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M." Ángeles García FernándezDpto. de Química Orgánica y Bio-Orgánica

NOVEDADES CIENTIFICAS

Novedades científicas en Ciencias Ambientales

PRODLCCION DE UN NUEVO

COMBUSTIBLE A PARTIR

DE LA FRUCTOSA

La disminución de las reservas de

combustibles fósiles y la crecientepreocupación sobre el calentamientoglobal indican que es necesario encontrar a corto plazo nuevas fuentes de energía soslenibles. El etanoles el único combustible líquido renovable que se produce en grandescantidades y aunque presenta ciertasventajas, también tiene limitacionesdebido a su bajo rendimiento energético, alta volatilidad y contaminación por la absorción del agua de laatmósfera.

En la Universidad de Wisconsin-

Madison se ha desarrollado un proceso catalítico para producir un nuevocombustible líquido, el 2,5-dimetüfu-rano (DMF), a partir de la fructosa(carbohidrato obtenido directamente

de la biomasa o por isomerización dela glucosa). Este compuesto adquiereventajas sobre el etanol puesto quepresenta un rendimiento energético .superior (aproximadamente del 40%), esmenos volátil y no es .soluble en agua

{Natiire, 447, 982-985.2007).

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Figura I. Representación esquemática del proce.so de conversión de fructosaen 23-dUnetHfurano (DMF).

DESCONTAMINACION

DE SUELOS MEDÍANTE

PLANTAS DE TABACO

MODIFICADAS

GENÉTICAMENTE

Los explosivos son compuestos orgánicos responsables de buena partede la contaminación que sufren nuestros suelos. Históricamente, el 2,4,6-

trinitrotolueno (TNT) ha sido un ex

plosivo militar muy empleado enconflictos bélicos, quedando aún numerosos lugares altamente contaminados. En la actualidad, la contami

nación con TNT también se produceen campos de entrenamiento military, suelos y aguas subterráneas de instalaciones dedicadas a la fabricación

y almacenaje de explosivos. Estecompuesto, al igual que la mayoríade los productos explosivos, es toxi-

TNT corcenuation (mg'1<g)

Figura 2. Comparación del crecimienfo de piarnos del tabaco (Nlcotiana fuhaaim)durante ¡2 meses en suelos enmendados con diferentes concentraciones de TNT.

a) Plantas de tabaco silvestres, h) Plantas de tabaco iran.sgénicas.

co, mutagénico y provoca seriostrastornos en Ja salud y graves impactos en el ambiente.Se han descrito algunos tipos de

bacterias del suelo que pueden meta-boiizar el TNT. compuesto xenobio-tico persistente, sin embargo la bio-masa bacteriana y la actividad en elsuelo es insuficiente para degradarloa una velocidad apreciable. En un artículo publicado recientemente, N.C. Bruce de la universidad de York ysus colaboradores han demostrado

que plantas del tabaco {Nicotiana ta-¡xwitm) que sobreexpresan el gen dela nitrorreductasa (NR) bacteriana

son capaces de descontaminar suelos con altas concentraciones de

TNT. También han observando un

significativo incremento de la bio-masa de la comunidad microbiana yde la actividad metabólica en la ri-

zosfera de estas plantas transgénicascomparado con el de plantas silvestres sin modificar {Environ. Sci.

5854-5861, 2007).

A partir de sus resultados concluyen que las plantas de tabaco modificadas genéticamente toleran mejorla contaminación del suelo por TNTque las plantas silvestres sin modifi-ctir y que. además, cuando se emplean en la fitorremediación de contaminantes orgánicos en suelos

altamente contaminados pueden incrementar la funcionalidad y diversidad genética de la comunidad microbiana de la rizosfera.

ALTERNATIVAS A LOS

DISOLVENTES ORGÁNICOSVOLÁTILES

Uno de los objetivos prioritariosde la Química Verde es la obtenciónde nuevos di.solventes inocuos o de

baja toxicidad, poco volátiles y derivados de fuentes renovables quepuedan reemplazar a los compuestosorgánicos volátiles (VOCs) que .seutilizan actualmente.

Sólo en Estados Unidos la producción de aceites vegetales se cifra en 88,7 millones de toneladas

por año y, aunque se destinanprincipalmente a la elaboraciónde productos alimenticios, también los e.steres del aceite de sojase emplean como biodiésel y enla fabricación de tintas de impresión.

