nuevos terrenos “cultivables” para el avance de la ciencia en generaciones futuras.

 

Symsagittifera roscoffensis.
© Wilfrid Thomas, Station Biologique de Roscoff

Hablar de endosimbiosis es hablar de las microalgas. Todas (las eucariotas!!) proceden de una célula eucariota primigenia que incorporó una bacteria fotosintética (cianobacteria), con la cual consiguió nuevas capacidades (fotosíntesis) para mejorar su “competitividad”.

Así pues, la endosimbiosis es un mecanismo evolutivo crucial para la creación de nuevas especies, denominado simbiogénesis. De ahí el título de esta entrada: 2 procariotas no dieron lugar a un procariota más grande, sino algo totalmente distinto…!!

En el medio marino tenemos ejemplos curiosos de simbiosis “animal-vegetal” que pueden llevar algún día a una “unión estable” en una nueva especie tal como sucede en las microalgas. Por ejemplo, el gusano marino Symsagittifera roscoffensis, cuyo color verde se debe a las microalgas del género Tetraselmis que “cultiva” en su interior.
“Juvenil” de Elysia chlorotica
sobre filamentos de Vaucheria litorea
(Rumpho et al. 2008)
Sin embargo, el primer caso en el cual se demostró un paso más allá, la integración de genes fotosintéticos en el ADN de un animal, lo encontramos en la “babosa de mar” Elysia.
Concretamente se estudió en Elysia chlorotica, un “animal fotosintético” que es capaz de mantener hasta 8 meses los cloroplastos del alga Vaucheria litorea gracias a esta forma “avanzada” de simbiosis.

En la península ibérica podemos encontrar otras especies, como Elysia timida, que se alimenta y “roba” los cloroplastos de la macroalga Acetabularia acetabulum.

Elysia timida sobre Acetabularia. Autor: Bruno Jesús (C.O. Universidad de Lisboa).
Imagen disponible en: http://news.bbc.co.uk/earth/hi/earth_news/newsid_9026000/9026409.stm

 

Aplysia en la playa de la Barbeira (Baiona).
Autor: Alvaro Alvarez Jurado

Elysia es un molusco gasterópodo, emparentado a su vez con las “liebres de mar” del género Aplysia, que pueden alcanzar un tamaño mucho mayor y que simplemente “pastan” sobre las algas sin más oficio ni beneficio.

Pero quién sabe!, quizás algún día Elysia le cuente su secreto a Aplysia y ésta se lo pensará dos veces antes de zamparse enterita a su alga…!!

Referencias:

-Jesus, B., Ventura P., Calado G. Behaviour and a functional xanthophyll cycle enhance photo-regulation mechanisms in the solar-powered sea slug Elysia timida (Risso, 1818). J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 395: 98-105 (2010).
-Margulis L. Serial endosymbiotic theory (SET) and composite individuality. Microbiology Today 31:172-174 (2004).
-Mujer C.V., et al. Chloroplast genes are expressed during intracellular symbiotic association of Vaucheria litorea plastids with the sea slug Elysia chlorotica. PNAS 93:12333-12338 (1996).
-Rumpho M.E., et al. Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene PsbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica. PNAS 105:17867-871 (2008).