viernes, 2 de febrero de 2018

Una rara especie de planta parásita liliputiense

Flor de Thismia rodwayi. Foto.
Por lo general, y tal como nos enseñaron en la escuela, las plantas con flores (angiospermas) son capaces de alimentarse por sí solas mediante la fotosíntesis, es decir, mediante la captación de los fotones lumínicos por un pigmento especializado, la clorofila, cuyo color verde tiñe las partes vegetativas (tallos y hojas) de las plantas que la poseen. Toda regla, y más en la naturaleza, tiene sus excepciones y así, aunque la mayoría de las angiospermas son autótrofas, es decir, capaces de realizar la fotosíntesis, unos cientos de ellas son heterótrofas, lo que quiere decir que necesitan obtener sus nutrientes desde otras fuentes orgánicas.
Hasta hace pocos años se creía, de un modo erróneo, que las plantas que no realizan la fotosíntesis conseguían sus nutrientes directamente de la materia orgánica de una manera saprofítica, similar a la que utilizan los hongos que descomponen lo restos de otros organismos. Tales plantas, por lo tanto, fueron llamadas «saprófitas». Ahora se sabe que esas plantas no son capaces de la absorción y digestión directa de la materia orgánica, y que para conseguir el alimento deben recurrir al parasitismo. El parasitismo puede ser directo (cuando parasitan directamente a otras plantas) o indirecto. En este caso, que practican las llamadas micoheterótrofas (micos significa hongo en griego), las plantas se valen de los hongos, a los que parasitan para obtener sus nutrientes, mientras que estos, a su vez, obtienen los suyos parasitando otras plantas o descomponiendo sus restos.
Sarcodes sanguinea. Foto
La relación entre la planta y sus socios fúngicos se establece entre las raíces de la planta y el micelio del hongo. Las micoheterótrofas, por tanto, se pueden considerar como epiparásitas, puesto que toman la energía de los hongos, los cuales, a su vez, la consiguen de otras plantas vasculares. De hecho, muchos micoheterótrofos se encuentran en un entramado micorrícico, en el que las plantas utilizan las micorrizas del hongo para el intercambio de dióxido de carbono y nutrientes. En estos sistemas, los micoheterótrofos juegan el papel de «explotadores micorrizales», tomando los nutrientes de las micorrizas comunes, pero sin dar nada en contrapartida.
Existen alrededor de 400 especies de plantas micoheterótrofas obligadas, que se distribuyen en cerca de 90 géneros, y casi 20.000 especies micoheterótrofas facultativas, o sea, que dependen de un hongo para sobrevivir al menos en los estados iniciales de crecimiento, como por ejemplo las orquídeas. Casi todos los años se describen nuevas especies micoheterótrofas, sobre todo en los trópicos, porque en las latitudes extratropicales –cuya flora se conoce mejor- parece que las plantas que parasitan a hongos son conocidas desde muy antiguo. Entre ellas se cuentan los arbustos ericáceos de los bosques boreales pertenecientes a la tribu Pyroleae, como Chimaphila umbellata, Orthilia secunda, Pyrola chlorantha, P. rotundifolia y Sarcodes sanguinea.
El pasado mes de enero, en la revista neozelandesa Phytotaxa, dos botánicos tailandeses han descrito una nueva especie de planta micoheterotrófica, Thismia thaithongiana, cuyo hábitat se separa mucho del habitual en otras especies de la familia Thismiaceae a la que pertenecen. Las tismiáceas son una familia de plantas monocotiledóneas, pequeñas y raras, tropicales y subtropicales de todo el mundo. Son hierbas sin clorofila, cuyos tallos subterráneos pasan desapercibidos pero que se reconocen durante la antesis por sus características flores.
Thismia thaithongiana. A, planta en su ambiente natural, en las calizas de Doi Hua Mot, Umphang, Tailandia. B, plantas con sus tallos subterráneos. C, flor inmadura. D, vista cenital de la flor. E, F, vistas laterales de las flores. G, sección longitudinal de la flor. Foto
Las flores son usualmente solitarias y terminales, sin diferenciación entre pétalos y sépalos, como es habitual entre las monocotiledóneas, cuyas piezas florales se denominan tépalos. En las tismiáceas, los tépalos externos son muchas veces bastante diferentes de los internos; hay un anillo rodeando la amplia garganta; los estambres forman un cono en el centro de la flor, y el ovario es ínfero. Las flores tienen una textura blanda, gelatinosa, y, en general, recuerdan a pequeños hongos, como sucede con T. thaithongiana que aparece en la composición fotográfica de arriba, que se explica mejor con la iconografía de la lámina y con la descripción con las que finalizo este artículo.
El género Thismia, con más de 60 especies descritas, es el más amplio de la familia tismiáceas, y está ampliamente distribuido en las regiones tropicales y subtropicales del sureste de Asia, sobre todo en la península malaya, Sumatra, Java, Borneo, Tailandia y Vietnam. Los miembros del género son pequeñas hierbas micoheterotróficas que por lo general crecen sobre hojarasca en descomposición a la sombra de bosques tropicales húmedos. Lo que distingue a T. thaithongiana del resto sus congéneres es que vive en bosques abiertos y secos, directamente sobre sustratos calcáreos, aunque su floración está directamente ligada a las lluvias tardías de septiembre-octubre que mantienen húmedo el horizonte superior del suelo. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.
Thismia thaithongiana. A, B, plantas con flores. C, vista cenital de la flor. D, sección longitudinal de la flor. E, vista interior (adaxial) de tres estambres péndulos. F, stigma y estilo. Lámina dibujada a partir del holótipo de la especie. Lámina.

