Paul Valery

El Universo está construido según un plan cuya profunda simetría está presente de algún modo en la estructura interna de nuestro intelecto. Y, desde luego, si lo pensamos profundamente, tendremos que dar la razón a Paul Valery por tales pensamientos, ya que, la Mente Humana, alcanzó cotas inimaginables. Sin embargo, si realmente existe la perfección, ésta está, en la Naturaleza. Nosotros siempre seremos imperfectos y nos dejaremos llevar por los sentimientos.

¡Agua! El Universo está lleno de agua por todas partes y, si eso es así ¿Qué pasa con la vida?

Hubo un tiempo, el el Universo muy temprano, en el que la temperatura estaba encima de algunos cientos de veces la masa del protón, cuando la simetría aún no se había roto, y la fuerza débil y electromagnética no sólo eran la misma matemáticamente, sino realmente la misma. Un físico que hubiera podido estar allí presente, en aquellos primeros momento, no habría podido observar ninguna diferencia real entre las fuerzas producidas por el intercambio de estas cuatro partículas: la W⁺, la W^{– ,}  la Z y el Fotón.

Un electrón puede escapar de un átomo si recibe suficiente energía para superar la atracción del núcleo y las fuerzas que lo mantienen unido al átomo.  Esto puede ocurrir a través de varios procesos, como la ionización, el efecto fotoeléctrico, o la emisión de radiación beta en núcleos inestables. 

Electrones saltarines que saltan de un átomo a otro

Al llegar a escalas cada vez menores, también hemos entrado en ámbitos de energías de unión cada vez mayores. Un átomo puede ser despojado de su electrón aplicando sólo unos miles de electrón-voltios de energía, más para dispersar los nucleones que conforman un núcleo atómico se requieren varios millones de electrón-voltios, y para librar los quarks que constituyen cada nucleón se necesitaría cientos de veces más energía. Así, hemos llegado a comprender que, las estructuras más pequeñas y más fundamentales están ligadas por niveles de energía mayores porque sus estructuras mismas fueron forjadas en el calor del Big Bang.

También hemos llegado a comprender que, las fuerzas de la naturaleza que gobiernan la electricidad, el magnetismo, la radiactividad y las reacciones nucleares están confinadas a un “mundo-brana” tridimensional, mientras que la gravedad actúa en todas las dimensiones y es consecuentemente más débil. Seguramente ese será el motivo por el cual, encontrar  al Bosón mediador de la fuerza, el Gravitón, resulta tan difícil.

De manera similar, aunque menos clara, las teorías de supersimetrías conjeturaban que las cuatro fuerzas tal vez estaban ligadas por una simetría que se manifestaba en los niveles de energía aún mayores que caracterizaban al universo ya antes del Big Bang. La introducción de un eje histórico en la cosmología y la física de partículas (como decía ayer en uno de los trabajos), beneficio a ambos campos. Los físicos proporcionaron a los cosmólogos una amplia gama de herramientas útiles para saber cómo se desarrolló el universo primitivo. Evidentemente, el Big Bang no fue una muralla de fuego de la que se burló Hoyle, sino un ámbito de sucesos de altas energías que muy posiblemente pueden ser comprensibles en términos de teoría de campo relativista y cuántica.

La cosmología, por su parte, dio un tinte de realidad histórica a las teorías unificadas. Aunque ningún acelerador concebible podrían alcanzar las titánicas energías supuestas por las grandes teorías unificadas y de la supersimetría, esas exóticas ideas aún  pueden ser puestas a prueba, investigando si las partículas constituyentes del universo actual son compatibles con el tipo de historia primitiva que implican las teorías. Las partículas elementales aparentemente proporcionan las claves de algunos de los misterios fundamentales de la Cosmología temprana… y resulta que la Cosmología brinda una especia de terreno de prueba para alguna de las ideas de la física de partículas elementales. Esto implica que los aceleradores de partículas, como los telescopios, funcionen como máquinas del tiempo.  Un telescopio penetra en el pasado en virtud del tiempo que tarda la luz en desplazarse entre las estrellas; un acelerador recrea, aunque sea fugazmente, las condiciones que prevalecían en el Universo primitivo.

Moléculas, átomos y conexiones para formar pensamientos que nos llevaron hacia los conocimientos que hoy, tras muchos miles de millones de años de evolución del Universo, hizo posible la aparición de especies que, tras miles de años de experiencia, de observación, y, de imaginar…, llegó a conseguir la intuición necesaria para presentir que, formamos parte de un todo inmenso del que sólo somos una parte, la que piensa. También la que tiene que descubrir, los secretos de la Naturaleza, en ello, le va la existencia en el futuro.

Hemos aprendido que cuanto más íntimamente examinemos la Naturaleza, tanto más lejos hacia atrás vamos en el tiempo.   Alguna vez he puesto el ejemplo de mirar algo que no es familiar, el dorso de la mano, por ejemplo, e imaginemos que podemos observarlo con cualquier aumento deseado.

