Arxiu del Bloc

L’efecte accelerat del canvi climàtic a l’ecosistema àrtic

12 febrer 2016

Click here for the english version: The effect of rapid climate change in the Arctic ecosystem

 

L’oceà Àrtic o l’Àrtida

Curiosament i casualment, “àrtic” prové de la paraula grega αρκτος -arctos-, que vol dir “ós”, i és una referència a la constel·lació Óssa Menor, on hi ha l’estrella Polar, que assenyala el pol nord geogràfic.

L’Àrtic, o també anomenat Àrtida, constitueix un ecosistema únic de la Terra, format per una extensa banquisa, o sigui un oceà cobert de gel, a vegades considerat com la part nord de l’oceà Atlàntic, i que està envoltat per terra que és permagel (permafrost), amb absència absoluta d’arbres. La vida a l’Àrtida consta d’organismes adaptats al gel, incloent zooplàncton i fitoplàncton, peixos, mamífers marins, ocells, animals terrestres, plantes i societats humanes totalment adaptades a les condicions extremes de l’entorn.

Degut a l’escalfament global, les isotermes estan avançant en direcció nord a un ritme superior als 50 km per dècada durant els últims 30 anys, de manera que si definim l’àrtic a partir de la temperatura o de la línia d’arbres la seva extensió està disminuint, cosa de la qual l’efecte més visible és la reducció de la banquisa.

 

Canvi climàtic antropogènic: Escalfament global i especialment a l’Àrtic

Doncs sí: el canvi climàtic ja és aquí i és generat per les activitats humanes, o sigui és antropogènic. A la Terra hi han hagut prèviament oscil·lacions de la temperatura global causades per fenòmens naturals, normalment variacions cícliques i de llarga durada. Per exemple les glaciacions des de fa uns 2 milions d’anys es repeteixen cada 100.000 anys i la última època glacial va acabar fa 15.000 anys. Per tant ara vivim es un període interglacial i la propera glaciació podria esdevenir no abans d’uns 50.000 anys. La causa d’aquest cicle de glaciacions sembla que són les variacions orbitals de la Terra, que donen lloc a una menor insolació a les latituds altes de l’hemisferi Nord durant els períodes glacials.

L’activitat solar, com la d’altres estrelles, també té cicles i aproximadament cada 600 anys hi ha uns períodes de molt poca activitat (molt poques taques i absència d’aurores), amb menor emissió d’energia, que es corresponen amb períodes freds en el clima terrestre. El darrer mínim fou els anys 1645-1715, i per tant des de mitjans del segle XVIII gaudim d’un màxim d’activitat, amb petits cicles de màxims i mínims de 11 anys.

Descomptant aquestes variacions naturals, és evident que al llarg del segle XX i sobretot des dels anys 1960 hi ha hagut un increment constant de la temperatura mitjana global (Figura 1), fins assolir quasi 1ºC més que a l’inici del segle XX. Als primers anys d’aquest segle XXI la tendència s’està agreujant. Els últims 10 anys han estat els més calorosos des que es porten registres i les prediccions són a seguir augmentant. La majoria dels experts estan d’acord en què els humans exerceixen un impacte directe sobre aquest procés d’escalfament, conegut com a efecte d’hivernacle. Els causants d’aquest efecte són els components gasosos de l’atmosfera, i sobretot el CO2, que ha anat augmentant en paral·lel a la pujada de temperatures, des d’unes 300 ppm a inicis del s. XX fins als quasi 400 ppm actuals. Aquest CO2 i altres gasos com el mateix vapor d’aigua, el metà i altres exclusivament antropogènics, absorbeixen la radiació i el resultat és que l’atmosfera s’escalfa encara més.

Fig 1 gistemp_preI_2015 reg Temp

Figura 1. Increment de la temperatura mitjana global respecte l’inici del segle XX (tret de GISTEMP).

 

Aquest escalfament global és especialment manifest a l’Àrtida. Els increments de temperatura son més elevats a les latituds nòrdiques, especialment als 60-70º N, on aquest desembre passat (Figura 2) han arribat a ser fins 9ºC superiors a la mitjana en grans extensions del nord d’Amèrica i Euràsia. És el que s’anomena amplificació d’escalfament polar (PWA, Polar Warming Amplification). La causa d’aquest sobreescalfament de l’Àrtida respecte la resta de la Terra en part és degut a la pèrdua de neu i gel (un efecte retroactiu, com un peix que es mossega la cua) perquè la major superfície de terra i aigua absorbeix més energia solar que el blanc del gel (efecte albedo), però també s’està veient que el PWA és degut en part al transport dinàmic atmosfèric, que transporta energia tèrmica i núvols des de les regions subtropicals cap al nord (Taylor et al 2013).