Descripción de Thismia thaithongiana: 
Hierbas terrestres, sin clorofila, micoheterotróficas. Tallos subterráneos agrupados, horizontales, vermiformes, ramificados, de hasta 1,2 mm de diámetro, blanquecinos cuando son jóvenes, de color pardo cuando están viejas. Tallos aéreos erectos, de menos de 2 mm de largo. Hojas glabras, blanquecinas, escamosas, de estrechamente triangulares a ovadas, 1,5-5.0 × 1,2-3.5 mm, ápice de obtuso a agudo; las hojas más grandes se sitúan justo debajo de la flor. Entre dos y tres brácteas involucrales, blancas, similares a las hojas superiores. Flores solitarias o apareadas, a veces varias agrupadas en un rizoma, pubescentes, de color verdeazulado en el ápice, blanquecinas en la base. Perianto actinomórfico con 6 tépalos fusionados para formar un tubo periántico a modo de capucha mitriforme. Tubo periántico urceolado, estrechado justo encima del ovario, más ancho en el tercio superior, blanquecino, a veces con 12 rayas verticales verdeazuladas en la parte superior; superficie interna en cuyo ápice hay un anillo ancho, prominente, verdeazulado. Tres tépalos exteriores verdeazulados, triangulares, 1,5-3× 3-4.5 de ancho en la base, terminados por apéndices en forma de cuerno; cada apéndice de 2-4.5 mm de largo, pubescente. Tépalos internos 3, verdeazulados, connados en la parte superior en forma de mitra, con un apéndice en forma de cuerno pubescente que se desarrolla desde la costilla central de la superficie externa de cada uno, cuya longitud es de 2-4 mm; la mitra presenta tres aberturas laterales, de 2,5-4,5 mm de diámetro. Anillo interior verdeazulado, de 2,5-3,5 mm de diámetro, glabro. Estambres 6, péndulos debajo de la boca del anillo, verdeazulados en la base, blanco-cremoso a rosado en el ápice; filamentos glabros, libres, ca. 1 mm de largo; estambres lateralmente connatos, formando un tubo con sus anteras; estambres individuales espatulados, con 4 tecas (dehiscencia abaxial, hacia la superficie interna del tubo periántico. Ovario ínfero, en forma de copa, 3,0-4,5 mm de largo, pubescente, unilocular, placentas 3; estilo ca. 1 mm de longitud; estigma trilobulado, ca. 1,2 mm de largo, blanco cremoso, superficie casi entera; lóbulos de estigmas triangulares o lanceolados, peludos. Fruto maduro y semillas no observadas. Traducida de la descripción original.

