martes, 3 de enero de 2017

Efecto mariposa de un herbicida

Todos conocemos el uso de los herbicidas en agricultura, de algunos sabemos cuáles pueden ser sus efectos adversos sobre nuestra salud. Pero, hasta qué punto conocemos la manera en que pueden alterar los ecosistemas y la repercusión que puede tener esto en nuestras vidas. Aquí plantearemos los efectos concretos de un solo herbicida. 

No cuestionaré la actualmente necesaria utilización de herbicidas para garantizar la producción agrícola en una población siempre creciente, sino la insuficiente búsqueda de alternativas más saludables y sostenibles ambientalmente, así como la escasa investigación sobre los efectos de los herbicidas a largo plazo, cuyos resultados siempre suelen llegar tarde para muchos. No debemos discutir sobre su uso, sino sobre la veracidad de los beneficios que nos generan, en teoría. ¿Son los herbicidas y otros agentes suficientes para garantizar la producción de alimento para toda la población? ¿Es viable su uso a largo plazo? ¿Servirán de algo sino se toman medidas drásticas para detener el cambio climático y las nuevas y más perjudiciales plagas que conlleva? Responder a estas preguntas es una tarea muy compleja y no trataré de hacerlo en este post.

En el post me centraré en uno de los herbicidas más usados hoy en día [1], incluso desbancando al glifosato, cuyos efectos en la salud parecen ser trágicos (OMS sobre el glifosato) y en los efectos ambientales que puede desencadenar. Ese herbicida es el glufosinato de amonio, fosfinotricina o también conocido como (RS)-2-amino-4-(hidroxi(metil)fosfonoil) ácido butanoico [2], un gran nombre para un gran compuesto. ¡Ánimo que seguro que lo recordamos!

El glufosinato es un herbicida no selectivo, mata a una gran cantidad de plantas distintas, organofosforado, esto significa que  presenta enlaces entre carbono y fósforo [2]. Quedaros con este dato, pues más adelante nos ayudará a explicar su efecto en el ecosistema acuático. 

Todos sabéis que un herbicida mata plantas, pero os habéis preguntado alguna vez cómo lo hace. Pues en el caso del glufosinato lo hace por inhibición de la glutamina sintetasa, una enzima esencial en la metabolización del amonio en plantas y también presente en otros muchos seres vivos [3]. El proceso de inhibición se podría explicar cómo el juego de la silla con dos equipos. De manera que los miembros del equipo del herbicida cada vez que logran sentarse en la silla (enzima) no vuelven a levantarse y la silla deja de estar disponible. Mientras que los del equipo del glutamato cuando logran sentarse en la silla, dejan de jugar (son transformados en glutamina) y la silla queda libre de nuevo. Rápidamente, nos podemos dar cuenta de que el número de miembros de cada equipo es crucial para saber cuál de los dos ganará la partida. Esto es lo que se conoce como inhibición competitiva, ya que el inhibidor de la enzima (herbicida) compite por el mismo sitio de unión del glutamato, sustrato original de la enzima (Figura 1). 

Figura 1: Esquema de la inhibición competitiva llevada a cabo por el herbicida (glufosinato de amonio).
Seguro que esto os resulta insuficiente como respuesta al cómo lo hace, y sí, lo es, ya que esto es solo el inicio del final de la planta. La glutamina sintetasa activa confina el amonio dentro de un esqueleto de carbono (glutamato) formando glutamina, de forma que su inhibición por el herbicida hace que el amonio se acumule y esto no es inocuo ni para la planta ni para nadie. El amonio provocará la alteración de los cloroplastos y reducirá la producción de energía en forma de ATP e indirectamente inhibirá la fotosíntesis y la fotorrespiración provocando la muerte de la planta. Y en realidad, también, de bacterias y hongos, puesto que también poseen la enzima y, por tanto, son susceptibles a los efectos del herbicida [2-3]. Aquí, tenemos el primer efecto incontrolado sobre el ecosistema, puesto que tal vez estos microorganismos de suelo fuesen importantes para una buena cosecha o un bonito jardín. 

Y ahora pasaremos a centrarnos en lo que motivó este post, un efecto medioambiental, cuanto menos inesperado, del herbicida. Y es que este asesino de nuestras malas hierbas, es capaz de contaminar los cuerpos de agua mediante ¡un Bloom de cianobacterias! Es decir, tiene la capacidad de promover un crecimiento brutal de un microorganismo fotosintético, Microcystis aeruginosa [1]. La ciencia, como la vida, está llena de sorpresas. 

En la investigación realizada por científicos chinos se demostró que el crecimiento de M. aeruginosa es promovido por bajas concentraciones de glufosinato e inhibido a altas concentraciones. La explicación a lo primero viene dada por la capacidad de esta cianobacteria de usar el herbicida como fuente de nutrientes principalmente fósforo, recordemos que es, como dije, un herbicida organofosforado. Sin embargo, a partir de una cierta concentración la célula empezará a sufrir daños hasta morir [1] (figura 2). 

