Arxiu d'etiquetes: VENUS

Carnivorous plants

The carnivorism is a nutrition style associated to animals, to the world of heterotrophs. But it has been seen that there are plants that are also able to feed on other organisms. They are called carnivorous plants and their strategies to capture dams are very different and curious.

WHAT IS A CARNIVOROUS PLANT?

A carnivorous plants , even being autotroph, get part of their nutritional supplement by feeding on animals, especially insects.

There are three basic requirements that  carnivorous plants must comply:

  • they must be able to attract, capture and kill the preys. To get their attention, they usually show reddish coloration and secrete nectar. Morphological and anatomical adaptations for retaining and killing the preys such as traps are used.
  • Digestion and absorbance of the nutrients releasedby the damn .
  • And finally, it has to draw significant benefit from the process.

Dionaea muscipula
Venus flytrap (Dionaea muscipula) (Author: Jason).

WHERE DO THEY LIVE?

Carnivorous plants are  not competitive in normal environments and tend to have a small root system, they need this specialization to allow them to grow faster. They are usually found in low mineralization soils, but with a high concentration of organic matter, sunny areas (as they still perform photosynthesis) and with  a high humidity.

Normally they are also calcifuges, i.e., they are not well adapted to alkaline soils and prefer acidic environments, where the source of calcium comes from the prey. They tend to inhabit soils with low oxygen and  saturated in water in a reducing environment. Some are aquatic and live either floating or submerged, but always near the surface.

TRAPS AND EXAMPLES

The capture system is quite diverse, but can be classified according to whether there is movement or not. We consider active strategies for those plants having mechanical or suction movements. Semi-active strategies which present mucilaginous glands and have movement and finally, passive ones, with no motion for prey capture. They can present mucilaginous glands or pitfall traps. Somes amples are given below.

ACTIVE TRAPS

Venus flytrap

In the case of this plant, the traps are mechanical and they are formed by two valves joined by a central axis. These valves are the result of non photosynthetic leave transformations. The stem acts as a petiole and performs photosynthesis, for this reason, it is thickened, increasing its surface and facilitating the process. Furthermore, the valves have nectar glands to attract preys and its perimeter is surrounded by teeth which help the capture, as when the trap is closed, the teeth overlay perfectly avoiding the animal’s escape..

But, what mechanism drives the closing? There’s a gigh number of triggers hairs inside the valves. When the dam is located on the trap and makes the trigger hairs move twice or more in less than 20 seconds, the valves close immediately.

In this vídeos From the BBC one (Youtube Channel: BBC) we can observe the whole process.

Utricularia, the bladderwort

This plant lives submerged near the surface and is known as the bladderwort, because it has bladder-like traps. The bladders are characterized for having sensitive hairs that activate the suction mechanism of the dam. Then, the bladder generates a very strong internal pressure that sucks water in, dragging the animal to the trap. It’s volume can increase up to 40% when water enters.

In the following video we can see the bladderwort trapping a tadpole of cane toad (Youtube Channel: Philip Stoddard):

SEMIACTIVE TRAPS

When I caught you, you won’t be able to escape

The presence of stalked mucilaginous glands is not unique in the carnivorous plant world, many plants use them as a defence or to prevent water loss. But, some carnivorous plants they are used to capture animals, as the sundews (Drosera) does.

The glands presents on the leaves of the sundews are formed by a stalk and an apical cell that releases mucilage. This substance attracts preys by its smell and taste. When the dam is located on the leaves, some drops of mucilage join each other to form a viscous mass that will cover all the prey, preventing its escape. We note that the glands have some mobility and move themselves to get in contact with the prey. Also, as a result, the leaf wrappes, facilitating the subsequent digestion.

The following video shows the operation of this mechanism (Youtube Channel: TheShopofHorrors):

PASSIVE TRAPS

Don’t get to sticky! 

The Drosophyllum‘s case is very similar to the previous one, but this time the stalked mucilaginous glands don’t have mobility and, therefore, the leaf doesn’t have either. The insect gets caught just because it is hooked on it’s sticky trap and cannot escape.

Drosophyllum
Insects trapped by Drosophyllum‘s stalked mucilaginous glands  (Author: incidencematrix).