domingo, 21 de enero de 2018

Las orquídeas que fascinaron a Darwin

Flores masculinas de Catasetum osculatum. Foto
En general, las orquídeas presentan flores perfectas, lo que quiere decir que contienen órganos masculinos y femeninos. Sin embargo, en la naturaleza no hay excepciones a la regla y en una familia tan grande como la de las orquídeas, las excepciones siempre están a la vuelta de la esquina. Tomemos como ejemplo a las orquídeas del género Catasetum. Las más de 160 especies descritas de este género presentan flores unisexuales, bien masculinas, bien femeninas, pero nunca hermafroditas. Además, la morfología floral de unas y otras es tan distinta que algunas especies se describieron como distintas según su sexo.
Flores femeninas de Catasetum osculatum. Foto.
Fue Charles Darwin el primero en descubrir que las plantas de diferentes sexos pertenecían a la misma especie por más que algunos botánicos las hubieran descrito como especies diferentes. El género Catasetum cautivó a Darwin, quien consiguió hacerse con una excelente colección para estudiar gracias a los ejemplares que le regalaron amigos y corresponsales de todo el mundo. Darwin no solo resolvió la cuestión nomenclatural, sino que también describió el singular mecanismo de polinización de estas orquídeas tropicales. Los detalles de este proceso son tan extraños que los hallazgos de Darwin fueron ridiculizados por algunos científicos de la época. Pero una vez más, Darwin tenía razón.
Si tener plantas individuales masculinas y femeninas no era lo suficientemente extraño para estas orquídeas, el mecanismo por el cual se logra la polinización es literalmente explosivo. Las Catasetum son polinizadas por grandes abejas del género Euglossine. Atraídas por el dulce aroma de las flores masculinas, las abejas se posan en el labelo y comienzan a explorar la flor. Sobre el labelo hay dos estructuras semejantes a pelos. Cuando una abeja entra en contacto con estos pelos, la flor dispara hacia abajo una estructura, la polinia, que contiene lo sacos de polen (Véalo en este vídeo). Una almohadilla adhesiva en la base de la polinia garantiza que una vez que golpea a la abeja, se adhiera firmemente a ella.
Flores femeninas de C. longifolium. Foto
Las abejas pronto se dan cuenta de que las flores masculinas son lugares inhóspitos de los que no obtienen nada positivo, por lo que parten en busca de otras flores en la que libar sin ser golpeadas por unos objetos pegajosos. Posiblemente sea esa la causa de que las flores de sexos diferentes parezcan tan distintas entre sí. Cuando las abejas visitan las flores femeninas, los sacos de polen que llevan en su dorso se deslizan en un surco perfecto que existe en la entrada del ovario de las flores femeninas y así se logra la polinización.
La singularidad de esta estrategia reproductiva ha hecho que las orquídeas Catasetum sean el centro de atención de botánicos y horticultores quienes se preguntaban cómo se determina su sexo ¿Es un sexo genéticamente determinado o hay ciertos factores ambientales que lo condicionan? Como resultado de múltiples investigaciones, parece ser que la disponibilidad de luz puede ser una de las señales más importantes para la determinación sexual en Catasetum.
En un artículo publicado en 1991, Jess K. Zimmerman describió que había patrones en la ratio de sexos para al menos una especie de Catasetum. Las plantas femeninas se encontraban con mayor frecuencia en los bosques más jóvenes, mientras que las proporciones se aproximaban a 1:1 en los bosques más viejos. Lo que los investigadores encontraron fue que las plantas son más propensas a producir flores femeninas bajo doseles abiertos y flores masculinas bajo doseles cerrados. Es posible que, debido a que la producción de semillas es un esfuerzo muy costoso para las plantas, los individuos con acceso a más luz sean más propensos a presentar flores femeninas.
Además de sus extraños hábitos reproductores, la ecología de estas plantas también es fascinante. Nativas de los trópicos del Nuevo Mundo, las Catasetum viven como epífitas en las ramas y los troncos de los árboles. Vivir en el dosel arbóreo puede ser bastante estresante y las orquídeas han evolucionado para resolver los problemas ecológicos. Para empezar, son caducifolias. La mayoría de los hábitats en los que aparecen experimentan una estación seca. A medida que las lluvias desaparecen, las plantas pierden las hojas y perviven gracias a un denso grupo de pseudobulbos verdes. Estas estructuras bulbosas sirven como almacenes de energía y agua que impulsarán el crecimiento tan pronto como vuelvan las lluvias.
C. silvestre creciendo como epífito. Foto
El dosel también puede ser bajo en nutrientes vitales como el nitrógeno y el fósforo. Al igual que todas las orquídeas, las Catasetum son micorrízicas, es decir, cuentan con una asociación íntima con hongos micorrizógenos que les suministran esos nutrientes. Tales asociaciones son vitales para la germinación y el crecimiento. Sin embargo, los hongos con los que se asocian se alimentan de madera muerta, que es baja en nitrógeno. Eso ha llevado a otra relación más complicada y altamente especializada que se conoce en al menos algunos miembros de este género de orquídeas.
Las Catasetum maduras se encuentran frecuentemente creciendo sobre nidos de hormigas arborícolas. Las que no lo hacen, a menudo albergan colonias de hormigas dentro de sus pseudobulbos ahuecados. Esta asociación con hormigas cumple una doble función. Al instalarse dentro de la orquídea o alrededor de sus raíces, las hormigas proporcionan a la planta una fuente vital de nitrógeno en forma de heces y otros productos de desecho. Al mismo tiempo, las hormigas atacarán con fiereza a cualquier cosa que pueda amenazar su nido. Al hacerlo, mantienen a raya a herbívoros potenciales.
Contemplar una Catasetum en floración es algo extraordinario. Son maravillas de la evolución y una prueba viviente de que parece que no hay límites para la capacidad de las orquídeas para sobrevivir. Afortunadamente para la mayoría de nosotros, no hay que viajar a la jungla y escalar un árbol para ver de cerca una de estas orquídeas. La facilidad para cultivarlas ha hecho que la mayoría de los jardines botánicos disfruten al menos de una especie o dos de este género. Si encuentra una Catasetum, tómese tiempo para admirarla en todo su esplendor. Se sentirá feliz de haberlo hecho. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

viernes, 5 de enero de 2018

Fracking US: Sálvese quien pueda

BHP Billiton: la empresa minera más grande del mundo ha puesto en venta sus activos de fracking.
Plataforma de fracking de BHP Billiton en Eagle Ford, Texas. Foto.
BHP Billiton, la compañía minera más grande del mundo, ha decidido abandonar totalmente la industria de fracking. El pasado mes de diciembre, BHP Billiton solicitó a cuatro bancos de inversión que pusiesen a la venta los activos por valor de 50.000 millones de dólares que la compañía tiene invertidos en la extracción de petróleo y gas de lutitas en Estados Unidos. Desgraciadamente para BHP, la compañía tendrá suerte si logra venderlos por 10.000 millones.
Algo debe haber cambiado recientemente, porque BHP Billiton había anunciado en octubre de 2016 que estaba considerando vender sus activos de esquisto en los próximos dos años. Sin embargo, decidió deshacerse de ellos a finales de 2017. Según declaró Steve Pastor, responsable de petróleos de BHP Billiton, en un artículo publicado en octubre de 2016 en el Financial Times, la compañía apostaba a tope por sus activos en la industria del fracking: “la compañía sigue comprometida con sus activos de lutitas, que [cree] que pueden superar los rendimientos de sus campos petrolíferos convencionales y cubrir la brecha de suministro de crudo causada por la sequía de inversiones en toda la industria provocada por el colapso de los precios del petróleo desde mediados de 2014 […] Nos dimos cuenta rápidamente de que no obtendríamos beneficios inmediatos [de la inversión en activos de fracking], pero nos habíamos hecho con unos activos fantásticos”, decía Pastor en aquel artículo.
Figura 1. Fuente.
¡Cómo han cambiado las cosas de un año a esta parte! BHP Billiton quiere ahora deshacerse como sea de aquellos activos fantásticos tan pronto como pueda. Cuando en 2011 BHP Billiton estaba comprando a manos llenas activos en la industria del fracking, la compañía pensaba que había comprado algunas de las mejores "joyas energéticas" que podía ofrecer Estados Unidos. De acuerdo con la presentación sobre los campos de lutitas que J. Michael Yeager, entonces director ejecutivo de la división de petróleos de la compañía, hizo llegar en 2011 a sus accionistas, la compañía tenía grandes planes (Figura 1), unos planes que había presentado en un vistoso folleto en que el propio Yeager ensalzaba las innumerables virtudes de lo que ahora es basura financiera..
Según Yeager, la compañía había adquirido un recurso de primera a nivel mundial, “clave para BHP Billiton, de larga duración, bajo coste y con un importante desarrollo futuro". En la trastienda de esas cuatro afirmaciones (recursos de nivel mundial, larga vida, bajo coste e importante desarrollo futuro), solo había una certeza: BHP invirtió ese año 15.000 millones de dólares para desarrollar, perforar y extraer petróleo y gas de lutitas. La cartera de lutitas de la compañía en noviembre de 2011 se muestra en la Figura 2.
Figura 2. Fuente.

