Sea monkey y la venganza del océano

"Empieza por el principio - dijo el Rey con gravedad -  y sigue hasta llegar al final; entonces te detienes."   

--Lewis Carroll (Alicia en el País de las Maravillas)

Existe una razón sencilla por la cual este blog lleva su nombre.  Y es que, por motivos poco definidos,  las personas provenientes de la ciudad de Guayaquil en Ecuador somos denominados monos por el resto de compatriotas.  Así, como oceanógrafa guayaquileña, el apelativo de "mono marino" me cae bastante bien.   Pero me apresuro a aclarar que este blog (seamonkeyciencia) no tiene relación con el web-browser todo-en-uno SeaMonkey® Project, ni con los más afamados Sea-Monkeys®.  Sin embargo, la razón verdadera del nombre del blog nace con estos últimos. Para quienes, como yo, nacieron en un lugar y un tiempo en los cuales los Sea-Monkeys® son una referencia nula; diré que básicamente se trata del pequeño crustáceo Artemia spp. (Leach, 1819), que es comercializado como mascota de acuario para niños desde 1957.

Ahora sí, entrando en el contexto de las ciencias marinas, y llegando al meollo del asunto:

brine shrimp = sea monkey = artemia

Estos bichitos miden de 1 a 1.45 cm y habitan en lagunas costeras salinas alrededor de todo el mundo.  Pero lo más particular de las artemias - y lo que, durante mi primer año de Licenciatura, originó mi admiración hacia ellas -  es su capacidad de producir huevos que permanecen en estado latente hasta que las condiciones ambientales son apropiadas para su desarrollo.  En la naturaleza, los huevecillos pueden sobrevivir por años en estado seco hasta la llegada de lluvias.  Así, los huevos de artemia son comercializados para alimentación de peces, investigación y, como he mencionado antes, mascota infantil de baja demanda de cuidados.  Se agrega agua,  sal, burbujas en el agua y, como por arte de magia,  ¡artemias instantáneas!

Las artemias no son el único bichito acuático con habilidades mágicas. Dentro del reino del plancton se pueden encontrar las más variadas formas de organismos, adaptaciones y misterios científicos. Y digo "reino" en sentido metafórico y no taxonómico, claro está.  El plancton es un grupo funcional en el cual se incluyen organismos pertenecientes a los tres dominios biológicos (Archaea, Bacteria y Eukarya).  Tienen en común su limitada o nula capacidad de desplazamiento horizontal direccionado.  Y recalco, desplazamiento horizontal direccionado.  Como se dice por ahí, de forma general, el plancton es llevado corrientes oceánicas de forma horizontal y dispersado por la turbulencia en forma vertical.  Sin embargo, varios organismos del plancton poseen adaptaciones para moverse verticalmente en la columna de agua en función de estímulos externos.

Organismos del zooplancton (zoo = animal), por ejemplo, migran diariamente unos 200 metros para alimentarse en la superficie durante la noche y evitar ser vistos - y devorados - por los peces durante el día. La cosa no se queda aquí.  Si la principal amenaza no  son los peces sino otras especies de zooplancton,  algunos organismos tienden a burlar a los "caníbales" invirtiendo su patrón migratorio [1].  Toda un hazaña de destreza y estrategia para animalitos que sólo miden de 1 a 3 ¡milímetros!

Las plantas y bacterias planctónicas no se quedan atrás en el concurso de habilidades.  Aunque algunas también pueden  movilizarse en la columna de agua [2, 3], el punto donde quiero llegar va mucho, pero mucho más lejos. Como muchos sabrán, los organismos que realizan fotosíntesis requieren agua, luz y nutrientes para crecer.  El agua no es un problema en el océano.  Sin embargo, la luz sólo es suficiente en las capas superficiales y dependiendo del mes del año.  Los nutrientes, al contrario, tienden a acumularse en aguas más profundas donde la materia orgánica se descompone.  He ahí el dilema.  Durante el invierno de las zonas templadas, fuertes vientos y bajas temperaturas permiten la mezcla de los nutrientes del fondo con aguas superficiales. Pero a estas latitudes, los días invernales son cortos y con poca luz.   Hacia la primavera, la cantidad de luz empieza a aumentar, y cada año los satélites capturan fantásticas imágenes de grandes manchas color verde - azul brillante mezclándose en curvas extravagantes con el azul profundo del mar.   Se trata de una explosión demográfica de fitoplancton (fito = vegetal) conocida como proliferación o bloom primaveral.   En otras zonas del océano, este mágico crecimiento de fitoplancton es sustentado por procesos de afloramiento costero y divergencia geostrófica; pero también existen vastas áreas donde un nutriente clave hace falta: el hierro (Fe).

