Selección Española de la Ciencia 2014: Carlos Duarte

Ha dirigido la primera Expedición Oceanográfica española en el Ártico y la expedición de circunnavegación Malaspina 2010, en la que se ha secuenciado por primera vez el genoma del océano, desde la superficie hasta una profundidad de 4.000 metros, según explica con orgullo.

Deme alguna noticia buena relacionada con el medio ambiente.
Hemos constatado que la abundancia de peces en el océano es treinta veces superior a lo que se pensaba. El gran stock de peces mesopelágicos está todavía sin tocar. No se sabía es el tamaño de su población, porque son animales que tienen una gran capacidad sensorial para evitar redes y otras artes de captura. Se tenía una estima, pero sin una base empírica buena. Ahora disponemos de esos datos derivados de métodos de acústica muy fiables. Esa es una buena noticia. Pero hay más. Como fruto de los cambios del calentamiento del Ártico se ha producido un aumento espectacular del stock de bacalao noruego. Está en unos niveles que jamás se habían constatado porque ha podido ocupar áreas antes inaccesibles. Y lo mismo ocurre con ecosistemas que están apareciendo en el Ártico, como los bosques de algas y praderas submarinas que hasta ahora no podían crecer por el hielo que había. Algunos beneficios derivados del cambio climático son positivos. No todo es negativo.

La Expedición Malaspina 2010 ha secuenciado el genoma del océano ¿Qué supone eso?
Hay cerca de un millón de especies marinas, aunque sólo conocemos la quinta parte. Una buena cantidad de ellas son microbianas e incluso células individuales. Morfológicamente no tienen caracteres muy distintos, por lo que incluso, por mera observación, es imposible saber si pertenecen al mismo grupo o no. Para evaluar cuál es esa riqueza genética en términos de especies, recurrimos a la secuenciación masiva y la evaluación de su ADN. Básicamente, lo que hacemos es recoger en un filtro todas las células y organismos que viven en un metro cúbico de agua, es decir, recogemos su ADN. Esto nos permite secuenciar no ya el genoma de una sola especie, sino de las decenas o miles que viven en la muestra analizada. Con la ingente cantidad de secuencias obtenidas, y a través de métodos muy tediosos de bioinformática, vamos alineando y ordenando todo el material para identificar cuántas especies existen en esa cantidad de agua y a qué tipo de organismo pertenecen. Eso es lo que estamos haciendo ahora en la Expedición Malaspina. Hasta este momento, había muestras de la superficie del océano, pero de aguas profundas solo había dos, una del Mediterráneo y otra del Atlántico Norte. Ahora, por primera vez, hemos logrado una colección global que va desde la superficie del agua hasta los 4.000 m de profundidad.

Los métodos de secuenciación masiva no son del todo precisos…
Son muy útiles porque generan de forma muy rápida grandes cantidades de datos, pero también es cierto que contienen muchos errores. Para minimizarlo, hay un paso tedioso, pero fundamental, que consiste en limpiar la información obtenida. Ahora estamos completando este paso y llegando a evaluar el número de especies que hay en el océano. Lo siguiente no es tanto fijarse en cuántas hay, sino en qué funciones tienen, que es realmente de donde se pueden derivar aplicaciones. En la Expedición Malaspina hemos descubierto que gran parte de lo que vamos encontrando es nuevo para la ciencia. El 90% de los genes que hallamos en agua profundas no se habían descrito ni existían referencias en las bases de datos de la bioinformática. O sea, no son sólo nuevos, sino que tienen funciones desconocidas, posiblemente procesos metabólicos que pueden tener aplicaciones en el futuro. En el caso de las especies, tampoco se tenía constancia de un 86% de ellas.

¿Qué se hace con toda la información?
Hemos descrito qué hay, qué capacidades tienen, qué funciones desarrollan. Ahora lo que queda es ver cómo podemos utilizar esas funciones. Aquí hay muchos pasos y muchas complicaciones. La primera es que hay varias decenas de millones de genes nuevos y no tenemos la capacidad de evaluar lo que hace cada uno. Para gestionar la información, hemos contribuido al inicio de una empresa, The Deep Blue Sea Enterprise. Nuestra intención con ella es crear un marco colaborativo en el sector de bioinformática mundial, porque ni nosotros ni nuestros socios industriales tenemos la capacidad de explorar todos esos genes. La estrategia, pues, pasa por aislar especies, describir genes y ofrecerlos a la comunidad de Biotecnología. Se pueden licenciar determinadas partes durante un tiempo y, si las investigaciones no fructifican, seguir con otros genes.

¿A quién pertenece el genoma del océano?
Hay un asunto en el que llevamos trabajando bastante tiempo: la gobernanza de este patrimonio global que es la biodiversidad del océano y el valor de sus genes. Nosotros no estamos satisfechos con que los genes se patenten y se conviertan en propiedades privadas. Hace tres años propusimos a Naciones Unidas que se crease una autoridad que gobernase ese patrimonio de forma que por un lado proporcionase un retorno justo y razonable a los que hiciesen los descubrimientos y la investigación, y que por otro permitiera el acceso a estos recursos por parte de la humanidad. Naciones Unidas está ahora discutiéndolo y tiene bastantes visos de salir adelante. Ya el año pasado hubo una decisión del Tribunal Supremo norteamericano dando un espaldarazo importante, solo que en ese caso se refería a los humanos y no el océano. Dictaminó que, como principio, los genes de organismos vivos no son patentables. El proceso se desencadenó como consecuencia del litigio sobre un kit para el diagnóstico de la mutación de un gen asociado al cáncer de mama. De hecho, fue el kit que utilizó Angelina Jolie para evaluar su tendencia a la enfermedad. La particularidad de Estados Unidos es que el Tribunal Supremo no sienta jurisprudencia, sino principios. El modelo de gestión, pues, tiene que cambiar y eso nos permite aventurar que nuestra propuesta llegará a buen puerto.

Recientemente, se ha creado un cromosoma sintético partiendo de levadura ¿Qué diferencia hay entre uno natural y otro sintético?
Lo que se está intentando es generar organismos con genomas que han sido sintetizados in vitro en lugar de ser fruto de los procesos hereditarios naturales. Pero, antes de nada, lo que habría que hacer es rebajar un poco las expectativas en relación a estos descubrimientos. En algunos casos se ha reportado que van a dar lugar a aplicaciones inmediatas y realmente es un hito, pero esas aplicaciones no serán una realidad a corto plazo. De hecho esta disciplina de la Biología sintética la inició Craig Venter, el biólogo que lideró la secuenciación del genoma humano, con la empresa Celera Genomics. Tras ese hallazgo, invirtió parte de sus ganancias en generar un centro de investigación marina que se llama el Craig Venter Oceanografic Institute. Una de las primeras cosas que hizo fue financiar a bordo de su yate, un velero, una expedición de circunnavegación para secuenciar el genoma del océano, pero sólo de las aguas superficiales. Fruto de esa expedición, previa a la de Malaspina, fueron los 60 millones de secuencias de genes nuevos que se depositaron en las bases de datos de GeneBank. Hace tres años, Craig Venter creó el primer genoma sintético. En realidad, lo que hizo fue reemplazar el genoma de una bacteria por una secuencia de genes ensamblados in vitro y comprobar que era capaz de reproducirse y funcionar como un organismo vivo normal. El objetivo del señor Venter era generar microorganismos capaces de convertir CO2 en metanol y resolver el problema del cambio climático y otra serie de funciones que estarán impulsadas por los genes encontrados en los microorganismos marinos.

¿Es, pues, Venter es el padre de la vida sintética?
Desde luego, él dio el primer paso. El segundo se ha llevado a cabo ahora porque en lugar de trabajar con una bacteria, se ha utilizado una célula eucariota, es decir, un organismo más complicado, el de una levadura, que ya tiene un cromosoma. De todas maneras, yo creo que la palabra sintético es inapropiada porque nadie hasta ahora ha producido un gen artificial, es decir, un gen que no existiese en la naturaleza. Deberíamos rebajar el entusiasmo porque no se está generando vida, sino lo que en Biología se llaman quimeras, es decir organismos cuyo genomas son mezclas de otros.

¿Dónde está el límite ético de todo esto?
En España ahora mismo hay un Comité Nacional de Bioética, aunque más bien tiene que ver con intrusiones de la religión en la ciencia que con otra cosa. Pero es cierto que la ciencia debe estar regulada por una serie de principios. Por ejemplo, la experimentación con animales está sujeta a filtros detallados. Ya no vale generarles sufrimiento para producir nuevos cosméticos o cosas por el estilo, como tampoco son válidas las prácticas que pueden entrañar riesgos. Por ejemplo, ahora mismo en Internet se puede comprar un kit para alterar el genoma de una especie de cianobacteria que se llama Synechococcus. Este organismo fotosintético es el dominante en el océano abierto. De él sale la tercera parte del oxígeno que respiramos. Y a pesar de eso, se puede adquirir por 50 dólares y pedir que lo manden por correo. Ni que decir tiene que podríamos tener un problema global muy serio si alguien juega con ello en su casa, genera una cosa totalmente disfuncional y llega al océano. En estos aspectos es también donde la ética debe fijarse con rapidez porque los desarrollos son mucho más rápidos que la adecuación del marco legal o de las discusiones sobre los aspectos éticos de la investigación.

P. ¿Está en el océano la salvación del planeta?
Es un poco frustrante que, en lugar de mirar hacia el océano, se esté dando más importancia a buscar un planeta nuevo al que la humanidad se pueda trasladar cuando este ya lo hayamos acabado de destrozar. Se está potenciando la exploración planetaria o de exoplanetas para asegurar nuestra perpetuación, cuando en realidad todavía no conocemos la Tierra ni la hemos mirado con el mismo nivel de detalle que lo hacemos con Marte. El ser humano se va a enfrentar a grandes desafíos que tienen que ver con la limitación de recursos y una población creciente. En el año 2050 habremos llegado a nuestra capacidad límite de generación de alimentos para la población existente. Eso sin contar con los problemas graves de cambio climático que van a hacer que las condiciones de vida y bienestar sean cada vez más difíciles. Por todo eso deberíamos acelerar la exploración del océano, porque es ahí donde encontraremos respuestas para estos problemas y desafíos. La idea de que podemos seguir esquilmando nuestro planeta porque en algún momento nos asentaremos en otro es descaballeda. El lugar más próximo que pudiera hipotéticamente tener condiciones compatibles con la vida está en el sistema estelar Alfa Centauri. Se halla a 4,37 años luz, que es como ir y volver a Marte 178.000 veces. Por otra parte, tendríamos que reproducir en ese lugar las mismas condiciones que permitieron nuestro desarrollo en la Tierra. Las cyanobacterias y los microorganismos cambiaron la atmósfera terráquea, la temperatura, e hicieron que las condiciones del planeta fueran compatibles con la vida. Todo ese proceso llevó cerca de mil millones de años. No parece que vayamos a tener tanto tiempo. Resulta, pues, frustrante que no nos demos cuenta de que donde tenemos que invertir es en la exploración del océano y en la capacidad de extraer de él recursos de forma sostenible.

¿Es posible que del océano podamos obtener toda la energía que necesitaremos?
No creo que la solución al problema energético pase por una única vía, sino por una mezcla de distintas opciones. Ahora mismo, en el mar, hay cuatro fuentes de energía que no plantean ningún impedimento técnico para su explotación: el viento que sopla sobre los océanos, las propias mareas, las diferencias de temperaturas existentes entre la superficie y el fondo, y los biocombustibles de algas grandes, que serán las que permitan la generación de combustibles de forma eficiente desde el punto de vista del rendimiento energético.

También es difícil pensar que del océano obtendremos los recursos alimenticios suficientes.
No nos estamos dando cuenta de la importancia de la acuicultura marina y de la rapidez con la que está evolucionando. Como industria, tiene una historia de apenas 30 años, mientras que la agricultura tradicional ya existía hace 10.000. Y sin embargo, en esas tres décadas hemos domesticado más especies de animales y plantas en el océano que las que hemos aprovechado en 10.000 años en la Tierra. Vamos a un ritmo de diez anualmente y no hay ninguna razón por la que no podamos domesticar todas las que son objeto de consumo por la humanidad, o sea, 3.500. De animales marinos, vamos por cerca del 10% de esas 3.500 especies, y ya existen cultivos de algas a gran escala. Lo vemos todos los días en el supermercado. El 50% de toda la producción de alimentos de origen marino se produce ya en acuicultura.

Suena muy idílico.
La única esperanza pasa por potenciar esta vía. Por supuesto, generaría desafíos como el de la sostenibilidad. Para ello habrá que cerrar el ciclo de la alimentación dentro de la propia acuicultura, crear grandes extensiones masivas de granjas de algas. Muchas ya existen en China. Se ven desde el espacio. La más grande tiene 35 kilómetros a lo largo de la costa y se extiende a más de 15 km mar adentro. En España, que es donde se inició en el mundo occidental, comenzó en La Línea (Cádiz) hace más de una década, pero sigue habiendo poca cría. Sin embargo, yo creo que tiene un importante recorrido.