Como puede verse en la parte inferior de esa tabla, que era la diapositiva 45 de la presentación de Yeager, la inversión presentaba "Múltiples oportunidades de optimización en 30 años". ¡Qué rápido han pasado esos 30 años! Han transcurrido solo seis y la compañía se está preparando para liquidar sus activos lo más rápido que pueda y esperando tener la suerte de que otros incautos sean lo suficientemente estúpidos como para comprarlos.
Veamos ahora la diapositiva 47 de la presentación (Figura 3). Según el director ejecutivo de petróleos, "las lutitas ofrecen la capacidad de aumentar rápidamente el crecimiento y de mantener las ganancias a largo plazo". Como puede verse, el rendimiento energético de las lutitas prometía recuperar capital en cuestión de meses, no más de cinco años, como había ocurrido con los proyectos convencionales de aguas profundas de BHP. Desgraciadamente para quienes invirtieron, BHP y la abrumadora mayoría de las compañías que pusieron su capital en las lutitas no ganaron ni un dólar. Una cosa era verdad: las compañías podían aumentar rápidamente la producción de petróleo y gas de lutitas, pero a expensas de los inversores.
Figura 3. Fuente.
Además de los 15.000 millones que BHP gastó para producir con pérdidas recursos de gas y petróleo de lutitas, también sufrió pérdidas de 12.000 millones en 2015 y 2016 por la depreciación de sus activos de esquisto supuestamente de "alta calidad". Ya pueden imaginarse por qué el CEO de BHP está loco por deshacerse de sus activos (que han resultado ser pasivos) de lutitas, que han sido de largo una de las mayores sangrías de capital en el balance histórico de la compañía.
Como ya indiqué en un artículo anterior, ni la gente en general ni los inversores en particular tienen una idea cabal del esquema de estafa piramidal del “prodigioso milagro” del fracking estadounidense, que está comprando un poco más de tiempo para seguir pidiendo dinero prestado que les permita pagar los intereses de una deuda cada vez más insostenible que afecta a toda la industria energética del país. Mientras que la economía de los Estados Unidos parece navegar a toda popa, pocos se dan cuenta de que su industria doméstica de las lutitas está a unos pocos años de desintegrarse.
Cuando finalmente la industria energética de Estados Unidos se arruine, la mayoría de los estadounidenses se verán sumidos en una depresión económica de la que nunca antes habían sido testigos. Aquellos que fueron lo suficientemente sabios como para invertir en lingotes de oro y plata disfrutarán de mejores beneficios que quienes se jugaron todas sus fichas en el casino de Wall Street. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

jueves, 28 de diciembre de 2017

Fracking US: Estafar y robar energía para sobrevivir

Tal y como conté en un artículo anterior, la industria estadounidense del fracking sigue endeudándose hasta las cejas para producir petróleo y gas sin rentabilidad económica y con graves daños ambientales. Pero como ha denunciado hace unos días SRSrocco, hay otro fenómeno importante que los analistas energéticos, empeñados en sus hiperbólicas e ilusorias contabilidades, no comprenden: el hecho de que la industria del fracking está estafando y robando energía de otras fuentes para mantenerse con vida.
Empecemos por echar un vistazo a algunos gráficos interesantes modificados a partir de Bloomberg Gadfly. La Figura 1 muestra cómo la industria de la fractura hidráulica continúa perforando con el dinero de los inversores independientemente de que los precios del petróleo estén a 50 o a 100 dólares el barril (U$/b).

Figura 1. La gráfica muestra el flujo de caja de 33 compañías de exploración y producción que operan en cuatro grandes campos de lutitas de Estados Unidos. Las compañías tenían pérdidas incluso cuando el crudo estaba a 100 dólares el barril.
La gráfica muestra el flujo de caja negativo para 33 empresas de exploración y producción (E & P) que operan en cuatro campos de lutitas. En 2012 y 2013, cuando el precio del petróleo estaba a 100 U$/b, esas compañías gastaron más dinero en la producción que el que obtuvieron con la venta del crudo. Ya entonces, vendían duros a cuatro pesetas. Aunque los costes de producción de petróleo y gas de lutitas bajaron en 2015 y 2016 (debido a los menores precios de los insumos energéticos), las compañías siguieron gastando más dinero del que ganaban. Como podemos ver, la cuenca Permian (en negro) encabeza el ranking de pérdidas de dinero.

