MONOGRÁFICO 2020/2021
Ciencias Ambientales Progreso sostenible para un mundo mejor
REPORTAJES EXTRAÍDOS DE LA REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA UMHSAPIENS
MONOGRÁFICO 2020/2021
Monográfico CIENCIAS ambientales 04
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Proteger las plantas, proteger la vida
El secreto de la supervivencia de las tortugas
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Un modelo matemático predice el precio de la electricidad y permite ahorrar costes energéticos
El lenguaje de signos de los glóbulos rojos
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A finales de 2018, la Asamblea General de las Naciones Unidas declaró que 2020 sería el Año Internacional de la Sanidad Vegetal en un esfuerzo por poner en valor una disciplina que se encarga de cuidar aquello que posibilita nuestra propia existencia, motivo por el que celebramos el nombramiento bajo el lema ‘Proteger las plantas, proteger la vida’.
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S Elena Garrido
egún la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), las plantas producen el 98% del oxígeno que respiramos y constituyen el 80% de los alimentos que comemos, además debemos tener en cuenta que los animales que consumimos son herbívoros y por lo tanto las plantas también son la base de su dieta. Por ello Ana María Ortega Gea, profesora del Área de Producción Vegetal de la Escuela Politécnica Superior de Orihuela (EPSO) de la Universidad Miguel Hernández (UMH), tiene claro que el ser humano puede vivir porque hay plantas: “Si desaparecieran las plantas, desapareceríamos nosotros también”. En esta línea, Pedro Luis Guirao Moya, profesor de la misma Área, subraya: “Las plantas son el productor primario más importante en tierra firme, tienen la capacidad de transformar la luz del sol, las sales del suelo y el CO2 del aire en materia orgánica”. Ambos expertos coinciden en que la vida vegetal juega un papel fundamental no solo en la producción de oxígeno, sino también en la formación y conservación de los suelos, que evolucionan gracias a la actividad biológica, y del resto de la vida.
La sanidad vegetal vela por la salud de cultivos, plantas ornamentales y especies forestales. Para ello se centra en combatir plagas, enfermedades y malas hierbas. Las plagas son amenazas externas causadas generalmente por insectos, ácaros y otros artrópodos, pájaros, conejos, roedores, etc. Atacan comiendo los vegetales, poniendo huevos y manchando tanto las cosechas como las plantas ornamentales. Por el contrario, las enfermedades afectan a la vida vegetal de forma interna y, al igual que ocurre con los humanos, están causadas por virus, bacterias, hongos y otros microorganismos. A veces, ambas están íntimamente ligadas ya que existen enfermedades que son inoculadas por plagas, como es el caso de la Xylella fastidiosa, una enfermedad detectada recientemente en España que se transmite por algunas especies de insectos voladores y que supone una grave amenaza para el entorno mediterráneo. Por otro lado, las malas hierbas suponen un peligro para las plantas cultivadas porque compiten con ellas por recursos como la luz del sol, los nutrientes del suelo o el propio espacio.
Ana María Ortega / Pedro Luis Guirao Profesores del Área de Producción Vegetal de la Escuela Politécnica Superior de Orihuela (UMH)
Ortega pone el punto de mira en la necesidad de concienciación y señala que cuando enferman las plantas se produce un impacto en el medio ambiente y en el desarrollo económico y destaca que los ciudadanos no siempre son conscientes de ello. En este sentido, Guirao considera que, en parte, se debe a que las plantas se van degradando de forma silenciosa: “Cuando se quema un bosque se ve, pero cuando el bosque va poco a poco enfermando muchas veces es un proceso más lento, menos perceptible”. UMHSAPIENS
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El frenético ritmo de vida que caracteriza a la sociedad actual también afecta a la salud de las plantas. El aumento del turismo y el comercio internacional tienen un fuerte impacto en la vegetación autóctona porque facilitan que las plagas y las enfermedades se propaguen a gran velocidad. Por ese motivo existen normativas internacionales que prohíben introducir plantas de forma particular en las fronteras y aduanas, que exigen que las empresas envíen sus materiales vegetales acompañados de un pasaporte fitosanitario, y que establecen periodos de cuarentena, pero ambos investigadores consideran que la inspección fitosanitaria en las fronteras “tiene que ser más intensa, más exigente”. Por ello los expertos llaman a la colaboración ciudadana y advierten de lo peligroso que puede ser para la vegetación local que se traigan plantas o semillas de los viajes al extranjero. El profesor de la UMH señala que esa colaboración también implica ser consumidores más conscientes: “Tenemos que cambiar de hábitos, consumir frutas y verduras de temporada y a ser posible de mercados locales, además de por supuesto comprar y consumir lo necesario, porque se está desperdiciando mucha comida”. Es difícil predecir cómo afectará el cambio climático a la salud vegetal, pero los expertos aseguran que se producirán cambios porque el incremento de las temperaturas podría favorecer la introducción y expansión de plagas que hasta el momento solo se encuentran en áreas tropicales o subtropicales; pero también señalan que podría darse la situación contraria y que los veranos más calurosos no favorezcan a aquellas plagas que necesitan temperaturas más suaves para vivir.