Con un aumento relativamente pequeño, podemos ver las células de la piel, cada una con un aspecto tan grande y  complejo como una ciudad, y con sus límites delineados por la pared celular.  Si elevamos el aumento, veremos dentro de la célula una maraña de ribosomas serpenteando y mitocondrias ondulantes, lisosomas esféricos y centríolos, cuyos alrededores están llenos de complejos órganos dedicados a las funciones respiratorias, sanitarias y de producción de energía que mantienen a la célula.

Ya ahí tenemos pruebas de historia. Aunque esta célula particular solo tiene unos pocos años de antigüedad, su arquitectura se remonta a más de mil millones de años, a la época en que aparecieron en la Tierra las células eucariota o eucarióticas como la que hemos examinado.

Hemos llegado a poder discernir la relación directa que vincula el tamaño, la energía de unión y la edad de las estructuras fundamentales de la Naturaleza. Ahora, hemos llegado a comprender muchas de las cosas que, hasta bien poco tiempo, eran auténticos secretos que, el Universo, celosamente se guardaba, y, esa comprensión, nos llevará más lejos y nos permitirá realizar un largo camino hacia el corazón mismo de la materia, donde según parece, pueden residir objetos infinitesimales, más pequeños que los Quarks, en esa distancia inalcanzable ahora que hemos llamado, el Límite de Planck.

Aún estamos en el camino, no hemos podido llegar más lejos y, con la ayuda de los aceleradores hemos podido llegar hasta una diez billonésima de segundo después del big bang que es menos que un pestañeo con los párpados en toda la historia humana registrada. A pesar de ello, extrañamente, la investigación de la evolución del Universo recién nacido indica que ocurrieron muchas cosas aún antes, durante la primera ínfima fracción de un segundo. Todos los teóricos han tratado de elaborar una explicación coherente de los primeros momentos de la historia cósmica. Por supuesto, sus ideas fueron esquemáticas e incompletas, muchas de sus conjeturas, sin duda, se juzgaran deformadas o sencillamente erróneas, pero constituyeron una crónica mucho más aclaradora del Universo primitivo que la que teníamos antes.

Recreación del Universo primitivo al que no hemos podido llegar en el momento mismo de su creación, nos ha sido imposible recrear ese momento que llamamos Big Bang, las matemáticas no funcionan al tratar de formular la ecuación precisa que nos muestre aquel momento.

Los neutrinos dejaron al descubierto la simetría rota del universo

Al principio, cuando el universo era simétrico, sólo existía una sola fuerza que unificaba a todas las que ahora conocemos, la gravedad, las fuerzas electromagnéticas y las nucleares débil y fuerte, todas emergían de aquel plasma opaco de alta energía que lo inundaba todo. Más tarde, cuando el universo comenzó a enfriarse, se hizo transparente y apareció la luz, las fuerzas se separaron en las cuatro conocidas, emergieron los primeros quarks para unirse y formar protones y neutrones, los primeros núcleos aparecieron para atraer a los electrones que formaron aquellos primeros átomos. Doscientos millones de años más tarde, se formaron las primeras estrellas y galaxias. Con el paso del tiempo, las estrellas sintetizaron los elementos pesados de nuestros cuerpos, fabricados en supernovas que estallaron, incluso antes de que se formase el Sol. Podemos decir, sin temor a equivocarnos, que una supernova anónima explotó hace miles de millones de años y sembró la nube de gas que dio lugar a nuestro sistema solar, poniendo allí los materiales complejos y necesarios para que algunos miles de millones de años más tarde, tras la evolución, apareciéramos nosotros.

¡Qué cosas! El asombro se junta con la maravilla y nos lleva a comprender que, la ignorancia, quizá sea nuestro mayor patrimonio, ya que, el saber es escaso y comprender, comprendemos con cierta lentitud, la que impone el ritmo del Universo. Todo tiene su tiempo marcado y nuestra comprensión…también.

Emilio Silvera Vázquez

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Lo que hemos dicho tantas veces. Solo en la Vía Láctea existen 30.000 millones de estrellas enanas amarillas de la clase G2V (como nuestro Sol). De dicha ingente cantidad de soles podríamos contar miles de millones de planetas que las orbitan, y, no pocos, estarían situados en la zona habitable de sus estrellas.

A todo eso hay que añadir que los planetas privilegiados por su situación, habrían generado atmósferas, océanos, mares, actividad volcánica, y, contendrían todos los elementos químicos que han proporcionado las estrellas a los mundos que, como la Tierra, con el paso del Tiempo de todos esos elementos, en presencia de agua y de la radiación del Sol, la química evolucionó e hizo el “milagro” de que, la materia “inerte” evolucionara hacia los pensamientos.