Figura 2. La emisión de acciones de las compañías estadounidenses de fracking subieron en 2013 con el boom de las lutitas y alcanzaron su máximo en 2016 para combatir la bajada de precios del crudo. Los datos son de 7 de agosto de 2017 y de ahí que sean incompletos.
Pero quemar el dinero de inversores poderosos para producir petróleo de baja calidad es solo una parte de la historia. Las compañías de fracking utilizan otra táctica para atraer fondos adicionales de fondos minoristas. La táctica se llama emisión de acciones. La Figura 2 muestra la emisión anual de acciones de las compañías estadounidenses de E & P. De acuerdo con la gráfica, esas compañías estadounidenses habrán recaudado más de 100.000 millones de dólares entre 2012 y 2017 mediante la emisión de nuevas acciones.
Por lo tanto, las compañías estadounidenses de E & P obtuvieron una financiación adicional de 212.000 millones en los últimos seis años para producir gas y petróleo antieconómicos y antiecológicos. En la Figura 3, aparece la proporción de efectivo (flujo de caja negativo) y emisión de acciones con los que las compañías han financiado sus actividades de fracking en los cuatro campos de lutitas más importantes de Estados Unidos (los de la Figura 1). Así las cosas, ¿cuánto dinero necesitarán esas compañías para reembolsar esos fondos?
Si suponemos que las compañías pudieran producir otros 10.000 millones de barriles de petróleo, necesitarían obtener un beneficio de 21 U$/b para devolver esos 212.000 millones. Pero, si no han obtenido ganancias en al menos los últimos seis años, ¿por qué esperan obtener ganancias en los próximos seis?

Figura 3. Capital invertido en efectivo (flujo de caja negativo) o mediante la venta de acciones por las compañías estadounidenses de E & P en los cuatro campos de lutitas de la Figura 1.
Bien, ahora que hemos vista que la industria de lutitas estadounidense ha estado quemando dinero en efectivo y emitiendo acciones para continuar con un modelo de negocio no rentable, avancemos un poco más. Si la industria E & P de lutitas no está obteniendo suficiente dinero de la producción de petróleo y gas, eso también significa que, aunque suene en principio extraño, se necesita más energía para producirlos. Veamos.
Debemos recordar que invertir dinero en la industria del fracking es otra forma de proporcionar energía. Las compañías que explotan las lutitas están gastando esos 212.000 millones (2012-2017) y quemando la energía equivalente para producir petróleo y gas. Por ejemplo, se necesita mucha más agua para explotar mediante fractura hidráulica los pozos (Figura 4). Para transportar el agua, lo hacemos mediante cisternas o por tuberías. Si bien este uso extraordinario de agua es un coste en dólares para la industria, en realidad es un coste energético. Piense en toda la energía que se gasta en transportar el agua en cisternas o en la energía gastada para fabricar e instalar las tuberías y para bombear el agua.
Además, si sumamos todos los costes adicionales para producir petróleo y gas de lutitas, de una u otra forma la mayor parte proviene de la combustión. Una vez más, los fondos de los inversores se traducen en quemar energía. Por lo tanto, la industria del fracking necesita más energía para producir el petróleo y el gas de la que obtiene. Desgraciadamente, los inversores no lo ven así porque no se dan cuenta de que nunca volverán a recuperar lo invertido. Su inversión se gastó y se quemó hace años para continuar con el Gran Esquema Ponzi del fracking de Estados Unidos del que me ocupé en mi libro El fracking ¡Vaya timo!

Figura 4. Demanda de agua en el campo Permian. Cifras en miles de millones de galones (1 galón = 3,78 litros). Los puntos son decimales. Fuente: Houston Chronicle (1/agosto/2017.
Lo diré de otra forma. Las economías de Estados Unidos y del mundo se basan en la quema de energía. Cuando quemamos energía, creamos actividad económica y esperamos crecer. Si la industria estadounidense del fracking necesitó 212.000 millones de dólares más de lo que obtenía de las operaciones para producir petróleo, entonces significa que quemó más energía de la que puso en el mercado. ¿Me explico?
Por lo tanto, la industria estadounidense del fracking está robando energía de algún sitio para mantenerse viva. Este es el ejemplo perfecto del desplome de la Tasa de Retorno Energético (EROI) del fracking que está canibalizándose a sí misma (y al público) para evitar la bancarrota. Con el paso del tiempo, la industria estadounidense del fracking se comportará como un agujero negro que absorberá cada vez más energía para producir petróleo y gas de menor calidad.
En algún momento la industria del fracking se derrumbará, dejando tras de sí un desastre económico y ecológico. Si bien es difícil predecir el momento, me atrevo a decir que el desplome ocurrirá antes de que termine está década. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

