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.

domingo, 17 de diciembre de 2017

15.000 científicos frente al cambio climático


En un artículo publicado el 13 de noviembre de 2017 en la revista BioScience, un grupo de 15.000 científicos de 184 países alertó, por segunda vez en 25 años, de las tendencias ambientales negativas que amenazan seriamente el bienestar humano y causan daños sustanciales" e "irreversibles a la Tierra. A su juicio, casi todos los problemas que acucian al planeta son ahora mucho peores que en su primer aviso, fechado en 1992. La que sigue es mi traducción de ese artículo.

TRADUCCIÓN

Hace 25 años, en 1992, la asociación norteamericana Union of Concerned Scientists y más de 1.500 científicos independientes, incluyendo la mayoría de los Premios Nobel en Ciencias que vivían entonces, escribieron el manifiesto Advertencia de los Científicos del Mundo a la Humanidad. Preocupados, reclamaron a la Humanidad que frenase la destrucción ambiental y avisaron de que “sería necesario un gran cambio en nuestra forma de cuidar la Tierra y la vida sobre ella, si se quería evitar una enorme ruina...”. En el manifiesto, decían que los seres humanos estaban en camino de colisionar con el mundo natural. Expresaron su preocupación por los daños reales, inminentes y potenciales sobre la Tierra motivados por la destrucción de la capa de ozono; la disponibilidad de agua dulce; el colapso de la pesca marina, el incremento de zonas muertas en los océanos; la pérdida de masa forestal; la destrucción de biodiversidad; el cambio climático; y el crecimiento continuado de la población. Para evitar las consecuencias que podría acarrear el rumbo seguido hasta entonces, proclamaron que había que emprender cambios fundamentales, necesarios y urgentes.

Los autores de la declaración de 1992 temían que la Humanidad estaba empujando a los ecosistemas de la Tierra más allá de su capacidad de soportar la vida. Describieron cuán rápido nos estábamos aproximando a muchos de los límites de lo que el planeta puede tolerar sin daños serios e irreversibles. Los científicos alegaron que deberíamos estabilizar la población, describiendo cómo la enorme cifra da seres humanos (que ha crecido en 2.000 millones desde ese año: un incremento del 35%) ejerce una presión sobre la Tierra que puede dar al traste con otros esfuerzos para conseguir un futuro sostenible (Crist et al. 2017). Pedían que se disminuyeran las emisiones de gases efecto invernadero (GEI), que eliminásemos los combustibles fósiles que redujéramos la deforestación, y que revirtiéramos la tendencia a la extinción de la biodiversidad.

En el vigésimo quinto aniversario de su llamada de atención, echamos la vista atrás y, mediante el análisis de la evolución en el tiempo de los indicadores disponibles, evaluamos la respuesta humana. Desde 1992, con la excepción de que se ha estabilizado la capa de ozono, hemos fracasado en hacer los progresos suficientes como para resolver los retos ambientales previstos entonces y, de manera muy alarmante, en la mayoría de ellos estamos mucho peor que entonces (Figura). Especialmente preocupante es la trayectoria actual del catastrófico cambio climático de origen humano debido a las crecientes emisiones de GEI procedentes de la quema de combustibles fósiles (Hansen et al. 2013), a la deforestación (Keenan et al. 2015) y a la producción agrícola, principalmente debida a la ganadería de rumiantes y al consumo de carne (Ripple et al. 2014). Además, hemos desatado un proceso de extinción masiva de especies, la sexta en unos 540 millones de años, mediante la cual muchos de las actuales formas de vida podrían ser aniquiladas o, como poco, amenazadas de extinción hacia el final de este siglo.