Así las cosas, no mes ninguna sorpresa el hallazgo del James Webb, que simplemente viene a confirmar que la Vida… ¡Prolifera por todo el Universo! Solo nos separa de ellas las inmensas distancias que nos separan, y, si el Universo lo ha querido así… ¿Por Qué será? Siempre decimos que la Naturaleza es sabia, y, habrá que pensar que, posiblemente, no considere que nuestra especie esté preparada para ese encuentro con seres de otros mundos, que nnos falta evolución y finalizar el proceso de humanización que sigue en marcha.

Emilio Silvera Vázquez

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Vamos a suponer que construimos una nave preparada para ese viaje de 70.000 años. La Nave sería como una pequeña ciudad, tendría de todo: Salas de atención médica con todos los modernos aparatos posibles, laboratorios, escuelas, instalaciones de investigación de nuevas tecnologías, “campos”  con las técnicas agrícolas tradicionales que se trasladan  a ambientes espaciales.

Una nave generacional para un viaje espacial de70.000 años exige un ecosistema totalmente cerrado, autosuficiente y de dimensiones colosales. Requeriría estructuras masivas cilíndricas o de anillos concéntricos en rotación para generar gravedad artificial (como en los estudios de naves estelares Chrysalis o Project Hyperion) y evitar la atrofia muscular.

Esta posibilidad si que la tenemos, se han realizado estudios y pruebas que lo avalan: Cosechas en el Espacio.

En la inmensa nave todos los viajeros han sido escogidos entre una selecta concentración de especialistas en cada campo: Físicos, Médicos de distintas especialidades, Profesores, Neurocirujanos, MATEMÁTICOS, expertos en computación, ordenadores cuánticos, Robótica, Biólogos, Nutricionistas, y, obreros especializados en trabajos manuales, tales como mecánicos, carpinteros, fontaneros y otros.

Ellos viajan con la esperanza de que el planeta Próxima b, sea realmente habitable.

Pero sigamos elucubrando con ese imposible viaje a Próxima Centauro situado a 2,4 años luz de nosotros. El viaje, con una nave moderna y con muchos adelantos y todo lo que los viajeros pudieran necesitar para soportar dicha travesía de la que todos eran conscientes de que, no llegarían (si finalmente llegaran), ninguno de los que partieron, que serían muchas generaciones después las que podrían pisar la superficie de aquel mundo.

Los grandes telescopios Espaciales como el  Albert Einstein,  habían captado imágenes de la superficie del planeta

Habían logrado construir la Nave con materiales inteligentes, de manera tal que, en caso de un micro-meteorito traspasara el fuselaje, aquel material se cerraba de inmediato taponando el agujero, y, de la misma manera actuaba en caso de que llegaran ráfagas de radiación a las que bloqueaba con un escudo magnético.. LO que no habían podido lograr era la Gravedad Artificial.

La radiación llega sin avisar pero, el material inteligente de la nave actúa y crea el escudo que la aísla del peligro

Como podéis imaginar, durante los primeros años de aquella osada travesía, algunos murieron y otros nacieron, y, transcurridos los primeros 1.000 años, ninguno de los viajeros eran los que partieron, todos habían sido preparados para suplir a los especialistas en cada  rama del trabajo que había que desarrollar en la Nave. Todo marchaba bien menos una cosa:

El  viaje prolongado en ingravidez no causa mutaciones genéticas en humanos, sino que genera cambios fisiológicos adaptativos para sobrevivir en este entorno. Estos cambios, aunque importantes, son reversibles al regresar a la Tierra y no alteran la base genética de la persona.  Sin embargo, es este caso, el regreso a la Tierra no estaba contemplado.

¿Te has preguntado alguna vez si la ingravidez puede afectar al organismo y, si es así, de qué manera lo hace?

Las investigaciones acerca de las consecuencias de la falta de gravedad sobre el organismo humano, el cual ha evolucionado sometido a la omnipresente gravedad terrestre,  y al que sin dudas la exposición a este medio extraño provocaría efectos indeseados que deben ser obviamente minimizados, para evitar poner en peligro la vida de los preciados cosmonautas.

La permanencias en un ambiente de Gravedad ausente… ¡Es complicado!

Así las cosas el viaje continuó y se fueron solucionando los problemas que surgían, tanto dentro como fuera de la Nave.  Todos estaban mentalizados de lo que tenían que hacer, la responsabilidad era muy grande, 200 familias viajaban como colonos al nuevo mundo al que llamaron “Esperanza”.

Claro que 70.000 años es mucho Tiempo para nosotros, y, los cambios que se han ido produciendo en la anatomía de los viajeros ya eran considerables, no parecían humanos, sino más bien una nueva especie perteneciente a otros mundos.

