Descubren en Colombia nuevas bacterias que comen plásticos y residuos agrícolas

Revista hipÓtesis 

Empleando una novedosa estrategia de evolución/selección dirigida, diseñada en la Universidad de los Andes, científicos encontraron nuevas bacterias capaces de degradar plásticos y residuos agrícolas

Con base en los análisis de ADN, los investigadores determinaron que esta nueva comunidad microbiana está compuesta por tres especies de bacterias. Dos de ellas son nuevos taxones (un nuevo género y una nueva especie) nunca antes descritos ni reportados en la literatura, y provenientes de suelos andinos colombianos.

Así queda consignado en un artículo, elaborado por científicos colombianos, y recién publicado en la revista ISME Communications, (adjunta a la Sociedad Internacional de Ecología Microbiana), de la Editorial Springer Nature.

De acuerdo con sus autores, una de estas bacterias, llamada Pristimantibacillus lignocellulolyticus, tiene un enorme potencial enzimático para la degradación y transformación de residuos vegetales. Esto último es muy importante para los procesos de sacarificación (liberación de azucares de material vegetal) en las biorefinerias.

Imagen de los experimentos llevados a cabo por el profesor Jiménez y su equipo. Foto: Archivo particular.

“Por otro lado, y con base en análisis químicos estructurales de los derivados de la lignina (polímero vegetal de compuestos aromáticos) y de los plásticos, logramos determinar que una de las especies de este consorcio (comunidad), perteneciente al género Pseudomonas, tiene la capacidad de metabolizar compuestos aromáticos derivados de los plásticos de origen fósil, como el tereftalato, el famoso PET, y producir polímeros biodegradables”, asegura el investigador Diego Javier Jiménez,  director del Grupo de Investigación en MICRObiomas y BIOenergía de los Andes, y principal autor del estudio.

Según el investigador, la comunidad bacteriana mínima que diseñaron tiene un enorme potencial para ser una plataforma biotecnológica en la producción de enzimas útiles en la transformación y aprovechamiento de residuos agrícolas y plásticos.

“Por otro lado uno de los miembros de esta comunidad podría ser una especie prometedora para la producción de bioplásticos a partir de compuestos derivados de la lignina y de los plásticos de origen fósil, como el PET”, afirma Jiménez, y agrega que, esto último, podría ser una estrategia interesante e innovadora para el upcyling y la economía circular de los plásticos no biodegradables en Colombia.

El estudio de los microbiomas de suelo como aporte a la bioeconomía

La investigación del profesor Jiménez se encuentra enmarcada en el estudio de comunidades microbianas, que incluyen a bacterias y hongos, en los suelos de los bosques andinos y de los manglares. De manera particular, Jiménez y su grupo estudian cómo diseñar en el laboratorio y caracterizar con estudios de ADN comunidades microbianas de estos ecosistemas, que tengan la capacidad de transformar, degradar y/o crecer en residuos agrícolas como la caña de azúcar, el rastrojo de maíz y la cascarilla de arroz, o en plásticos como el PET o el polipropileno.

De igual manera, el grupo busca comprender cuál es el impacto de la contaminación con microplásticos en suelos de manglar y cómo esta afecta el funcionamiento de dichos ecosistemas, claves para la mitigación del cambio climático.

En la actualidad, Jiménez pertenece a la Iniciativa Internacional para el estudio de microbiomas de manglares (MMI), un proyecto que busca la identificación de prioridades y enfoques de investigación para comprender, proteger y rehabilitar los ecosistemas de manglares, y es miembro activo de la red MENZYPOL, una colaboración de investigadores colombianos y alemanes que busca desarrollar investigación de calidad dentro del campo de la degradación y síntesis de polímeros.

Producto de esta última colaboración, recientemente publicaron un artículo científico donde se identifican las prioridades de investigación dentro del campo de la transformación microbiana de plásticos.

Relevancia ecológica y biotecnológica

El primer objetivo de la investigación recién publicada fue diseñar una comunidad bacteriana mínima y versátil, capaz de degradar y crecer en residuos agrícolas como los mencionados anteriormente. El segundo objetivo fue la caracterización de esta comunidad mediante análisis metagenómicos (de ADN), con el fin de explorar su potencial metabólico para la transformación y el aprovechamiento biotecnológico de polímeros vegetales, como la celulosa, el xilano y la lignina, y sintéticos, como los plásticos de origen fósil. 

“Para el diseño del consorcio microbiano tomamos suelo de bosque andino, en Gambita, (Santander) como fuente inicial de células microbianas. Posteriormente, utilizamos una estrategia novedosa de evolución/selección dirigida, llamada en inglés dilution-to-stimulation/extinction)”, comenta Jiménez.

El experto detalla que este método novedoso, que ya se encuentra publicado, permite la selección de una comunidad mínima de microrganismos capaces de crecer en una única fuente de carbono (en este caso residuos agrícolas).