Ahora damos un Segundo Aviso a la Humanidad, ilustrado por la alarmante tendencia de variables mostradas en la Figura. Estamos poniendo en peligro nuestro futuro por nuestro desproporcionado consumo material y por ser conscientes de que el desaforado crecimiento de la población mundial es el principal impulsor de la mayoría de amenazas ecológicas e, incluso, sociales (Crist et al. 2017). Con su fracaso en limitar adecuadamente el crecimiento de la población, en reevaluar el papel de una economía enraizada en el crecimiento permanente, en reducir la emisión de GEI, en incentivar la energía renovable, en proteger los hábitats, en restaurar los ecosistemas, en parar la extinción de fauna y en frenar las especies invasoras, la Humanidad no ha emprendido los pasos urgentes que se necesitan para salvaguardar nuestra muy amenazada biosfera.

Figura. Tendencia a lo largo del tiempo de las variables ambientales identificadas en el Manifiesto de 1992. Los años anteriores a 1992 se muestran mediante una línea gris y los posteriores mediante una línea negra. (a) Emisiones globales de gases halógenos que destruyen la capa de ozono estratosférica, suponiendo que los niveles naturales de emisión son constantes a razón de 0,11 millones de toneladas anuales (Mtm/a) de equivalentes CFC-11. En (c) se muestra cómo las capturas globales de pesca marina han ido descendiendo desde mediados los 1990s mientras que, al mismo tiempo, los esfuerzos pesqueros han aumentado de manera constante. El indicador de abundancia de vertebrados mostrado en (f), aunque ha sido ajustado por sesgos de tipo geográfico y taxonómico, incorpora relativamente pocos datos de los países en desarrollo, donde hay menos estudios; entre 1970 y 2012, el número de especies de vertebrados se redujo un 58%, con poblaciones que se redujeron en el 81% las especies de agua dulce, 36% las especies marinas y 35% las especies terrestres. En (h) se muestran los cambios en la temperatura superficial, tomando medias de 5 años. En (i) se muestra la evolución de la población humana en miles de millones y de ganado rumiante, que incluye vacas, ovejas, cabras y búfalos. Nótese que los ejes Y de las gráficas no empiezan en cero y que hay que analizar los rangos de datos para interpretar cada gráfica. Los cambios en porcentaje, desde 1992, para las variables de cada panel, incluyen (a) -68.1%, (b) -26.1%, (c) -6.4%, (d) +75.3%, (e) -2.8%, (f) -28.9%, (g) +62.1%, (h) +167.6%, (i) humanos: +35.5%; ganado rumiante: +20.5%. 

Puesto que la mayoría de líderes políticos responde a la presión, los científicos, los medios de comunicación y los ciudadanos deben insistir en que sus gobiernos pasen a la acción inmediata, como un imperativo moral hacia las actuales y futuras generaciones tanto humanas como de otras formas de vida. Mediante una ola de esfuerzos realizados desde organizaciones surgidas del pueblo, puede superarse la obstinada oposición a tomar medidas y forzar a que los líderes políticos se vean obligados a hacer lo correcto. Es también el momento de re-examinar y modificar nuestros comportamientos individuales, incluyendo nuestra propia reproducción (idealmente, al nivel de reemplazo, dos hijos por mujer, como máximo) y reducir drásticamente nuestro nivel de consumo per-cápita de combustibles fósiles, carne y otros recursos.

La rápida reducción mundial de las sustancias que destruían la capa de ozono demuestra que podemos hacer cambios positivos cuando actuamos de manera decidida. También hemos hecho avances importantes para reducir la pobreza extrema y el hambre (www.worldbank.org). Otros progresos notables (no incluidos en la Figura 1) incluyen: la rápida reducción de las tasas de fertilidad en muchas regiones mediante políticas educativas entre mujeres y jóvenes (www.un.org/esa/population); la prometedora reducción de la tasa de deforestación en algunas regiones y el rápido despliegue de energías renovables. Hemos aprendido mucho desde 1992, pero el progreso de los cambios necesarios y urgentes en políticas ambientales, en el comportamiento humano y en la reducción de las desigualdades globales está, todavía, lejos de ser suficiente.