Fig 2 GISTEMP planisferi.png

Figura 2. Anomalia tèrmica registrada aquest desembre 2015 respecte la mitjana 1951-1980 (tret de GISTEMP).

 

A banda de les conseqüències que aquest escalfament està tenint sobre el gel de l’Àrtic que tot seguit comentarem, un altre problema greu és la fosa del permagel (permafrost), ja que aleshores s’allibera el gas metà atrapat sota el terra gelat, i les quantitats ingents de metà alliberat, com a gas d’efecte hivernacle, contribuiran encara més a accelerar l’escalfament global.

 

Cada cop menys gel a l’Àrtic

Les tendències linears de l’extensió del gel marí o banquisa de l’Àrtic des del 1979 fins ara són negatives any rere any, per a qualsevol mes que es consideri, però és més manifest comparant els setembres, al final de l’estiu quan es va fonent la banquisa (Figura 3). Dels aproximadament 7 milions km2 mínims del setembre (el màxim al mars són uns 16 milions), s’han fos uns 100.000 km2 per any, quasi un 9% cada 10 anys (Serreze et al 2007), de tal manera que ara hi ha pràcticament la meitat que el 1979 (Figura 4).

Fig 3 seaice1979vs2012 The Cryosphere Today

Figura 3. Comparació de l’extensió de la banquisa (en color roig) de setembre 1979 amb la de 2012 (tret de The Cryosphere Today).

Fig 4 fig 7 Reeves mod

Figura 4. Extensió mitjana mensual del mar de gel àrtic des de 1979 (Reeves et al 2013).

 

A més de la reducció en superfície de la banquisa, cal tenir en compte la reducció en volum, que representa que actualment és un terç del que hi havia el setembre 1979.

Hi ha una gran diferència entre els diferents models de predicció sobre la desaparició del mar de gel àrtic. La meitat d’ells en preveuen la total o pràctica desaparició el setembre del 2100. Les prediccions es mouen des del setembre del 2040 les menys optimistes, fins ben passat el 2100 les altres (Serreze et al 2007).

Uns altres problemes derivats de la desaparició de la banquisa són per un costat el trànsit de vaixells, que podrien escurçar distàncies dels trajectes entre els ports dels països septentrionals, i per un altre costat l’explotació de camps petrolífers i altres combustibles fòssils i minerals, ja que a l’Àrtida hi ha una bona part de les reserves mundials (Figura 5).

Fig 5 reeves figs 4 i 5

Figura 5. Esquerra: previsió de les rutes de vaixells de mar obert (en blau) i per a trencaglaços mitjans (en vermell) per a 2040-2059. Dreta: Distribució de les principals reserves de petroli i gas, tant les regions possibles (groc), com les llicències (vermell) i els pous en explotació o per explotar (negre). La línia discontínua senyala el límit CAFF de conservació de fauna i flor àrtica declarada pel Grup de Treball del Consell Àrtic (www.arctic-council.org). Imatges de Reeves et al 2013.

 

Conseqüències ecològiques de la desaparició de la banquisa de gel àrtic

Hi ha molts organismes vinculats a la banquisa. Els óssos blancs vagaregen sobre la banquisa àrtica, per la qual cosa es tem pel seu destí, i molts peixos, foques i crustacis (krill) formen una cadena tròfica que arrenca de les algues que creixen sota el glaç, en un ambient molt constant i enriquit en nutrients, especialment favorable per a la vida marina (Figura 6 A). La banquisa flotant a l’estiu és un corredor de dispersió de vertebrats terrestres (les guineus àrtiques per exemple) i plantes.

La progressiva desaparició de la banquisa i l’escalfament a la costa àrtica comporta una sèrie de desequilibris ecològics (Figura 6 B). Veiem per exemple com les morses obligades a romandre agrupades a terra tenen més predisposició de transmissió de malalties. La pèrdua de banquisa disminueix els corredors de dispersió i aleshores les poblacions terrestres queden més aïllades, amb la qual cosa es restringeix el flux genètic. Els óssos polars i altres predadors que cacen a la banquisa ho tenen molt més difícil i les seves poblacions perillen. La productivitat del fitoplàncton disminueix notablement, amb la qual cosa es redueix el zooplàncton, i aleshores tota la cadena tròfica (peixos, foques, etc.) es veu afectada (Post et al 2013).

Fig 6 Post F1.large

Figura 6. Interaccions ecològiques influïdes pel gel marí. A: La distribució i estacionalitat de la banquisa influeix en l’abundància, distribució i interaccions de tot l’ecosistema en equilibri. B: La major durada del període sense gel i la menor extensió de la banquisa tenen conseqüències nefastes en l’equilibri de l’ecosistema (Post et al 2013).