martes, 26 de diciembre de 2017

Criobioluminiscencia: iluminando la noche polar

La medusa pelágica Pelagia noctiluca. Foto.
Mi amigo Luis Monje, fotógrafo científico de la Universidad de Alcalá, acaba de regresar de las islas Svalbard, uno de los lugares habitados más cercanos al Polo Norte, de donde ha regresado con una hermosa colección de imágenes de la noche ártica. Benjamín Franklin aconsejaba a todo hombre que quisiera progresar que “escribiera algo digno de leer o hiciera algo digno de ser escrito”. Luis cumple sobradamente con ambos preceptos, así que el lector pronto podrá ver sus fotografías expuestas en su más que aconsejable blog de divulgación fotográfica y científica.
Entre auroras boreales y otras muchas heladas maravillas que la mayoría de nosotros nunca podrá contemplar, Luis ha fotografiado un raro fenómeno que captó su atención cuando caminaba por la espuma de mar helada de las orillas del Ártico. Cada uno de sus pasos quedaba inmediatamente marcado por una constelación de pequeñas lucecitas que surgían de la nieve. Como hacen normalmente en las profundidades marinas, miles de microorganismos respondían a la presión de sus botas iluminando sus microscópicos cuerpecillos en un fenómeno conocido como bioluminiscencia.
Como buen biólogo, Luis es curioso y, aunque conocía perfectamente la bioluminiscencia por haberla fotografiado flotando entre estrellas en los luminosos mares de ardoras, en las costas cercanas a la frontera entre Malasia y Tailandia, se preguntaba –y me preguntó- cuáles podían ser los organismos capaces de lucir en la superficie de las congeladas costas del Ártico noruego. Después de indagar un poco, esta es mi respuesta.
La generación química de luz visible por un organismo o bioluminiscencia, se extiende por todos los mares del mundo, desde los trópicos a los polos y desde la superficie a las más profundas simas oceánicas, y ha evolucionado muchas veces, desde las bacterias hasta los peces hasta presentarse al menos en 16 phyla diferentes. Para subrayar su origen evolutivo a partir de un ancestro común, todos los seres bioluminiscentes tienen el mismo mecanismo de producción de luz que los biólogos conocen perfectamente gracias a los grandes avances en la comprensión de las bases moleculares de la bioluminiscencia, su control fisiológico y su importancia en los ecosistemas marinos. 
Mertensia ovum. Foto.
Generalmente, la bioluminiscencia se produce a través de una reacción de oxidación-reducción que implica a una proteína especial, astutamente bautizada con el diabólico nombre de luciferina, que se oxida mediante una enzima llamada luciferasa (como no podía ser menos), Durante el proceso, se emite una luz que oscila entre el azul y el verde en función del organismo. La reacción bioquímica generadora de luz tiene un uso potencial para una serie de interacciones ecológicas diferentes, que incluyen estrategias "defensivas" y "ofensivas", y de comunicación entre especies.
Obviamente, para que algo ilumine es preceptivo que haya oscuridad. La oscuridad aparece fundamentalmente en los ciclos periódicos de luz-oscuridad propios del día y la noche, pero también cuando descendemos hacia las profundidades marinas, porque a medida que la luz penetra en las aguas va perdiendo intensidad hasta desaparecer. De ahí que a medida que se profundiza se vaya produciendo una gradación luminosa que culmina en las profundidades pelágicas de las simas oceánicas donde la bioluminiscencia alcanza un maravilloso esplendor. Hay, por decirlo así, una estratificación lumínica cuyos diferentes niveles van siendo ocupados por distintos organismos, cada uno de ellos fieles a un determinado intervalo de intensidad lumínica.
El invierno ártico, con su noche de 24 horas, proporciona un ecosistema único para estudiar la bioluminiscencia, porque allí se produce un fotoperiodo estacional en lugar del típico fotoperíodo horario experimentado en climas más meridionales. Durante el largo período de oscuridad invernal, los organismos que viven en aguas poco profundas experimentan bajos niveles de irradiación que tienen el potencial de afectar los comportamientos que dependen de señales luminosas.
En Kongsfjord, Svalbard (78° N), la noche polar dura 129 días, durante los cuales la luz atmosférica se acerca a los límites de percepción del zooplancton local a poca profundidad. En un régimen tan tenue, la bioluminiscencia en aguas poco profundas puede jugar un papel importante para las interacciones tróficas condicionadas por la visión. La escasa diversidad planctónica durante el invierno crea un sistema relativamente simple que es muy útil para estudiar la dinámica de las comunidades planctónicas bioluminiscentes. Y eso fue lo que investigó Heather A. Cronin, bióloga marina de la Universidad de Delaware, en su tesis de máster de 2015 titulada Bioluminescence in the Artctic Polar Night.
Figura 1. (a) Perfiles de potencial de bioluminiscencia media medidos durante cuatro minutos a intervalos de 20 m en enero de 2014. El potencial de bioluminiscencia se representa como el número total de emisiones m-3 (barras oscuras) y en cantidad producida de fotones (x1013 m-3) (barras claras). (b) Proporción relativa de las comunidades bioluminiscentes formadas por cada grupo taxonómico bioluminiscente conocido y por individuos no identificados. Compound flashes (flashes compuestos) son los que no se procesaron usando la base de datos de bioluminiscencia usada por los investigadores. Haga click aquí para verla a mayor tamaño. 
En sus investigaciones, Cronin tomó muestras de agua a diferentes profundidades y estudió microscópicamente los organismos que vivían en los diferentes estratos lumínicos, a los que caracterizó de acuerdo con la abundancia de uno o varios organismos que definió como “comunidades bioluminiscentes” (Figura 1). Los resultados de Cronin y de otros biólogos marinos se publicaron el año pasado en la revista Scientific Reports. El artículo, del que he tomado las gráficas que acompañan esta entrada, revela que el potencial de bioluminiscencia aumenta con la profundidad hasta un máximo que se alcanza a 80 m. La composición de la comunidad pelágica cambia a lo largo de ese rango, con un ecotono o zona de transición a 20-40 m en el que la comunidad hasta entonces dominada por dinoflagelados es reemplazada por otra dominada por el copépodo Metridia longa. Coincidiendo con esa zona de transición, a la que los investigadores llaman “profundidad de compensación de bioluminiscencia” la luz producida por los organismos supera a la luz atmosférica en el balance de fotones ambientales (Figura 2).
Figura 2. Los dos componentes del campo de luz subacuático en Kongsfjord se trazan en función de la profundidad en unidades equivalentes (μmol de fotones m-3 s-1). La bioluminiscencia es el potencial de bioluminiscencia medio (puntos negros) medido al mediodía y la medianoche en enero de 2014. Los colores representan las zonas fóticas dominadas por la luz atmosférica (sombreado rojo) y la iluminación bioluminiscente (sombreado azul). Fuente.
En resumen, lo que demuestra ese estudio es que en el Ártico existe una comunidad bioluminiscente de invierno que presenta una estructura vertical vinculada a la atenuación de la luz atmosférica y que tiene el potencial de influir en la ecología pelágica durante la oscura noche polar. La iluminación que producen estos microorganismos explica cómo algunos organismos se alimentan y mantienen la actividad durante el período nocturno polar y cómo la luz todavía puede estar involucrada en los procesos ecológicos, incluso durante un período de total oscuridad que dura casi cinco meses.
Fotografía al microscopio electrónico de Protoperidinium pellucidum. Foto
Como puede verse en la Figura 1 el estrato más superficial está dominado por dinoflagelados del género Protoperidinium que emiten luz blanca y son los responsables de las centellas que iluminaban las pisadas de Luis. Los otros organismos dominantes en la comunidad bioluminiscente más superficial, son la medusa Mertensia ovum, que mide unos 10 cm y emite luz verdeazulada, y el copépodo Metridia longa que nunca aparece en la superficie del mar en las horas diurnas.
Aunque hasta ahora el pensamiento científico predominante era que la red alimenticia permanecía inactiva durante la noche polar, el estudio explica por qué los análisis de los peces y las aves marinas que se alimentan en Svalbard durante la noche polar muestran contenidos intestinales en los que siempre hay alimentos recientes: las comunidades bioluminiscentes permiten que la cadena trófica no se interrumpa en condiciones de oscuridad solar.
Allí, en los helados fiordos de Svalbard, unas delicadas criaturas marinas han edificado su propio faro del fin del mundo capaz de iluminar las heladas profundidades árticas. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