Las transiciones hacia la sostenibilidad se pueden producir de diferentes maneras, pero todas requieren presión de la sociedad civil y argumentos basados en evidencias, liderazgo político, políticas adecuadas, mercados y otras consideraciones. Los ejemplos de acciones diferentes y efectivas que la Humanidad puede tomar para la transición hacia la sostenibilidad incluyen (sin orden de importancia o urgencia), las siguientes:

·  Priorizar la declaración de una proporción significativa de grandes reservas protegidas de hábitats terrestres, marinos, de agua dulce y aéreos de todo el mundo;
Mantener los servicios ecosistémicos de la naturaleza parando la conversión de selvas, bosques, pastizales y otros hábitats naturales;
Restaurar con plantas autóctonas a gran escala, principalmente, bosques;
Devolver a la naturaleza salvaje zonas con especies nativas, especialmente con depredadores del vértice de la pirámide trófica, para recuperar procesos y dinámicas ecológicos;
Implementar políticas adecuadas para remediar la extinción de especies animales, la caza furtiva y la explotación y el comercio de especies amenazadas;
Reducir el desperdicio de alimentos mediante educación y mejores infraestructuras;
Promover un cambio hacia dietas más vegetales y menos animales;
Promover la reducción adicional de los índices de fertilidad procurando que mujeres y hombres tengan acceso a la educación reproductiva y a los servicios voluntarios de planificación familiar, especialmente, en lugares donde falten tales recursos;
Aumentar la educación ambiental para niños y fomentar un mayor aprecio por la naturaleza por parte de la sociedad;
Desinvertir en inversiones monetarias e invertir en iniciativas que promuevan cambio ambiental;
Idear y promover tecnologías no contaminantes y adoptar masivamente energías renovables y, simultáneamente, eliminar subvenciones a la producción de energía con combustibles fósiles;
Revisar nuestra economía para reducir desigualdades y asegurarse que precios, impuestos y sistemas de incentivos tengan en cuenta los costes reales que nuestro patrón de consumo impone en medio ambiente; y
Evaluar de manera científica el tamaño de población humana sostenible a largo plazo y pedir a las naciones y a sus líderes que apoyen ese objetivo vital.

Para prevenir pérdidas catastróficas de biodiversidad y un deterioro generalizado de sus condiciones de vida, la Humanidad debe poner en práctica una forma de vida más sostenible ambientalmente que el actual business as usual. Esta receta ya fue bien articulada hace 25 años por los científicos del mundo, pero en la mayoría de los temas no hemos escuchado su llamada de atención. Nos estamos quedando sin tiempo: pronto será demasiado tarde para cambiar el rumbo de una trayectoria que nos lleva al fracaso. Debemos reconocer, en nuestras vidas diarias y en nuestras instituciones de gobierno, que la Tierra y toda la biosfera es nuestro único hogar.

Referencias citadas
Crist E, Mora C, Engelman R. 2017. The interaction of human population, food production, and biodiversity protection (La interacción de la población humana, la producción de alimentos y la protección de la biodiversidad). Science 356: 260–264.
Hansen J, et al. 2013. Assessing “dangerous climate change”: Required reduction of carbon emissions to protect young people, future generations and nature. (Evaluación del “cambio climático peligroso”: Necesitamos reducir las emisiones de carbono para proteger a los jóvenes, a las generaciones futuras y a la naturaleza). PLOS ONE 8: e81648.
Keenan, RJ, Reams GA, Achard F, de Freitas JV, Grainger A, Lindquist E. 2015. Dynamics of global forest area: results from the FAO Global Forest Resources Assessment 2015 (Dinámica del área forestal global: resultados de la Valoración 2015 de los Recursos Forestales Globales de la FAO). Forest Ecology and Management, 352: 9–20.
Ripple WJ, Smith P, Haberl H, Montzka SA, McAlpine C, Boucher DH. 2014. Ruminants, climate change and climate policy (Rumiantes, cambio climático y política climática). Nature Climate Change 4: 2–5. doi:10.1038/nclimate2081.