Carefull not to fall!

Finally, we see the passive pitfall traps. They sometimes have a lid that protects them from an excess wàter getting in, even though it isn’t a part of the trap mechanism. The pitfall traps can be formed by the leaf itself or by an additional structure that is originated from an extension of the midrib (the tendril). The tendril lowers to ground level and then forms the trap.

Nepenthes
Nepenthes (Author: Nico Nelson).

Dams are attracted to these traps due to nectar glands located inside. Once inside, going out is very complicated!  Walls may be viscous,  have downwardly inclined hairs that hinder to escape or present translucent spots that suggest the prey that there’s an exit, acting like windows , confusing and exhausting the prey, making it fall to the bottom, where it will drown. Other species also release substances that stun the preys, preventing them from running away.

Heliamphora
Heliamphora (Author: Brian Gratwicke).

In some cases, large animals have fallen into these traps, though it is considered more as an effect of “bad-luck” than the plants supposed diet, though some traps measure up to 20cm long.

Difusió-anglès

REFERENCES

Plantas carnívoras

El carnivorismo es un tipo de nutrición que normalmente se asocia a los animales, al mundo de los heterótrofos. Pero se ha visto que hay plantas que también son capaces de alimentarse de otros organismos. Éstas son las denominadas plantas carnívoras y sus estrategias para capturar a las presas son bien diferentes y curiosas.

¿QUÉ ES UNA PLANTA CARNÍVORA?

Una planta carnívora es aquella planta que aun siendo autótrofa obtiene un suplemento nutritivo gracias a que se alimenta de animales, sobretodo insectos.

Para que una planta sea carnívora debe cumplir tres requisitos básicos:

  • Tiene que atraer a la presa para capturar y matarla. Para llamar su atención normalmente presentan coloración rojiza y secretan néctar. Y para capturar a las presas disponen de trampas, adaptaciones morfológicas y anatómicas que permiten retener y matarla.
  • También deben ser capaces de digerir y absorber los nutrientes liberados por la presa que han capturado.
  • Y finalmente tiene que extraer un beneficio significativo de todo el proceso.

Dionaea muscipula
Venus atrapamoscas (Dionaea muscipula) (Autor: Jason).

¿DÓNDE VIVEN?

Las carnívoras resultan poco competitivas en ambientes normales y además suelen presentar un sistema radicular pequeño, por ello requieren de esta especialización que les permite crecer más rápidamente. Generalmente se encuentran en lugares con poca mineralización, pero alta concentración de materia orgánica y zonas soleadas y de humedad elevada, ya que todas las carnívoras realizan la fotosíntesis.

Normalmente también son plantas calcífugas, es decir, no están bien adaptadas a suelos alcalinos y prefieren ambientes ácidos dónde la fuente de calcio es la presa. También tienden a vivir en ambientes reductores, por lo tanto aparecen en suelos con poco oxígeno y cargados de agua. Algunas incluso son acuáticas y viven flotando o sumergidas pero cerca de la superficie.

TIPO DE TRAMPAS Y EJEMPLOS

El sistema de captura es bastante diverso, pero se puede clasificar según si hay movimiento o no. Consideramos activas aquellas que tienen movimiento mecánico o por succión. En segundo lugar están las semiactivas; éstas tienen movimiento y disponen de pelos adhesivos. Y finalmente hay las pasivas, es decir, que capturan sin movimiento gracias a pelos adhesivos o estructuras de caída como los cartuchos o las urnas. A continuación veremos las estrategias a través de algunos ejemplos.

TRAMPAS ACTIVAS

Venus atrapamoscas

En el caso de esta planta las trampas son mecánicas y están formadas por dos valvas unidas a un eje central. Estas valvas son el resultado de la transformación de las hojas, las cuales ya no son fotosintéticas. En consecuencia el tallo es el encargado de actuar como peciolo y de hacer la fotosíntesis; por ello se encuentra engrosado, aumentando su superficie facilita el proceso. Por otro lado, las valvas constan de glándulas de néctar que atraen a la presa y además están rodeadas en su perímetro por dientes que ayudan al cierre, ya que quedan superpuestas para encajar perfectamente y evitar que el animal escape.

