EL CARBONO ORGÁNICO Y LA FUNCIONALIDAD DEL SUELO por el Prof. Dr. D. Carlos García Izquierdo, académico numerario

Como señala el profesor Rattan Lal (The Ohio State University), en sus innumerables artículos científicos, el suelo es un recurso natural necesitado de protección y conservación. Es un sistema vivo que realiza funciones clave desde perspectivas ecológicas y humanas. Una disminución en la funcionalidad del suelo debido a acciones antrópicas o climáticas no deseables, generará consecuencias negativas en la producción de nuestros sistemas agrícolas y forestales.

La funcionalidad de los suelos depende en gran medida de su materia orgánica y, en concreto, del carbono orgánico que incorpora, ya que inciden positivamente sobre diversas propiedades (incluida la biodiversidad) de dichos suelos, así como sobre su fertilidad y productividad. Ese carbono orgánico procede del carbono atmosférico fijado por las plantas a través de las reacciones de la fotosíntesis, incorporándose al suelo con restos de plantas y exudados de las raíces. Los residuos vegetales y los exudados de las raíces son las principales fuentes de carbono orgánico para el suelo. Los residuos de animales y microorganismos también contribuyen al carbono orgánico del suelo, pero en menor cantidad. Los procesos de mineralización devuelven el carbono a la atmósfera principalmente como dióxido de carbono, mientras que una fracción del mismo se acumula en tejidos microbianos (biomasa del suelo) y otra parte se transforma a través de procesos de humificación, síntesis, o por la formación de agregados, en formas estables que también podrían mineralizarse, pero más lentamente. Según su facilidad a degradarse, se distinguen diferentes tipos de compuestos carbonados en los suelos: i) los lábiles y activos, fácilmente degradables (carbohidratos, aminoácidos, polisacáridos, lípidos y otros compuestos de bajo peso molecular); (ii) la reserva intermedia de carbono orgánico, compuestos con degradación lenta (celulosa, hemicelulosa, quitina, etc.) y (iii) la reserva pasiva de carbono estable, constituidos por los compuestos orgánicos más resistentes a la degradación, tales como anillos aromáticos (lignina) y cadenas alifáticas (lípidos). Cualquiera de estas fracciones de carbono, incorporada a coloides minerales del suelo, puede llegar a ser muy poco atacable por los microrganismos y contribuir a hacer del suelo un sistema productivo adecuado, además de un buen sumidero de carbono capaz de mitigar en parte el efecto invernadero.

Por tanto, el carbono orgánico del suelo es crucial para el funcionamiento del ecosistema, desempeñando un papel clave en la regulación del clima, el suministro de agua y la biodiversidad, proporcionando servicios esenciales y necesarios para el bienestar humano.

Una breve historia de la Ciencia por el Prof. Dr. D. Mariano Gacto Fernández, académico numerario

Resumir la historia de la Ciencia en 400 palabras es un reto de brevedad y concisión. En esencia, esta historia comprende un período de antigüedad, otro de ciencia clásica y otro de ciencia moderna. La ciencia antigua creía en el poder supremo de la razón para resolver todos los problemas sin necesidad de experimentos y su influjo duró dos milenios. Su principal representante es Aristóteles, que consideraba que una piedra grande cae más deprisa que una pequeña, aunque nunca se le ocurrió probarlo. Experimentar no estaba en el espíritu de esa época, que ignoraba la verdadera relación entre la vida humana y la naturaleza. El supuesto esplendor de los tiempos antiguos solo era aplicable a clases privilegiadas, pero no a las condiciones de vida del hombre ordinario.

La ciencia antigua acabó en el siglo XVI cuando Galileo demostró que si dos piedras desiguales se dejan caer simultáneamente llegan al suelo al mismo tiempo. Este experimento fue un momento clave en la historia de la humanidad. Abrió una nueva relación entre el hombre y la naturaleza, inaugurando una etapa de cambio en la mente humana que fue continuada por muchos otros. El despertar racional de la ciencia clásica clarificó las relaciones entre nosotros y las cosas del mundo visible hasta desembocar en la Revolución Industrial del siglo XIX que liberó al hombre, al menos en parte, de la miseria.