Imagen de proliferación de plancton cerca del norte de Europa,  capturada por el satélite Envisat (MERIS) el 19 de agosto de 2009. 

Créditos: European Space Agency (ESA).

El fitoplancton en conjunto contribuye aproximadamente al 45% de la producción primaria anual del planeta  [4] y, al igual que las plantas terrestres,  absorbe CO2 para sintetizar materia orgánica.  Puesto que son plantitas minúsculas (< 0.003 cm) en medio de miles de kilómetros de "océano vacío", bien se nos podría ocurrir que "sembrar" fitoplancton usando hierro es más sencillo que reforestar, y en menos de lo que canta un gallo acabar con el dichoso problema del cambio climático.    

"Denme medio tanque de hierro y les daré la siguiente era del hielo" -  Expresó John Martin a inicios de los 90's, convirtiéndose en precursor de la hipótesis de hierro y la idea de fertilización del océano [5].  La cosa no es tan sencilla porque nadie en este mundo vive para siempre.  Al morir, el plancton se hunde lentamente hacia las capas profundas del océano librándonos del odioso CO2, pero a la vez consumiendo oxígeno para su descomposición.  Cuando el oxígeno se acaba por completo, las bacterias anaeróbicas prevalecen y liberan compuestos sulfúricos nocivos para nuestro estilo de vida (respiradores de oxígeno).  Modelos numéricos sugieren que a medida de que el ecosistema acuático se deteriora, mayores cantidades de materia orgánica muerta llegan al fondo marino.  La muerte de peces y otros animales acuáticos evita que el fitoplancton sea "cosechado" naturalmente y se entra en un peligroso proceso de retroalimentación [6].  La predominancia de este tipo de bacterias podría haber sido el causante de grandes extinciones en masa en el pasado, y en la era actual significaría una verdadera venganza del océano.

Paréntesis:

Haré un paréntesis para mencionar que durante la realización de este post me topé con una fantástica producción (sólo en inglés) en que el plancton intenta sabotear los esfuerzos de mitigación del calentamiento global, con el fin de apoderarse del planeta. La idea de estos bichitos es sencilla: calentamiento global = aumento del nivel del mar = más agua = más plancton. Se los recomiendo : http://www.planktoninvasion.com/en/ .  También pueden encontrar capítulos en YouTube.

Fin de paréntesis.

El plancton es un eslabón fundamental en la cadena trófica marina, con especies capaces de adaptaciones de supervivencia increíbles para su pequeño tamaño, capaces de utilizar vidrio en sus estructuras orgánicas, de brillar en la oscuridad, y hasta de formar nubes.  Como conjunto, el plancton puede modificar la composición química de la atmósfera, es presunto precursor del inicio de la vida y potencial verdugo de su final. El delito lo ejecutamos nosotros a diario, desestabilizando un sistema físico - químico - biológico fruto de millones años de evolución.  Como dijo el rey, "empieza desde el principio".  Desde el inicio de la carrera de Oceanografía, cada día descubro más sobre este mundo marino "invisible" tan importante para el balance del planeta y aunque es la apreciación holística del sistema oceánico lo que más me apasiona, mi curiosidad se avivó en un principio gracias a un carismático miembro del plancton.  Gracias a un Sea Monkey.



Fuentes:

[1] Ohman, M.D., Frost, B. W. & Cohen, E.B. 1983.  Reverse diel vertical migration: an escape from invertebrate predators.  Science 220: 1404 - 1407.
[2] Villareal, T.A. and Carpenter E.J. 2003.  Buoyancy regulation and the potential for vertical migration in the oceanic cyanobacterium Trichodesmium. Microbial Biology. 45: 1-10.
[3] Pearre, E. 2003.  Eat and run? The hunger - satiation hypothesis in vertical migration: history, evidence and consequences. Biological Reviews. 78:1, 1-79.
[4] Field, C., Behrenfeld, M.J., Randerson, J.T. and Falkowski, P.  1999.  Primary production of the biosphere: integrating terrestrial and oceanic components.  Science 281: 237 - 240.
[5] Martin, J.H. 1990.  Glacial - interglacial CO2 change: the iron hypothesis. Paleoceanography. 5:1, 1-13.
[6] O'Dor, R.K., Fennel, K. and Vanden Berghe, E. 2009.  A one ocean model of biodiversity.  Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 56: 19 - 20, 1816 - 1823.