 

L’ós blanc es busca la vida

L’ós blanc o polar (Ursus maritimus) es considera un animal en perill d’extinció. Només en queden uns 25.000 exemplars en tot el món. L’impacte del canvi climàtic afecta al seu hàbitat exclusiu de les regions polars i les previsions apunten que amb pocs anys el gel de la banquisa àrtica es pot fondre permanentment i l’ós polar pot extingir-se a causa de l’escalfament de la zona.

L’ós blanc és bàsicament carnívor, a diferència dels altres óssos com els bruns, i subsisteix sobretot caçant foques a la banquisa. Amb la desaparició progressiva del gel, té més problemes per trobar preses, i alguns han començat a aprendre a agafar els salmons dels rius, com veiem a les imatges (Figura 7).

Fig 7a maxresdefault

Fig 7b Videos-de-Animales-oso-polar-cazando-salmon

Figura 7. Ós blanc dedicant-se a la pesca de salmons per tal de subsistir (www.youtube.com/watch?v=9m_Q9Ojbcmw).

 

També s’han vist grups d’óssos blancs en alta mar pescant (vegeu el vídeo) capbussant-se i emergint alternativament igual que si fossin dofins o marsopes. Malgrat aquestes petites adaptacions, aquesta alimentació és molt minsa i està clar que les seves poblacions estan minvant molt ràpidament.

 

Les orques prosperen cap al nord

La desaparició de la banquisa boreal és un canvi ecològic dràstic que està provocant la desaparició d’algunes espècies com l’ós blanc, però amb aquests desequilibris curiosament algunes altres espècies en surten beneficiades. És el cas de l’orca (Orcinus orca), que està prosperant cada cop més al nord (Figura 8).

Fig 8a killer-whale-mother-calf-antarctica-820x473

Fig 8b Young 2011 Polar Res Fig1

Figura 8. Llocs (senyalats amb números) de l’Àrtic canadenc on s’han fotografiat grups d’orques repetidament entre 2004 i 2009 (Young et al 2011).

 

Els esquimals inuit, habitants de tot l’Àrtic americà (des del Quebec a Alaska incloent la badia de Hudson i les illes adjacents) i la costa occidental de Groenlàndia, són els primers testimonis des de mitjans del segle XX de l’observació d’orques en les seves aigües, desconegudes abans. A més a més, aquests darrers anys els científics n’han fet nombrosos albiraments, s’han fotografiat individualment (Young et al 2011) i s’han seguit els seus recorreguts mitjançant bioacústica (Ferguson et al 2010) i altres tècniques.

Fig 9a Narwhals_breach-1024x651

Fig 9b narwhal_hunt_top_image-e1415394076242

Figura 9. (Dalt): Narvals amb el característic gran ullal que donà lloc al mite de l’unicorn. (Baix): Grup d’orques atacant els narvals arraconats a la platja. Vegeu el vídeo de PBS Nature.

Des de fa uns anys els atacs de les orques sobre els narvals (com a la Figura 9) han estat observats repetidament pels esquimals inuits i estudiats en detall per diversos científics. Laidre et al (2006) observaren que abans d’acostar-se les orques, els narvals tendeixen a agrupar-se i nadar més silenciosament i molt a prop de la platja, en aigües poc fondes. Durant l’atac, els narvals es dispersen notablement però tanmateix, la mortalitat és molt elevada. Després de la depredació, que pot durar algunes hores, s’han observat taques olioses a la superfície marina provinents del greix dels narvals depredats (Figura 10).

Fig 10 orques greix

Figura 10. Grup d’orques envoltades per taques d’oli a la superfície marina, provinents del greix dels narvals que han depredat (Laidre et al 2006).

Els atacs de les orques sobre els narvals són tan freqüents i eficaços que ja comencen a afectar la seva població. Els efectes encara són pitjors en altres cetacis amb menor població com les balenes de Groenlàndia (Balena mysticetus, bowhead), que pràcticament ja són en extinció. (Figura 11).

Fig 11 orques prey Ferguson 2010

Figura 11. Esquema de les proporcions de preses d’un grup d’orques de la badia de Hudson (Ferguson et al 2010).

 

En conclusió, el canvi climàtic antropogènic està afectant severament l’ecosistema àrtic (i tots els altres), i malgrat que se’n va prenent consciència, les mesures polítiques efectives per disminuir les emissions del CO2 i altres gasos hivernacle són tan minses, que difícilment arribaran a temps. Estem portant al planeta Terra a una extinció massiva d’espècies i uns canvis ecològics mai vistos en la història dels humans.

Fig 0 polar-bear

La imatge ho diu tot: l’ós blanc o polar s’està quedant sense hàbitat.