Figura 2: Esquema de los efectos de dosis altas y bajas de glufosinato en las células de M. aeruginosa. Adaptado de Quan Zhang y col (2017), Graphical Abstract.


El gran problema de este crecimiento masivo, no es el efecto del crecimiento per se en el ecosistema acuático sino la producción y liberación de microcistina LR (una hepatotoxina peptídica persistente). Esta tiene la capacidad de dañar gravemente la fauna acuática, por ejemplo, provoca la muerte de mejillones de agua dulce debido a efectos adversos en la actividad metabólica de sus células [1].

Seguro que estas deseando saber si a nosotros puede afectarnos y la respuesta es que sí y además puede hacerlo sin que nos acerquemos a esa agua, ya que se ha encontrado que dicha toxina puede acumularse en peces y en los cultivos, por ejemplo, de tomate, cuando el agua contaminada se usa para regar, con lo que tendríamos sobre nuestra mesa las consecuencias de nuestro estilo de vida. Esta toxina provocaría la muerte de los hepatocitos (células del hígado) debido a una completa desorganización del andamiaje que mantiene la estructura celular provocada por la inhibición de unas enzimas que regulan la estructura del mismo. Causando una pérdida de función del hígado que puede, incluso, desencadenar la muerte. Además, en un reciente estudio se demostró que esta toxina también provoca un aumento de la movilidad de las células tumorales del sarcoma colorectal, favoreciendo la metástasis, agravando y acelerando las peores consecuencias del cáncer [4-5]. 

Sin embargo, nuestro querido y “aliado” herbicida no solo aumenta el crecimiento de estas cianobacterias, sino que también promueve la sobre-expresión de los genes responsables de la síntesis de la toxina, es decir incrementa la producción de la toxina. Y cuando las concentraciones de herbicidas son altas y matan a las células, inducen la liberación de toda la toxina debido a la ruptura de las membranas celulares [1] (figura 2).

Así es nuestro amigo el glufosinato de amonio, asesino de malas hierbas y promotor de la producción de una toxina potencialmente asesina de animales. Pero también, es capaz de afectar por sí mismo a nuestro sistema nervioso central (SNC), debido a su semejanza estructural con el glutamato (un neurotransmisor excitador de nuestro SNC), provocando alteración de la conciencia, deterioro de la memoria, delirio, ataques epilépticos, convulsiones… [2,6] También afecta al desarrollo embrionario de ratones causando retraso del crecimiento, defectos morfológicos en la cabeza y apoptosis del neuroepitelio [7] y en ratones adultos afecta a la producción de espermatozoides y a la calidad del esperma [8]. Además, se ha demostrado efectos genotóxicos [9] (altera la información genética) cuando se mezcla con surfactantes, sustancias que alteran la tensión superficial de los líquidos. 

¿Nos aportan herbicidas como éste, beneficios mayores a los riesgos que genera? ¿Permitirán en un futuro combatir a las malas hierbas o estas se harán resistentes? ¿Es sostenible ecológicamente su uso? Estas y otras muchas preguntas quedan en el aire mientras esperamos a que surja la alternativa, reflexionemos en ellas y en todas las preguntas posibles que nos nazcan, porque es en las preguntas donde siempre encontramos las respuestas. 

Referencias para más información
  1. Q. Zhang y col. 2017 Effects of glufosinate on the growth of and microcystin production by Microcystis aeruginosa at environmentally relevant concentrations. Science of the Total Environment 575, 513-518. 
  2. S. R. Lantz y col. 2014 Glufosinate binds N-methyl-D-aspartate receptors and increases neuronal network activity in vitro. NeuroToxicology 45, 38-47.
  3. B. A. Sellers y col. 2004. Glutamine synthetase activity and ammonium accumulation is influenced by time of glufosinate application. Pesticide Biochesmistry and Physiology 78, 9-20.
  4. S. Corbel y col. 2016 Evaluation of the transfer and the accumulation of microcystins in tomato (Solanum lycopersicum cultivar MicroTom) tissues using a cyanobacterial extract containing microcystins and the radiolabeled microcystin-LR (14C-MC-LR). Science of the Total Environment 541, 1052-1058.
  5. Y. Ren y col. 2017 Microcystin-LR promotes epithelial-mesenchymal transition in colorectal cancer cells through PI3-K/AKT and SMAD2. Toxicology Letters 265, 53-60.
  6. L. R. F. Faro y col. 2013. Role of glutamate receptors and nitric oxide on the effects of glufosinate ammonium, an organophosphate pesticide, on in vivo dopamine release in rat striatum. Toxicology 311, 154-161.
  7. A. G. Calas y col. 2008. Chronic exposure to glufosinate-ammonium induces spatial memory impairments, hippocampal MRI modifications and glutamine synthetase activation in mice. NeuroToxicology 29, 740-747.
  8. E. Guinto-Ruiz y col. 2016 Glufosinate ammonium alters quality and DNA in mouse spermatozoa. Toxicology letters 259, 216.
  9. R. C. Lajmanovich y col. 2014 Induction of micronuclei and nuclear abnormalities in tadpoles of the common toad (Rhinella arenarum) treated with the herbicides Liberty® and glufosinate-ammonium. Mutation Research 769, 7-12.






