Si la inmensa mayoría de organismos del planeta Tierra respiramos oxígeno es porque hace tres mil quinientos millones de años (añito arriba o abajo) a unos pequeños organismos verdes les dio por llenar nuestra atmósfera de este gas. Las microalgas obran el milagro de romper las moléculas de agua, sin despeinarse los flagelos y, pequeñas pero tenaces, han determinado así la biología del planeta entero.

Solo aparecen en las noticias cuando sacan los pies del tiesto y producen alguna marea roja, pero, por lo general, nadie repara en ellas, no copan titulares y no parecen estar en peligro de extinción. De hecho, alguien (muy paciente) echó la cuenta y calculó que, en un momento dado, en los océanos hay un total de 6,25·10²⁵ células algales, aproximadamente. Más de mil veces más numerosas que las estrellas del universo (compruébenlo, si quieren), a nivel individual casi no cuentan, pero como compartimento biológico tienen un poder formidable.

Como cualquiera sabe, las microalgas conforman la base de las redes tróficas marinas. Son pasto (nunca mejor dicho) de pequeños invertebrados que a su vez sirven de alimento a organismos mayores.

Pero no solo el número de células importa. Las sustancias de reserva que algunas especies acumulan difieren de las que acumulan otras, y estas diferencias pueden ser vitales a la hora de sostener una población de consumidores primarios y al resto de las redes tróficas. Clorofitas y algas verdeazuladas (que son procariotas) suelen acumular sustancias de reserva que en ocasiones son difícilmente digeribles para algunos organismos, o que presentan una baja carga calórica. Las cianofitas son, en su mayor parte, proteína. Diatomeas y cocolitofóridos, sin embargo, acumulan grasas esenciales (como los famosos omega-3), que organismos superiores no pueden sintetizar y que tienen que obtener de su dieta de manera obligada.

Disminuir la temperatura del planeta

El calentamiento global, un proceso innegable, como innegable es su origen antrópico, y al que los humanos de un futuro nada lejano van a tener que hacer frente de manera muy seria, está cambiando las condiciones del medio donde viven las microalgas. Recientes estudios llevados a cabo en el ICMAN apuntan a que organismos más pequeños y de crecimiento rápido, como las citadas cianofitas, podrían verse favorecidas por el incremento de la temperatura de la superficie oceánica, frente a otras especies mayores y de crecimiento más lento. Así, podríamos encontrarnos con la paradoja de que una mayor temperatura incentivara el crecimiento algal, pero que las especies que se llevaran la mayor parte del pastel no fueran las idóneas para alimentar (y enriquecer de ácidos grasos esenciales) a los consumidores primarios y, por lo tanto, toda la red trófica marina podría verse afectada, disminuyendo la biodiversidad y afectando de manera drástica a los stocks de pesca.

Hay varias soluciones que la ciencia está planteando en este momento crucial para disminuir la temperatura del planeta. Básicamente, se centran en reducir (por captura) la cantidad de gases de efecto invernadero, principalmente CO₂, o en disminuir la irradiancia solar sobre la superficie del planeta (bien sombreando desde el espacio, bien incrementando el albedo terrestre por reflexión). Todavía no sabemos cuáles serán las estrategias de geoingeniería que se acabarán adoptando, ni cuáles serán las consecuencias que estas acciones tendrán sobre los organismos del planeta. En mi humilde opinión, y saliéndome por una vez del agua, hay al menos una estrategia que nunca va a producir daño: la reforestación. Las masas de árboles son acumuladores de CO₂ baratos y que no ofrecen más que ventajas, atrayendo lluvia, fertilizando terreno e incrementando la biodiversidad a su alrededor. Proyectos como la Gran Muralla Verde en África o la Franja Forestal de los Tres Nortes en China indican que puede hacerse y que sus beneficios a corto, medio y, sobre todo, a largo plazo, valen el esfuerzo. Tal vez no sean suficientes, el tiempo lo dirá.