 

Bibliografia

Arctic Council: http://www.arctic-council.org

Ferguson S.H., Higdon J.W. & Chmelnitsky E.G. (2010) The rise of killer whales as a major Arctic predator. In S.H. Ferguson, et al. (eds.): A little less Arctic: top predators in the world’s largest northern inland sea, Hudson Bay. Pp. 117–136. New York: Springer

GISTEMP, Goddard Institute for Space Studies Surface Temperature Analysis (NASA-GISS): http://data.giss.nasa.gov/gistemp/

Hawkings E (2014) nov 28: http://www.climate-lab-book.ac.uk/2014/hiatuses-in-the-rise-of-temperature/

Laidre KL, Heide-Jørgensen MP, Orr J (2006) Reactions of narwhals, Monodon monoceros, to killer whale, Orcinus orca, attacks in the Eastern Canadian Arctic. Can. Field Nat., 120, 457–465

Morell V (2012) Killer whale menu finally revealed. http://www.sciencemag.org/news/2012/01/killer-whale-menu-finally-revealed

PBS Nature: http://www.pbs.org/wnet/nature/invasion-killer-whales-killer-whales-attack-pod-narwhals/11165/

Post et al. (2013) Ecological Consequences of Sea-Ice Decline. Science. DOI: 10.1126/science.1235225: http://www.carbonbrief.org/knock-on-effects-for-wildlife-as-the-arctic-loses-ice

Reeves RR et al (2014) Distribution of endemic cetaceans in relation to hydrocarbon development and commercial shipping in a warming arctic. Marine Policy 44, 375-389

Serreze MC, Holland MM, Stroeve J (2007) Perspectives on the Arctic’s shrinking sea-ice cover. Science 315, 5818, 1533–6.

Taylor PC, Cai M, Hu A, Meehl J, Washington W, Zhang GJ (2013) Decomposition of feedback contributions to Polar Warming Amplification. J Climate 26, 7023-43

The Cryosphere Today: http://arctic.atmos.uiuc.edu/cryosphere/

Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Climate_change

Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Arctic

Young BG, Jeff W. Higdon JW, Steven H. Ferguson SH (2011) Killer whale (Orcinus orca) photo-identification in the eastern Canadian Arctic. Polar Research Vol 30

Els bacteris troposfèrics de la pluja i la neu

Click here for the english version: The tropospheric bacteria of rain and snow

Cada cop hi ha més proves científiques que els bacteris que es troben a l’alta troposfera (8-15 km) podrien influir en la densitat dels núvols i la pluja.

Bé, primer cal recordar que la troposfera és la part baixa de l’atmosfera, i els 8-15 km són l’alta troposfera, ja quasi a la tropopausa que limita amb l’estratosfera, per damunt l’Everest i per on volen més alt els avions. És aquí on són alguns dels núvols més alts.

theozonehole.com:atmosphere

Les capes de l’atmosfera terrestre (www.theozonehole.com/atmosphere)

Doncs en un estudi recent (DeLeón-Rodríguez et al, 2013) s’ha vist que els bacteris viables (per PCR quantitativa i microscòpia d’epifluorescència) a uns 10 km d’alçada (mostres preses damunt el mar Carib i l’Atlàntic occidental) representen un 20% de les partícules totals de mides entre 0,25 i 1 mm, i que són almenys 10 cops més abundants que els fongs, amb uns nombres de 105 per m3, amb un 60% de viables. Això suggereix que els bacteris són una fracció important i subestimada de les micropartícules dels aerosols atmosfèrics, fins i tot en majors concentracions que a menors alçades. Els autors han analitzat els bacteris presents per piroseqüenciació (Roche 454) dels gens rRNA. Han vist que el microbioma troposfèric té una bona varietat de taxons bacterians i que varien dinàmicament segons les turbulències atmosfèriques i en presència d’huracans. Alguns dels bacteris trobats més abundants són els que utilitzen compostos C1-C4 (l’oxàlic per ex.) presents a l’atmosfera, per tant aquests bacteris són metabòlicament actius a aquestes alçades. Això reforça la idea del paper actiu dels bacteris a la troposfera, i que no són tan sols espores (fúngiques) inerts surant per l’aire.

En aquest sentit, aquest anàlisi metagenòmic també confirma la presència dels bacteris que tenen capacitat de catalitzar la formació de cristalls de gel i per tant la condensació dels núvols.  Aquest procés de nucleació (ice nucleation, IN) té lloc quan les molècules d’aigua presenten coalescència al voltant d’una partícula llavor, per exemple de pols. En funció de la temperatura, aquests complexos poden créixer fins esdevenir gotes d’aigua o de gel, que porten a la formació de la pluja o la neu. Tenint en compte que a l’alta troposfera les partícules de pols són escasses, es fa evident el paper rellevant dels bacteris en aquest fenomen.