Por fin llegaron a Próxima b, el planeta bautizado como “Esperanza”, y, durante 300 años consiguieron montar estructuras de todo tipo y alojamientos muy modernos y flotantes, todos estaban instalados y tenían lo necesario de aquella segunda “Tierra” para poder vivir: La luz de la estrella Próxima Centauro, el agua líquida, océanos, atmósfera…

Habían pasado 500 años desde que llegaron cuando un buen día, la alarma general sonó con fuerzas, una enorme Nave se acercaba a gran velocidad, había que preparar las defensas:

En la sala de mandos de los “esperanzianos”, que tenían todas las frecuencias abiertas, sonó una voz:

• Hola, amigos de la Tierra, hemos venido a visitaros y traeros nuevas noticias de nuestro mundo, la Tierra.

Con el paso de tantísimo tiempo, los orígenes del viaje y todo lo demás se había ido perdiendo en la niebla de los Tiempos, y, aquellos habitantes de Esperanza no tenían las ideas muy claras sobre todo lo que pasó, el origen de su viaje y cuando salieron de la Tierra. Así que contestaron.

• No les reconocemos, ni sabemos de que nos hablan, si ustedes nos conocen proponemos una reunión para poder aclararlo todo, algunas de sus palabras nos han traído la reminiscencia de rumores que circulan por nuestras Mentes pero, que no teneos nada claro, Un grave avería en la Nave hizo que se perdieran todos los datos del origen de nuestro viaje a este mundo.
• La reunión se celebró y los visitantes de la Tierra le enseñaron las grabaciones de cuando partió la expedición, lo que les causó una gran impresión y comprendieron todo lo que había pasado durante tantos años de viaje desde la partida hasta la llegada de esta expedición.

Una misión espacial que aterriza en un planeta habitado por humanos que salieron de la Tierra hace 2.000 años podría ser una historia fascinante, llena de preguntas sobre la evolución de la civilización y el contacto entre culturas. Esta situación plantea diversas preguntas sobre la adaptación humana a nuevas condiciones, el desarrollo tecnológico independiente y los desafíos de la interacción entre grupos humanos con diferentes niveles de desarrollo.

Ni podemos imaginar a la cantidad de escenarios que se enfrentarán nuestros descendientes cuando realmente puedan (o intenten)  viajar por el Espacio y visitar otros mundos.

Pero esa sería otra historia,

Emilio Silvera Vázquez

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                                           Encuentros espaciales

Las colisiones con cuerpos extraterrestres han moldeado la historia geológica y la biología del planeta, suprrando con creces la denudación local causada por la actividad tectónica p meteorológica.

Para entender cómo estos eventos han marcado el rumbo del planeta, se pueden clasificar en dos grandes grupos: los que han causado extinciones y cambios globales a gran escala, y los grandes impactos recientes o históricos que, aunque no han provocado cataclismos mundiales, han dejado su huella en el registro.

La más destructiva intensificación temporal de los normalmente suaves flujos de energía geotectónica –erupciones volcánicas o terremotos extraordinariamente potentes– o de energía atmosférica –vientos o lluvias anormalmente intensas–, parecen irrelevantes cuando se comparan con las (en el pasado) repetidas colisiones del planeta con cuerpos extraterrestres relativamente grandes. Que por ahora, nos están respetando y, además, tenemos el escudo de Júpiter que los atrae.

 Apophis (conocido anteriormente por su designación provisional 2004 MN​4) es un asteroide Atón, con una órbita próxima a la de la Tierra que, en un primer momento pareció que colisionaría con el planeta.

El asteroide Apofis (99942) es un cuerpo rocoso de unos 340 a 370 metros de diámetro. Tras su descubrimiento en 2004, los primeros cálculos generaron gran alarma al situarlo en un nivel 4 en la Escala de Turín, indicando una probabilidad de impacto del (2.7% para el año \(2029\). Sin embargo, la NASA confirmó que no existe riesgo de colisión.

Parece un tradición hacer grandes titulares cuando un nuevo asteroide se acerca a la Tierra. Las redes sociales se inflaman y todo el mundo se acuerda del asteroide que parece que terminó con los dinosaurios.

En el caso de Apophis, 99942 para sus íntimos, es cierto que se trata del objeto con más probabilidades de impacto, aunque sean muy lejanas. Además el nombre no ayuda. Apophis es el Dios del Caos o de las fuerzas del mal de los egipcios, lo cual sin duda es perfecto para hacer grandes titulares.

Tampoco ayuda su calificación astronómica: la NASA clasifica algunos objetos cercanos a la tierra (Near Earth Objects) como “potencialmente peligrosos”. El cóctel está servido para crear supuestos alarmantes.

Pero los impactos, incluso con meteoritos mayores, producen solamente efectos locales. Esto es debido a que los meteoritos que deambulan por la región de asteroides localizada entre Marte y Júpiter están girando alrededor del Sol en el mismo sentido que la Tierra, de manera que la velocidad de impacto es inferior a 15 Km/s.