Pero, ¿qué acciona el cierre? los encargados son una serie de pelos disparadores que se encuentran en el interior de la valva. Cuando la presa se sitúa sobre la trampa y mueve dos veces el mismo pelo o dos de distintos en menos de 20s las valvas se cierran inmediatamente.

A continuación podemos ver un vídeo dónde se explica este proceso. El vídeo es originario de un reportaje emitido en La 2 de TVE (Canal de Youtube: Luis Estévez):

Utricularia, la succionadora

Esta planta conocida como col de vejigas (Utricularia) vive sumergida cerca de la superficie y consta de vejigas o utrículos que actúan como trampas. Las vejigas se caracterizan por tener en la entrada unos pelos sensitivos que activan el mecanismo de succión de la presa hacía el interior, ya que en consecuencia la vejiga genera una presión interna muy fuerte. De este modo succionan agua y arrastran al animal hacía la trampa. En el momento que entra agua en la vejiga, ésta puede llegar a aumentar un 40% su volumen. La presión interna es tan grande que cuando el animal es capturado se escucha la succión.

En el siguiente vídeo podemos ver en acción a la col de vejigas. El vídeo es originario de un reportaje emitido en La 2 de TVE (Canal de Youtube: Schoolbox):

TRAMPAS SEMIACTIVAS

Cuando te coja ya no podrás escapar

La presencia de pelos adhesivos no es exclusiva de plantas carnívoras, muchas plantas los utilizan como una defensa o para evitar pérdidas de agua. Pero algunas carnívoras, como el rocío del Sol (Drosera), los usan para capturar animales.

Los pelos adhesivos o glándulas que presenta Drosera en sus hojas están formados por un  pie y una célula apical que libera mucilago. Esta substancia atrae a las presas por su olor y gusto. Cuando la presa se sitúa en las hojas, las gotas de mucilago se van uniendo entre ellas hasta formar una masa viscosa que acaba lubricando toda la presa haciendo imposible que pueda escapar. Debemos remarcar que las glándulas tienen cierta movilidad y se desplazan para ponerse en contacto con el animal. Además, esto provoca el cierre de la hoja, facilitando la posterior digestión.

El siguiente vídeo muestra el funcionamiento de este mecanismo (Canal de Youtube: TheShopofHorrors):

TRAMPAS PASIVAS

¡Cuidado que te enganchas! 

El caso de Drosophyllum es muy similar al de Drosera, pero esta vez los pelos adhesivos no tienen movilidad y en consecuencia la hoja tampoco. El insecto queda atrapado simplemente porque se engancha y no se puede liberar.

Drosophyllum
Insectos atrapados por los pelos adhesivos de Drosophyllum (Autor: incidencematrix).

¡Vigila que caes!

Finalmente vemos las trampas pasivas de caída, los cucuruchos y las urnas. Éstos a veces presentan una tapa inmóvil que no forma parte del mecanismo de captura, pero que protege del exceso de agua, evitando que se llene. Los cucurucho y urnas pueden estar formados por la propia hoja o bien ser una estructura adicional originada por el nervio foliar. Éste baja hasta la altura del suelo y después forma la trampa.

Nepenthes
Urna de Nepenthes (Autor: Nico Nelson).

Las presas se sienten atraídas hacia estos engaños debido a las glándulas de néctar situadas en el interior. ¡Una vez dentro salir se vuelve complicado! Las paredes de estas trampas pueden ser viscosas, presentar pelos orientados hacia abajo que dificultan la salida o bien tener tacas translucidas que hacen pensar al animal que hay una salida, pero que en realidad no lo es y entonces el animal cae rendido al fondo intentando escapar. Otras además liberan sustancias que aturden a la presa impidiendo la huida.

Heliamphora
Cucuruchos de Heliamphora (Autor: Brian Gratwicke).

Debe decirse que los animales grandes que suelen caer en estas trampas es porque están enfermos o porque su desarrollo no les permite distinguir la trampa, aunque las hay que llegan a medir hasta 20cm de largo.