Un dels papers clau en la nucleació de gel (IN) per part dels bacteris és que catalitzen la formació de gel a temperatures properes a 0ºC, a diferència de la formació de nuclis de gel per part de les partícules inorgàniques, que ho fa a temperatures més baixes, per sota de -10ºC, i sense cap partícula que faci de nucli l’aigua ultra-pura es congela a -40ºC.

La nucleació de gel pels bacteris s’ha reproduït al laboratori (Christner et al, 2008) amb mostres de pluja i de neu de diferents llocs del món (Canadà, USA, Pirineus, Alps i Antàrtida), demostrant que a les mostres tractades amb lisozima (que hidrolitza la paret cel·lular bacteriana) o tractades amb calor, es reduïa quasi al 100% l’activitat de IN a una temperatura de -5ºC. Per tant, els bacteris són els responsables de la IN a aquestes temperatures relativament altes.

Els bacteris més freqüentment associats amb l’activitat IN són espècies associades a plantes com Pseudomonas syringae o Xanthomonas campestris, que a més sovint han estat detectats als aerosols atmosfèrics i als núvols. També s’han trobat P. syringae dins les pedres de gel de les pedregades.

Pseudo syringae www.forestry.gov.uk

Pseudomonas syringae (www.forestry.gov.uk)

El fenomen de la IN per P. syringae ja fou observat el 1974 (Maki et al) i després s’ha demostrat (Gurian-Sherman & Lindow 1993) que les soques IN d’aquesta i altres espècies tenen a la membrana externa de la paret cel·lular, com a element actiu IN, una proteïna d’uns 180 kDa, composta de repeticions d’un octapèptid consens. Aquesta proteïna forma una disposició planar que atrapa molècules d’aigua produint un motlle per a la formació de gel.

Aquesta característica fa que aquests bacteris siguin els principals responsables dels danys per glaçades en les plantes, a banda que P. syringae és patogen de moltes plantes a temperatura ambient, per la producció d’un compost (coronatina) que fa mantenir els estomes oberts, provocant la invasió bacteriana dels teixits vegetals (Nigel Chaffey, 2012).

fulla tomaquet Alan Collmer, Cornell University

Fulla de tomaquera infectada per Pseudomonas syringae (Alan Collmer, Cornell University/Wikimedia Commons)

Tornant al mal de les glaçades, la majoria de plantes poden aguantar fins a -5ºC sense gaire danys si no hi ha aquests bacteris, però la presència de bacteris formadors de proteïna IN com P. syringae, en nombres només de 1000 per g de vegetal, fa augmentar dràsticament els danys per congelació. Aquests danys també faciliten la penetració i infecció dels bacteris.

ice twigs 2

Planta glaçada (MO Plants & Maureen Gilmer)

Aquesta característica de nucleació de gel de P. syringae també és aprofitada per a la producció de neu artificial. Encara que aquesta es pot fabricar normalment només per l’expansió forçada de barreja d’aigua i aire pressuritzats en condicions adequades d’humitat i temperatura (per ex. ≤ 2ºC a 20% humitat, o ≤ -2ºC a 60%), la producció s’afavoreix amb l’addició d’agents de nucleació, que poden ser inorgànics, orgànics o la proteïna bacteriana esmentada.

Siemens - We take you to the top

Canons de neu (www.siemens.com)

Tornant als núvols, cal recordar que els bacteris no són ni molt menys els únics agents de la nucleació que donen lloc a la condensació de les gotes que donen lloc a la pluja o la neu. Els nuclis de condensació de núvols (Cloud Condensation Nuclei, CCN), o anomenats llavors de núvols poden ser molt diversos tipus de micropartícules, de mides al voltant de 0,1 – 1 mm. En condensar-se aquest aerosol de micropartícules forma gotes als núvols de 0,02 mm, que en caure donen gotes de pluja de 2 mm.

Les micropartícules són sobretot d’origen natural com la pols, sal marina, sulfats d’origen volcànic, o micropartícules orgàniques resultat de l’oxidació de compostos volàtils. Alguns d’aquests poden ser d’origen industrial, així com el sutge o altres partícules resultat de la combustió. Un altre origen biològic  important dels CCN són els aerosols de sulfats i metanosulfat produïts a partir del dimetilsulfur produït pel fitoplàncton dels oceans.

En qualsevol cas, i malgrat que la microbiologia atmosfèrica encara està a les beceroles, com hem vist cada cop hi ha més dades sobre la importància dels bacteris i altres microorganismes sobre la bioprecipitació de pluja i neu. Per conéixer millor el seu paper, cal anar més enllà de la descripció de l’abundància de microorganismes en l’atmosfera, i més cap a la comprensió de les propietats biològiques i fisicoquímiques dels processos de transport implicats. Això requerirà un enfoc interdisciplinari de disciplines tan aparentment diferents com l’oceanografia, la genètica bacteriana i la física de l’atmosfera, per exemple.

nuvol-bacteris

Imaginant-nos els bacteris (Pseudomonas syringae, foto: microbewiki.kenyon.edu) al mig dels núvols amenaçadors (foto: lanroca.wordpress.com)

Bibliografia

Chaffey N. (2012) COR, nice one, Mr Microbe !. AoB Blog.