vegetal, y una formación más exhaustiva y continuada para los agricultores y técnicos agrícolas. En este sentido, la profesora Ortega pone de manifiesto que la prevención no sólo es rentable sino indispensable: “A pesar de que en medicina actualmente existen algunos viricidas, en agricultura no disponemos de antibióticos para controlar las enfermedades bacterianas, ni de productos viricidas para controlar los virus. Debemos ir directamente a prevenir la transmisión porque si sufren esas enfermedades no podrán curarse”. La prevención cobra especial importancia ante situaciones tan críticas como la que se está viviendo actualmente en el Cuerno de África, que se encuentra asolado por nubes de millones de langostas del desierto que devoran los alimentos y acaban con la vegetación. En este caso, los profesores coinciden en que el control de estas plagas se debe basar fundamentalmente en la predicción y remarcan que se ha de investigar para conocer cuáles son las condiciones ambientales que favorecen su aparición periódica y buscar, además, métodos de control preventivos que se apliquen de forma más intensa cuando se prevean esas condiciones favorables: “Todas estas respuestas, como siempre, se deben buscar investigando”. ¿Métodos ecológicos para cuidar las plantas? La FAO fomenta el uso de métodos ecológicos para luchar contra las plagas, los más frecuentes son el control biológico mediante la conservación y la introducción de fauna útil, que consiste en utilizar organismos para prevenir o reducir el ataque de las plagas para evitar daños mayores, o el uso de variedades resistentes. Pero estos investigadores del Área de Producción Vegetal subrayan que también es posible utilizar fitosanitarios en la agricultura ecológica si tienen su origen en la naturaleza, se componen de extractos de plantas o de sustancias de origen mineral, como es el caso del azufre y las sales de cobre. La profesora Ana María Ortega explica que los productos fitosanitarios también pueden tener efectos secundarios sobre la fauna útil porque estos insectos, que son beneficiosos para las plantas, desafortunadamente son similares a aquellos que causan las plagas, y se ven afectados por estos productos. Por ello cada vez se va avanzando más en el conocimiento de los fitosanitarios y el cuidado de los insectos beneficiosos ha cobrado un rol fundamental en la creación de estas herramientas.
En agricultura, no se dispone de antibióticos ni de viricidas
Inspección, legislación, sanción, educación y formación Uno de los pilares básicos de la sanidad vegetal es la Gestión Integrada de Plagas y enfermedades, que se compone de varias acciones: seguimiento de los cultivos, inspecciones buscando plagas o enfermedades, colocación de trampas para detectar amenazas como las láminas cromáticas adhesivas que se ubican entre los cultivos, aplicación de métodos preventivos como las variedades resistentes, las feromonas o las mallas en los invernaderos. Por último, si es necesario, la aplicación de medidas curativas cuando las plagas alcanzan un umbral crítico establecido gracias a investigaciones previas.
Los sistemas de supervisión y alerta temprana pueden ser determinantes para el éxito de la gestión de las plagas y enfermedades. Las comunidades autónomas disponen de Servicios de Sanidad Vegetal que se encargan de inspeccionar los campos de cultivo, pero lo cierto es que se lleva a cabo mediante trabajo en equipo con los agricultores, que en muchas ocasiones son los primeros que detectan la posible amenaza y dan la voz de alarma. Los expertos señalan que además existe un amplio abanico legislativo que marca las pautas del control integrado y del uso sostenible de los productos fitosanitarios pero coinciden en que el principal reto al que se enfrentan es que se cumplan las normativas existentes. Afirman que debería haber un mayor control para asegurar que así sea y apuestan por la inspección, legislación, sanción y, de forma paralela, educación para enseñar a la sociedad desde la infancia la importancia que tiene la sanidad
Ambos investigadores afirman que los medios ecológicos pueden ser igual de efectivos que los medios convencionales y que los agricultores se decantan por unos u otros en función del producto que deseen obtener. Para poder vender frutas y hortalizas bajo la etiqueta ‘agricultura ecológica’ deben haberse cultivado utilizando exclusivamente métodos que responden a este sistema agrario regulado por la Unión Europea, que mantiene la diversidad y reduce los residuos. La profesora de la UMH hace hincapié en que esta decisión depende mucho de la demanda de los consumidores. Sin duda todas estas cuestiones estarán muy presentes en la Comisión de Medidas Fitosanitarias, prevista para realizarse del 29 de junio al 3 de julio en Roma, y en la Conferencia Internacional sobre Sanidad Vegetal que se celebrará en Helsinki del 5 al 8 de octubre. A lo largo del año tendrán lugar, además, diversas actividades en varios puntos del mundo para conmemorar el nombramiento. UMHSAPIENS
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El secreto de la supervivencia de las tortugas . Ángeles Gallar
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simple vista, la tortuga mora (Testudo graeca) no cuenta con muchas ventajas para sobrevivir en un entorno hostil. Tiene su caparazón para protegerse de los depredadores, pero ¿qué puede hacer frente al cambio climático, la caza furtiva o la alteración de su hábitat? Para el ojo inexperto, las cualidades de la tortuga mora son todo hándicaps: es muy lenta, pequeña, no regula su temperatura corporal, necesita hibernar y tampoco es tan longeva como las célebres tortugas centenarias de las Galápagos. Según las investigadoras María Victoria Jiménez Franco y Eva Graciá Martínez, del área de Ecología de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche, la tortuga mora tiene un arma secreta: la capacidad de las hembras para almacenar el esperma durante varios años.