La ciencia moderna comenzó a principios del siglo pasado con descubrimientos singulares como el de los rayos X, el electrón y la radioactividad. Con la teoría de la relatividad o la mecánica cuántica desveló un mundo enteramente nuevo no sospechado con anterioridad, porque nuestros sentidos no están hechos para verlo o sentirlo. Esta nueva ciencia permitió entender el átomo, el sol y las estrellas, y aportó una idea de unidad fundamental en la naturaleza. Cambió todos los parámetros que dominaban hasta entonces la vida humana: la velocidad del caballo por la de la luz, la combustión por la fusión nuclear, la fuerza bruta por la de potentes diseños y el aislamiento geográfico por la desaparición de las distancias terrestres. La historia de la ciencia y la de la humanidad llegaron a fundirse en una misma historia.

Esta misma secuencia se aprecia también en el progreso histórico de la biología. Inicialmente se ocupó de lo que era visible, descendió luego al nivel celular y estudia ahora procesos vitales a dimensiones moleculares increíblemente pequeñas.

Caminando hacia Horizonte Europa por el Prof. Dr. D. Juan María Vázquez Rojas, académico numerario

Decía uno de los padres de Europa, Konrad Adenauer, que todos vivimos bajo el mismo cielo, pero ninguno tiene el mismo horizonte. Europa se propone continuar con un mismo Horizonte, en ciencia, tecnología y en innovación, caminando desde el actual programa europeo Horizonte 2020 al nuevo Horizonte Europa.

Hace unos días, Carlos Moedas, Comisario Europeo de Investigación, Ciencia e Innovación, anunciaba este nuevo programa marco que conducirá la investigación y la innovación europea desde 2021 a 2027.

Nunca había existido un programa de tal magnitud en el mundo, con una propuesta inicial de 100.000 millones de euros. Y nunca antes la humanidad había vivido una revolución como la que vivimos, basada en tecnologías digitales, como la inteligencia artificial o el big data; físicas, como la impresión 3D o la robótica; o biológicas, como la edición genética por CRISPR. Por eso, la combinación de ambas circunstancias, la económica y la tecnológica, debe ser aprovechada para avanzar en la frontera del conocimiento.

Horizonte Europa tendrá como objetivos fortalecer las bases científicas y tecnológicas europeas, mejorar la vida de los ciudadanos y aumentar la competitividad de la industria desde una ciencia e innovación abierta, que ponga foco en los principales problemas que compartimos en Europa. Con unos Consejos Europeos de Ciencia y de Innovación que financiarán la ciencia y la innovación disruptiva, pero también la que mejora los productos o procesos existentes.  Y con un nuevo pilar de misiones, destinado a resolver retos que en estos momentos compartimos en Europa y que requieren soluciones compartidas. Desde resolver la escasez de recursos hídricos a la reducción de la contaminación por plásticos en mares y océanos. Desde las nuevas baterías, al coche autónomo o a ciudades cero emisiones.

Un nuevo programa que pretende cumplir con las prioridades de los ciudadanos, implicarles más en ciencia e innovación. En su formación, en su participación e incluso en su decisión en algunos aspectos que les preocupan y que solo a través de la ciencia y la tecnología van a encontrar respuesta.

España tiene actualmente los mejores resultados en ciencia e innovación nunca alcanzados en un programa Europeo, situándose solo detrás de Reino Unido, Alemania y Francia, siendo la primera en programas como instrumento PYME. Y debe seguir siendo así.

Por eso, desde las Universidades, los Organismos Públicos de Investigación, los Hospitales y las empresas innovadoras hay que intensificar nuestra presencia en los trabajos preparatorios del nuevo programa marco para que la opinión y las inquietudes españolas, desde los laboratorios hasta los ciudadanos, queden reflejadas en este nuevo programa.

Decía el cineasta Birri que la utopía es como el horizonte, que se aleja a medida que nos aproximamos pero que sirve para continuar caminando. Que nuestro Horizonte Europa nos motive a caminar juntos en una senda común cimentada en la investigación, el desarrollo tecnológico y la innovación.

Trabajadores de la Ciencia por el Prof. Dr. D. Miguel Ángel De la Rosa Acosta, académico correspondiente

Mucho y en múltiples foros se viene hablando de los daños provocados por la crisis económica de esta última década en el sistema español de ciencia y tecnología, a saber: recortes presupuestarios, reducción de personal, emigración de jóvenes, abandono de profesores universitarios, envejecimiento de plantillas, burocratización administrativa, pérdida de competencia internacional, etcétera.