Christner B. et al. (2008) Geographic, seasonal, and precipitation chemistry influence on the abundance and activity of biological ice nucleators in rain and snow. PNAS 105, 48, 18854-18859.

DeLeón-Rodríguez N. et al. (2013) Microbiome of the upper troposphere: species composition and prevalence, effects of tropical storms, and atmospheric implications. PNAS 110, 7, 2575-2580.

Gurian-Sherman D. & S.E. Lindow (1993) Bacterial ice nucleation: significance and molecular basis. FASEB J. 7, 14, 1338-1343.

Hardy J. (2008) The rain-making bacteria. Micro-Bytes.

http://microbialmodus.wordpress.com/tag/ice-nucleating-bacteria/

https://en.wikipedia.org/wiki/Cloud_condensation_nuclei

https://en.wikipedia.org/wiki/Snowmaking

Maki L.R. et al. (1974) Ice nucleation induced by Pseudomonas syringae. App!. Microbiol. 28, 456-460.

Morris C.E. et al. (2011) Microbiology and atmospheric processes: research challenges concerning the impact of airborne micro-organisms on the atmosphere and climate, Biogeosciences 8, 17-25

Canvi climàtic i vi: finalització del projecte CENIT DEMÉTER

El passat 15 de novembre se celebrà a Madrid, a la seu central del CSIC, la jornada de Clausura del projecte CENIT DEMÉTER sobre la influència del canvi climàtic en la viticultura i enologia, projecte en el qual he tingut el plaer de participar.

Assistents a Jornada Clausura Demeter

Representants d’empreses i dels grups de recerca juntament amb personal del CDTI a la Jornada de Clausura del projecte CENIT DEMÉTER al CSIC de Madrid, 15 novembre 2012. Foto de Procrea.

Efectes del canvi climàtic sobre la viticultura i la vinificació

Malgrat que encara hi ha gent que ho posa en dubte, el canvi climàtic a la Terra és científicament evident. Com veiem a la Figura d’aquí sota, si es consideren els darrers 150 anys, l’augment de la temperatura global ha estat de 0,05ºC cada 10 anys, però si es consideren només els darrers 25 anys, l’augment ha estat de 0,18ºC cada 10 anys: Per tant, la tendència és clara cap a augmentar.

global mean temp

Temperatura mitjana global els darrers 150 anys. Figura adaptada de Robert A. Rohde.

Com és conegut, la causa principal d’aquest escalfament global és la producció per part dels humans de gasos d’efecte hivernacle, sobretot el CO2 i el CH4. En concret, la concentració de CO2 atmosfèric ha passat en 50 anys d’uns 300 a quasi 400 mg/l. Per a més informació vegeu aquesta pàgina: Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).

Aquest escalfament global es fa patent a Espanya amb una tendència a l’augment de temperatura sobretot els mesos d’estiu, i una menor precipitació acumulada anual (Informe ECCE de J.M. Moreno Rodríguez, UCLM amb el Ministeri de Medi Ambient, 2005).

I això es reflecteix en la vitivinicultura en un avançament de les dates de verema, com veiem en la Figura d’aquí sota amb dades de Sarral, a la Conca de Barberà. Els darrers 30 anys hi ha hagut un augment de més de 3ºC en les temperatures mitjanes d’abril a agost, que és quan s’està fent el raïm, la qual cosa ha comportat un avançament de la verema de pràcticament un mes.

dates verema2

Augment de la Temperatura mitjana d’abril a agost i conseqüent avançament de la verema de Macabeu els darrers anys a la Conca de Barberà. Figura d’Oscar Saladié, URV, 2007.

S’avança la verema perquè els raïms ja són madurs des del punt de vista de màxima producció de sucres que donaran l’etanol amb la fermentació alcohòlica (o sigui la maduresa industrial), però les pells i especialment els pinyols encara són verds en aquest moment, encara no s’ha arribat a la maduresa fenòlica, la qual cosa comporta una major astringència i un caràcter herbaci no agradables al vi final. A més les altes temperatures també fan que l’acidesa sigui menor, i aquests pHs més alts donen lloc a un major risc de microorganismes contaminants (Brettanomyces per exemple) i menor intensitat colorant en vins negres. Un excès d’etanol produït degut a la major quantitat de sucres al raïm també és un problema, per als mateixos microorganismes, llevats i bacteris làctics, que duen a terme la fermentació alcohòlica i malolàctica respectivament. A més, entre altres problemes, els vins amb més alcohol tenen més rebuig per part de molts consumidors, i més taxes en alguns països.