Entre Marte y Júpiter hay cientos de miles de cuerpos pequeños que orbitan alrededor del Sol llamados asteroides. También podemoas encontrarlos más allá de Plutón, llamado cinturón de Kuiper, y que en este caso reciben el nombre de objetos transneptunianos y que están hecho de hielo. Ceres es el asteroide más grande y tiene 913 km de diámetro.

El cráter de Arizona, casi perfectamente simétrico, se formó hace 25.000 años por el impacto de un meteorito que iba a una velocidad de 11 Km/s, lo que representa una potencia cercana a 700 PW. Estas gigantescas liberaciones de energías palidecen cuando se comparan con un choque frontal con un cometa típico. Su masa (al menos de 500 millones de toneladas) y su velocidad relativa (hasta 70 Km/s) elevan su energía cinética hasta 10²² J. Aunque se perdiera un diez por ciento de esta energía en la atmósfera, el impacto sería equivalente a una explosión de unas 2.500 bombas de hidrógeno de 100 megatones.

Si choca con la Tierra uno de esos gigantes…

Está claro que un fenómeno de estas características produciría impresionantes alteraciones climatológicas. Sin embargo, no es seguro y sí discutible que un impacto parecido fuese la causa de la extinción masiva del cretácico, siendo lo más probable, si tenemos en cuenta el periodo relativamente largo en que se produjo, que se podría explicar por la intensa actividad volcánica de aquel tiempo.

La frecuencia de impactos sobre la Tierra disminuye exponencialmente con el tamaño del objeto. Muchas toneladas son las que recibimos cada año de pequeños fragmentos de todo tipo pero, cuando estos van aumentando de tamaño, los sucesos de espacian de manera sustancial

Aproximadamente, cada cincuenta o sesenta millones de años se produce una colisión con un cometa, lo que significaría que la biosfera, que ha evolucionado durante cuatro mil millones de años, ha debido superar unos cuarenta impactos de este tipo. Está claro que ha salido airosa de estas colisiones, ya que aunque haya sido modificada, no ha sido aniquilada.

Supernova 1994D (SN1994D) en la galaxia NGC 4526. La supernova es el punto brillante abajo a la izquierda. Pueden llegar a brillar más que toda la galaxia completa durante un breve período de tiempo. (Crédito: NASA). Ahí, en esa explosión sin igual, se gesta la “fabricación” de materiales muy complejos como el oro y el platino…entre otros.

Igualmente, la evolución de la biosfera ha sobrevivido a las explosiones altamente energéticas de las supernovas más “cercanas”. Dado que en nuestra galaxia se produce por término medio la explosión de una supernova cada 50 años, el Sistema Solar se encuentra a una distancia de 100 parsecs de la explosión cada dos millones de años y a una distancia menor de 10 parsecs cada dos mil millones de años. En este último caso, la parte alta de la atmósfera se vería inundada por un flujo de rayos X y UV de muy corta longitud de onda, diez mil veces mayor que el flujo habitual de radiación solar, lo que implica que la Tierra recibiría, en unas pocas horas, una dosis de radiación ionizante igual a la que recibe anualmente. Exposiciones de 500 roentgens son letales para la mayoría de los vertebrados y, sin embargo, los diez episodios de esta magnitud que se han podido producir en los últimos 500 millones de años no han dejado ninguna consecuencia observable en la evolución de la biosfera.

Si suponemos que una civilización avanzada podría preparar refugios para la población durante el año que transcurre ente la llegada de la luz y la llegada de la radiación cósmica, se encontraría con la inevitable dosis de 500 roentgens cada mil millones de años, tiempo suficiente para permitir el desarrollo de una sociedad cuyo conocimiento le sirviera para defenderse de un flujo tan extraordinario y de consecuencias letales.

La fotosíntesis

Todo el Oxígeno de la Atmósfera terrestre procede del oxígeno que desprenden los organismos autótrofos durante la fotosíntesis.

La abundancia de vida animal en el océano ha proporcionado desde tiempos inmemoriales una enorme variedad de servicios, desde el alimento a la aventura y el ocio. Pero nada de esto sería posible sin los organismos unicelulares del fitoplancton, que flotan por miles en cada gota de agua en las capas superiores del mar.

El fitoplancton comprende dos grupos principales: las cianobacterias fotosintéticas y las algas unicelulares que se desplazan cerca de la superficie iluminadas por el sol de los océanos. La hacen en la denominada zona eufótica,  que puede alcanzar una profundidad de hasta 200 metros en las zonas tropicales.

El fitoplancton es la base de la cadena trófica marina y responsable de producir entre el 50% y el 85% del oxígeno de la atmósfera. Está compuesto fundamentalmente por microorganismos autoótrofos que flotan a la deriva en la capa superior iluminada de los océanos  y se divide en los dos grandes grupos que mencionas:

Cianobacterias fotosintéticas: Conocidas históricamente como algas verdeazuladas, son organismos procariotas (sin núcleo definido). Fueron pioneras en la oxigenación de la Tierra hace miles de millones de años. 