Mientras, los científicos seguiremos investigando para tener cuantos más datos mejor acerca de las posibles consecuencias del cambio climático sobre diversos organismos, incluyendo las microalgas, que no se ven y que no aparecen en las noticias, pero a las que tenemos que cuidar porque de su buen estado de saludo puede depender la biología de nuestro planeta.

‘Ocean Night’ es un proyecto financiado por la Unión Europea (dentro de la convocatoria HORIZON-MSCA-2022-CITIZENS-01), en el que participan institutos del CSIC dedicados a la investigación en ámbito marino: el Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA), que es quien lidera el proyecto, el Instituto de Ciencias del Mar (ICM), el Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CEAB), el Instituto de Investigaciones Marinas (IIM) y el Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía (ICMAN). Colaboran, también, el Instituto de Acuicultura Torre de la Sal (IATS), la Unidad de Cultura Científica de la Delegación del CSIC en Galicia y la Unidad de Tecnología Marina (UTM-CSIC) adscrita al Centro Mediterráneo de Investigaciones Marinas y Ambientales (CMIMA). El proyecto coordina, pues, a investigadores de muy diversos ámbitos tanto geográficos como de investigación, en ecosistemas atlánticos, mediterráneos, estuáricos, costeros o insulares, enlazando estas actividades con la Década de la Ciencia Oceánica para el Desarrollo Sostenible, establecida por la ONU.

El proyecto, de dos años de duración, tiene como objetivo incrementar, mediante diferentes acciones de divulgación, el conocimiento de la cultura oceánica, para poner de manifiesto las vitales interrelaciones entre el océano y la sociedad. Se pretende, pues, concienciar a la ciudadanía acerca de la necesidad, importancia y relevancia de las investigaciones en ámbito marino. Estos estudios abarcan aspectos físicos, químicos, fisiológicos, taxonómicos, ecológicos, ecotoxicológicos o económicos de los océanos, y tratan de encontrar soluciones sostenibles a las grandes amenazas que sufren los mares en la actualidad (cambio climático, contaminación, sobrepesca y destrucción de hábitats, principalmente).

En ocasiones, los científicos no han sabido hacer ver adecuadamente la conexión de su labor con la sociedad y con los retos que se plantean en las décadas venideras, que serán vitales para establecer un modelo sostenible para los océanos y, por tanto, para todo el planeta. De esta manera, el proyecto 'Ocean Night' trata de aportar información a la ciudadanía acerca de las actividades que se llevan a cabo en el campo de la ciencia marina en su mismo ámbito geográfico, así como animar a los jóvenes a seguir la carrera científica en el marco de la ciencia de los océanos, mostrando cómo los científicos marinos tratan de ayudar a conseguir los Objetivos de Desarrollo Sostenible marcados por la ONU y los Objetivos de Investigación e Innovación diseñados por la Unión Europea.

Los diferentes institutos que participan en 'Ocean Night' realizarán actividades coordinadas durante los años 2022 y 2023, desde seminarios en colegios a distintos niveles (de Primaria a Bachillerato) hasta talleres prácticos, pasando por exhibiciones, concursos de arte, juegos, cuestionarios, desafíos en redes sociales, etcétera, con una fecha especial fijada para el 30 de septiembre, día en el que se llevará a cabo, en todas las sedes del proyecto, así como en más de 370 ciudades de unos 30 países europeos, la Noche de los Investigadores.

El Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía, en el que soy investigador, de manera conjunta con el centro que el Instituto Español de Oceanografía posee en Cádiz, y en coordinación con el Departamento de Cultura Científica de la Universidad de Cádiz, contará esa noche con un expositor en la Plaza de San Antonio, donde se desarrollarán talleres y charlas sobre los habitantes de los fondos marinos; identificación, ubicación, recuento y medida de peces; ecotoxicología; presencia de especies invasoras; microscopía; degradación de residuos o dinámica de las corrientes oceánicas. Así, el público asistente podrá sumergirse en las actividades científicas de los investigadores marinos que trabajan en el ICMAN y en la sede del IEO en Cádiz, que abarcan desde lo microscópico hasta lo global, y recibirán información de primera mano acerca de las conexiones entre la sociedad y el océano.