“Una vez obtenida esta comunidad microbiana, realizamos la secuenciación del ADN de toda la comunidad, para poder reconstruir y analizar los genomas de las especies bacterianas que lo conforman. Para esto último, utilizamos diferentes herramientas computacionales”, indica el investigador.

Para Jiménez, la relevancia de este trabajo radica en el hallazgo de los dos nuevos taxones bacterianos en suelos colombianos, que además tienen la capacidad de transformar residuos agrícolas y plásticos.

“Esto último, es importante para el aprovechamiento biotecnológico de estos polímeros y su uso dentro de la bioeconomía circular. Finalmente, se tiene evidencia de otros nuevos taxones bacterianos que son derivados de los suelos de bosque en Colombia. Esto es una muestra de la enorme diversidad, no solo de animales y plantas, sino también de bacterias en nuestro país, que pueden ser utilizados para mejorar procesos biotecnológicos”, puntualiza Jiménez.

Revista hipÓtesis

La invención del carbono azul

El carbono es la columna vertebral de todas las formas de la vida en el planeta, clave para el balance de los ciclos de la tierra y bajo constante modificación por parte de cada una de nuestras actividades económicas desde que inventamos el motor y le dimos inicio a la quema de combustibles fósiles.

Lorena Neira-Ramírez*

Una montaña, un río, la lluvia, un bosque y el mundo por descubrir que reside en las profundidades del océano. Todos y cada uno de estos escenarios que parecen fantásticos de la naturaleza giran en torno a átomos de carbono. El carbono es la columna vertebral de todas las formas de la vida en el planeta, clave para el balance de los ciclos de la tierra y bajo constante modificación por parte de cada una de nuestras actividades económicas desde que inventamos el motor y le dimos inicio a la quema de combustibles fósiles.

El tipo de fuentes de energía de las que dependemos hoy en día, y que utilizamos para transportarnos, producir alimentos y construir edificios y ciudades nos han llevado a desbalancear la cantidad de carbono en océanos, tierra y atmósfera, dando como resultado la pérdida del mundo natural y su biodiversidad.

Sin embargo, esta es una realidad que podemos cambiar. Gracias a los Océanos globales, una vasta mayoría del carbono que emitimos anualmente es capturado en la superficie del océano y luego sumergido en ecosistemas profundos en donde permanece almacenado por largos períodos de tiempo. Todo este carbono que es removido de la atmósfera y transformado en estructuras del paisaje marino, como es el caso de los esqueletos de los arrecifes de coral, es a lo que el mercado de carbono ha denominado carbono azul.

A partir del trabajo que varios sectores de la sociedad ejerzan para impulsar el carbono azul, el océano y el carbono serán protagonistas de cómo con innovación y tecnología, la humanidad le apuesta a corregir cientos de años de emisiones de dióxido de carbono. El carbono azul se presenta especialmente como una oportunidad única en la historia de la humanidad de cumplir con una tarea esencial para nuestra supervivencia: la de proveer valor económico a la remoción de emisiones de dióxido de carbono y con suerte, a la par, trazar un camino definitivo a la restauración del mundo natural.

Diversidad: la clave del éxito del mundo natural

Como biólogos estudiamos cómo la evolución ha perfeccionado por milenios los mecanismos más efectivos y poderosos para adaptarse. Justamente cuando observamos los sistemas naturales es fácil darnos cuenta de que la diversidad es un factor clave de éxito. Muchos de nosotros estamos familiarizados con la idea de árboles utilizando CO2 para producir el oxígeno que respiramos.

Por ende, y de manera casi que intuitiva, nos hemos enfocado en el manejo de bosques como la estrategia más usada para la remoción de emisiones de CO2. Sin embargo, lo cierto es que los bosques no son el único pulmón del mundo: son los océanos en una extensión mayor. Si queremos compensar grandes emisiones de carbono necesitamos un sistema inmensamente poderoso, capaz de autorregenerarse y extender su actividad a una escala global. Esos son los Océanos.

El gran refrigerador del mundo y el cuarto de control del clima, emitiendo los aerosoles necesarios para la generación de nubes, el agua que luego es transformada en lluvia, absorbiendo radiación solar que haría que nuestras ciudades y ecosistemas terrestres experimentaran temperaturas inhabitables, y siendo el sumidero de carbono más importante del planeta por su gran extensión y riqueza en organismos micro y macroscópicos que utilizan CO2 como “alimento” para crecer y sobrevivir.

Neutralidad, tecnología e industria

La ciencia es contundente. El cambio climático es real, es causado por la humanidad y es el mayor reto de este siglo. Las consecuencias del cambio climático causarán impactos negativos sobre el mundo que aún no terminamos de entender a cabalidad, muchos ya experimentados de manera directa por algunos sectores de la sociedad como lo son la desaparición de islas enteras gracias a: Calentamiento del océano, exposición a nuevas pandemias y escasez alimentaria.