Algas unicelulares: También llamadas microalgas, son organismos eucariotas (con núcleo verdadero). Incluyen especies fundamentales como las diatomeas y los dinoflagelados, que destacan por su abundancia y sus complejas estructuras celulares. 

“… Las plantas con estructuras mayores y más complejas son las que tienen un balance de producción de oxígeno menor, o, dicho de otra forma, aquellas con una estructura sencilla (mucho “verde” y poco “tronco” dicho sea por simplificar) son las que presentan una mayor producción de oxígeno neta. Siguiendo ese razonamiento, parece lógico pensar que las grandes productoras de oxígeno son las plantas en crecimiento, las praderas, los bosques jóvenes, los cultivos y casi todas las plantas en crecimiento que te rodean, las cuales desprenden más oxigeno del que consumen. ¿Dónde se encuentran las comunidades vegetales que se multiplican continuamente y no cesan de crecer?: en el océano.”

Bioluminiscencia del fitoplancton en una playa de Maldivas.

“Por encima de todo, el verdadero oxigenador del planeta, el responsable de que puedas respirar y estés leyendo este artículo se encuentra en los océanos. Los minúsculos organismos que se conocen como fitoplancton están en la base de la cadena trófica de los ecosistemas marinos y sirven de alimento tanto para el zooplancton como para para las ballenas y otros grandes animales marinos. Un estudio global de cuatro años ha descubierto, entre otras cosas, que el fitoplancton es una fuente clave de oxígeno en nuestro planeta. Los microorganismos autótrofos que lo componen producen entre el 50 y el 85% del oxígeno que se libera cada año a la atmósfera. Ese intervalo es muy amplio, porque todavía resulta muy difícil evaluar la productividad real del fitoplancton habida cuenta de sus oscilaciones anuales ligadas a factores que comentaremos y a su desigual distribución en las aguas oceánicas.”

https://www.sobreestoyaquello.com/2016/09/pulmones-de-la-tierra-2-el-maravilloso.html

https://youtu.be/dEbcFntiuGc

          La fotosíntesis es el principal proceso bioquímico que consigue pasar materiales desde el biotopo hasta la biocenosis de un ecosistema. Una vez incorporados como parte de los organismos autótrofos, los heterótrofos (por ejemplo, los animales) solo tienen que aprovecharse de aquellos; con la existencia de pequeñas cantidades de agua, todo está preparado para que el ecosistema entero comience a funcionar. Además, siempre habrá animales depredadores, carnívoros, que seguirán aprovechando los materiales de otros.

La conocida ecuación básica que describe la reacción endotérmica por la cual se sintetiza una molécula de glucosa a partir de sus seis moléculas de CO₂ y H₂O, y 2’8 MJ de radiación solar, es una simplificada caja negra. Una caja negra más realista sería la siguiente:

106 CO₂ + 90 H₂O + 16 NO₃ + PO₄ + nutrientes minerales + 5’4 MJ de radiación = 3’258 g de protoplasma (106 C, 180 H, 46 O, 16 N, 1 P y 815 g de cenizas minerales) + 154 O₂ + 5’35 MJ de calor disipado.

Sin macronutrientes ni micronutrientes no se puede producir fito-masa, que está compuesta por los nutrientes básicos necesarios para todos los seres heterótrofos: azúcares complejos, ácidos grasos y proteínas.

Para entender esta caja negra hay que comenzar por destacar la acción de unos pigmentos sensibles a la luz entre los cuales destacan las clorofilas. Éstas absorben la luz en dos bandas estrechas, una entre 420 y 450 nm, y la otra entre 630 y 690 nm. Así, la energía necesaria para la fotosíntesis sólo procede de la radiación azul y roja a la que corresponde menos de la mitad de la energía total de la insolación. Esta parte de la radiación fotosintéticamente activa (RFA) no se utiliza en reducir CO₂, sino en la regeneración de compuestos consumidos durante la fijación del gas.

La síntesis de fitomasa en el ciclo reductor del fosfato pentosa (RPP) –un proceso con varios pasos de carboxilación por catálisis enzimática, reducción y regeneración– tiene que empezar con la formación de trifosfato de adenosina (ATP) y nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP), que son los dos compuestos que suministran energía a todas las reacciones biosintéticas. La síntesis de las tres moléculas de ATP y las dos de NADP que se necesitan para reducir cada molécula de CO₂ requiere de diez cuantos de radiación solar con longitud de onda próxima al pico rojo de absorción de la clorofila (680 nm). El carbono procedente del CO₂, combinado con el hidrógeno del agua y con los micronutrientes, dará lugar a nueva fitomasa que contiene 465 KJ/mol.