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Si las tortugas tuvieran que encontrarse para procrear en cada estación de apareamiento, la especie tardaría poco en desaparecer de la península. El rasgo evolutivo clave y “secreto” de la supervivencia de la tortuga mora, de las más extendidas y conocidas, se halla en la capacidad de la hembra para almacenar los espermatozoides del macho durante, al menos, cuatro años. Esta es una de las conclusiones de un estudio en el que participan investigadores de la UMH, la Universidad de Illes Balears, la Universidad de Zaragoza, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas y el Instituto de Investigación Ambiental UFZ de Leipzig (Alemania).
abarca desde un mismo periodo reproductivo hasta cuatro años de duración. El modelo Stepland simula y prevé el comportamiento futuro de las poblaciones de tortuga mora en un escenario de cambio climático, contaminación creciente y pérdida de hábitat por incendios, sequías o la acción del hombre. La investigadora del Área de Ecología de la UMH y autora principal del estudio María Victoria Jiménez Franco señala que, según el programa Stepland, si se disminuye la capacidad de almacenar esperma a un solo periodo reproductivo, muchas de las poblaciones de tortuga mora se extinguirían en unos 200 años.
Frente a la vida útil de sólo unos pocos días del esperma de los humanos, la tortuga mora es capaz de almacenar el semen del macho hasta 48 meses en óptimas condiciones. Aunque este rasgo biológico es poco conocido en reptiles, el mecanismo consiste en almacenar el esperma en unos túbulos en la zona del oviducto del aparato genital femenino. De esta forma, cuando el óvulo madura en el ovario, baja por el oviducto pudiendo ser fertilizado con el esperma almacenado. Este rasgo biológico permite que la hembra pueda efectuar entre dos y tres puestas cada primavera (con una media de 3 o 4 huevos cada una) durante cuatro temporadas sin necesidad de aparearse. Esta cualidad ha influido decisivamente en que esta especie haya sobrevivido los últimos 5 millones de años, aunque, actualmente, vive amenazada por la pérdida y fragmentación de su hábitat y el tráfico de animales, pese a que está prohibido tenerla en casa con penas de entre 6 y 24 meses de cárcel.
Este rasgo biológico permite a la especie compensar su baja capacidad de desplazamiento, ya que puede llegar a pasar su vida en 0,2 hectáreas, en las cuales puede ser difícil el encuentro de pareja para la reproducción. La investigadora de la UMH Jiménez Franco explica que “la espermateca es el rasgo evolutivo clave para el mantenimiento de las poblaciones de tortuga mora y, también, hemos descubierto que este factor puede ser relevante de cara al futuro en el actual contexto de pérdida y fragmentación de su hábitat, que aísla a las tortugas”.