sábado, 16 de diciembre de 2017

Flores con incubadoras para mosquitos

Flores femeninas (a la izquierda) y masculinas de Kadsura japonica (arriba) y K. heteroclita. Foto.
La resina es una defensa contra herbívoros y patógenos, pero también una recompensa floral en algunas especies africanas y sudamericanas cuyas abejas polinizadoras la recogen para construir sus nidos. El pasado noviembre, un grupo de botánicos de la Academia China de Ciencias publicó los resultados de una investigación en la que se describe una nueva función de la resina floral en las lianas del género asiático Kadsura (Schisandraceae).
Cuando hablamos de clados o grupos taxonómicos considerados como "basales" o "antiguos", es muy probable que quienes nos escuchan interpreten que son "primitivos". En una acepción peyorativa, “primitivo” tiene connotaciones de algo subdesarrollado o inacabado. No es el caso. Tomemos, por ejemplo, una familia de angiospermas primitivas, las Schisandraceae. La familia está incluida en el orden Austrobaileyales, que, junto con un pequeño grupo de otras familias, representa las ramas más antiguas del árbol genealógico de las angiospermas vivas. Sin embargo, llamarlas primitivas es incorrecto. Debido a que divergieron muy temprano, esos linajes representan historias de éxito evolutivo de las plantas con flores como demuestra que hayan sobrevivido durante cientos de millones de años.
Por el contrario, lo que debemos pensar de ellas es que son los triunfadores de los primeros experimentos de la evolución de angiospermas. Prueba de ello son sus extraordinariamente específicos síndromes de polinización. Los miembros de la familia Schisandraceae han establecido relaciones intensas con un grupo de dípteros conocidos como mosquitos resineros y entre ambos han elaborado interacciones que son cualquier cosa, menos primitivas.
Flores y polinizadores de Illicium dunnianum. (A) Ramas floridas. (B) Diferentes estadios de estilos y anteras en cuatro fases de desarrollo floral: 1, yema; 2, fase femenina; 3, fase masculina; y 4, fase de incubadora. (C) Estambres en las flores cuando están en fase femenina (izquierda), en fase masculina (centro) y en fase de incubadora (derecha). (D-F) un mosquito del género Clinodiplosis visitando una flor virgen. (G) La misma flor con un huevo de Clinodiplosis en los carpelos (flecha blanca), con granos de polen en los estigmas (flecha negra) y con las anteras aún cerradas. (H) Una hembra de Clinodiplosis visitando una flor en fase femenina en la que se cortaron las puntas de los tépalos. (I) Clinodiplosis y un predador sobre una flor en fase masculina (con tépalos recortados). (J) Una hembra de Clinodiplosis ovopositando. (K) Huevos de Clinodiplosis en estambres y carpelos (flechas). Escala de barras C-K = 3 mm.  Foto.
Comenzaremos con dos especies de la familia Schisandraceae nativas de Asia: Illicium dunnianum e I. tsangii, que pertenecen al mismo género del archiconocido anís estrellado (I. verum). En 2010, un equipo de botánicos encabezados por Shi-Xiao Luo, de la Academia China de Ciencias, el mismo autor del artículo de 2017, publicó un estudio en el que demostraron que ambas especies son imprescindibles para para la vida de un grupo de mosquitos del género Clinodiplosis, que no pueden reproducirse sin el concurso de una u otra especie. Los mosquitos ponen los huevos dentro de las flores y, al hacerlo, las polinizan. A primera vista puede parecer una relación unilateral. Los mosquitos hembra depositan sus huevos en los carpelos empaquetados dentro de una gran voluta carnosa de tépalos. A medida que deambulan por los órganos reproductivos en busca de un lugar adecuado para ovopositar, inevitablemente recogen y depositan el polen.
Illicium dunnianum (L-P). (L) Vistas dorsales de flores en fase femenina y (M) en fase masculina, con huevos de Clinodiplosis en la cámara del carpelo (flecha). (N) Una flor en fase de lactancia con larva de Clinodiplosis en la cámara carpelar (flechas). (O, P) Larvas de Clinodiplosis alimentándose de la secreción del filamento. Illicium tsangii (Q-S). (Q) Ramas floridas. (R) Flor con granos de polen sobre los estigmas (flecha negra) y anteras indehiscentes. (S) La misma flor con huevos de Clinodiplosis en los carpelos (flechas). Escala de barras: L-P = 2 mm; Q = 0,1 mm; S = 1 mm. Foto.