Hace algún tiempo, alguien con el suficiente tiempo o la suficiente paciencia calculó cuántas células microalgales coexistían, en un momento dado, en las aguas de nuestro planeta. El resultado fue sorprendente, porque arrojaba una cifra de 6,25 x 10²⁵ células. Habida cuenta de que el número de estrellas en el universo conocido se estima en 7 x 10²², es decir, mil veces menos, nos podemos hacer una idea de la cantidad de algas que pueblan nuestro mundo y que, en cuanto reciben un poco de luz, se dedican a fotosintetizar y, por tanto, a liberar oxígeno. Hoy se sabe que más de la mitad de la fotosíntesis total del planeta Tierra la llevan a cabo estas microalgas.

Pero estos organismos no se ven, por lo general. Casi nadie repara en ellos. Y al tratarse de seres muy pequeños y muy desprotegidos (no suelen tener una gruesa pared celular, como las plantas terrestres), la contaminación podría afectarles severamente.

Hasta hace no mucho se creía que los océanos, debido a su tamaño, eran capaces de soportar toda la basura (visible, como los plásticos, o invisible, como las sustancias químicas) que los humanos vertíamos sobre ellos. Se trataba del paradigma de la dilución: las sustancias son peligrosas por su concentración, y si las diluimos lo suficiente, dejan de ser nocivas. Craso error. Los estudios que se desarrollaron a partir de los años sesenta y setenta del siglo XX demostraron que existían los procesos de bioacumulación (incremento de contaminantes dentro de los organismos respecto a las concentraciones existentes en el medio) y, lo que era aún más peligroso, para algunos contaminantes, como el mercurio, procesos de biomagnificación (incremento de las concentraciones de estos contaminantes en las redes tróficas). La biomagnificación implica que si en el medio tenemos una concentración de “uno” (por ejemplo), en las algas tendremos una concentración de “cien”. En los pequeños crustáceos que se alimentan de ellas a lo largo de toda su vida, la concentración sería de “diez o cien mil”, en los pequeños peces que se comen a los crustáceos, de varios millones de veces respecto al medio acuático, y en los superpredadores (grandes peces y cetáceos que se comen a estos peces pequeños, que ya son predadores), la concentración de estos contaminantes puede ser varios cientos de millones de veces más grande que la que hay en el medio (y luego los humanos nos comemos a estos peces: saquen ustedes sus propias conclusiones). Así las cosas, el paradigma de la dilución fue desechado hace décadas y sustituido por otro nuevo, el paradigma del boomerang: todo lo que lancemos al medio ambiente nos va a llegar de vuelta, de una manera o de otra.

Pero se plantea el problema de cómo comprobar qué efecto tiene cada tipo de contaminante sobre cualquiera de los organismos vivos que componen estas redes tróficas. Para eso existe una rama de la ciencia especializada en tales investigaciones: la ecotoxicología. Se trata de una disciplina científica cuyo objeto es comprobar el efecto de los diferentes contaminantes, la inmensa mayoría de origen humano, sobre cualquier tipo de organismo. Estos estudios se realizan sobre enzimas, células individuales, tejidos, organismos enteros o incluso sobre poblaciones uniespecíficas o multiespecíficas (en este último caso, dependiendo de su tamaño y complejidad, hablamos de microcosmos y mesocosmos, réplicas experimentales de situaciones naturales, con organismos de más de un nivel trófico). Los ecotoxicólogos requieren, pues, formación en química ambiental, bioquímica, taxonomía, fisiología, ecología, oceanografía y a veces en geología y climatología.

El objetivo de estas investigaciones es detectar la peligrosidad de estas sustancias para crear un marco normativo, es decir, proveer de información suficiente a los legisladores para que puedan redactar, con una base científica, normas que limiten las emisiones y vertidos de sustancias peligrosas para el medio ambiente. Así, los ecotoxicólogos ejercemos una labor de vigilancia sobre las condiciones medioambientales y sus posibles amenazas.