FALSAS CARNÍVORAS

Hay algunas plantas que parece que en un futuro podrían llegar a ser carnívoras, pero que no lo son porque no tienen un mecanismo especializado, es decir, no cumplen uno o más requisitos necesarios.

Es el caso de Dipsacus fullonum. Esta especie consta de unas hojas que almacenan agua alrededor del tallo. Esto evita que los insectos no voladores puedan subir y al mismo tiempo actúa como una trampa potencial de caída. De tal modo que algunos insectos pueden morir ahogados en el agua. Por lo tanto, en un futuro podría ser carnívora, ya que podría capturar los insectos y a partir de esa agua absorber los nutrientes.

Dipsacus fullonum
Acumulación de agua con insectos muertos en las hojas de  Dipsacus fullonum (Autor: Wendell Smith).

Difusió-castellà

REFERENCIAS

Plantes carnívores

El carnivorisme és un tipus de nutrició que normalment associem als animals, al món dels  heteròtrofs. Però s’ha vist que hi ha plantes que també són capaces d’alimentar-se d’altres organismes. Aquestes són les anomenades plantes carnívores i les seves estratègies per capturar a les preses són ben diferents i curioses.

QUÈ ÉS UNA PLANTA CARNÍVORA?

Una planta carnívora és aquella planta que tot i ser autòtrofa obté un suplement nutritiu gràcies a que s’alimenta d’animals, sobretot d’insectes.

Per a que una planta sigui carnívora ha de complir  tres requisits bàsics:

  • Han d’atreure la presa per capturar-la i matar-la. Per tal d’atreure normalment presenten coloració vermellosa i també secreten nèctar. I per a capturar les preses han de constar de trampes, adaptacions morfològiques i anatòmiques que permeten retenir i matar la presa.
  • També han de ser capaces de digerir i absorbir els nutrients alliberats per la presa que han capturat.
  • I finalment han d’extreure un benefici significatiu de tot el procés.

Dionaea muscipula
Venus atrapamosques (Dionaea muscipula) (Autor: Jason).

ON VIUEN?

Les carnívores resulten poc competitives en ambients normals i a més acostumen a presentar un sistema radicular petit, per això requereixen d’aquesta especialització que els permet créixer més ràpidament. Generalment es troben en llocs amb poca mineralització, però alta concentració de matèria orgànica i zones d’humitat elevada i assolellades, ja que totes les  carnívores fan la fotosíntesi.

Normalment també són plantes calcífugues, és a dir, no estan ben adaptades a sòls alcalins i prefereixen ambients àcids on la font de calci és la presa. També tendeixen a viure en ambients reductors, per tant apareixen en sòls amb poc oxigen i carregats d’aigua. Algunes fins i tot són aquàtiques i viuen surant o submergides però prop de la superfície.

TIPUS DE TRAMPES I EXEMPLES

El sistema de captura és bastant divers, però es pot classificar segons si hi ha moviment o no.  Considerem actives aquelles que tenen moviment mecànic o per succió. En segon lloc hi hauria les semiactives; aquestes tenen moviment i consten de pèls adhesius. I finalment hi ha les passives, és a dir, que capturen sense moviment gràcies a pèls adhesius o estructures de caiguda com els cucurutxos o les urnes. A continuació veurem les estratègies a través de varis exemples.

TRAMPES ACTIVES

Venus atrapamosques

En el cas d’aquesta planta les trampes són mecàniques i estan formades per dues valves unides a un eix central. Aquestes valves són el resultat de la transformació de les fulles, les quals ja no són fotosintètiques. En conseqüència la tija és l’encarregada d’actuar com a pecíol i de fer la fotosíntesis; per això es troba eixamplada, augmentant la seva superfície facilita el procés. D’altra banda, les valves consten de glàndules de nèctar que atrauen a la presa i a més estan envoltades en el seu perímetre per dents que faciliten el tancament, ja que queden superposades per encaixar perfectament i evitar que l’animal s’escapi.

Però, què acciona el seu tancament?  Els encarregats són una sèrie de pèls disparadors que es troben al interior de la valva. Quan la presa es situa sobre la trampa i mou dos cops el mateix pèl o en mou dos en menys de 20s les valves es tanquen immediatament.