Pero ahí no acaba la cosa. Después de que los huevos hayan sido depositados, algo extraño sucede en las flores de Illicium. Para empezar, desarrollan cámaras incubadoras alrededor de las larvas del mosquito. Además, los tépalos comienzan a producir calor. El calentamiento de las flores se conoce en algunas especies de once de las c. 450 familias de angiospermas descritas. Las flores de estas familias producen calor metabólicamente y usan a coleópteros y dípteros como polinizadores. Ese es el caso del aro atrapamoscas del que me ocupé en esta entrada.
Ambas especies de Illicium producen suficiente calor como para mantener la temperatura de la incubadora significativamente más cálida que la del medio. El calentamiento de las flores se intensifica durante el desarrollo del fruto, lo que llevó a plantear la hipótesis de que el calentamiento tenía algo que ver con la volatilización del aroma floral y la incubación de las semillas, pero los experimentos de los botánicos chinos demostraron que el desarrollo de las semillas no está influenciado por el calor floral.
Si pudieran hablar, las larvas de los mosquitos no dirían lo mismo. A medida que las flores maduran y se van formando las semillas, las larvas del mosquito se alimentan de pequeños trozos florales. Cuando los investigadores observaron el desarrollo larval, descubrieron que dependían por completo del calor emitido para sobrevivir. Cualquier descenso significativo de la temperatura las mataba. Básicamente, las plantas son incubadoras para los mosquitos. Puede parecer extraño que esas dos plantas inviertan tanta energía para calentar sus flores con el único objetivo de que las larvas que las mordisquean puedan sobrevivir, pero el mundo de la co-evolución mutualista parece no conocer fronteras.
No hay que perder de vista que esas larvas crecen para ser mosquitos adultos que polinizarán a las flores de Illicium la siguiente temporada. A pesar de que las plantas están recibiendo algún daño al permitir que las larvas se desarrollen dentro de sus tejidos, se están asegurando que haya suficientes polinizadores para repetir el proceso una y otra vez. Si eso no fuera lo suficientemente fascinante, la relación entre cada una de esas plantas y sus polinizadores es muy específica: los investigadores que trabajaron con ellas creen que los mosquitos que polinizan a cada una son nuevos para la ciencia.
Ahora, si todavía no está convencido de que esta familia de angiospermas es cualquier cosa menos primitiva, echemos un vistazo a otro género de la misma familia que ha llevado al síndrome de polinización por mosquitos más allá. Veamos lo que ocurre con el género Kadsura, un puñado de cuyas especies lianoides dependen de los mosquitos para polinizarse. La forma de mantener esa relación es un poco más complicada. Los mosquitos nocturnos del género Resseliella (Cecidomyiidae) que son atraídos por las flores de Kadsura son conocidos como mosquitos resineros porque sus larvas viven de las resinas exudadas por unas flores que son tan raras como hermosas.
Flores con tépalos hinchados de Kadsura coccinea. Foto.
En las flores masculinas, el androceo está formado por estambres dispuestos en estructuras densas con forma de cono, mientras que las flores femeninas tienen gineceos compactos como caparazones de cuya parte superior apenas emergen los estigmas. Lo que es aún más raro es que las flores masculinas de una especie particularmente extraña, Kadsura coccinea, producen tépalos internos grandes e hinchados.
Una vez que las flores de Kadsura comienzan a abrirse, las visitas de los mosquitos no tardan en llegar. Las flores masculinas parecen atraer más mosquitos que las flores femeninas y se cree que esto tiene que ver con cantidades variables de atrayentes químicos producidos por las propias flores. Sea lo que sea, el caso es que los mosquitos de uno y otro sexo se ponen manos a la obra y exploran las flores: los machos buscando parejas y las hembras buscando un lugar para desovar.