Para saber si la capacidad de almacenar esperma, y no otro rasgo evolutivo, es lo que ha permitido la supervivencia de la especie, se ha desarrollado una investigación, publicada en la revista científica “Ecology and Evolution” y titulada “El almacenamiento de esperma reduce la fuerza del efecto Allee para encontrar pareja”. En dicho trabajo, la UMH ha desarrollado un modelo basado en el individuo denominado Stepland y se han simulado por ordenador varios escenarios poblacionales a futuro. Para ello, se ha considerado la diferente viabilidad del almacenamiento de esperma que
Este estudio puede servir de modelo para predecir la supervivencia de otras especies. Pero aún se desconoce mucho de esta característica que, entre otras consecuencias, a menudo da origen a una paternidad múltiple, de manera que los huevos de una puesta pueden provenir de diferentes machos reproductores (de los últimos cuatro años). Otro de los aspectos a indagar es si en el ámbito de la espermateca de las tortugas, se produce un fenómeno de “competencia espermática”, por la cual algunas células reproductivas masculinas se imponen a la hora de la fecundación o si ésta se produce en función de si el apareamiento ha sido más o menos reciente. Origen y evolución de la especie La tortuga mora, originaria hace 5 millones de años en el Cáucaso, tiene poblaciones naturales en diversos puntos de Asia, África y Europa. En España solo hay dos especies de tortugas terrestres, la mediterránea y la mora. Esta última habita desde hace unos 20.000 años en el sureste peninsular entre la Región de Murcia y Almería y, desde tiempos históricos, en Mallorca y en el Parque Nacional andaluz de Doñana, además de Ceuta y Melilla. Esto plantea dudas sobre su verdadero origen. Si la misma subespecie está presente también en el norte de África, ¿la tortuga mora se trata de una especie autóctona o introducida? Por el momento no hay identificados fósiles de tortugas moras en la península ibérica. Los primeros estudios genéticos concluyeron que las tortugas moras llegaron a Europa occidental tras la apertura del estrecho de Gibraltar en el Mioceno, hace unos 5 millones de años y provenían de las poblaciones del norte de África. Esta especie quedó catalogada como “introducida” en la península, pero se desconocía la posible mediación del ser humano en su expansión local en el sureste ibérico, principalmente Murcia y Almería.
María Victoria Jiménez
Investigadora del Área de Ecología UMH
Los investigadores de la UMH analizaron más de 400 ejemplares en 18 emplazamientos en el sureste ibérico, Marruecos y Argelia. Con distintas técnicas de análisis genético, hicieron un seguimiento de las mutaciones de la especie en el corto y en el largo plazo. Al distinguir genéticamente las tortugas ibéricas de las norteafricanas, se dieron cuenta de que el ser humano sigue influyendo en la distribución de estas poblaciones, puesto que algunos ejemplares habían sido introducidos recientemente. También, descubrieron que el origen de la población del sureste peninsular podría hallarse en una región cercana a Orán (Argelia) y su punto de llegada
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Tortuga mora
Testudo graeca graeca
Eva Graciá
Profesora del Área de Ecología UMH
Sin la capacidad de almacenar esperma, muchas poblaciones de tortuga mora se extinguirían en 200 años. más probable sería la cuenca de Vera (Almería). El patrón genético que encontraron se correspondía a una dispersión natural en el sureste ibérico desde finales del último período glacial. ¿Cuántas decenas de miles de años debe vivir una especie en un lugar para considerarse autóctona? Puede parecer una pregunta trivial pero la manera en que pensamos en el origen de las especies influye mucho en cuánto nos esforzamos por protegerlas. De hecho, los planes de conservación suelen enfocarse solamente a las especies consideradas nativas o autóctonas, pese a que sea difícil inferir el origen real de algunas poblaciones o se desconozcan las funciones que cumplen en los ecosistemas. Estudiar el origen de la tortuga mora en el sureste ibérico ha servido para entender la adaptación genética de las especies en un contexto de cambio climático. En 2013, la profesora del Área de Ecología Eva Graciá encontró huellas del llamado “surfing genético”, un fenómeno recientemente descrito, en las poblaciones de tortuga mora. Según este concepto, a medida que avanza la expansión de una especie se pierde diversidad genética, se generan gradientes e incluso sectores homogéneos y se alcanzan fuertes diferencias en poco espacio de terreno. Así, el azar, sumado a una capacidad de dispersión lenta y a una densidad baja de individuos, puede modelar la genética de los procesos de expansión de los organismos, algo atribuido hasta el momento a la selección natural
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El nombre “graeca” (griega) de la especie no proviene de su origen sino de la forma de las placas de su caparazón, que recuerdan a los mosaicos griegos. Por eso se la llama, alternativamente, “tortuga mora”, de Mauretania Tingitana, una provincia Romana en el norte de África, ahora parte de Marruecos, donde se encuentran sus mayores poblaciones y un mayor registro fósil. Tamaño: 15 cm (macho) y 18 cm (hembra) Peso: 600g (macho) 900g (hembra) Rasgos distintivos: caparazón abombado, de tonos amarillentos a verde oliva y negro. La placa supracaudal (encima de la cola) no está dividida. El peto o plastrón es amarillo con manchas negras, más evidentes en los individuos jóvenes. Ojos saltones, como las ranas. Cinco uñas en las patas delanteras y cuatro en las traseras. Espolón en la parte posterior del muslo. Situación: “De interés especial” según el Catálogo Nacional de Especies Amenazadas. En Peligro de Extinción según el Catálogo Andaluz de Especies Amenazadas, Vulnerable según el Catálogo de Especies Amenazadas de la Región de Murcia y según el Catálogo Balear de Especies Amenazadas. Protegida por el Convenio de Berna e incluida en el CITES y en la Directiva 1332/2005 de la Unión Europea, que establece la absoluta prohibición de captura de ejemplares salvajes. Alimentación: come plantas silvestres como alfalfa, cardos, diente de león o romero. Es ectoterma, su temperatura corporal depende exclusivamente de la temperatura ambiente. Por encima de los 27°C excavará un agujero en el suelo o se esconderá para huir del calor. En otoño deja de alimentarse durante unos veinte días para preparar la hibernación. Distingue formas y colores. Su olfato también es fino y lo utiliza para buscar alimento y pareja. Su oído no está desarrollado, pero nota las vibraciones del suelo y se orienta muy bien. En estado salvaje no suele superar los 20 años de vida.