La cantidad de energía de un cuanto de luz roja es de 2’92×10^-19 J (el producto de la constante de Planck, 6’62×10^-34 por la frecuencia de la luz, que a su vez es el cociente entre la velocidad de la luz y la longitud de onda).

Un einstein (definido como un mol o número de Avogadro, 6’02×10²³) de fotones rojos tiene una energía aproximadamente igual a 17 Kg. Suponiendo que la RFA es el 45% de la luz directa, la eficiencia global de la fotosíntesis es del 11%, que equivale a 456/(1.760/0’43). Esta eficiencia se reduce por lo menos en una décima parte más si tenemos en cuenta la reflexión de la luz en las hojas y la pérdida que supone atravesar la cubierta vegetal. Ninguna planta, sin embargo, se acerca siquiera a esta eficiencia teórica, porque parte de la luz absorbida por las clorofilas (generalmente, el 20 – 25 por ciento) vuelve a ser emitida en forma de calor, debido a que los pigmentos no pueden almacenar la luz y las reacciones enzimáticas no se producen con suficiente velocidad como para utilizar completamente el flujo de energía incidente. En la respiración se cede el carbono fijado en el metabolismo de la planta y en el mantenimiento de las estructuras que la soportan.

   Mosaico de nuestro planeta Tierra que recibe una fracción de la energía solar

Para cada especie, la tasa con la que se pierde carbono está determinada principalmente por el tipo de fotosíntesis. Así, existen diferencias sustanciales entre las plantas C₃ y C₄. La respiración a escala de una comunidad o ecosistema depende del estado de crecimiento, y varía entre menos del 20 por ciento en plantas jóvenes en rápido crecimiento, hasta más del 90 por ciento en bosques maduros.

Con una pérdida del 25 por ciento para la reacción, y otro tanto para la respiración, la eficiencia fotosintética es ligeramente superior al 5 por ciento. En este punto, las estimaciones teóricas y los valores reales coinciden, ya que el valor medio de fotosíntesis neta en plantas muy productivas y en condiciones óptimas y durante cortos periodos de tiempo, oscila entre el 4 y el 5 por ciento. La mayoría de las plantas rinden en función de los nutrientes, especialmente nitrógeno y agua, o por las bajas temperaturas en las regiones de mayor altura y latitud. Los mejores rendimientos en sistemas naturales muy productivos, como los humedales y los cultivos, están entre el 2 y el 3 por ciento. En otros ecosistemas, como los pantanos tropicales templados y los bosques templados, el rendimiento de la transformación es del 1’5 por ciento, y en las praderas muy áridas sólo del 0’1 por ciento. Globalmente, la producción anual es, al menos, de 100.000 millones de toneladas de fitomasa, que se sintetizan con un rendimiento medio del 0’6 por ciento.

                             Mapa de clorofila en los océanos, gran presencia de algas

La fotosíntesis en los océanos, muy afectada por la escasez de nutrientes, es incluso menos eficiente. La productividad medie es de poco más de 3 MJ/m² y se realiza con un rendimiento fotosintético del 0’06 por ciento. La media ponderada total es 0’2 por ciento, es decir, que sólo uno de cada 500 cuantos de energía solar que llega a la superficie de la Tierra se transforma en energía de biomasa en forma de tejido vegetal.

La mayor parte de esta energía se almacena en forma de azúcares simples, que contienen más energía, y que sólo se encuentran en las semillas.

La mayor parte de la fitomasa está en los bosques. En los océanos, los principales productores son los organismos que componen el fitoplancton, que son muy pequeños y flotan libres. Su tamaño varía entre algo menos de 2 y 200 μm de diámetro y están formados por cantidades variables de bacterias y protoctistas eucarióticos. Las cianobacterias cocoides son tan abundantes en algunas aguas oligo-trópicas que pueden ser las responsables de la mayor parte de la producción de fitoplancton.

Los protoctistas fotosintetizadores varían entre los más pequeños flagelados pigmentados (como las criptómonas y crisofitos), hasta las diatomeas y dinoflagelados, que son mayores (más de 10 mm) y generalmente dominantes. Las diatomeas están formadas por células sin flagelos, con paredes de silicio amorfo mezclados con otros compuestos orgánicos. Presentan una sorprendente y amplia variedad de diseño, desde las que tienen simetría central (las de forma radial son las dominantes en el océano), a las pennadas (simetría lateral), y otras forman largas cadenas.

La productividad de fitoplancton está controlada por la temperatura del agua y por la disponibilidad de radiación solar y nutrientes. La temperatura no es determinante, porque muchas especies son muy adaptables y consiguen una productividad similar en distintos ambientes. Aunque es frecuente la adaptación a diferentes condiciones lumínicas, tanto el volumen como en contenido en clorofila de las diatomeas aumenta con la intensidad de la luz. En el mar abierto, la mayor limitación es la cantidad de nutrientes disponibles.