Flores y polinizadores de Kadsura coccinea. (A) Dos mosquitos Resseliella ovipositando en los tépalos internos inflados. (B) Órganos sensores (cerci) de Resseliella al microscopio electrónico; las flechas apuntan a tres de las cuatro setas en el cerci. (C) Granos de polen de K. coccinea en el cuerpo de un mosquito. (D) Huevos (flecha) de Resseliella en la plataforma apical de un tépalo interior. (E) Sección longitudinal de un tépalo interno con larvas de Resseliella (flecha) que se alimentan de la secreción. (F) Gotitas de exudado resinoso en el ápice de un tépalo interno. (G) El exudado resinoso y pegajoso de los tépalos internos de las flores en la primera noche. (H) Secciones longitudinales de un tépalo interno de una flor no invadida por larvas de mosquito. (I) Sección longitudinal de un tépalo interno de una flor visitada por los mosquitos, con la flecha apuntando hacia las gotas de resina. Foto.
Cuando encuentran un lugar adecuado, las hembras inyectan los huevos en los tejidos florales mediante un ovopositor a modo de aguijón. Los tejidos de las plantas perforadas inmediatamente comienzan a producir resina, como hacen los pinos heridos. En el caso de K. coccinea, parece que los tépalos extrañamente hinchados están específicamente diseñados para que las hembras pongan allí los huevos.
En muchos casos, la función de las resinas vegetales es combatir a los patógenos. La resina ayuda a tapar y sellar las heridas que provocan en las plantas escarabajos y hongos. Sin embargo, este no parece ser el caso en las relaciones de Kadsuram con los mosquitos. Las llamadas "incubadoras" de los tejidos florales continúan produciendo resina durante más de 6 días después de que la hembra haya inyectado los huevos. Aunque las partes florales se marchiten y se desprendan, las larvas del mosquito parecen estar tan ricamente en sus cámaras llenas de resina.
Flores y polinizadores de Kadsura heteroclita. (A) Dos mosquitos Resseliella visitando y ovopositando en un androceo. (B) Huevos de Resseliella (flechas) en las anteras, con una escala milimétrica a la izquierda. (C) Resina en conectivos estaminales con larvas alimentándose (flecha). (D) Resina en dos estambres de una flor en la que los mosquitos han desovado. Foto.
Las larvas de los mosquitos tienen como único alimento la resina viscosa. ¡En lugar de tratar de deshacerse de estos pequeños insectos gorrones, las plantas parecen animarlos a que críen en su interior! Tal y como vimos en Illicium, las Kadsura proporcionan lugares de cría para sus polinizadores. Además, al igual que sucede con Illicium, cada especie de Kadsura parece ser polinizada en exclusiva por una determinada especie de mosquito. K. coccinea incluso produce tépalos específicamente diseñados para criar larvas de mosquito, manteniéndolas alejadas de sus órganos reproductivos más valiosos. A cambio del servicio de guardería, Kadsura tiene unos polinizadores exclusivos y garantizados.
Según lo revelado por el código genético de las múltiples larvas de mosquito que aparecen en las flores de distintas especies de Kadsura, los mutualismos son específicos de cada especie y parecen haber evolucionado en los últimos 6-9 millones de años. Alimentar a los mosquitos con resina, lo que evita que devoren el polen o los primordios seminales, explica los abundantes exudados de Kadsura, y ayuda a entender algunas de las complejas y poco conocidas interrelaciones de las flores nocturnas y los mosquitos.
Estos mecanismos de polinización que ligan estrechamente a plantas e insectos son extraordinariamente elaborados. Encontrar tales relaciones en estos linajes ancestrales es una prueba fehaciente de que estas plantas no son primitivas en el sentido peyorativo del término. En el “balance comercial” entre la energía invertida y la ganancia reproductiva, parece que asegurarse la visita de los polinizadores supera con creces el coste de proporcionarles incubadoras. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.