Ciencia y Mundial de Fútbol por el Prof. Dr. D. Alberto Tárraga Tomás, académico numerario

Columna de la Academia, publicada en el Diario La Verdad, el 9 de junio de 2018

A partir del próximo 14 de junio asistiremos a la celebración en Rusia de uno de los eventos deportivos más importantes, populares y con mayor impacto social del mundo: el “Mundial de Fútbol 2018”. Las agencias de viaje ultiman sus ofertas, se actualizan las guías prácticas para asistir a este espectáculo, las casas de apuestas publicitan sus propuestas, etc. Pero, ¿qué tiene que ver la ciencia con este evento? Mucho.

Es obvia la relación que el fútbol, como cualquier otro deporte, tiene con la Medicina al abordar ésta aspectos tan fundamentales como la capacidad física del futbolista o la prevención de factores de riesgo. Sin embargo, los adelantos tecnológicos conseguidos con el avance de otras ciencias (Matemáticas, Física, Química, o Ciencia de Materiales, entre otras) también han influido decisivamente en el desarrollo de este evento a lo largo de toda su historia.

Dentro de este contexto es importante subrayar el papel que la Química, en general, y la síntesis de polímeros – generalmente orgánicos – en particular, ha jugado en la evolución de este deporte. Ciñéndonos exclusivamente a los elementos esenciales para el desarrollo del juego – balón e indumentaria de los jugadores -, hay que resaltar que la utilización de estos polímeros sintéticos ha permitido ir consiguiendo balones cada vez más elásticos, impermeables y ligeros que los construidos con el cuero tradicional, utilizado en los inicios de este deporte. Y así hasta llegar al balón oficial del presente campeonato, el “Telstar 18”, construido con materiales reciclados y cuyas características están ampliamente publicitadas por su fabricante.

Análogamente, la progresiva incorporación de fibras sintéticas de tipo nylon, lycra (elastina) o poliéster, ha propiciado la fabricación de equipaciones que permiten una mejor ventilación corporal y resistencia al agua, disminuyendo la sensación de humedad provocada por las antiguas indumentarias de algodón. Lo mismo podría decirse de la incidencia de los nuevos materiales sintéticos en la fabricación de unas botas cada vez más ligeras, cómodas y con mejor ventilación del pie.

Junto a estos avances, ligados a la Química, hay que destacar la influencia de otros avances tecnológicos como los que han propiciado una creciente mejoría en la transmisión de los partidos que, en este campeonato, se realizará con una resolución cuatro veces mejor que la ofrecida por la alta definición. …Y no hemos hablado de la incidencia de la tecnología en la gestión arbitral mediante la aplicación del anunciado sistema de video-arbitraje (VAR).

Todo lleva todo por el Prof. Dr. D. Manuel Hernández Córdoba, académico numerario

Columna de la Academia publicada en el Diario La Verdad el 2 de junio de 2018

A los profesionales de la Química Analítica, nos formulan con frecuencia una pregunta del tipo: “¿lleva esta muestra tal o cual tóxico?”. El concepto de “lleva o no lleva” está fuera de lugar hoy en día pues, en realidad, “todo lleva todo (o casi todo)”, ya que las sustancias químicas se dispersan en el ambiente y entran en la cadena trófica de manera que, aunque en muy pequeña proporción, están presentes en todas partes. Cuando el ciudadano de a pie pregunta por la presencia de cierto contaminante en un alimento, en el agua que toma o en el ambiente en el que vive, el problema reside en que nadie se interesa en saber cuánto hay. Por lo general, al gran público suele llegar tan solo el mensaje de presencia/ausencia y se olvida la concentración. Las técnicas actuales de análisis son capaces de medir concentraciones, esto es cantidades en un volumen o masa de muestra dado, tan bajas que hace unos años eran impensables. Esta extrema sensibilidad, que presumiblemente seguirá mejorando acorde con los avances en la tecnología y diseño de la instrumentación, tiene dos aspectos contrapuestos. Por una parte, cuando los resultados llegan a los medios de comunicación y se pone de manifiesto la presencia de minúsculas concentraciones de un producto tóxico o peligroso pueden ser fuente de alarma social, a veces fundada desde luego, pero en muchos otros casos sin fundamento, porque las concentraciones son muy pequeñas y propias de la naturaleza intrínseca de las muestras. Por otra parte, esta capacidad de medir a niveles muy bajos es una formidable garantía para el ciudadano. Nunca los alimentos y el ambiente han estado tan controlados como ahora, al menos en los países civilizados. Desde luego existen, como siempre han existido, delincuentes que contaminan o defraudan provocando riesgos químicos, pero antes o después la transgresión será detectada. A este respecto el ciudadano que tiene la fortuna de vivir en un país civilizado puede estar tranquilo. Pero el legislador que redacta la normativa debería tener en cuenta lo aquí comentado. No debe legislarse indicando que tal o cual tóxico debe estar “ausente” en una determinada muestra o que ésta debe estar “exenta” de algo, porque el concepto de concentración cero no es razonable. Por el contrario, debe señalarse un límite máximo de concentración permisible, todo lo riguroso que sea necesario, pero un límite al fin y al cabo. Quien lo sobrepase que asuma las consecuencias. Los demás estaremos tranquilos.