A continuació podem veure un vídeo on s’explica aquest procés. El vídeo és originari d’un reportatge emès per La 2 de TVE (Canal de Youtube: Luis Estévez):

Utricularia, la succionadora

Aquesta planta aquàtica que viu submergida prop de la superfície consta de sàculs o utricles que actuen com a trampes. Els sàculs es caracteritzen per tenir a l’entrada uns pèls sensitius que activen el mecanisme de succió de l’animal cap a l’interior, ja que en conseqüència el sàcul genera una pressió interna molt forta. D’aquesta manera succionen l’aigua i arrosseguen l’animal a la trampa. En el moment que entra l’aigua al sàcul, aquest pot arribar a augmentar un 40% el seu volum. La pressió interna és tan gran que quan l’animal és capturat s’escolta la succió.

En el següent curt podem veure a l’Utricularia en acció. El vídeo és originari d’un reportatge emès per La 2 de TVE (Canal de Youtube: Schoolbox):

TRAMPES SEMIACTIVES

Quan t’agafi ja no podràs escapar 

La presència de pèls adhesius no és exclusiva de plantes carnívores, moltes plantes els utilitzen com a defensa o per evitar pèrdua d’aigua. Però algunes carnívores, com la Drosera, els utilitzen per a capturar animals.

Els pèls adhesius o glàndules que presenta Drosera a les seves fulles estan formats per un peu i una cèl·lula apical que allibera mucílag. Aquesta substància atrau les preses per l’olor i pel gust. Quan la presa es situa a les fulles, les gotes de mucílag es van fusionant entre elles fins que formen una massa viscosa que acaba lubricant tota la presa fent impossible que pugui escapar. Cal remarcar que les glàndules tenen certa mobilitat i es desplacen per posar-se en contacte amb l’animal. A més, això provoca el tancament de la fulla facilitant la posterior digestió.

El següent vídeo mostra el funcionament d’aquest mecanisme (Canal de Youtube: TheShopofHorrors):

TRAMPES PASIVES

Compte que t’enganxes!

El cas de Drosophyllum és molt semblant al de Drosera, però aquesta vegada els pèls adhesius no tenen moviment i en conseqüència la fulla tampoc. El insecte queda atrapat simplement perquè s’enganxa i no es pot alliberar.

Drosophyllum
Insectes atrapats pels pèls adhesius de Drosophyllum (Autor: incidencematrix).

Vigila que caus!

Finalment veiem les trampes passives de caiguda, els cucurutxos i les urnes. Aquests a vegades presenten una tapa immòbil que no forma part del mecanisme de captura, però que protegeix la trampa de l’excés d’aigua, evitant que s’ompli. Els cucurutxos i urnes poden estar formats per la pròpia fulla o bé ser una estructura addicional originada pel nervi foliar. Aquest baixa fins l’altura del terra i desprès forma la trampa.

Nepenthes
Urna de Nepenthes (Autor: Nico Nelson).

Les preses es senten atretes cap aquests paranys degut a les glàndules de nèctar situades al interior. Un cop dins sortir és ben complicat! Les parets d’aquestes trampes poden ser viscoses, presentar pèls orientats cap a baix que dificulten la sortida o bé tenen taques translúcides que fan pensar a l’animal que hi ha una sortida, però que en realitat no ho és i llavors l’animal cau esgotat al fons intentant escapar. D’altres a més alliberen substàncies que atordeixen a la presa impedint la fugida.

Heliamphora
Cucurutxos de Heliamphora (Autor: Brian Gratwicke).

Cal dir que els animals grans que acostumen a caure en aquestes trampes és perquè estan malalts o perquè el seu desenvolupament no els permet distingir la trampa, tot i que n’hi ha que arriben a fer 20cm de llarg.

FALSES CARNÍVORES

Hi ha algunes plantes que sembla que en un futur podrien arribar a ser carnívores, però que no ho són per que no tenen un mecanisme especialitzat, és a dir, no compleixen un o més dels requisits necessaris.