Un grupo de investigadores de laUniversidad de Alabama han reali

zado un estudio sobre las propiedades físico-químicas del aceite de.soja transesterificado (SBME), paradeterminar su posible uso en extracciones líquido-líquido con agua. Lasíntesis del ester se realiza mediante

una reacción de transesterificación

del aceite o grasa con un alcohol debajo peso molecular como el meta-nol o etanol en presencia de un catalizador para formar el correspondiente ester del ácido graso yglicerina (que puede utilizarse encosmética, alimentación, etc.).

Después de analizar la distribución de varios solutos (compuestosneutros, iones metálicos y compuestos iónicos) en los sistemas bifásicos formados por el agua y me-til ester del aceite de soja, losautores del trabajo concluyen queeste tipo de esteres constituyen unmedio adecuado para el desarrollode procesos de extracción líquido-liquido, ya que durante dicho proceso los solutos presentan el mismo comportamiento que cuando seemplean disolventes tradicionales {Green Chcm.. 9, 1008-1015,

2007).

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Figura 3. Transesterificación de ácidos grasos vegetales para la obtención de nuevosdisolventes orgánicos o biodiésel.

DIFERENCIAS EN LA BIOMAG-

NIFICACIÓN DE LOS CONTAMINANTES ORGÁNICOS PERSISTENTES SEGÚN LASCADENAS TRÓFICAS

El Convenio de Estocoimo de

Contaminantes Orgánicos Persistentes (COPs). ratificado en 2004 por13! países, reconoce las propiedades de toxicidad, persistencia y bio-acumulación de estos compuestos,así como su capacidad de transportea largas distancias. Su objetivo esproteger la salud humana y el medioambiente frente a los COPs, y paraello prohibirá y/o adoptará las medidas jurídicas y administrativas quesean necesarias para la eliminaciónde la producción y utilización de estos productos, entre los que se en-

AQUATIC MARINEPISCIVOROUS MAMMALIAN

cuentran los bifenilos policlorados(PCBs) y diclorodifeniltricioeianos(DDTs).

Hasta la actualidad se considera

ban como bioacumulativas aquellassustancias hidrofóbicas, solubles en

grasas con un alto coeficiente departición en octanol-agua (Kq^v>100.000). Sin embargo, en un reciente artículo se ha demostrado quesustancias moderadamente hidrofó

bicas con un Ko^v entre 100 y100.000, las cuales no se biomagni-tican en cadenas tróficas acuáticas,

pueden hacerlo en otras cadenas queincluyen animales de respiración aérea (incluidos humanos) por su altocoeficiente de partición octanol-aire(Kqa) y la baja tasa de eliminaciónrespiratoria {Sdence, 317, 236-239,2007).

TERRESTRIAL HUMANMAMMALIAN FOOOCHAIN

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Figura 4. Relacióu entre los coerciente K(nyy Roa >' biomagnificación en distintascadenas tróficas.

(~3%). Por el contrario, la domésli-cación de especies acuáticas, especialmente marinas, ha crecido deforma exponencial, aproximadamente 430 especies acuáticas. Alrededor del 97%, lo han sido desdeprincipios del siglo XX y se calculaque en la última década se habríandomesticado 106 especies.

Existen diversas razones que explicarían el éxito de la domesticación de especies marinas frente alas terrestres. La más importantees la mayor variedad de las primeras, que han sido y pueden ser domesticadas como: moluscos, crustáceos, vertebrados, equinodermos,etc., frente a los mamíferos y aves,con algunos invertebrados, domesticados sobre la superficie terrestre. Del orden de 3.000 especiessalvajes y silvestres sirven comoalimento en el mar, mientras quemenos de 200 lo hacen en la tierra. La gran diversidad de formasde vida en el océano comparadacon las terrestres proporciona unmayor rango de posibilidades paiala domesticación.

Estos autores resaltan que la acui-cultura, tal como se practica en laactualidad, tiene también consecuencias negativas para el medioambiente y la biodiversidad, incluyendo el deterioro de los ecosistemas costeros y el impacto sobre lasespecies salvajes.