Un modelo matemático predice el precio de la electricidad y permite ahorrar costes energéticos .
M Ángeles Gallar
atemáticos del Centro de Investigación Operativa de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche han desarrollado algoritmos basados en los utilizados tradicionalmente en econometría para predecir el precio de la energía. La empresa murciana Artificial Intelligence Talentum ha aplicado dichos modelos en el sistema de eficiencia energética PRIoTs (Predicción del Internet de las Cosas, en su acrónimo en inglés), con el objetivo de reducir los costes de la electricidad y la huella de carbono. Este sistema permite a los dispositivos inteligentes detectar el mejor momento para el consumo eléctrico, ya que tiene en cuenta el precio de la electricidad, si procede de una fuente limpia o no y si se adapta al patrón de uso del dispositivo.
La demanda de electricidad ha caído un 20% en los países que han aplicado un confinamiento absoluto pero, al mismo tiempo, ha aumentado la presencia de los productores de renovables. Este escenario complica, más si cabe, la capacidad de las economías para predecir las variaciones en el coste de la electricidad, una tarea imposible sin la aplicación de sistemas avanzados de computación y modelos matemáticos de resolución de problemas con múltiples variables. “Los modelos multiecuacionales nos permiten contemplar la influencia simultanea de numerosas variables y predecir cambios en unas a partir de cambios repentinos en otras”, explica el profesor de Lenguajes y Sistemas Informáticos de la UMH José Juan López Espín, responsable del proyecto que aplica modelos matemáticos al uso eficiente de la energía. El modelo predictivo de la UMH utiliza el histórico de datos de los precios de la energía para anticiparse a las oscilaciones del mercado. Antonio Vicente Contreras, desarrollador del modelo y CEO de la empresa AI Talentum, explica que esta tecnología tiene capacidad predictiva en tiempo real. A cada momento que va analizando la información, se actualizan las predicciones para las siguientes 24 horas, por lo que un dispositivo que esté utilizando los algoritmos PRIoTs podrá sugerir una planificación del consumo eléctrico que permite ahorrar hasta un 30% en la factura eléctrica.
para calcular de manera sencilla cuál es el consumo, de energía o de agua, que ha tenido la fabricación de ese producto como manera de que el consumidor, igual que sabe cuánto azúcar lleva un alimento, conozca también otros parámetros que son relevantes para el medio ambiente”. Además de en los procesos industriales, PRIoTs ha demostrado ser una herramienta eficiente para el sector privado. Algunas de las compañías distribuidoras de luz en España ya están implementando el algoritmo de la UMH y AI Talentum en los contadores inteligentes que instalan en los hogares. De esta manera, las utilities o empresas que aportan servicios públicos, también pueden contribuir a la reducción de la huella de carbono haciendo una distribución inteligente de la energía. Ya que el algoritmo no solo aprovecha los mejores precios, también tiene en cuenta si la electricidad vendrá de una fuente renovable o no.
José Juan López Espín
Profesor del Departamento de Estadística, Matemáticas e Informática UMH
La implementación de este sistema tiene un impacto ambiental positivo
De hecho, el algoritmo ya se ha aplicado con éxito en algunas empresas del sector productor primario. Fábricas, cadenas de montaje y otras infraestructuras que necesitan una gran cantidad de energía para funcionar, pueden implementar este sistema. El algoritmo aprende de las necesidades de la instalación y predice el mejor momento para el encendido de las máquinas, de manera que no solo reduce drásticamente el gasto en electricidad, ya que consigue las mejores tarifas, sino que disminuye la huella de carbono de la empresa y la del producto final que llega al consumidor.