És el cas de Dipsacus fullonum.  Aquesta espècie consta d’unes fulles que emmagatzemen aigua al voltant de la tija. Això evita que els insectes no voladors puguin pujar i alhora actua com a trampa potencial de caiguda. De tal manera que alguns insectes poden morir ofegats a l’aigua. Per tant, en un futur podria ser carnívora, ja que capturaria els insectes i a partir d’aquesta aigua absorbiria els nutrients.

Dipsacus fullonum
Acumulació d’aigua amb insectes morts a les fulles de Dipsacus fullonum (Autor: Wendell Smith).

Difusió-català

REFERÈNCIES

Technology to the rescue of data

The purpose of this article is to show a general vision of the main problems of the traditional sampling techniques and the actual situation and advantages that the modern methods offer. More specific examples will be given in future articles in order to explain the running and some studies that have been using these new techniques.

THE PROBLEM

In science is very important to have a good quality data in order to develop any study and not being criticized by editors and REVISORS of the SCIENTIFIC MAGAZINES. Frequency, number, type and sampling sensors are just the first ones of a long list of important factors that you need to have in mind when planning the sampling of your study. There is no magic trick, each study is different and requires number and sampling frequency… different, specific and optimum.

When you are trying to discover the marine mysteries the problems just get bigger, the accessibility is much more limited than in the terrestrial habitats and you cannot go sampling every time you desire, some days maritime weather conditions difficult sampling and, often, you are forced to cancel it, leaving an important data gap. Traditional sampling methods, even their evolution among the years, requires the presence in situ of the scientist, nowadays we are not using a simple thermometer anymore but a complex CTD that provide a much more precision in multitude of different parameters (depending on the sensors attached at the CTD), at the same time and at the desired depth, but we always need a ship, for going at the selected coordinates, and some operators for raising and lowering the sensor. Moreover, biological sampling traditional techniques (trawling and longlines, among many other fishing arts, as well as direct observations via scuba diving) present another huge problem: they are very invasive methods, not just for the species itself but, many times like with bottom trawling method, for the environment, furthermore, the animals captured usually die during the manipulation process. Notice that, for being invasive methods (nets, ships, scuba divers,…), the correct study of the animals normal behaviour is affected, due to the response of the fish towards these invasive presence.

NEW TECHNOLOGIES

Recently, new different revolutionary sampling methods (Autonomous Underwater Vehicle and Cabled Underwater Observatory) have been implanted in order to reduce the above-mentioned problems. In the two given examples we find a set of sensors, adaptable to the desired study, installed in a small space. While AUV allow an automatic, or remote control, movement towards exact coordinates and, in some cases, are able to send the collected data via satellite, submarine observatories are fixed at the seabed becoming just one more element of the environment and producing no perturbation in the normal behaviour of the animals. Due to the connection via cable they can receive permanently energetic supplying without relying on the batteries duration, and send the collected data at real time. Therefore, the new technologies allow us to increase sampling frequency since the dependency on the climate conditions become much less important unlike the above-mentioned case of the scuba divers. However, the disturbance does not decrease when working with AUV, as well as the complications in studying animal behaviour.

Guanay2, the AUV designed by the technological group SARTI-UPC. Image: SARTI-UPC.
Guanay2, the AUV designed by the technological group SARTI-UPC. Image: SARTI-UPC.

UNDERWATER OBSERVATORIES

Cabled underwater observatories are slowly colonizing the coast around the world either forming big networks or individual observatories.

Nowadays, the more powerful observatories are the Canadian VENUS and NEPTUNE, both of them managed by the Ocean Networks Canada.  The first one was deployed on the 2006 and consists of 3 nodes placed between 100 and 300 meters deep in the Salish Sea, British Columbia, Canada. In addition to its function of studying the oceanographic phenomena it was also used as a test site of what would be its bigger brother, the NEPTUNE. This second network is working since 2009 and consist of 6 nodes and multitude of different sensors distributed on the oceanic profile of the Vancouver Isle west coast, from 23 to 2660 meters deep. For being placed over the fault produced due the interaction between the Juan de Fuca the Nord-American tectonic plate, it is an important observatory for the study of the plate tectonic forces.