La humanidad ha creado una solución que parece ser una gran promesa a cómo podríamos hacerle frente al cambio climático con la menores modificaciones posibles a la economía. Esta solución es nada más y nada menos que la creación de un nuevo mercado al que llamamos el mercado de carbono. El concepto es bastante simple; las industrias que queman combustibles fósiles ahora tendrán que pagar por un servicio de remoción de CO2: es decir, tendrán que hacerse responsables por las actividades de descarbonización pagando para descontaminar.

Sin embargo, esto puede tornarse contraintuitivo para industrias cuya naturaleza es la de la quema de combustibles fósiles. La industria del petróleo es un gran ejemplo de este tipo de industrias, siendo innegable el hecho de que su rol es importante, y por el momento irremplazable el funcionamiento de la sociedad y la economía.

Para ellos, la carbono neutralidad no implicará necesariamente reducir su dependencia en combustibles fósiles sino por el contrario tendrá que contemplar otro tipo de preguntas más interesantes como la de identificar e invertir en tecnología que contribuyan a la remoción del CO2 que hemos estado emitiendo a la atmósfera desde la revolución industrial.

Un número que equivale a cientos de Giga toneladas y para el cual ya varias soluciones de remoción de carbono en fase de ideación ya están recibiendo miles de millones en financiación con el objetivo de convertir nuestras industrias en carbono neutrales. Algo que se ha definido como un escenario en el carbono que emitimos en forma de CO2 será proporcional al carbono que removemos de la atmósfera a través de tecnología y mejor manejo de nuestros ecosistemas.

Construir un puente entre el mundo natural y los mercados de carbono

Entonces, ¿qué se compra y qué se vende dentro del mercado de carbono? A esta divisa se le asignó el nombre de bono de carbono. Cada uno equivale exactamente a una tonelada de CO2 capturado por un sistema natural o una solución de base tecnológica.

Un buen ejemplo de emisión de bonos a partir de un sistema natural de carbono azul es el proyecto adelantado por Colombia en la Bahía de Cispatá, en donde a partir de ecosistemas de manglar se pretende remover 30,000 toneladas de CO2 al año, lo equivalente en peso a 200 ballenas azules, el animal más grande del mundo. Por otro lado, un ejemplo de industria de remoción de carbono de base tecnológica es la compañía suiza Climeworks, que este año cerró una ronda de inversión de 650 M de euros, la más elevada hasta el momento, y secuestró alrededor de 4,000 toneladas al año desde su planta Orca ubicada en Islandia.

El mercado de carbono tiene la tarea importante ahora de asignarle un valor económico a la calidad de estos bonos a través de criterios relevantes para la evaluación de la captura y el almacenamiento de CO2. Desde las soluciones de remoción basadas en la naturaleza surgen oportunidades emocionantes de también ofrecer beneficios sociales y ambientales añadidos a estas actividades de remoción en la que no sólo se capturaría una molécula de CO2 en cada iteración del proceso, sino que también, por ejemplo, se favorecería la biodiversidad de un ecosistema bajo el agua, y en el largo plazo métricas de seguridad alimentaria, agua y aire limpio, entre otros.

El carbono azul como concepto es profundamente emocionante en tanto nos permite reinventar un sistema económico que no tienen que ser extractivistas del mundo natural, sino por el contrario puede ser su mejor aliado una vez empezamos a repensar el mundo sobre la base de la ciencia y la innovación.

Conclusión

Regenerar el mundo es más simple de lo que parece y requiere de creatividad e innovación. Debemos entender que las soluciones con las que mejor le podemos hacer frente al cambio climático son precisamente las que menos tiempo, costo e ideación requerirían de la humanidad: las soluciones basadas en la naturaleza.

El océano, entre las opciones que se nos presentan, son el mejor aliado que tenemos en esos esfuerzos de restaurar niveles seguros de CO2 en la atmósfera, por ser el sumidero más grande de CO2 del planeta tierra. 57 58 Cuánto más diversos y salvajes sean nuestros océanos, mejor cumplirán con ese papel. De esta forma, podemos descarbonizar la atmósfera y carbonizar, restaurar, y ayudar a los ecosistemas marinos para que puedan volver a sus lugares de resiliencia natural.

Unir los puentes entre el crecimiento económico y los recursos naturales desde la ciencia, la comunidad y la economía es la forma más sensata que tenemos de resolver los problemas de diseño que hacen que nuestra economía esté en colapso. Atrevernos a repensar y rediseñar el mundo junto con servicios ecosistémicos como el agua, el aire, recursos alimenticios y la inspiración misma que obtenemos de la naturaleza tienen un valor único e irremplazable para la vida como la conocemos.

Los sistemas naturales nos ofrecen tanto, que no son reducibles a una única divisa pero el mercado de carbono es un gran inicio, que quien sabe, tal vez en unos años, también nos dirija a discutir un mercado y unos bonos de biodiversidad.

* Bióloga. CEO at Blusink. Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita activar JavaScript para visualizarla., egresada de la maestría en Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes.

Tomado de la revista digital 'Quarks', producto de divulgación científica del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación.