viernes, 22 de diciembre de 2017

Metano y cambio climático

El metano (CH4) es, junto al dióxido de carbono (CO2) y al óxido de nitrógeno, uno de los principales gases de efecto invernadero (GEI). Aunque el CO2 es el culpable del 80% del calentamiento global, el metano atrapa 28 veces más calor. Afortunadamente, su concentración en la atmósfera es mucho menor. Mientras que la del CO2 supera las 400 partes por millón de unidades de aire (ppm), el CH4 alcanzó las 1.834 por cada mil millones (ppb).
A diferencia del dióxido de carbono, las concentraciones atmosféricas de metano están aumentando más rápidamente que en cualquier otro momento de las últimas dos décadas y, desde 2014, se están acercando a los escenarios más nefastos de uso intensivo de GEI. Todavía no están claras las razones de este crecimiento, sobre todo porque hay algunas cuestiones por dilucidar en el balance mundial. Nuevas investigaciones, resumidas en este artículo, sugieren que el reciente y rápido aumento en las concentraciones mundiales de metano tiene un origen principalmente biogénico y muy probablemente debido a actividades agropecuarias, aunque con contribuciones menores procedentes del uso de combustibles fósiles y de los humedales. Es necesario cuantificar y reducir cuanto antes las emisiones de CH4. La mitigación de las emisiones de metano tiene beneficios climáticos inmediatos y beneficios económicos, de salud y agrícolas colaterales que completarían los derivados de la mitigación del CO2.
Figura 1. Concentración mensual media de metano atmosférico medida en la red de puntos de muestreo en superficies marinas de todo el mundo de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos (NOAA). Las concentraciones aparecen en partes por billón (ppb), teniendo en cuenta que se usa el billón anglosajón (mil millones). Una ppb expresa que una de cada mil millones de moléculas en una muestra de aire es CH4. La línea roja y sus cuadrados son valores medios mensuales globales. La línea negra muestra la tendencia a largo plazo (media de 12 meses). Fuente: Dlugokencky 2016
El metano atmosférico ha experimentado dinámicas desconcertantes en los últimos 15 años. Después de un período de estancamiento relativo a principios de los 2000 (+0,5 ± 3,1 ppb/año de aumento medio entre 2000 y 2006), sus concentraciones atmosféricas han aumentado rápidamente desde 2007 a más de diez veces esta tasa: +6,9 ± 2,7 ppb/año entre 2007 y 2015, hasta alcanzar un máximo de 1852,7 ppb en septiembre de 2017 (Figura 1). 
En el Quinto Informe IPCC de 2014 se definieron 4 nuevos escenarios de emisión GEI, las denominadas Trayectorias de Concentración Representativas (RCP, por sus siglas en inglés). Éstas se caracterizan por un Forzamiento Radiativo (FR) total para el año 2100 que oscila entre 2,6 y 8,5 vatios por metro cuadrado (W/m2). Las cuatro trayectorias RCP (Figura 2) representan otros tantos escenarios en el que los esfuerzos en reducir las emisiones conducen desde un nivel de forzamiento muy bajo (RCP2.6), pasando por dos escenarios de estabilización (RCP4.5 y RCP6), hasta un escenario con un nivel muy alto de emisiones de GEI (RCP8.5).
Figura 2. Trayectorias de Concentración Representativas (RCP) y Forzamiento Radiativo (FR) en los escenarios previstos en el IPCC (2014). Fuente.
Debido a la aceleración de las emisiones de metano, su evolución se separa de la mitigación exigida en las RCP2.5, RCP 4.5 y RCP6, y se ajusta más al RCP8.5 W/m2 (Figura 3, izquierda). Esta dinámica al alza subraya la creciente contribución del metano al calentamiento global en relación con las tasas más lentas de crecimiento de CO2 en los últimos tres años (Figura 3, derecha).