NEPTUNE nodes distribution.
NEPTUNE nodes distribution. Autor: NEPTUNE (Creative Commons)

In Europe, we are not lagging behind, the EMSO (European Multidisciplinary Seafloor and Water Column Observatory) has grouped the isolated observatories, either underwater platforms or pelagic buoys, with the objective of forming a multidisciplinary network at European level.

OBSEA

One of the members of this European network is placed in the Catalan Coast, the OBSEA. The OBSEA platform (Western Mediterranean Expandable SEAfloor OBservatory) is a cabled video platform located at 20m depth, 5 km off Vilanova i la Geltrú. It was designed, deployed and managed by the technologic group SARTI from the UPC (Universitat Politècnica de Catalunya), conceived as a platform capable of supporting many different sensors in order to monitor different oceanographic parameters (such as temperature, salinity, seismic waves, tides heigh,…), and is also an instrumentation test site within the EMSO. The observatory is equipped with two video cameras, one fixed and the other with a 360º rotation angle, which can acquire digital images of the environment surrounding the OBSEA and everyone can check those live images from the OBSEA website.

OBSEA platform. Image: SARTI-UPC.
OBSEA platform. Image: SARTI-UPC.

New sampling methods help the researches to get a lot of good quality data for achieving a better understanding of the oceans. Sometimes however, the sampling frequency is so high that the amount of data produced is bigger than can be processed and we have to develop new software capable of working with big volume of data and help us in their manipulation and interpretation.

REFERENCES

  • Aguzzi J, Mànuel A, Condal F, Guillén J, Nogueras M, Del Río J, Costa C, Menesatti P, Puig P, Sardà F, Toma D and Palanques A (2011). The New Seafloor Observatory (OBSEA) for Remote and Long-Term Coastal Ecosystem Monitoring. Sensors vol. 11, pp: 5850−5872.
  • Ona E and Godø OR (1990). Fish reaction to trawling noise: the significance for trawl sampling. Rapports et Procès-Verbaux des Réunions. vol. 189, pp: 159-166.
  • Stoner AW, Ryer CH, Parker SJ, Auster PJ and Wakefield WW (2008). Evaluating the role of fish behavior in surveys conducted with underwater vehicles. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Science. vol. 65, pp: 1230-1243.
  • Thrush SF and Dayton PK (2002). Disturbance to Marine Benthic Habitats by Trawling and Dredging: Implications for Marine Biology.Annual Reviews of Ecology and Systematics. vol. 33, pp: 449-473.
  • OBSEA
  • OCEAN NETWORKS CANADA
  • SARTI-UPC
  • Wikipedia NEPTUNE

If you enjoyed this article, please share it on social networks tospread it. The aim of the blog, after all, is to spread science and reach as many people as possible.

This publication is licensed under a Creative Commons:

Llicència Creative Commons

La tecnología al rescate de los datos

En este artículo se pretende dar una visión general de las principales problemáticas que presentan las técnicas tradicionales de obtención de datos y la situación actual y ventajas que ofrecen los métodos más modernos. En artículos futuros se darán ejemplos más concretos para explicar el funcionamiento y los estudios que se desarrollan con estas nuevas técnicas.

Problemática

En el mundo científico disponer de unos buenos datos tiene una vital importancia para poder desarrollar cualquier estudio sin que sea duramente criticado por editores y revisores de las revistas científicas. La frecuencia, tamaño, tipo y aparatos de medida son solo los primeros de una larga lista de factores que se tienen que tener en cuenta cuando planeas la recogida de datos de tu estudio. No existe ningún tipo de fórmula mágica, pues cada estudio es distinto a los otros y necesitará un tamaño y frecuencia de muestreo,… distinto, ajustado y óptimo.