Academia Colombiana de Ciencias reconoce a joven matemática

En días pasados, Carolina Benedetti, profesora del Departamento de Matemáticas de la Universidad de los Andes, recibió el premio Amigos de la Academia al Joven Científico Colombiano, que entrega la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. El galardón es un reconocimiento al trabajo de Benedetti, quien no solo se ha dedicado a la investigación, sino que se ha esforzado por hacer de las matemáticas una disciplina entretenida entre los públicos más jóvenes.

Benedetti, quien hizo su pregrado en la Universidad Nacional de Colombia, la maestría en la Universidad de los Andes y el doctorado en la Universidad de York, en Toronto (Canadá), es promotora del programa 'Círculos Matemáticos', una iniciativa que ha beneficiado a alrededor de mil niños y jóvenes de varias ciudades, con actividades matemáticas divertidas y rigurosas.

Profesora asistente de la Universidad de los Andes desde 2017, Benedetti investiga en el área de la combinatoria, que consiste en el estudio de objetos discretos, en conjunción con el álgebra. “Esto quiere decir que si tengo un conjunto de objetos quiero ver qué tipo de estructura tienen. De esta manera podemos encontrar sus, creando puentes con otras áreas del conocimiento, como la física”, explica Benedetti, bogotana de 38 años.

De acuerdo con la científica, una de las ventajas de la combinatoria es que se puede transmitir de manera divertida entre los públicos jóvenes. “Una de las cosas que siempre he querido hacer es contribuir desde mi quehacer a la sociedad, y una manera que he encontrado es a partir de 'Círculos Matemáticos Colombia'”, asegura Benedetti sobre el programa, que está vinculado con varias universidades en Bogotá, Cali, Ibagué y Tunja.

“Lo que queremos —continúa— es hacer que niños de colegio, de los grados noveno a once, sientan curiosidad por las matemáticas. Una manera de hacerlo es a partir de actividades divertidas, pero que tengan profundidad, sin importar que necesariamente quieran dedicarse a las matemáticas en la universidad”.

Matemática sin proponérselo

En la actualidad, Benedetti pasa la mayor parte de su tiempo en su oficina, trabajando con sus estudiantes y con otros investigadores. Aunque en su investigación el computador es de gran utilidad, a la hora de hacer cálculos (como el volumen de los politopos mostrados), reconoce que puede hacer matemáticas en cualquier lugar, porque lo único que necesita es un cuaderno y un lápiz.

En su grupo estudian objetos de distintas índoles, como hexágonos y cubos, en distintas dimensiones. El objetivo es comprender las cualidades de dichos objetos, de tal manera que encuentren potenciales aplicaciones en otras ramas de la matemática, u otras ciencias como la física.

“Lo chévere de las ciencias puras es que uno las hace con la esperanza de que sean útiles para otros, chévere si uno mismo logra darles utilidad directa, pero, si no, es probable que lo que estás edificando sea un cimiento para alguna construcción que eventualmente se va a levantar”, dice, emocionada, Benedetti.

Pero Benedetti no siempre sintió las matemáticas de la misma manera. Pese a que sus papas no tuvieron la oportunidad de ir a la universidad, siempre tuvieron claro que Carolina y sus tres hermanos, tenían que hacerlo.

Carolina no tenía ningún estereotipo de la carrera de matemáticas, no sabía cómo era ni qué esperar. Pero fue su hermano Adolfo, ingeniero de sistemas en la Universidad Distrital, quien le dijo que debía presentarse a matemáticas. Ella tenía 15 años, y no lo pensó mucho.

En el colegio me iba bien en matemáticas, pero eso no es indicativo de nada. Al comienzo es un choque duro. Y lo veo en los chicos de 'Círculos Matemáticos', que por muchas razones en los colegios no se aprende, y con matemáticas eso es particularmente cierto. Lo que uno cree que son las matemáticas, y lo que lo lleva a uno a desinteresarse, no tiene nada que ver con el quehacer matemático. Esto hizo desafiante mi proceso al comienzo, fue algo tortuoso, pero con mucho trabajo lo superé”, cuenta.

Ahora, para Benedetti, “las matemáticas están más cercana del arte que cualquier cosa”. “Pasa algo muy similar a cuando uno va a un museo y se pregunta por las maravillas de las obras que hay ahí. En las matemáticas pasa mucho eso, que uno se hace muchas preguntas y busca experimentar. A mí me llena pensar en problemas de investigación, que no sé adónde me van a llevar, pero, una vez uno empieza a ver que las cosas funcionan, es una sensación adictiva de plenitud. Las matemáticas puras son mucho de creación y cero de memorización”, afirma.

La importancia de las redes de apoyo

Al ser preguntada sobre si durante su carrera se ha sentido excluida por ser mujer, la profesora Benedetti responde que, aunque se ha encontrado con entornos machistas durante su carrera, también ha dado con buenos amigos, que se convirtieron en esa red que la ayudó a continuar.