Arrhenius y mi primer post

¡Doctor en Filosofía! - exclamó mi madre como espantada. No me causó extraño su espanto al inmediatamente pensar en mi padre, quien solía leerme libros de Platón en lugar de cuentos infantiles, y quien en sus más recientes años se pasa pintando demonios y formas fantásticas. - ¿Pero no era oceanografía lo que estudiabas???

Aunque intenté explicar a mi madre el sentido del dichoso título de Ph.D., terminé sintiéndome igual que cuando a los 17 años le dije que estudiaría la poco común y menos renombrada carrera de Oceanografía. Debo admitir que en aquel tiempo mi ignorancia oceanográfica era igual o tal vez mayor que la de mi madre. Sin embargo, me armé de mis mejores argumentos sobre las necesidades científicas del país, la problemática de El Niño y el ya en boga calentamiento global, para obtener su bendición de levar las anclas.

Estas memorias fueron desenterradas por la simple aparición, entre las Google-búsquedas del día, de un trocito del pasado de la ciencia del cambio climático, publicado en nada más y nada menos que la Revista de Filosofía.  Dicho trocito, que aquí comparto, proviene de la época en que meteorólogos y químicos todavía no sabían bien porqué se necesitaban unos a otros.  Igual que cuando mi madre pregunta qué tiene que ver la Filosofía con la Oceanografía. Y como una cosa lleva a la otra, decidí empezar este nuevo blog dedicado a compartir mis experiencias en el camino de la ciencia, historias viejas y nuevas, y una que otra que se necesite reinventar.

Arrhenius, S. 1896. [1] El artículo original impreso es actualmente de dominio público.  Donde disponible,  el enlace proporciona una copia digital del mismo.  

La fuente de la imagen es: COMET^® Website at http://meted.ucar.edu/ of the University Corporation for Atmospheric Research (UCAR), sponsored in part through cooperative agreement(s) with the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), U.S. Department of Commerce (DOC). ©1997-2011 University Corporation for Atmospheric Research. All Rights Reserved.

Así, han pasado ya casi 8 años desde mi primer chapuzón en el mundo de la Oceanografía, allá en el hoy lejano Pacífico Ecuatorial Oriental.  Sin embargo, no fue sino hace un par que conocí a Svante Arrhenius, y no sino hasta hace pocos días que me detuve a leer su obra seminal y percatarme por cuenta propia de su elemental relevancia. Por ello, deseé compartir algo de su trabajo en mi primer post. Arrhenius fue el primero en cuantificar la contribución del dióxido de carbono sobre el efecto invernadero y especular sobre su relación con las variaciones climáticas de largo plazo [1].   En la época de Arrhenius, claro está, el dióxido de carbono (CO₂) se denominaba ácido carbónico, el efecto invernadero todavía no tenía nombre y no existían computadoras, ni MATLAB, ni R, ni siquiera hojas de cálculo de Excel, que hicieran  por él las decenas de miles de cálculos [2] necesarios para predecir un aumento de temperatura de 5.0^o a 6.0^oC al duplicar las concentraciones de CO₂.  Dicho sea de paso, sus estimaciones no estaban muy lejos de las proyecciones actuales de entre 2.0^o y 4.5^oC, replicando incluso el rasgo de mayor calentamiento en latitudes altas en comparación con áreas ecuatoriales [3].

Tras un siglo, una década, un lustro y un año (116 años) desde la publicación de Arrhenius, los mitos, verdades y más mitos sobre efecto invernadero son también de dominio público.  La teoría actualizada dicta que algunos de los gases que componen la atmósfera terrestre (como el vapor de agua, dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, entre otros) actúan como moduladores de la temperatura global, al absorber radiación en el rango infra-rojo térmico.  Dicho rango contiene la radiación de onda larga que es re-emitida por la superficie del planeta tras la absorción de la radiación solar. Es decir que, los llamados gases de efecto invernadero limitan la pérdida del calor desde la Tierra hacia el espacio. Su presencia en la atmósfera ha permitido el establecimiento de la vida tal como la conocemos, puesto que sin ellos la temperatura promedio del planeta sería de -18^oC.  Sin embargo, el actual aumento desmedido y acelerado de sus concentraciones pone el balance del sistema climático en riesgo.  Y bueno - puede preguntar el lector casual - hay un agujero en la capa de ozono.  La dichosa radiación roja esa puede escapar por ahí, ¿verdad?. No, el ozono estratosférico absorbe la nociva radiación ultravioleta proveniente del sol; pero es "transparente" a la radiación de onda larga.  Es decir, que su presencia o ausencia  poco tiene que ver con el efecto invernadero.   