Així doncs, el canvi climàtic comporta un seguit d’efectes negatius a la vitivinicultura i per això es va engegar el projecte CENIT DEMÉTER, per generar coneixements científics i tecnològics que permetessin atenuar aquests efectes.

raim-viDe la vinya al vi. Imatges tretes del vídeo elaborat per Procrea sobre el projecte Deméter.

El projecte CENIT DEMÉTER

El projecte va començar el 2008 amb la formació del consorci DEMÉTER entre 26 empreses (tant cellers com empreses auxiliars) del sector vitivinícola de tot Espanya (7 empreses catalanes, entre les quals Miguel Torres S.A., líder del projecte), juntament amb 29 grups de recerca (12 catalans) d’organismes públics d’investigació, tant d’universitats com de centres tecnològics.

008900mRelació d’empreses participants al projecte DEMÉTER. Imatge treta del vídeo elaborat per Procrea sobre el projecte.

009117mRelació de grups de recerca participants al projecte DEMÉTER. Imatge treta del vídeo elaborat per Procrea sobre el projecte.

El projecte fou finançat pel pla estratègic Ingenio 2010 gestionat pel CDTI dins del programa CENIT, impulsat i desenvolupat el 2006 per l’anterior govern socialista, per tal d’estimular la cooperació publico-privada en recerca industrial, subvencionant projectes consorciats de grans dimensions que tinguessin una planificació científico-tecnològica en àrees estratègiques de cara al futur. Durant els anys de vigència del programa CENIT es van finançar 91 projectes amb un total de 1071 milions €. En el cas del DEMÉTER el pressupost total ha estat d’uns 26 milions € per als 4 anys 2008-2012, amb una subvenció del 46% del CDTI.

009271m

Imatge treta del vídeo elaborat per Procrea sobre el projecte.

L’objectiu del projecte DEMÉTER ha estat realitzar una sèrie de projectes per aconseguir coneixements científics i tecnològics que permetin prendre mesures d’adaptació a les noves condicions produïdes per l’escalfament global i també per tal de contribuir a atenuar-ne les conseqüències, incloent l’estalvi d’aigua i minimitzar la petjada de CO2. El conjunt de projectes ha estat de caire multidisciplinar i interregional a nivel espanyol. El DEMÉTER s’ha estructurat en 7 àrees de la línia troncal, finançada per tot el consorci: Transcriptòmica de Vitis, Viticultura, Llevats, Bacteris Làctics, Anàlisi, Cava i Medi Ambient. I el projecte també ha inclòs tot un seguit de projectes de línies específics de cadascuna d’aquestes àrees, en cadascun dels quals han participat algunes de les empreses interessades conjuntament amb algun dels grups de recerca. Algunes de les noves tecnologies emprades, com entre altres, la transcriptòmica aplicada a la vinya, la metabolòmica de Saccharomyces, o els estudis d’expressió gènica d’Oenococcus, han suposat un salt tecnològic per al sector.

Podeu trobar més informació sobre el projecte a http://www.cenitdemeter.es/ i un bon resum al video (34 minuts) del projecte: http://www.youtube.com/watch?v=nW06e_umjsE&feature=plcp

Resum de resultats del projecte DEMÉTER

Els resultats més rellevants del projecte foren presentats a la Jornada de Clausura del passat 15 de novembre pels investigadors vinculats a la línia troncal del projecte, i a continuació els responsables de les empreses van compartir la seva experiència en el projecte i el més rellevant dels seus resultats específics.

En quant a l’estudi transcriptòmic de la vinya, s’han estudiat 800 gens associats a la maduració de les varietats Ull-de-llebre, Albariño i Verdejo, representatives de diferents climes (mediterrani, atlàntic i continental), en hivernacle, a dos temperatures i dos règims hídrics diferents, regant o no. S’ha vist que un augment de 3ºC fa augmentar sobretot l’expressió de gens de la síntesi de precursors de terpens, i en canvi s’ha observat una menor expressió dels transportadors d’antocians, que pot donar lloc a una reducció del color.

Els estudis de viticultura han confirmat que l’aplicació del reg és molt important com a atenuant dels efectes negatius de l’augment de temperatura, i sobretot s’ha estudiat quin és el moment òptim d’inici del reg. S’han realitzat treballs de viticultura de precisió, amb la posta a punt de tècniques d’imatges multiespectrals i sensors per tal de gestionar millor el tractament de les vinyes i la seva classificació de cara a la verema.