Los productos químicos de bajoKqw y alto Kqa representan un terciode los compuestos orgánicos de usocomercial, constituyendo por tantoun grupo no identificado de sustancias potencialmente bioacumulativasque requiere su regulación para prevenir posibles consecuencias sobrela salud y los ecosistemas.

RAPIDA DOMESTICACIÓNDE ESPECIES MARINASSALVAJES

C. Duarle, Premio Nacional deInvestigación en Ciencias y Tecnologías de los Recursos Naturales2007, y N. Marbá, del Consejo Superior de Investigaciones Científi

cas (CSIC), han analizado las razones del éxitoy el rápido desarrollo dela acuicultura, frente a ladomesticación de especies terrestres. En el artículo plantean tambiénlas consecuencias de ladomesticación de especies marinas en el suministro mundial de alimentos y su impactoambiental (Science, 316,382-383, 2007).

Desde la revoluciónindustrial, se ha producido un bajo incrementoen el número de especies tenestres, animalesy vegetales, domésticas

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Figura 5. En los últimos WO afws se han doniesticadómuchas más especies acuáticas que terrestres.

ACLIMATACION DE LOS

ANIMALES ANTE LOS

CAMBIOS CLIMÁTICOS

La aclimatación es el proceso porel cual un organismo se adapta fisiológica y anatómicamente, en un cortoperiodo de tiempo, a determinadoscambios ambientales, generalmenterelacionados con el clima. Sin embar

go, un grupo de investigadores de laUniversidad de Stellenbosch, Sudá-

Irica, ha obseivado la respuesta de pequeños animales al cambio climáticoencontrando que determinados animales terrestres no consiguen adaptarse {/. Inseci Pliysio!., 52, 693-700,2006).

El estudio, llevado a cabo por J.Deere y S. Chown, se realizó en laremota isla subantártica Marión, de

condiciones climáticas muy cambiantes, y consistió en comparar lasrespuestas de 5 especies distintas deácaros ante diferentes temperaturasa lo largo de una semana. Estas especies ocupan tanto hábitats terrestres. de condiciones bastante impre-decibles, como hábitats marinos,

más estables que los anteriores. Sedemostró que los animales terrestressometidos a ambientes altamente

impredecibles no muesü'an ningúntipo de aclimatación, mientras quelas especies marinas en condicionespredecibles y de baja temperaturason más versátiles, respondiendomejor ante las variaciones climáticas.

La isla Marión, donde la tempe

ratura media anual ha aumentado en

más de 1°C en los últimos cincuenta

años, ha demostrado ser un lugaridóneo para investigar los efectosdel calentamiento global en los seres

BACTERIAS PARA

PRODUCIR BIODIÉSEL

Científicos alemanes han descu

bierto una forma de obtener biodié-

sel utilizando bacterias modificadas

genéticamente a partir de restos vegetales de una forma más económica y ecológica que la tradicional{Microbiolo^y, 152, 2529-2536,2006). Los métodos actuales de producción de biodiésel a partir deaceites vegetales de cultivos de soja,girasol o palma siguen siendo costosos. Además, se requieren grandes extensiones de terreno y estoscultivos bioenergéticos compitencon los alimentarios.

La tecnología desarrollada por A.Steinbüchel et al., de la Universidad

de Munster, emplea la bacteria Es-cherichia cali modificada mediante

ingeniería genética, en la que se ex-

presan genes de las bacterias Zymo-nwnas mohiíis y Acinelohacierhoyiyi que permiten la producciónde etanol y su subsiguiente esterifi-cación. De esta manera, a partir dematerias primas, tales como azúcares, madera, paja o cualquier material celulósico, .se obtiene lo que e.s-tos autores denominan microdiései,

compuesto por etil esteres de ácidosgrasos ricos en oleato de etilo y conpequeñas cantidades de palmitato deetilo y palmitoleato de etilo, diferente al biodiésel actual, constituido

principalmente por metil ésteres deácidos grasos.De ser viable esta técnica, la uti

lización de materiales agrícolas debajo coste y la ausencia de aditivosquímicos en el proceso, permitiríala producción de un biodiésel de segunda generación a precios competitivos en el futuro.

Fatty kM

Figura 6. Tormenta de nieve sobrela isla Marión.

Figura 7. Ruta de hiosínicsis de etil ésteres de ácidos gra.sos iFAEEs) utilizandoEscbericlua cali modificada genéticamente.