“Por varias razones, las mujeres han sido marginadas, y el machismo es una de las principales. A pesar de que eso lo he experimentado, también he encontrado mucho apoyo de colegas, que incentivan la creación de comunidad, y para una mujer matemática eso es importante, porque sentirse aislada es la norma. Por lo tanto, sentir que se tiene una red de apoyo hace que uno se pueda enfocar en su trabajo y no tener que preocuparse por estos factores externos”, reconoce.

No obstante este tipo de situaciones, Benedetti considera que las cosas están cambiando, y que seguirán haciéndolo en la medida en que se hable de estos temas: “Al principio va a haber resistencia, pero es necesario dar las discusiones.  Algo que también tenemos a favor es que las estudiantes de ahora son más aguerridas que en mi época”, añade.

En este sentido, la docente envía un mensaje para todas las niñas que están contemplando emprender una carrera en las matemáticas. “Mi llamado es a que, si la decisión es no hacerlo, que sea propia, y no por sentirse fuera de lugar. Yo creo que uno de los conceptos erróneos es que las matemáticas les pertenecen solamente a ciertos grupos. Durante mucho yo tiempo pensé que no pertenecía, porque me gusta parrandear y hacer otras cosas que no encajan dentro del estereotipo del matemático. Y para mí una de las cosas enriquecedoras de las matemáticas es poder trabajar en equipo”

“No hay que dejarse llevar por esos preconceptos, y si se toma la decisión de irse por las matemáticas, sepan que no están solas, que hay redes de apoyo. En la medida en que uno sienta que pertenece a un espacio va a poder desenvolverse mejor”, apunta Benedetti.

 Revista hipÓtesis

'La comprensión de la materia oscura es uno de nuestros mayores problemas': físico Galileo Violini

Revista hipÓtesis

El pasado 17 de agosto, en su más reciente Sesión Solemne, la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales (Accefyn) posesionó al profesor Galileo Violini como su Miembro Honorario, junto con otros reconocidos científicos que han hecho aportes fundamentales en diferentes áreas.

Violini, quien llegó a Colombia en 1978 proveniente de la Universidad de Roma (Universidad la Sapienza de Roma), fue profesor visitante del Departamento de Física de la Universidad de los Andes hasta 1988, y su objetivo siempre fue apoyar el desarrollo científico en Colombia y la región andina.

En el país fundó el Centro Internacional de Física en Colombia (CIF), con la ayuda de los profesores Alfonso Rueda y Steven Moore, de los Andes, y Eduardo Posada, de la Universidad Nacional, entre otras figuras destacadas de la física, como Leon Lederman, Premio Nobel y director de Fermilab.

En este proceso, Violini siempre contó con el apoyo financiero de Italia, a través del Instituto Nacional de Física Nuclear, del ICTP, de Trieste; de la Unesco y de otras fuentes. Fue así como organizó varias decenas de simposios, cursos y talleres, que sirvieron para traer a Colombia a destacados investigadores, quienes iniciaron y apoyaron varios grupos de investigación.

De acuerdo con el profesor Bernardo Gómez, profesor del Departamento de Física de los Andes, y amigo personal de Violini, la labor de este último tuvo efecto no solo en Colombia, sino en la región, en países como Ecuador, Perú, Bolivia, Chile y, en especial, en Centroamérica, en naciones como Honduras y El Salvador, donde trabajó varios años, contribuyendo a la reconstrucción luego de la guerra civil.

“Cuando dejó Colombia, fue representante de la Unesco Teherán (Irán) por varios años. Recientemente ha sido asesor del Ministerio de Ciencia y Educación Superior de República Dominicana, y ha reunido apoyo para crear la región del 'Gran Caribe' para la ciencia, para universidades del Caribe, los centros de investigación y hasta para el proyecto de un gran laboratorio de luz sincrotrón, como el de Campinas, en Brasil, pero para el Caribe.

Violini, ganador del prestigioso Premio Abdus Salam, del ICTP de Trieste, por su labor en Colombia con el CIF, habló con Hipótesis acerca del reciente reconocimiento que recibió por parte de Accefyn, de sus logros y del estado de la ciencia en Colombia.

¿Qué significa para usted haber sido nombrado Miembro Honorario de Accefyn?

Los reconocimientos siempre son bienvenidos. Pero me parece más importante pensar que esto puede contribuir a apoyar la realización de nuevos proyectos que, creo, representan una urgencia para Colombia, y en general para la región del 'Gran Caribe'. Nuevos centros de ciencia interdisciplinarios, con fuerte vocación regional y, sobre todo, la creación de un sincrotrón regional. Hace siete años fue propuesto en México y en la misma Colombia. La falta de realización no significa que no es necesario, sino que, probablemente, se necesita, más que una acción nacional, una regional.

¿Qué recuerdos le traen aquellos primeros años en el Departamento de Física de los Andes? 

Fue una experiencia muy interesante. En esos años, el Departamento estaba haciendo su transición de ser un departamento de servicio a ser uno de investigación, lo cual llevaría al lanzamiento de una carrera de física. Y fueron los años en que se concretó la realización del proyecto de crear en Colombia un centro según el modelo del ICTP. Recuerdos de colaboradores excelentes, como Antonio María Rodríguez Vargas, con quien publiqué varios artículos de investigación.