La marcianización de Marte

Todo parece indicar que el agua una vez recorrió la superficie de Marte, sin embargo, solo se han podido encontrar huellas de su presencia, aquí se revelan alguna de las más recientemente descubiertas en esta nueva carrera espacial con rumbo a Marte. 

Desde que el ser humano pisase la Luna en 1969 no ha vuelto a pisar suelo extranjero. No obstante, hoy estamos ante un nuevo sueño cósmico, pisar Marte, nuestro vecino y solitario planeta. Marte está muy de moda hoy, pero dicha moda viene de lejos. La primera sonda explorar Marte fue lanzada por la URSS en 1960 y desde entonces se han lanzado casi 40 sondas para obtener información sobre nuestro rojo hermano menor. La última fue el Curiosity lanzada en 2011 por EE.UU.  

Disponemos de mucha información sobre Marte, pero cuando parece que damos un paso adelante aparecen nuevas y más complejas preguntas. Los últimos datos enviados por el Curiosity desde el cráter Gale revelan que en su superficie existe boro. Un elemento químico que suele estar asociado a sitios donde se ha evaporado mucha agua. También, ha encontrado oligistos, un tipo de mineral, cuya formación en la Tierra está asociada con ambientes acuosos.  Estos datos demuestran que nuestro hermano pequeño del Sistema Solar contuvo una vez y durante mucho tiempo agua líquida, lo que implica que hubo un sistema dinámico de movimientos e intercambios de elementos y electrones promovidos por el agua, es decir existió complejidad química  ¡Y esto es bueno para la vida!

El cráter Gale es el centro de las miradas de aquellos que tienen como horizonte la superficie marciana, debido a que allí hubo una vez un lago con todos los ingredientes químicos y la energía necesarios para la vida.  Además de, unas condiciones medioambientales apropiadas para ello, con unas temperaturas más cálidas, y agua líquida posiblemente entre 0 y 60 ºC de temperatura y un pH neutro o alcalino. En consecuencia, cada vez nos es más difícil negar que en Marte una vez hubo vida.

Una vez hubo agua, una vez, quizás, hubo vida en Marte, pero, sin embargo, ahora parece ser un vasto desierto, como si la inmensa soledad y el eterno silencio del universo lo hubiesen congelado convirtiéndolo en un enorme monolito, que como los que tenemos en la tierra construidos por nosotros mismos en otro tiempo, jamás deja de suscitarnos preguntas.

La marcianización de Marte. http://www.neoteo.com/plan-para-terraformar-marte

¿Qué hizo que el agua líquida desapareciese?
Esta sería la primera pregunta que vendría a nuestras mentes. Una de las hipótesis más probables lo explica diciendo que el viento solar fue capaz de arrancar la atmósfera del planeta debido a la desaparición de la magnetosfera, un campo magnético que sirve como escudo frente a la radiación espacial, 500 millones de años después de su formación. Pero, qué puede hacer que una magnetosfera desaparezca de la noche a la mañana. Esta pregunta hoy en día sigue siendo una incógnita. 

La Tierra también posee una magnetosfera que protege a la atmósfera y a todos nosotros de la radiación espacial y del viento solar. El origen de esta capa se encuentra en el movimiento del núcleo de hierro presente en el centro de nuestro planeta formado hace tan solo entre 1000 y 1500 millones de años, lo que supone que la Tierra estuvo unos 3000 millones de años sin núcleo interno y, por tanto, sin campo electromagnético protector. Esto nos lleva a pensar que el origen de la magnetosfera marciana se encontraba también en un núcleo de hierro en el centro del planeta, ¿qué hizo que el núcleo se detuviese o desapareciese dejando de generar el campo electromagnético? 

Muchas preguntas que de momento no podemos responder y ante esta ignorancia, un miedo puede momentáneamente asolar nuestro corazón, ¿puede sufrir la Tierra ese mismo destino, convirtiéndose en un desierto de polvo, hielo y muerte? No viviremos para contarlo, pero, ¿vivirá la Tierra para sufrirlo? Ante las catastróficas consecuencias de nuestro estilo de vida, buscar entre las estrellas un nuevo hogar, mientras consumimos hasta la destrucción el nuestro dice mucho de cuáles son nuestras perspectivas e intenciones: colonizar, consumir y huir. No podemos ni debemos ponerle freno a la curiosidad de responder a las grandes preguntas cuyas respuestas están fuera de nuestro mundo, pero ante la peor crisis ambiental de nuestro tiempo o tal vez de todos los tiempos, ante la sexta extinción masiva de la historia de nuestro planeta, es a éste al que debemos volcar nuestros esfuerzos, nuestras miradas y nuestros corazones. Nosotros somos la amenaza inminente a la vida en la Tierra, pero también somos los únicos capaces de salvarla.  No estamos a disposición de terraformar Marte, pero sí de marcianizar la tierra.

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