“De hecho ahora mismo estamos esforzándonos en que este adelanto que supone el consumo eficiente por parte de los productores llegue al etiquetado de los productos”, explica Antonio Vicente Contreras, y añade: “Estamos muy concienciados en que en un momento dado nuestros algoritmos sirvan también
A gran escala, la implementación de este sistema tendría un impacto ambiental positivo ya que reduciría el consumo de energía durante las horas pico y, en consecuencia, se reducirían las emisiones de dióxido de carbono asociadas a la generación de electricidad.
Normalmente, este tipo de análisis tan complejo necesita de súper ordenadores con una alta capacidad de procesamiento de datos. No obstante, los investigadores de la UMH han desarrollado una modificación del software que puede utilizarse desde un ordenador personal corriente y obtener predicciones a horas vista. Según el investigador principal del proyecto, José Juan López Espín, el modelo matemático propuesto por el equipo de la UMH y AI Talentum es mucho más rápido que el software de cálculo estadístico que se suele utilizar en este tipo de operaciones. En el trabajo se contemplaron distintos modelos de ecuaciones habituales en problemas básicos de econometría, pero nunca se habían utilizado en el campo de la predicción energética. Además, los modelos implementados en el sistema de predicción de la UMH probaron ser los más eficientes. Para probar el algoritmo a la mayor velocidad posible y obtener predicciones de gran inmediatez, se colaboró con el grupo de computación paralela de la Universidad de Murcia utilizando el clúster de computación HETEROSOLAR de dicha Universidad.
La eficiencia del algoritmo fue puesta a prueba inicialmente para analizar las fluctuaciones en los tipos de cambio en el mercado de divisas. El mercado global de divisas (FOREX) es un sistema descentralizado en el que diferentes participantes, como bancos internacionales, empresas o inversores, pueden comprar, vender, intercambiar y especular sobre las monedas. Se considera el mercado financiero más grande del mundo en términos de volumen de negociación, estimado en 6,6 billones de dólares diarios según el Banco de Pagos Internacionales. La predicción del precio del tipo de cambio de un par de divisas (por ejemplo, euro frente a dólar) en tiempo real proporciona información valiosa para empresas e inversores, pero una estimación acertada y rápida de un mercado tan vasto, fluido e interconectado resulta muy difícil. Los investigadores de la UMH y la empresa AI Talentum, en colaboración con investigadores de la Universidad Católica de Murcia, desarrollaron un modelo denominado modelo elástico de red que tiene en cuenta el contexto del mercado global de divisas para modelar el comportamiento del mercado FOREX. Según el profesor López Espín, este modelo está inspirado en procedimientos naturales como el comportamiento de las macromoléculas en disolución. “Las fuerzas de tirantez de los átomos dentro de una molécula son muy similares a lo que ocurre con las divisas: si tiras del euro hacia abajo, baja el dólar, sube el yen, vuelve a subir el euro…”, explica el investigador. Para visualizar el problema, resulta útil imaginar las distintas monedas como objetos interconectados mediante muelles, al igual que están los átomos en una molécula. Si se activa un solo resorte, provocará una reacción de fuerzas en todo el conjunto, en todas direcciones. El algoritmo permite anticipar la evolución del mercado hasta 21 pares de divisas y así emular el comportamiento del mercado FOREX del mundo real. Lo que hace el modelo de predicción, explica Antonio Vicente Contreras, es “desintegrar” el estado de los tipos de cambio, tal y como se encuentran en el presente, y lanzarlos hacia el futuro. “Como el DeLorean en Regreso al Futuro”, añade el directivo de AI Talentum. El gran mérito de este trabajo es que consigue transportar al futuro el coche al completo y en un tiempo récord. La empresa que comercializa ambos modelos de predicción, Artificial Intelligence Talentum, está dedicada al diseño y desarrollo de algoritmos de inteligencia artificial para modelos de predicción. Sus sistemas con capacidad de aprendizaje automático facilitan y automatizan el proceso de toma de decisiones en diferentes ámbitos, como las finanzas, la energía, la industria 4.0 y el Internet de las cosas. Por parte de la UMH, además del profesor López Espín, el grupo de trabajo del CIO ha estado compuesto por investigadores y doctorandos de carácter interdisciplinar, especialistas en informática y matemáticas: María Carmen Perea, María Victoria Herranz, Antonio Peñalver, Belén Pérez, Martín González y Rocío Hernández. El proyecto “Desarrollo de técnicas de modelado estadístico para la predicción en el mercado eléctrico” del que han derivado estas tecnologías ha sido financiado en el marco del Programa de Ayuda a la Investigación y Desarrollo Tecnológico del Instituto de Fomento para el desarrollo económico de la Comunidad Autónoma de la Región de Murcia. También ha apoyado esta iniciativa el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial, dependiente de la Secretaría General de Innovación del Ministerio de Ciencia e Innovación de España