Usted ha investigado ampliamente sobre física relativista, ¿cuál cree que será el siguiente gran avance en este campo?

No sé si será el próximo avance, pero la comprensión de la materia oscura, pienso, es uno de los mayores problemas.

¿Cuál es esa pregunta de la física que logra quitarle el sueño?

Mi modelo para el sueño es Miguel de Unamuno. Cuando duermo, duermo, no las diez horas que él pregonaba, pero lo justo. Y, cuando me despierto, no tengo pesadillas de física.

Usted ha tenido la oportunidad de participar en el desarrollo de la física en Colombia en los últimos años. ¿Cómo ve la evolución de la ciencia en el país desde los ochenta hasta ahora?

Progresos gigantescos: departamentos de física en las mayores universidades, con una gran riqueza de grupos y temas de investigación. Pero hay mucho por hacer. Hay desigualdades, no tanto cualitativas como cuantitativas, entre las universidades de diferentes departamentos. Se puede hacer mucho para fortalecer las relaciones con los países vecinos.

En la coyuntura política actual, ¿cuáles deben ser las prioridades del país en materia científica?

Asegurar que los graduados tengan trabajos adecuados, promoviendo que regresen de estudios doctorales o postdoctorales. Lanzamiento de grandes proyectos que, forzosamente, deben tener carácter nacional y ser considerados programas de Estado y no de Gobierno. Creación de centros multidisciplinarios, ampliación de los temas de investigación, y no descuidar las relaciones con los científicos de la diáspora, pues son un patrimonio inmenso en función de sus potencialidades.

Usted ha manifestado su interés por la comunicación de la ciencia. ¿Cuáles cree que son los principales retos que afronta esta actividad en la actualidad?

Uno de los grandes problemas es la comunicación al gran público, fundamental para que acciones como las que he mencionado sean acompañadas por el necesario consenso. Es un problema general en América Latina. Algo se ha hecho, pero todavía esta especialización no es frecuente. 

Revista hipÓtesis

New Space: Una nueva sociedad conectada desde el espacio con la mirada en la Tierra

María Fernanda González Gutiérrez*

Santiago Vargas Domínguez**

 Del sueño de volar a la conquista del espacio

Hay algo que nos afecta por igual a todos los habitantes del planeta Tierra, y que lo ha hecho por miles y miles de años. Se trata de una fuerza que, además de ser la responsable de la forma casi esférica de nuestro planeta - y de todos los demás planetas y estrellas - nos permite patear un balón y esperar que caiga nuevamente al suelo para marcar un gol, o darnos una buena ducha y disfrutar del agua que cae sobre nuestro cuerpo después de terminar ese partido de fútbol que acabamos de jugar.

La gravedad es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza y, aunque la necesitemos para la gran mayoría de actividades en nuestro día a día, ha representado un gran inconveniente a la hora de aventurarnos a volar. Ese sueño de volar cada vez más alto nos acompaña desde tiempos inmemoriales. Un antiguo mito griego cuenta la historia de Dédalo y su hijo Ícaro, que tras ser encarcelados se dan a la tarea de construir unas alas que se pegan con cera. A pesar de que Ícaro se acerca mucho al Sol, lo cual derrite la cera y hace que se precipite al mar, este relato se convierte en la primera mención de un mortal volador.

Alzar vuelo como un pájaro por primera vez solo fue posible con ayuda de globos, siendo 1783 el año en que los cielos franceses fueron testigos de la hazaña, en un globo de aire caliente construido por los hermanos Montgolfier. Pasaría más de un siglo para que otros hermanos, esta vez los Wright, se convirtieran en pioneros de la aviación al realizar su famoso vuelo a motor el 17 de diciembre de 1903 que, aunque corto, abría la puerta al siglo que nos puso más cerca de las estrellas.

Sin embargo, para superar las restricciones que nos impone la gravedad y lograr escapar del planeta, un avión no era suficiente; se necesitaban sistemas de propulsión mucho más potentes. Los cohetes, cuyos predecesores eran misiles, serían capaces de superar la velocidad necesaria para ese desafiante escape. Un objeto a 40.000 km/h es capaz de escapar de la acción gravitacional de la Tierra, aunque para quedar en órbita - a unos 300 km de altura sobre la superficie del planeta, el valor se reduce a 28.000 km/h.

La anhelada conquista del espacio, que representaba poner el primer objeto construido por el ser humano en el espacio exterior, se consiguió con la puesta en órbita de una bola metálica de 80 centímetros de diámetro, el primer satélite artificial. El Sputnik, lanzado el 4 de octubre de 1957, abrió el camino a la carrera espacial, con una secuencia de hitos impresionantes en la década de los 60, liderados por la antigua Unión Soviética y los Estados Unidos como las dos naciones que mostraban al mundo todo su poderío.