Absorción de la radiación en el espectro electromagnético por los principales gases de efecto invernadero.  

La imagen fue modificada del original preparado por Robert A. Rohde para el proyecto Global Warming Art. Permiso de copia, distribución y/o modificación garantizado bajo los términos de GNU Free Documentation License, Versión 1.2 o posterior. 

Y continuando la historia, el término "efecto invernadero" no fue acuñado sino  hasta 1909 por  Robert W. Wood; quien en realidad intentaba explicar el error del uso de dicha analogía.  Su experimento con invernaderos reales (de los que se usan para las plantas) sugería que, estos retienen el calor limitando los procesos de convección y advección y no debido a que el cristal absorba y disperse la radiación. Trabajos posteriores demuestran que el componente radiactivo del calentamiento en los invernaderos es menor al 20% [4].  

Pero la analogía había llegado para quedarse desde que Joseph Fourier -  tal vez mejor conocido por la multifacética transformación de Fourier  -  comparó la influencia de la atmósfera terrestre al calentamiento del espacio bajo un panel de cristal [5].  Los trabajos de Tyndall (1861) [6] y Langley (1884) [7] sobre las propiedades radiactivas y de absorción de los gases atmosféricos  sirvieron de base para Arrhenius, quien más tarde finalmente pondría atención en el  CO₂  proveniente del uso antropogénico de combustibles fósiles [8].   Al inicio del siglo XX, la teoría había tomado fuerza y derivado hacia el estudio de la influencia humana en los niveles de CO₂  y su efecto en el clima futuro.  Y, en un afán por llevar la teoría hacia las aulas, el mal usado término de "efecto invernadero" llegó a la fama a mediados de siglo [4].  

Nuestras actividades rutinarias y la producción de bienes de consumo utilizan, en mayor o menor medida, energía proveniente de combustibles fósiles.  Esta, emite  CO₂  y contribuye aceleradamente al cambio de la composición química de la atmósfera.  Por ejemplo, en 2010, la cancelación de cerca de 17 000 vuelos en Europa debido a la presencia de ceniza volcánica habría producido un ahorro neto de 206 465 toneladas de CO₂  en las emisiones diarias a la atmósfera. Aunque se trate de una estimación  grosso modo, la erupción del Eyjafjallajökull (yo tampoco puedo pronunciarlo) podría considerarse la primera erupción volcánica carbono-negativa [9], dando cuenta de que nuestro paso por la Tierra realmente está dejando huellas.  Mal usado, incomprendido y todo lo demás, el "efecto invernadero" ha servido y servirá para alertar al público de esta peligrosa realidad.  

Fuentes:

[1] Arrhenius, S. 1896. On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground.  Philosophical Magazine and Journal of Science 5:41, 237-276.
[2] Crawford, E. 1996. Arrhenius: from ionic theory to the greenhouse effect. Uppsala Studies in the History of Science 23, Science History Publications, Canton, MA.
[3] IPCC 2007. Climate change 2007: Synthesis report. Contribution of working groups I, II and III to the fourth assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Core writing team, Pachauri, R.K. and Reisinger, A. (eds)). IPCC, Geneva, Switzerland, 104 pp.
[4] Jones, M.D.H & Henderson - Sellers, A. 1990.  History of the greenhouse effect. Progress in Physical Geography 14:1 DOI: 10.1177/030913339001400101
[5] Fourier, J.B. 1827. Memoire sur les temperatures du globe terrestre et des espaces planetaires. Momoire de l'Academie Royales des Sciences de l'Institut de France 7, 569-604.
[6] Tyndall, J. 1861.  On the absorption and radiation of heat by gases and vapours, and on the physical  connexion of radiation, absorption, and conduction. Philosophical Magazine 22, 169-194, 273-285.
[7] Langley, S.P. 1884. Researches on solar heat. Professional papers of the signal service No. 15, 123.
[8] Arrhenius, S. 1903. Lehrbuch der kosmischen Physik, Volume 2. Leipzin, Hirzel.
[9] David McCandless & Ben Bartels v1.3 // InformationIsBeautiful.net