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Contreras ET AL 2018 https://doi.org/10.1016/j.simpat.2018.04.008
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ste modelo matemático de predicción del mercado de divisas está inspirado en el movimiento browniano de las partículas. En 1827, el biólogo y botánico Robert Brown observó en el microscopio granos de polen suspendidos en agua. El agua parecía estar quieta pero el polen se movía. ¡¿Estaba vivo?! No. En realidad, Brown podía ver cada mota de polen porque son grandes pero no podía ver cada molécula del agua y cómo éstas empujaban el polen constantemente, en todas direcciones, de forma aleatoria. En su época, los átomos y las moléculas existían solo en teoría y habría que esperar hasta 1910 para que Albert Einstein explicase con detalle qué sucedió exactamente aquel día en el microscopio de Brown. El movimiento browniano se puede observar fácilmente mientras se limpia el polvo en una habitación semioscura. Si se deja pasar un rayo de luz por la ventana, se verán las partículas de polvo en suspensión volando hacia todas partes. ¿Por qué el polvo no cae, simplemente, hacia abajo? En este caso el fluido no es agua sino gas, pero el principio es el mismo. Aunque no son visibles, las moléculas del aire se mueven de forma aleatoria y empujan las motas de polvo, repetidamente, en todas direcciones.
El lenguaje de signos de los glóbulos rojos
En busca de tratamientos antivirales ecosostenibles para la acuicultura
U Ángeles Gallar
n proyecto europeo de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche avanza en el tratamiento de las infecciones virales que afectan al sector acuicultor. La clave de estas investigaciones se halla en cómo los glóbulos rojos dan la voz de alarma y comunican la necesidad de combatir los agentes patógenos. La investigadora del Instituto de Investigación, Desarrollo e Innovación en Biotecnología Sanitaria de Elche (IDiBE) de la UMH María del Mar Ortega-Villaizán ha encontrado mecanismos y proteínas que los glóbulos rojos usan para alertar y combatir el ataque del enemigo. Sus hallazgos servirán para reforzar el sistema inmunitario de los peces de piscifactoría de forma sostenible y así garantizar el consumo mundial de pescado.
La investigadora del IDiBE UMH María del Mar Ortega-Villaizán junto a los miembros de su laboratorio.
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En 1953, Robert A. Nelson describió un nuevo papel de los glóbulos rojos de mamíferos como parte del sistema inmunológico, más allá del transporte de oxígeno a los tejidos. Este fue el punto de partida del proyecto europeo BloodCellsCrosstalk de la investigadora de la UMH María del Mar Ortega-Villaizán: estudiar los mecanismos de comunicación entre los glóbulos rojos de los peces y su sistema inmune para frenar las enfermedades infecciosas que causan grandes pérdidas económicas en el sector acuicultor. Más adelante, se ha confirmado que los glóbulos rojos participan en el reconocimiento de patógenos, en su unión y en la producción de citoquinas, las proteínas responsables de la comunicación intercelular. No es que los glóbulos rojos de peces y humanos sean idénticos. Los glóbulos rojos o eritrocitos son las células más numerosas de la sangre, de ahí su color. Pero, mientras que los eritrocitos de los mamíferos pierden su núcleo al alcanzar la madurez, los anfibios, reptiles y aves lo mantienen. La diferencia entre tener núcleo y no tenerlo, si eres un glóbulo rojo, es que puedes lanzar señales en forma de proteínas al exterior, en función de los estímulos que recibas. En el caso de los peces, sus glóbulos rojos tienen núcleo y son más grandes que los de los humanos. Los peces son el grupo de vertebrados filogenéticamente más antiguo con un sistema inmune parecido al de los mamíferos. Sin embargo, todavía se desconocen muchos de los mecanismos de su respuesta a las enfermedades infecciosas. La sangre de los peces contiene muchas de las células que también se encuentran en la de los mamíferos: por ejemplo leucocitos o glóbulos blancos, que combaten las infecciones; así como trombocitos, para restaurar los tejidos ante una herida.