Entre las carencias que más limitan la producción de fitoplancton está la de nitrógeno, el macro-nutriente más importante, la de fósforo, y la de algunos otros micronutrientes clave como el hierro y el silicio.

Los medios menos productivos de la Tierra están en la capa superficial y la capa inmediatamente inferior de los océanos. En el mar abierto, las concentraciones más altas de nutrientes se encuentran entre los 500 y los 1.000 metros, a bastante más profundidad que la zona eufórica, capa en la que penetra la luz solar y que se extiende a unos 100 metros en las aguas transparentes.

El pequeñísimo tamaño de los productores dominantes es una adaptación eficaz a la escasez de nutrientes, ya que cuanto mayor sea el cociente entre la superficie y el volumen, y más lento el hundimiento de las células de fitoplancton en la capa eufórica, mayor es la tasa de absorción de nutrientes.

Cuando las corrientes elevan a la superficie las aguas frías y cargadas de nutrientes, la producción de fitoplancton aumenta sustancialmente. Las aguas costeras de Perú, California, noroeste y sudoeste de África, y de la India occidental son ejemplos destacados de ascensión costera de aguas frías. También se dan casos de ascensión mar adentro en la mitad del Pacífico, cerca del ecuador y en las aguas que rodean la Antártida. Otras zonas altamente productivas se encuentran en las aguas poco profundas cercanas a la costa que están enriquecidas por el aporte continental de nutrientes. Este enriquecimiento, con una proporción N/P muy descompensada, es especialmente elevados en los estuarios adonde van a parar grandes cantidades de aguas residuales y fertilizantes.

Las diferentes medidas de la productividad en las aguas oligotróficas de los mares subtropicales y de las aguas eutróficas con corrientes ascensionales, varían entre menos de 50 gC/m² y 1 gC/m², más de un orden de magnitud. Las estimaciones de la producción global de fitoplancton están comprendidas entre 80.000 y 100.000 millones de toneladas, que representan entre dos tercios y cuatro quintos de la fitomasa total terrestre. Contrasta con el resultado anterior el hecho de que, dado el corto periodo de vida del fitoplancton (1 – 5 días), la fitomasa marina represente sólo una pequeña fracción de todo el almacenamiento terrestre.

La distribución espacial del fitoplancton muestra zonas delimitadas que se extienden a escala local y global. La exploración desde los satélites es, con gran diferencia, la que permite detectar con mayor precisión las concentraciones de clorofila y la que ha posibilitado obtener las pautas de la distribución de fitoplancton. En las aguas que rodean la Antártida se observa claramente una distribución asimétrica en dos bandas casi concéntricas. La mejor distribución se explica por el hecho de que se deba a corrientes circumpolares y a la abundancia de ácido silicílico. Pero las zonas de mayor riqueza de fitoplancton se encuentran cerca de los continentes donde los ríos arrastran abundantes nutrientes disueltos.

La vida necesita un aporte continuo de energía que llega a la Tierra desde el Sol y pasa de unos organismos a otros a través de la cadena trófica.

El plancton es el conjunto de organismos que flotan y derivan en suspensión en aguas dulces o saladas. El termino del “plancton” provienen del griego que significa “a la deriva” o “errante” el cual fue acuñado en 1887 por el alemán Victor Hensen para describir a los organismos que derivan con las corriente marinas y aguas frescas.

El plancton es el conjunto de organismos, la mayoría microscópicos, que flotan en el agua del mar o en los ríos y lagos. Existen más de 1.000.000 de especies, entre pequeños animales, microalgas y bacterias que crecen y se distribuyen alrededor del globo para llevar a cabo importantes funciones en los ecosistemas.

El fitoplancton es la base energética de las intrincadas pirámides tróficas. Las cadenas alimenticias en el océano, generalmente, son redes complicadas. Una gran parte de la fitomasa disponible no la consumen directamente los herbívoros, sino que primero se almacena en depósitos de materia muerta que, transformada por bacterias, se convertirá en alimento para otros seres heterótrofos.

La gran producción de fitoplancton puede alimentar grandes cantidades de zoo-masa. El kril, pequeños crustáceos parecidos a las quisquillas que se alimentan de diatomeas, son los organismos más abundantes en la superficie del mar; sus densas acumulaciones pueden contener hasta mil millones de individuos y su producción anual de zoo-masa quizá llegue hasta los 1.300 millones de toneladas. Esta prodigiosa cantidad de zoomasa sirve de alimento a focas, calamares y peces, así como a los mayores carnívoros de la biosfera, las especies de ballenas con barbas que se alimentan filtrando el agua.

Sí, es mucho lo que no sabemos ¡Nos queda ránto por descubrir!

Emilio Silvera Vázquez

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