Ponga un metal (alcalino) en su cadena (alifática) por el Prof. Dr. D. Isabel M. Saura Llamas,

Columna de la Academia publicada en el Diario La Verdad el 26 de mayo de 2018

Sea mi primera columna la carta de presentación de mi investigación. La Química Organometálica se encuentra en la intersección entre dos mundos que aparentemente no tienen nada en común: la Química Orgánica y la Química Inorgánica. De hecho, cuando se definen lo hacen excluyéndose la una a la otra. ¿Qué es la Química Orgánica? La que estudia el carbono y sus compuestos… ¿Qué es la Inorgánica? La que estudia el resto de los elementos (que son 117 actualmente) y sus compuestos. Es importante que sepan que, de esos 117 elementos, 91 son metales (otro día les hablaré de ellos). Pero, ¿qué pasa con los compuestos que tienen simultáneamente carbono y otro elemento? (Les desafío a que encuentren un compuesto formado solo por carbono.) ¿Quién los estudia? No les ocultaré que este tema puede ser objeto de controversia entre los químicos. Hemos llegado casi a un acuerdo, relativamente complicado de resumir y que no les explicaré. Parte de ese acuerdo ha sido crear un campo de estudio común: la Química Organometálica, que se ocupa de los compuestos que contienen un enlace carbono-metal. Y a eso me dedico como investigadora. A buscar nuevas maneras de preparar compuestos que contengan este tipo de enlace. A sintetizar compuestos organometálicos y estudiar su reactividad y sus aplicaciones. ¿Y por qué son interesantes?

Recurriré a sus conocimientos de química cotidianos… El butano (C4H10) es un compuesto orgánico sencillo: sólo contiene enlaces C-C y C-H. Lo llamamos una cadena alifática. También es un compuesto muy poco reactivo: un gas que podemos transportar y manipular sin riesgo. Su única reacción útil es la combustión. Por lo demás, es muy difícil de transformar en otros compuestos, ya que los enlaces C-C y C-H son muy difíciles de romper. Pero ahora, sustituyan de alguna manera (pregunten a un químico organometálico) un H por un Li (que es un metal alcalino): tendrán el butil-litio (C4H9Li o BuLi), un compuesto muy parecido al butano en estructura, pero con una reactividad completamente distinta. El BuLi reacciona prácticamente con todo, hasta con trazas de vapor de agua. Y el litio puede ser fácilmente sustituido por otros fragmentos para crear nuevos enlaces (C-O, C-N, C-Cl…). ¿Se dan cuenta de la utilidad? Sustituyendo H por un metal se puede cambiar la reactividad de una sustancia dramáticamente. Pues eso: ponga un metal (alcalino) en su cadena (alifática) y cambiará su vida, quiero decir, su reactividad.

El sistema circulatorio del planeta se debilita: más allá de la regulación del clima por el Prof. Dr. D. Ángel Pérez Ruzafa, académico numerario

La columna de la Academia publicada en el Diario La Verdad el 19 de mayo de 2018

Los medios de comunicación de todo el mundo se han hecho eco de un artículo publicado el mes pasado en la revista científica Nature con evidencias de que el sistema circulatorio de retorno meridional del Atlántico (AMOC por su acrónimo en inglés) se estaba debilitando. Los medios ahondaban en la preocupación general sobre las consecuencias en la regulación del clima. Dicho sistema circulatorio se inicia en el Ártico donde las aguas frías y densas se hunden hasta el fondo del océano, circulan hacia el sur, se unen a las aguas también frías y densas que se hunden en la Antártida, viajan en dos ramales por el fondo del Índico y del Pacífico hacia el norte y afloran frente a la India y el sur de Alaska respectivamente. Allí empiezan a calentarse y viajan por superficie de retorno hacia el Atlántico norte, pasando por las costas de Brasil y conformando la corriente del Golfo. Esta última, al ser cálida y superficial, suaviza el clima de la costa este de Estados Unidos y las costas atlánticas europeas. De ahí la preocupación por sus consecuencias sobre nuestro clima. Además, el calentamiento de las aguas superficiales de los mares templados y fríos también ha supuesto que las especies de aguas cálidas estén expandiendo sus áreas de distribución, convirtiéndose en muchos casos en especies invasoras. Sin embargo, estos hechos, siendo muy graves, están lejos de ser nuestro principal problema.