En el treball amb llevats s’ha desenvolupat un model metabòlic en cultiu continu per simular diferents moments de la fermentació alcohòlica, la qual cosa ha permès estudiar els diferents aspectes del procès fermentatiu que poden ser alterats pel canvi climàtic. També s’han desenvolupat marcadors bioquímics i moleculars de Saccharomyces indicadors de carències de nitrogen durant la fermentació alcohòlica.

Els resultats de la línia de bacteris làctics en la que hem treballat nosaltres els comento a l’apartat següent.

En aspectes analítics cal senyalar que s’ha aprofondit en el coneixement de l’evolució dels polifenols al llarg de la maduració i s’ha desenvolupat un prototipus per a mesurar aquest paràmetre als cellers. També s’han desenvolupat sistemes ràpids de mesura de Brettanomyces i sondes específiques per a bacteris làctics i acètics, que poden ser aplicats en el control de l’embotellat.

Per al procés del cava s’han desenvolupat metodologies d’anàlisi per millorar la qualitat de l’espuma, com la determinació de polisacàrids per HPLC d’exclusió. S’ha constatat que l’acidesa és un paràmetre clau de qualitat per al cava, amb la qual cosa cal optar per a l’avançament de la verema. Podeu veure una explicació dels efectes del canvi climàtic en el cas del cava i les possibles solucions per part del professor Fernando Zamora (URV) en aquest video: http://www.youtube.com/watch?v=Vz87Ynwt5nw

Finalment, dins les línies de medi ambient s’han realitzat estudis de reutilització d’aigües mitjançant bioreactors de membrana, i els treballs del sector del suro català sobre el cicle de vida dels productes han permès identificar els punts crítics de contaminació ambiental, per tal de corregir-los.

A més de l’ avenç tecnològic en la millora del sector vinícola espanyol que suposen tots aquests resultats, aquests 4 anys d’estudis compartits han estat un clar referent de col.laboració interempresarial i amb els centres de recerca. Les aliances establertes ja estan generant noves línies de recerca que donaran continuïtat a aquest projecte.

La nostra línia de Bacteris Làctics al projecte DEMÉTER

El nostre grupet (Bacteris Làctics, URV, Facultat d’Enologia de Tarragona) hem tingut l’oportunitat de participar aquests darrers 4 anys en la línia troncal del CENIT-DEMÈTER. Hi hem treballat 3 professors del Departament de Bioquímica i Biotecnologia (Cristina Reguant, Nicolas Rozès i jo mateix) junt amb una postdoc (Isabel Araque), una doctoranda que està acabant la tesi en aquest projecte (Meritxell Bordas) i dos estudiants de Màster (Joan Oriol Alegret i Paloma Toraño).

4fotosBLFragment del vídeo elaborat per Procrea amb la part de la nostra línia de bacteris làctics, cliqueu aquí: https://www.youtube.com/watch?v=WpdUgr7vN38&feature=g-upl

 

En la línia del que es comenta al video, els resultats més importants que hem obtingut són per un costat que hem seleccionat 2 soques de Oenococcus oeni (el bacteri que fa la fermentació malolàctica del vi), que tenen una alta tolerància a l’etanol, i per tant són soques candidates per ser estàrters de fermentació.

Per un altre costat, hem comparat aquestes soques tolerants amb altres que no ho són, analitzant quins són els gens clau que s’expressen més en les soques tolerants. Això ho hem fet tant quantificant els RNA de diversos gens concrets, així com realitzant transcriptòmica de tots els gens d’aquest bacteri mitjançant microxips, i hem vist que alguns gens relacionats amb la utilització del citrat i altres gens d’estrès són clau per a la tolerància a l’etanol.

Aquests resultats són útils per a quan es fa selecció de cultius utilitzables per inocular vins amb alta graduació alcohòlica, i per entendre millor com s’adapten els bacteris en funció de les condicions canviants del vi, i per obtenir característiques organolèptiques d’una òptima qualitat.

vinya-clima-microorg-viLa vinya, el canvi climàtic, els microorganismes que el fan i el producte biotecnològic final: el vi

No sé ni cómo te atreves

Fotografía y esas pequeñas cosas de cada día

Pols d'estels

El bloc d'Enric Marco

Life Secrets

For my students

All you need is Biology

Blog professional sobre Biologia · Blog profesional sobre Biología · A professional blog about Biology

Rambles of a PA student

Caffeinated forays into biological imaginings.

Horitzons llunyans

Mirades distants

#4wine

Los vinos son pequeñas historias dentro de una botella y nosotras queremos contarte las nuestras

Vi·moments·persones

Un maridatge a tres bandes

SciLogs: Artificial, naturalmente

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

microBIO

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

RealClimate

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

Quèquicom

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

Dionís de viatge a Ítaca

Experiències enoturístiques

%d bloggers like this: