PANEL 28 LA HISTORIA DE LA VIDA, ESCRITA EN CADA ÁTOMO. THE HISTORY OF LIFE IS WRITTEN INTO EACH ATOM

LA HISTORIA DE LA VIDA, ESCRITA EN CADA ÁTOMO
El mundo no es más que una interrelación de átomos. Para nombrar cada tipo, los hemos separado por elementos químicos. Todos los átomos de oxígeno, por ejemplo, tienen el mismo número de protones y de electrones, pero no tienen por qué tener la misma cantidad de neutrones. Los átomos diferentes de un mismo elemento son isótopos de ese elemento. La abundancia relativa de cada uno de estos isótopos en todo tipo de materiales (una roca, el agua, tejidos animales o vegetales...) proporciona a los expertos una valiosa fuente de información a la hora de investigar la dieta y las migraciones de los animales, o múltiples aspectos relacionados con el cambio climático como, por ejemplo, los incrementos en la temperatura del aire y de los océanos, o los cambios en la dinámica del agua... Este tipo de investigaciones son particularmente importantes en regiones de la Tierra, como la Antártida, que se están viendo especialmente afectadas por el calentamiento global. Además, estas regiones polares proporcionan un material único a la hora de reconstruir la historia climática de la Tierra: las pequeñas burbujas de aire que, durante miles de años, han estado atrapadas en trozos de hielo.

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En los últimos años se han implementado diferentes programas de seguimiento ecológico con el objetivo de proporcionar información a largo plazo sobre determinados parámetros fisicoquímicos o biológicos que permitan evaluar el estado actual de los ecosistemas (así como de los recursos asociados), estudiar su dinámica y predecir cambios potenciales en respuesta a procesos naturales o de origen humano (denominados comúnmente como vectores del cambio global). Como complemento a los muchos parámetros que habitualmente se cuantifican mediante tales programas, la determinación de la composición isotópica (abundancia relativa de los diferentes isótopos estables de un determinado elemento químico) de una amplia variedad de sustratos (tanto orgánicos como inorgánicos) se ha propuesto como una aproximación ideal a la hora de evaluar el estado de los ecosistemas, identificar posibles perturbaciones, así como sus causas, y predecir el efecto potencial de dichos cambios en la estructura y funcionamiento de los mismos. La aplicabilidad del seguimiento isotópico en estos programas en particular, y en ecología en general, se basa en el hecho de que todo cambio ambiental (ya sea natural o inducido por la actividad humana) se traduce en variaciones en la composición isotópica de los ecosistemas que se transmiten de una forma predecible a lo largo de las cadenas tróficas. Así pues, mediante la implementación de las aproximaciones isotópicas en los programas de seguimiento ecológico a largo plazo, podemos evaluar cambios en la dinámica de los ecosistemas (por ejemplo, cambios en la dinámica del agua); podemos reconstruir el flujo de nutrientes y energía a lo largo de las cadenas tróficas y evaluar, por lo tanto, posibles alteraciones en la estructura y el funcionamiento de las mismas; podemos detectar cambios en la utilización de hábitats por parte de la fauna silvestre producidos por alteraciones antrópicas del paisaje (destrucción de hábitats naturales); e incluso podemos detectar posibles cambios en los patrones de migración de aquellas especies cuyas áreas de invernada difieren de las áreas de reproducción. Las aproximaciones isotópicas se han convertido, por lo tanto, en unas herramientas ideales a la hora de complementar estudios más convencionales dirigidos a evaluar el impacto de los vectores de cambio global sobre los ecosistemas naturales y las poblaciones salvajes.

BIBLIOGRAFÍA:
1) S. D. Emslie and W. P. Patterson (2007) Abrupt recent shift in δ13C and δ15N values in Adélie penguin eggshell in Antarctica. P Natl Acad Sci USA 104(28) 11666–11669
2) R. Petit, J. Jouzel, D. Raynaud, et al. (1999) Climate and atmospheric history of the past 420.000 years from the Vostok ice core, Antarctica. Nature 399: 429-436.
3) D. G. Vaughan, G. J. Marshall, W. M. Connolley et al. (2003) Recent rapid regional climate warming on the Antarctic Peninsula. Climatic Change 60: 243–274.

FOTOGRAFÍA: Pingüinos barbijo (Pygoscelis antarcticus) en la Antártida. © HÉCTOR GARRIDO/EBD-CSIC

THE HISTORY OF LIFE IS WRITTEN INTO EACH ATOM 

The world can be viewed as no more than a set of interacting atoms. We divide and name these atoms according to their chemical characteristics. Every oxygen atom, for example, has the same number of protons and electrons, but not necessarily the same number of neutrons. These different versions of atoms of the same element are known as isotopes. The relative abundance of these isotopes in other materials (rocks, water, animal or plant tissue) provides a valuable source of information to investigate natural processes such as diet or migratory behaviour. These methods can also detect responses related to climate change such as changes in air and water temperature or altered water cycles. It is particularly important to track these changes in regions of the world, such as the Antarctic, that are suffering the worst effects of global warming. Polar regions also provide us with a unique resource for studying the past world climate over many 1000s of years - tiny bubbles of air trapped deep in the ice. 

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Several long-term ecological monitoring programs measuring various chemical and biological factors are currently underway to investigate the condition of ecosystems (and associated resources), to measure their dynamics, and to predict their potential future responses to natural or anthropogenic climate change. Many of these programs are making use of relative isotope abundance measures (different stable chemical states of the same element) from a variety of sources (organic and inorganic). Isotope measures have been proposed as an ideal method to evaluate ecosystem status, identify changes and their causes, and predict subsequent changes in ecosystem structure and function. The theory behind these measures is that all environmental changes (natural and man-made) cause predictable changes in isotope abundance that then cascade through the entire food chain. Long-term monitoring programs that measure isotope abundance aim to evaluate changes in ecosystem dynamics (for example, changes in the water cycle). These programs can reconstruct the flow of nutrients and energy to evaluate changes in the structure and function of food chains. Or they can detect changes in habitat use by wild animals, perhaps in response to human activities. Finally, they can detect changes in migrations patterns of species that have separate wintering and reproductive areas. Isotopes appear to be the ideal tool to complement more traditional methods aimed at measuring the impact of global change on ecosystems and wild populations. 

FURTHER READING

1) S. D. Emslie and W. P. Patterson (2007) Abrupt recent shift in δ13C and δ15N values in Adélie penguin eggshell in Antarctica. P Natl Acad Sci USA 104(28) 11666–11669
2) R. Petit, J. Jouzel, D. Raynaud, et al. (1999) Climate and atmospheric history of the past 420.000 years from the Vostok ice core, Antarctica. Nature 399: 429-436.
3) D. G. Vaughan, G. J. Marshall, W. M. Connolley et al. (2003) Recent rapid regional climate warming on the Antarctic Peninsula. Climatic Change 60: 243–274. 

PHOTOGRAPH: Chinstrap Penguin (Pygoscelis antarcticus) in Antarctica. © HÉCTOR GARRIDO/EBD-CSIC