El servicio más importante que nos presta el hundimiento de las aguas superficiales en los polos es llevar oxígeno al océano profundo. El oxígeno es esencial para la vida aeróbica que domina el planeta desde hace 3500 millones de años. Su importancia es tal que pocos organismos aeróbicos sobreviven más de unas pocas horas sin él. Para nosotros, ese plazo es de apenas unos minutos. La disponibilidad de oxígeno en el océano proviene de lo que se disuelve desde la atmósfera y del balance entre lo que producen los autótrofos (cianobacterias, algas y fanerógamas) y lo que consumen autótrofos y heterótrofos para oxidar la materia orgánica y mantener su metabolismo. Solo en las aguas superficiales, hasta los 50 a 100 m que es la profundidad máxima iluminada, puede haber por tanto entrada de oxígeno al océano ya que los autótrofos, para producirlo necesitan luz. De este modo, el océano profundo, donde el consumo de oxígeno es elevado por la respiración de los organismos que viven allí y por la descomposición de la materia orgánica que se acumula procedente de toda la columna de agua, sería totalmente anóxico si el hundimiento de las aguas superficiales de los polos y la cadena transportadora oceánica no lo distribuyera por el fondo de todos los océanos. No debe ser difícil calcular cuanto tardaría en suceder esto si esta corriente se detiene. Imaginen las consecuencias. Y serían casi de un día para otro.

Brújulas microscópicas por el Prof. Dr. D. Mariano Gacto Fernández, académico numerario

Columna de la Academia publicada en el Diario La Verdad el 12 de mayo de 2018

Hace ahora 43 años se descubrió la existencia de unas curiosas bacterias que son sensibles al campo magnético de la Tierra. En medios líquidos nadan en una misma dirección y cuando se aproxima a ellas una barra imantada modifican su posición siguiendo al polo que mueve la aguja de la brújula. Esto se debe a la presencia en este grupo de bacterias de unas formaciones cristalinas de tamaño nanométrico, llamadas magnetosomas, que están compuestas por magnetita (óxido de hierro) o por greigita (sulfuro de hierro) y que las propias células biosintetizan en un proceso de mineralización controlado biológicamente. Tales estructuras se disponen formando cadenas paralelas al eje mayor de la célula.

Las bacterias magnetotácticas son microaerófilas o anaerobias, es decir, requieren tensiones bajas de oxígeno y buscan situarse en las columnas de agua en posiciones donde una concentración reducida de oxígeno disuelto es óptima para su metabolismo. Debido a la inclinación del campo magnético terrestre, las bacterias magnetotácticas se dirigen preferentemente hacia abajo, lejos de la superficie del agua, donde la concentración de oxígeno les resulta tóxica. Pero no son atraídas ni repelidas por los polos geomagnéticos sino solamente orientadas por ellos, alineándose pasivamente con el campo magnético y moviéndose hacia arriba o hacia abajo mediante sus flagelos como si el campo fuera una carretera de doble sentido. Las células muertas, como las vivas, también se sitúan en las líneas del campo magnético pero, a diferencia de aquellas, no se desplazan por él. La navegación a lo largo de dichas líneas facilita la emigración hacia posiciones favorables en el gradiente vertical de oxígeno, reduciendo la búsqueda en un espacio tridimensional a una cuestión meramente bidimensional.

Desde el punto de vista filogenético, estas singulares bacterias parecen emparentadas con otras que se desarrollaron en etapas muy antiguas de la Tierra, hace unos 3.500 millones de años, cuando el contenido de oxígeno libre en nuestro planeta era muy inferior al actual. A este respecto, un estudio mineralógico y microscópico del meteorito ALH84001, de origen marciano, sugiere una posible prueba de la existencia de vida pasada en Marte. Este meteorito, desprendido del planeta rojo por el choque con un asteroide, y caído en la superficie de la Antártida hace más de 10.000 años, muestra la presencia de magnetita y greigita en estructuras similares a las de las bacterias magnetotácticas terrestres, lo que podría constituir un testimonio de vida microscópica extinguida en el vecino planeta.