Sería fantástico si también pudiéramos sacarle partido a la invasión de medusas de nuestras costas.
A las medusas ya le sacamos provecho, y mucho. El primero, salvar vidas humanas. En 1913 los investigadores pensaban que a medida que nos exponíamos más a una sustancia tóxica, el organismo se iba haciendo más resistente. Sin embargo, se descubrió precisamente lo contrario. Los experimentos se hicieron exponiendo a una serie de marineros a la reacción anafiláctica que provoca la llamada carabela portuguesa. El siguiente hallazgo, mucho más reciente, fue en 2008. Tres investigadores obtuvieron el Premio Nobel de Química por el descubrimiento e identificación de las aplicaciones de las proteínas verdes fluorescentes extraídas de una medusa. Ahora se utilizan en todas las técnicas avanzadas de visualización en Biología, como por ejemplo la detección temprana del cáncer. Además de su papel “salvador”, nos las comemos. En España todavía no, pero en Asia hay pesquerías florecientes de medusas. Las capturas empiezan a ser tan importantes que ya hay cierta preocupación por su sostenibilidad. Y desde el punto de vista estético, es casi imposible ir a un acuario de calidad sin encontrarse con tanques iluminados débilmente para admirar la belleza de estos animales. Y, en contra de lo que se cree, no están creciendo a nivel global.

Usted habla de secuestrar el CO2.
Es un término que se utiliza para referirse a la capacidad de tomar CO2 atmosférico y retirarlo del intercambio de circulación de la atmósfera. El objetivo es evitar que incida en el efecto invernadero y en el calentamiento climático. Hay técnicas químicas para hacerlo que se pueden aplicar en factorías y plantas de energía pero, evolutivamente, el procedimiento más eficiente es la fotosíntesis. Normalmente, pensamos en el Amazonas como en el pulmón de la biosfera. En realidad, una hectárea de vegetación de determinadas plantas marinas tiene la misma capacidad de secuestrar CO2 que 15 hectáreas de bosque amazónico. Me refiero a los bosques costeros de vegetación marina, marismas y manglares, y a las praderas submarinas de plantas superiores. Mientras que en los bosques hay incendios periódicamente y terminan devolviendo a la atmósfera lo capturado por la fotosíntesis, los sedimentos marinos mantienen el CO2 durante milenios porque, al estar cubiertos de agua, no son pasto de las llamas. Y eso sin hablar de su capacidad para elevar el nivel de sedimento y compensar el aumento del nivel del mar.

¿Está usted hablando de carbono azul?
Sí. Se trata de una estrategia que propuse en Naciones Unidas. En el año 2009, en colaboración con varias agencias de este organismo internacional, generamos un librito con nuevas medidas para mitigar el calentamiento climático donde lanzamos el concepto de carbono azul. Ya hay varios programas nacionales al respecto que exploran la capacidad de gestionar estos ecosistemas y maximizar la cantidad de CO2 retirado.

El daño medioambiental realizado es mucho. ¿Se puede recuperar lo perdido?
Muchas veces tendemos a centrar la mirada sobre las noticias negativas e incluso a amplificarlas. Creo que es el momento de equilibrar un poco nuestro discurso desde la ciencia en cuanto a los problemas del océano porque la percepción de que el mar, incluido el Mediterráno, está muerto no es cierta. Los problemas son mucho menores de lo que el ciudadano percibe y el estado de salud de los mares no es tan malo. Si seguimos insistiendo en ello y en que son causa perdida, solo lograremos la inhibición de la necesidad de mejorarlos. Cierto que hay problemas, pero con nuestra ayuda los océanos pueden recuperar su vitalidad.

¿Por qué el mar es salado y no dulce como los lagos?
Todos los ríos van diluyendo rocas que liberan sales y terminan en el océano. Allí se evapora el agua, pero las sales permanecen y se concentran. La composición de la salinidad de los oceános está más o menos en equilibrio entre lo que aportan los ríos y la formación de rocas en el fondo marino. Existen también lagos que, al no tener salida, se van haciendo cada vez más salinos. Curiosamente, nuestras lágrimas tienen un sabor salado porque tienen casi la misma composición que el océano. De hecho, doce lágrimas son equivalente a un mililitro de agua del océano. Lloramos océano.

Marta García Fernández