Figura 3. Concentraciones de metano atmosférico (izquierda, ppb) y concentraciones de dióxido de carbono (derecha, ppm) entre 2005 y 2020 según las cuatro proyecciones de las RCP. La línea negra es la concentración atmosférica media observada en la red NOAA (Dlugockenky 2016). Fuente.
Según los datos de 1999, las fuentes y sumideros que determinan el balance mundial del metano se muestran en la Tabla 1. Actualizadas a 2016, las emisiones globales se estiman en 559 [540-568] Tg/año para la década 2003-2012. Las fuentes tropicales, incluidas las naturales y las antropogénicas, representan dos tercios de las emisiones mundiales totales y están dominadas por las emisiones procedentes de los humedales. Aproximadamente dos tercios de las emisiones globales son atribuibles a actividades antropogénicas (Figura 4).
Tabla 1. Fuente.
Aunque no existe un escenario consensuado de fuentes y sumideros de metano que explique el aumento atmosférico desde 2007, observaciones atmosféricas publicadas en 2016 sugieren tres contribuyentes principales para el cambio. El primer elemento es un aumento en las emisiones biogénicas, principalmente de la agricultura y de la ganadería. Un tercio de las emisiones antrópicas procede de la ganadería y, en concreto, del sistema digestivo de los 2.500 millones de cabezas de ganado que, entre vacas, ovejas y cabras, alimentan a media humanidad. Y son millones de humanos los que dependen del arroz para subsistir. Los arrozales son responsables de otro 9% del metano que cada año llega a la atmósfera. El segundo es un aumento de las emisiones relacionadas con los combustibles fósiles. El tercero es una disminución de las emisiones debidas a la quema de biomasa.
Figura 4. Emisiones anuales de metano (en Tg/año para la década 2003-2012) para catorce regiones continentales y cinco categorías de emisiones. Las estimaciones son el promedio de un conjunto de modelos de inversión de arriba hacia abajo descritos en Saunois et al (2016).
A pesar de las importantes incertidumbres en las fuentes y sumideros de metano, el reciente aumento en sus concentraciones atmosféricas sugiere una contribución antropogénica dominante (ya sea biogénica o termogénica). Por lo tanto, el metano ofrece oportunidades cada vez mayores para la mitigación del cambio climático que podría permitir un retorno a trayectorias de menor emisión como RCP6 o RCP4.5.
Debido al alto potencial de calentamiento global del metano y a su corta vida en la atmósfera en comparación con el CO2, su mitigación ofrece la posibilidad de frenar el cambio climático de manera eficiente en un horizonte de tiempo más corto. Ya existe un conjunto diverso de estrategias, tal como lo proponen asociaciones multilaterales como la Iniciativa Mundial sobre el Metano y la Coalición sobre el Clima y el Aire Limpio, respaldadas por la Declaración de los Líderes del G7 en mayo de 2016  en la que se “reconoce la importancia de mitigar las emisiones de contaminantes climáticos de vida corta”. Las oportunidades de mitigar las emisiones incluyen (1) airear y quemar metano en minas de carbón, lo que al mismo tiempo mejora la seguridad de los mineros; (2) detectar y eliminar fugas de gas natural desde los pozos a lo largo de la cadena de distribución; (3) sellar vertederos, lo que reduce las emisiones de metano al tiempo que se produce biogás para el uso de energía y transporte, y (4) desarrollar biodigestores agrícolas, lo que se ha hecho masivamente en Alemania y se está extendiendo a otros países europeos.
Se están desarrollando otras estrategias, pero se necesita más investigación sobre posibles consecuencias indirectas. El cambio de la dieta de los rumiantes (por ejemplo, alimentándolos con semillas del lino Linum usitatissimum) está siendo analizado (1, 2), pero se necesita la evaluación final de la calidad de la carne y la leche. La modificación de las prácticas agrícolas arroceras (por ejemplo, arrozales con inundación reducida o, incluso, de secano) está probada satisfactoriamente a escala experimental, lo que resulta prometedor suponiendo que sea capaz de garantizar el rendimiento y la calidad del alimento básico de más de 3.000 millones de personas. Esas políticas de mitigación en los sectores de la agricultura y los desechos son fundamentales para reducir las emisiones de metano en la mayoría de las regiones con emisiones elevadas (Figura 4).
Parece que el metano desempeña un papel cada vez más importante en el cambio climático de origen antropogénico, particularmente a la luz de la relativa desaceleración de las emisiones de CO2 en los últimos tres años. Las emisiones de metano derivadas del aumento de las actividades agropecuarias parece ser una causa importante, posiblemente dominante, de las tendencias de crecimiento atmosférico de la última década, por lo que ofrece una creciente oportunidad de mitigación, atendiendo a la necesidad de equilibrar la seguridad alimentaria y la protección del medio ambiente.
Con la mayor parte de la atención puesta en las emisiones de CO2, mantener el calentamiento global por debajo de los 2 °C es de por sí un gran desafío, un desafío que se volverá cada vez más difícil de conseguir si las reducciones en las emisiones de metano no se abordan de manera firme y rápida. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.