en los eritrocitos de la trucha no conseguían desarrollar la infección”, explica Ortega-Villaizán. Algo dentro de los glóbulos rojos estaba impidiendo que el virus se replicase. “Descubrimos que ciertas proteínas del eritrocito se activaban y disminuían la replicación del virus”, relata la profesora. El proyecto de Ortega-Villaizán también ha estudiado el papel de los eritrocitos ante la vacunación de ADN. El objetivo general de cualquier vacuna es exponer al sistema inmune a las partes más relevantes de un patógeno, llamadas antígenos, de forma segura. El antígeno es lo que entrena al sistema inmune para localizar la infección, de manera que esté mejor preparado para combatir dicha enfermedad en el futuro. Las vacunas convencionales contienen una versión debilitada o inerte del virus, pero las vacunas de ADN son distintas. En cierto sentido, este tipo de vacuna reprograma a las células para que fabriquen su propio antígeno. En el laboratorio de Ortega-Villaizán han analizado la respuesta de los glóbulos rojos de la trucha arcoíris a una vacunación con la glicoproteína G del virus VHSV. Según sus resultados, los glóbulos rojos de organismos vacunados demostraron generar una potente respuesta inmune antiviral. No solo tienen un gran papel en la eliminación del virus, sino que también pueden transportar su glicoproteína G, esa parte importante que el sistema inmune debe recordar, el antígeno codificado por la vacuna de ADN.
Eritrocitos nucleados de trucha arcoíris. Fotografía: María del Mar Ortega-Villaizan
Las citoquinas se encargan de alertar al sistema inmune durante una infección
Una parte importante en la comunicación entre las células de la sangre de los peces son las citoquinas, las moléculas que se encargan de alertar al sistema inmune durante una infección. Según explica Ortega-Villaizán, “los eritrocitos de los peces regulan la producción de citoquinas después de enfrentarse al patógeno, pero no es una respuesta muy elevada a nivel de una única célula, ya que si todos los eritrocitos de la sangre produjeran una respuesta exacerbada cuando hay una infección, el organismo entraría en choque séptico”. “No obstante, los eritrocitos actúan como altavoces que anuncian: ¡Hay un problema!”, continúa. A la luz de estas evidencias, el proyecto BloodCellsCrosstalk de la UMH se planteó: ¿podrían los eritrocitos nucleados de los peces ser los mediadores clave de las respuestas antivirales? Para responder a esta pregunta, el proyecto se centra en la comunicación cruzada (en inglés crosstalk) entre los glóbulos rojos y blancos en el escenario de las infecciones virales y la profilaxis de los peces. En el laboratorio de Ortega-Villaizán trabajan con la trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss, una especie común en acuicultura), con el virus de la septicemia hemorrágica vírica (VHSV) y con el virus de la necrosis pancreática infecciosa (IPNV). Estas enfermedades causan grandes pérdidas económicas en el sector.
Cuando el pez se infecta puede hacer una reacción inflamatoria como en los humanos. Entonces, entra en acción el sistema inmunitario. La profesora de la UMH explica que la idea es fortalecer los mecanismos internos de la trucha arcoíris para prevenir el avance de la infección. Uno de sus descubrimientos destacados tiene que ver, precisamente, con el papel que desempeñan los glóbulos rojos en el sistema inmune de los peces. “Observamos que, cuando los virus VHSV o IPNV entraban
Las conclusiones del proyecto indican que, ante la infección, los glóbulos rojos de las truchas producen citoquinas y moléculas antivirales. La investigadora de la UMH ha identificado qué proteínas antivirales podrían utilizarse como tratamiento para reforzar el sistema inmunitario de los peces como alternativa a otras medicaciones, ya que su destino final es el consumo humano.
La aplicación industrial de estos resultados será necesaria para garantizar el consumo de pescado en un contexto de cambio climático y crecimiento de la población. La captura de peces para el consumo ha alcanzado su máxima capacidad, por lo que el 47% del pescado que se consume en el mundo ya proviene de la acuicultura. Pero, a pesar del crecimiento que ha experimentado el sector en los últimos años, se estima que las piscifactorías sufren pérdidas de la mitad de sus especímenes cada año debido a enfermedades. Porque, si bien existen tratamientos antivirales preventivos como algunas vacunas, todavía no se dispone de tratamientos que puedan controlar la infección una vez se ha producido. La solución que propone el laboratorio de Ortega-Villaizán (IDiBE- UMH) es no introducir nada exógeno al pez sino favorecer que su organismo fabrique más proteínas antivirales frente al ataque de una infección. Tal y como apunta la profesora Ortega-Villaizán, este sería un tratamiento ecosostenible, una solución efectiva y acorde a un uso responsable de los recursos naturales, que utiliza los mecanismos de comunicación de las células para después ayudarles a protegerse en su propio y complejo lenguaje
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---------------------------------------------------------------------------------El proyecto BloodCellsCrosstalk se inició en abril de 2015 y finaliza en octubre de 2020. Ha sido financiado con 1.823.250€ del European Research Council (Consejo Europeo de Investigación) con fondos destinados a laboratorios de excelencia que están consolidando su labor investigadora. UMHSAPIENS
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