“Si vemos lejos es porque miramos desde los hombros de gigantes”

Hay quien critica a la ciencia o, mejor dicho, a los científicos, porque se nos acusa de ostentar verdades absolutas. Nada más lejos de la realidad, y precisamente por eso la ciencia es fiable: porque está en un continuo proceso de revisión y de autocrítica. No es que lo que ayer fuera verdadero hoy es falso, es que la teoría de hoy explica mejor las cosas que la de ayer. De ahí la frase de Newton: si vemos lejos es porque miramos desde los hombros de gigantes. Esto es, que contamos con toda la experiencia de los científicos pasados para mejorar nuestro conocimiento (y enmendarlo). Así, recuerdo el caso del DDT que, en una enciclopedia que había en mi casa cuando yo era pequeño, se describía como la panacea contra las poblaciones de insectos que transmitían enfermedades (como la malaria). Hoy se sabe que se biomagnifica en las redes tróficas, que es difícil de eliminar y casi imposible de biodegradar por los seres vivos y que altas concentraciones de este pesticida afectan a muchos procesos biológicos (como la calcificación de los huevos de muchas aves). Tras los estudios que demostraron su peligrosidad, se prohibió.

¿Por qué no se prohibió antes? Pues porque la industria va más rápido que los ecotoxicólogos (y suele tener más dinero). Los ecotoxicólogos trabajamos al ritmo que nos dejan los proyectos de investigación.

Pero en eso estamos. Hay ecotoxicólogos que estudian el efecto de los contaminantes en crustáceos, en peces, en aves, en poliquetos, en erizos de mar, en las plantas de arroz, en lobos, en hongos, en líquenes, en musgos, en delfines… y yo lo estudio en las microalgas, sobre todo en las marinas. Son pequeñas, nadie se fija en ellas, pero son cruciales. Tanto, que han determinado la biología entera del planeta. Nosotros respiramos oxígeno porque hace dos mil cuatrocientos millones de años a las microalgas le dio por inundar de este gas nuestro mundo…

De modo que seguimos probando el efecto de sustancias nuevas que van apareciendo en el mercado (son los denominados contaminantes emergentes, sustancias fabricadas por el hombre sobre las que aún no hay una normativa medioambiental clara): cremas solares, nanopartículas, fármacos… y todavía nos queda mucho trabajo, siempre lo tendremos, pero no paramos. No se preocupen, que no paramos.

Aquí andamos, al cuidado de las cosas pequeñas.

A finales de este año 2020 termina el Proyecto ALGARED +, financiado con más de dos millones de euros por la Unión Europea, dentro del Programa Cooperación Transfronteriza España - Portugal (POCTEP). El proyecto ha sido liderado por la Universidad de Huelva y en él han participado, además, la Universidad de Algarve, la Universidad de Córdoba, la Junta de Andalucía a través de su Centro de Investigación IFAPA El Toruño, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas a través del Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía (ICMAN), el Centro Tecnológico de Acuicultura de Andalucía, (CTAQUA), el Instituto Portugês do Mar e da Atmosfera (IPMA) y las empresas Necton y Sea4Us.

El objetivo primordial de este proyecto ha sido el establecimiento de una colección transfronteriza (España-Portugal) de nuevas cepas microalgales, susceptibles de ser utilizadas en biotecnología (en alimentación y farmacia, principalmente). La biomasa microalgal ofrece un amplio abanico de posibilidades de uso en este campo poco explorado, y el Proyecto ALGARED + ha tratado de recoger las necesidades del sector empresarial y potenciar la transferencia de conocimientos sobre metodologías de cultivo y producción de moléculas de interés. En el ámbito de este Proyecto se han generado ya más de una quincena de publicaciones en revistas de alto índice de impacto y casi setenta comunicaciones a congresos nacionales e internacionales. Así, gracias al establecimiento de esta colección, se ha realizado un amplio estudio, sobre un número elevado de taxones, de los perfiles de aminoácidos y ácidos grasos de muchas de las especies asiladas; se han realizado estudios poblacionales fitoplanctónicos en ecosistemas extremos y se han llevado a cabo avances sobre el conocimiento relativo a la fisiología del metabolismo microalgal del nitrógeno, de los lípidos y del almidón, entre otros varios estudios. Además, una copia de la colección generada se mantendrá indefinidamente en el ICMAN, lo que propiciará sin duda futuros estudios más allá del ámbito del Proyecto.