BIODIVERSIDAD

Y ESTABILIDAD DE

LOS ECOSISTEMAS

A partir de los datos recogidosdurante 12 años por D. Tilman y colaboradores, de la Universidad de

Minnesota y Nebraska, se ha demos

trado que los ecosistemas con unagran riqueza en especies no sólo sonmás productivos, sino que tambiénson más resistentes a condiciones

climáticas extremas, plagas de insectos, etc., confinnando la relación

entre la biodiversidad y la estabilidad de los ecosistemas, debatida

desde hace más de cincuenta años

(Natiire, 441, 629-632, 2006).

Los ensayos fueron llevados acabo en 168 parcelas, en cada unade las cuales se plantó aleatoriamente desde 1 hasta 16 especiesherbáceas perennes y otras plantastípicas de pradera. La estabilidad delas plantas en las parcelas se viotambién aumentada con la cantidad

de biomasa radicular, ya que las raíces almacenan nutrientes y amortiguan las variaciones del clima, siendo más abundante en especiesperennes que en especies anuales,como el maíz. Estos resultados ponen de manifiesto que el uso de praderas con una gran biodiversidadpuede ayudar a satisfacer la demanda de recursos alimentarios y bio-combustibles de una forma más efi

ciente y sosienible, evitando lanecesidad de labrar anualmente el

suelo y de utilizar fertilizantes ypesticidas.

Figura 8. Parcelas experimentales con ¡.2.4,8 y 16 especies disiintas en cada una.

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Figura 9. Complejo Fe-TAML (ligando macrocíclico tetraamido).

ELIMINACION DE PESTICIDAS

MEDIANTE COMPLEJOS

DE Fe-TAML

Recientemente, el grupo de investigación de T.J. Collins, de la Universidad de Pittsburg, ha descrito la degradación del fénitrotion y otros pesticidasorgímofosforados mediante oxidacióncatalítica, utilizando complejos de Fe-TAML (ligando macrocíclico tetraamido) que actúan como activadores delperóxido de hidrógeno (./. Atn. Chem.Soc., 128,12058-12059.2006).

El uso de estos catalizadores presenta ventajas frente a otros métodostradicionales como la hidrólisis enzi-

mática, ya que se requieren concentraciones muy bajas (ppm), son pocotóxicos y convierten rápidamente lospe.sticidas en otros compuestos demenor toxicidad (ácidos orgánicos de

bajo peso molecular, SO4-", NO2",NO3', etc.).

Posteriormente, este equipo juntocon otros investigadores de la Universidad Minnesota, han completado losresultados anteriores con la síntesis del

complejo fFe(TAML)(0)]", demostrando también, mediante los estudios

espectroscópicos y cálculos teóricos,que este iníennedio tiene un tiempo devida de horas a -60 °C (Science, 315,

835-838, 2007). Aunque los oxocom-plejos de Fe(V) .se habían propuestocomo intermedios en reacciones enzi-

máticas o en la degradación catalíticade contajninantes por el peróxido dehidrógeno, su existencia no había podido ser demostrada.

Consuelo Escolástico León

y Javier Pérez EstebanDpto. de Química Orgánica y Bio-Orgánica

Novedades científicas en Física

ASTROFISICA

Y COSMOLOGÍA

• El modelo inflacionario del highang se ha visto reforzado por el esperado segundo conjunto de datosobtenidos por la sonda espacialWMAP (Wiikinson Microwave Ani-

sotropy Probé), presentados el 17 demarzo durante una rueda de prensade la NASA.

El primer conjunto de resultados,presentado hace tres años, apuntalabavarios aspectos importantes del Universo que hasta la fecha se conocíande fomia vaga: el tiempo de recombinación (3BO.OOO años después del bigbang, momento en e! que los primerosátomos se fomiaron): la edad del Uni

verso (13.7 mil millones de años, con

una incertidumbre de más-menos 200

millones de años); y la composición

del Univereo (con una proporción deenergía oscura del 73%).

Desde ese anuncio en 2003, los

investigadores han trabajado concienzudamente para reducir la incertidumbre en los resultados. El

principal resultado obtenido a partirdel nuevo conjunto de datos ha sidola presentación de un mapa del cielocon información sobre la polarización de las microondas.