La democratización del espacio

Tras más de medio siglo desde que se dieron los primeros pasos en la exploración espacial, se lograron hazañas que antes parecían restringidas a la ciencia ficción, en la actualidad las ciencias del espacio siguen teniendo nuevos intereses, desafíos cada vez mayores, y nuevos actores. Desde hace varias décadas las agencias espaciales de todo el mundo han estado realizando esfuerzos para lanzar satélites y crear plataformas que nos permitan estudiar y monitorear nuestro planeta. Cualquier persona en el mundo puede acceder a esta información de manera prácticamente gratuita, basta con tener algunos conocimientos mínimos. Por otra parte, el coste de lanzamiento de los satélites se reduce cada vez más, lo que permite que empresas privadas puedan lanzar constelaciones enteras de satélites para acceso a internet y de observación de la Tierra, entre otros. 

Aunque las empresas privadas son los nuevos actores en el contexto del uso del espacio, en realidad la participación de compañías de capital privado no es nueva. En plena carrera espacial en la década de los 50 y 60, un sinnúmero de contratistas fueron también artífices de los éxitos liderados por gobiernos, en lo que muchos han denominado “Old Space”, con la NASA como centro neurálgico. El New Space, sin embargo, implica un cambio respecto a la forma como las empresas se involucran, estableciéndose ahora como protagonistas con aportes determinantes en competitividad, la cual es reflejada en el desarrollo de tecnologías de bajo costo.

La nueva economía basada en sistemas y aplicaciones espaciales tiene su principal motor en la popularización de los pequeños satélites, los llamados nanosatélites o CubeSats, que han reducido los costos significativamente, de varios cientos de millones de dólares que cuesta un satélite convencional, a solo unas pocas decenas de miles de dólares. A la fecha se han lanzado más de mil CubeSats, aunque debido a su vida útil de unos pocos años, cientos de ellos ya se han quemado en la atmósfera luego de concluir su vida útil. Estos pequeños satélites, que nacieron como proyectos académicos y estudiantiles hace tan solo un par de décadas, representan el punto de inflexión para la democratización del espacio que vivimos en la actualidad, haciéndolo accesible a países e inversión privada con capital menor. Democratizar, en este contexto significa ofrecer a todos los países del mundo las mismas capacidades tecnológicas para la solución de los problemas, con independencia de su desarrollo económico o social.

Mirando al espacio para crear nuevas oportunidades en la Tierra

Con la democratización de las tecnologías del New Space, surgen nuevas oportunidades para solucionar problemas hasta el momento inabordables, entre los que se destacan los relacionados con la conectividad a internet en lugares remotos, la observación y monitorización continua de bosques, de campos agrícolas y de cuerpos de agua para mantener su estado apropiado para la interacción con el hombre y los animales. Esta diversidad de oportunidades para la solución de problemas genera a su vez empresas y creación de nuevos puestos de trabajo que requieren capacidades y aprendizajes específicos, con implicaciones que llegan hasta la base del sistema educativo para asegurar la formación de profesionales capacitados en las habilidades que ahora se requieren.

Las innovaciones tecnológicas y los nuevos modelos de negocio son responsables de un crecimiento global sin precedentes de la economía espacial en la última década, que duplica el crecimiento medio anual de la economía mundial. Los negocios tradicionales se alimentan también del acceso más rápido y barato a los datos: entre los que se destacan el sector automotriz, turismo, sector energético y telecomunicaciones, que encuentran nuevas formas de rentabilizar y mejorar sus servicios. Actualmente más del 10% del PIB de la Unión Europea tiene origen en servicios relacionados con el espacio.

Mientras que hace tan solo 5 años la mitad de los CubeSats lanzados cumplían misiones civiles y militares, y la otra mitad se destinaba a funciones comerciales, se pronostica que este año un 75% de las operaciones de estos dispositivos en órbita estarán asociadas al denominado “Space Business” . El espacio será el soporte de la actividad industrial del futuro, y la llamada Industria 4.0, que logrará permear prácticamente todos los sectores, es pieza fundamental para la transformación social y económica; una economía digital con nuevas formas de consumo y producción, en donde la conectividad y los datos serán son ingredientes esenciales.

En el extremo de las oportunidades que se vislumbran para el New Space para futuras generaciones, se encuentra el establecimiento de bases permanentes y sostenibles a la Luna y en Marte, y el desarrollo de la minería espacial, con implicaciones directas en un sinnúmero de áreas del conocimiento, y del 'Space Business'.

Afrontando el cambio climático con tecnología espacial

Como consecuencia del cambio climático y del crecimiento demográfico, la disponibilidad de agua ha venido disminuyendo considerablemente durante las últimas dos décadas. Desde sequías extremas hasta inundaciones severas, según el Banco Mundial, Colombia ya está presentando síntomas de inseguridad hídrica en todo su territorio, que reflejan sus problemas de accesibilidad y contaminación del agua. Estudios del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), muestran que 391 municipios ya están expuestos a la inseguridad hídrica, el riesgo de escasez de agua, y la tendencia para los próximos años prevé que muchos otros también correrán la misma suerte.