Para los aislamientos realizados, se tomaron más de mil muestras de agua natural en más de un centenar de localizaciones de ecosistemas costeros, salinas y estuarios, tanto en España como en Portugal. Las muestras, tras una filtración inicial por un tamiz de 200 micras (para retirar, en la medida de lo posible, los consumidores primarios) fueron cultivadas en el ICMAN en condiciones estándar (20ºC, sin fotoperiodo) en medios carentes de carbono. Sobre estas muestras se llevaron a cabo aislamientos por siembra en placa de Petri, por micromanipulación, por dilución, por selección química o por fototaxis, entre otras técnicas. Las especies estuáricas y de sistemas hiperhalinos se adaptaron paulatinamente a condiciones marinas. Una vez establecidos los cultivos unialgales, se escalaron hacia cultivos de mayor volumen en el ICMAN y se centrifugaron en continuo para obtener biomasa algal que, una vez liofilizada, se transfirió a otros participantes del Proyecto para su identificación molecular, su análisis químico o para la medida de su actividad biológica.

Inicialmente, se estimó que una treintena de cepas nuevas sería un número suficiente para cumplir los objetivos del proyecto. A punto de finalizarlo, el número de cepas aisladas supera el centenar.

Más información acerca de los resultados de este Proyecto pueden consultarse en la página WEB del mismo: http://www.algared.com/.

Soy científico y estudio las microalgas. Son microorganismos fotosintéticos eucariotas (excluyen, por tanto, las cianobacterias, que dejaron de considerarse auténticas algas al pasar alreino procariota) que pueden crecer de manera autotrófica o heterotrófica. Y lo más llamativo de ellas, desde mi punto de vista, es su enorme capacidad para retirar dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera. Son por lo tanto, una potentísima arma para luchar contra el cambio climático.

En mi equipo de investigación,en el Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía (ICMAN/CSIC), llevamos años estudiando esto. Nuestro centro acoge la mayor colección de España de microalgas, con más de 300 cepas, tanto autóctonas como foráneas. Aparte del cambio climático, también se investigan otras aplicaciones, como la acuicultura o la farmacia, pero esto lo dejo para un post posterior de algunos de mis colegas investigadores.

Al grano voy: hemos desarrollado ensayos de toxicidad en los que poblaciones cultivadas de microalgas llamadas diatomeasbentónicas (como Cylindrotheca closterium,que es marina, o Nitzschia palea, que es de agua dulce) se exponen directamente a sedimentos potencialmente contaminados. Para poder discriminar sus poblaciones al microscopio sin que el sedimento nos impida ver las células, utilizamos un microscopio de fluorescencia. Gracias a él, la clorofila brilla en las células vivas y podemos distinguir las algas sin dificultad (figura 1-células de Nitzschia palea entre el sedimento, con microscopio de fluorescencia- y figura 2 -cultivo de células de la misma especie vistas al microscopio de fluorescencia-).

Pero estudios llevados a cabo sobre el comportamiento y la movilidad de la primera de estas algas (Apoya-Horton &Yin, 2006) demostraron que, en casos de estrés, las células, normalmente en posición horizontal, se agitan en posición vertical. Esto nos indujo a pensarque existe un mecanismo de fuga por parte de estas algas para desplazarse lejosde un ambiente estresante, ayudadas por las corrientes de marea.

Así, se ideó un experimento (figura 3) en el que se permitía a las microalgas fugarse con la corriente producida por motores de acuario y se comprobó que parte de la población, cuando esta se sometída a estrés hiposalino, huía.

Nunca se habían estudiado con anterioridad los procesos de “evitación” del estrés por parte de microalgas mediante la fuga. El trabajo, publicado en Plos One, abre, pues, una nueva perspectiva desde la que analizar los cambios poblacionales de microalgas bentónicas sometidas a estrés tóxico y sobre cómo pueden ayudar a la protección del medio ambiente.