El cambio climático se está viendo reflejado en un aumento en las anomalías pluviales, y se estima que el promedio de temperatura podría experimentar incrementos de hasta 2,14 °C para finales del presente siglo. Las consecuencias pueden implicar más inundaciones y sequías, sumado a una mayor intensidad y frecuencia en los fenómenos de El Niño y La Niña. Igualmente se esperaría una pérdida mucho más rápida de glaciares, que en el último medio siglo ya ha alcanzado valores alrededor del 60%.

Adicionalmente los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de la Organización de las Naciones Unidas, adoptados por Colombia desde 2015, establecen un compromiso con los ciudadanos para garantizar el acceso a agua de calidad. No obstante, pese a los esfuerzos iniciales, existen importantes retos para asegurar el pleno acceso a agua de calidad y saneamiento en los territorios del país, así como desafíos ambientales referentes a la contaminación del recurso hídrico a nivel nacional.

Las nuevas tecnologías se presentan como herramientas para mitigar y solucionar los problemas del cambio climático.  Los avances en tecnología satelital, las capacidades actuales de procesamiento de información, las modernas infraestructuras y tecnologías para el manejo de ingentes cantidades datos (Big Data) permiten construir plataformas cada vez más eficientes y robustas para aportar soluciones a problemas del mundo físico, tales como la monitorización de las sequías, el control de la contaminación y la gestión de desastres naturales. Usando estas capacidades ahora también mediante técnicas de Machine Learning, es posible predecir, por ejemplo, lo que sucederá con el agua para tomar acciones inmediatas de mitigación.

Como muestra de lo anterior, se puede generar una plataforma de bajo coste que permita la monitorización del agua puede ser utilizada por cualquier entidad que la necesite. Lo cual es particularmente útil en países en vía de desarrollo donde más de 800.000 personas al año pierden la vida debido a la inseguridad hídrica. 

Las nuevas iniciativas del sector New Space están empezando a transformar imágenes satelitales provenientes de múltiples constelaciones satelitales en información de alto valor predictivo para la monitorización de la contaminación y residuos plásticos en los cuerpos de agua, la altura de los océanos y las aguas continentales, las nubes y las precipitaciones, el dióxido de carbono, incendios forestales y deforestación, entre otros efectos y cambios globales y locales que está experimentando el planeta. Los objetivos principales se centran en la búsqueda de patrones relevantes para cuantificar los cambios en las condiciones de diversos ambientes en nuestro planeta, que son acelerados por la acción de los seres humanos, y poder establecer medidas cuya implementación también pueda ser monitoreada.

En conclusión, el cambio climático es un desafío global que requiere acción inmediata, y esto es algo que han resaltado los administradores de las principales agencias espaciales. La intención de las agencias gubernamentales involucradas en la exploración espacial es también colaborar para darle continuidad a las observaciones de la Tierra que puedan permitir avanzar en la comprensión del cambio climático. Para ello se deberá establecer una política que promueva el intercambio abierto de datos e información entre la comunidad científica y para el público general. “Sin duda, el espacio es el mejor punto de observación para medir y monitorear el cambio climático, pero el unir fuerzas también es clave para abordar este problema global” afirmaba el director general de la Agencia Espacial Europea recientemente.

El New Space, representa una grandiosa oportunidad para que todos los actores involucrados, entre los que se cuentan gobiernos, empresas y la academia, se conviertan en un eje fundamental en la creación de una nueva industria que puede traernos a corto plazo notables beneficios sociales y económicos, pero también las respuestas para los desafíos impuestos por el cambio climático. El ecosistema espacial está generando toda una revolución con el lanzamiento de constelaciones de nanosatélites, sin olvidarnos del entorno productivo que incluye estaciones de seguimientos satelital y software de control, múltiples subsistemas especializados, desarrollo de materiales, cohetes y muchos otros mecanismos y procesos, sumado a todos los avances en la algoritmia para la analítica de datos.

Estos escenarios permitirán a las nuevas generaciones de ciudadanos de todos los lugares del mundo, implicarse en proyectos emocionantes y ambiciosos que repercutirán directamente en el desarrollo de sus países de diversas formas, muchas de las cuales aún hoy son difíciles de imaginar. A nivel global, el New Space será imprescindible para afrontar los retos que nos afectan como humanidad, entre los que el cambio climático ocupa ahora un lugar preponderante. Los nuevos retos también deberán tener en cuenta los posibles inconvenientes relacionados por ejemplo con el factor ético en el tratamiento de datos y seguridad, y la vulnerabilidad a la cual nos enfrentamos ante una sociedad cada vez más dependiente de la tecnología, que nos expone a eventos asociados al clima espacial.

* Ph.D en Física Cuántica 

Chief Executive Officer Fregata Space

**Ph.D en Astrofísica

Profesor Asociado Observatorio Astronómico Nacional Universidad Nacional de Colombia 

Bibliografía

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