Cuándo nos disponemos a descubrir los misterios del mundo marino el tema se complica aún más, pues su accesibilidad es bastante más limitada que el mundo terrestre y no se pueden obtener muestras siempre que uno quiere, en días con condiciones marítimas adversas el muestreo se puede complicar y, en muchos casos, cancelar, dejando un vacío de datos importante. Los métodos de estudio tradicional, aunque han evolucionado mucho a lo largo de los años, requieren una presencia in situ del investigador o técnico en el momento de tomar las medidas, actualmente hemos pasado de utilizar un simple termómetro a un complejo CTD que nos permite medir con mucha precisión multitud de parámetros distintos (según los aparatos de medida asociados a él), al mismo momento y a la profundidad deseada, pero siempre necesitaremos un barco que nos lleve a las coordenadas escogidas y unos operarios que bajen y suban el aparato. Además, las técnicas tradicionales de obtención de datos biológicos (arrastre y palangre, entre otras artes de pesca, así como observaciones subacuáticas directas realizadas por submarinistas) presentan otro gran inconveniente: se trata de técnicas altamente invasivas, no sólo para las mismas especies sino, en algunos casos cómo la pesca de arrastre, para el propio medio físico, además en muchos casos los animales capturados mueren durante el proceso de medidas. Cabe añadir que, por el hecho de ser métodos invasivos (redes, barcos, submarinistas,…), se dificulta el estudio del comportamiento normal de los individuos, pues los peces reaccionan delante de ésta presencia invasiva.

Nuevas tecnologías

En los últimos años se han incorporado diferentes métodos de muestreo totalmente revolucionarios (Autonomous Underwater Vehicles y Observatorios submarinos cableados entre otros) para tratar de reducir estos inconvenientes.  En los dos ejemplos mencionados encontramos un conjunto de sensores de medida, hasta cierto punto adaptable al tipo de estudio realizado, concentrados en un espacio muy reducido. Mientras que los AUV permiten un desplazamiento automático o con control remoto hasta las coordenadas exactas y, en algunos casos, un retorno de los datos vía satélite, los observatorios submarinos mantienen un punto de muestro fijo en el fondo marino y, a la larga, será un elemento más del medio y no producirá una perturbación en el comportamiento natural de las comunidades. Además, al estar conectados vía cable a tierra pueden recibir alimentación eléctrica de forma permanente y sin estar condicionados por la duración de las baterías y enviar los datos que recogen continuamente. Así pues las nuevas tecnologías nos han permitido aumentar la frecuencia de la toma de datos, pues ya no hay una dependencia de las condiciones climáticas cómo en el caso del muestreo por submarinismo, aun así el carácter invasivo se mantiene con los AUV, así como la dificultad de un estudio de comportamiento mencionada anteriormente.

Guanay2, el AUV diseñado por el grupo de investigación SARTI-UPC. Fotografía: SARTI-UPC.
Guanay2, el AUV diseñado por el grupo de investigación SARTI-UPC. Fotografía: SARTI-UPC.

Observatorios submarinos

Los observatorios cableados están colonizando poco a poco las costas de nuestro planeta, ya sea en forma de grandes redes de observatorios submarinos o de observatorios aislados.

Las redes de observatorios más potentes actualmente son las canadienses VENUS y NEPTUNE, las dos gestionada a través de la  Ocean Networks Canada. La primera fue instalada el año 2006 y consta de 3 nodos observatorios situados entre 100 y 300 metros de profundidad en el mar de Salish, Columbia Británica, al suroeste de Canadá. Además de su función de estudio de los fenómenos oceanográficos de la zona se utilizó cómo banco de pruebas del que seriía su hermano mayor, el NEPTUNE. Esta segunda red de observatorios está en funcionamiento desde el año 2009 y cuenta con 6 nodos observatorios y multitud de sensores de medida distribuidos al largo del perfil oceánico de la costa oeste de la isla de Vancouver, de los 23 a los 2660 metros de profundidad. Por el hecho de estar distribuida por la zona que conforma la falla entre las placas tectónicas Juan de Fuca y la Norteamericana hacen que sea una estación de observación clave en el estudio de las placas tectónicas in situ y de sus efectos.

Distribución de los nodos del observatorio NEPTUNE de Canadá.
Distribución de los nodos del observatorio NEPTUNE de Canadá. Autor: NEPTUNE (Creative Commons).

En Europa tampoco nos quedamos atrás, la EMSO (European Multidisciplinary Seafloor and Water Column Observatory) ha agrupado el conjunto de observatorios aislados, tanto plataformas submarinas como boyas pelágicas, para formar una red multidisciplinar a nivel europeo.

OBSEA

Uno de los observatorios miembros de esta red europea se encuentra situada en la costa catalana, el OBSEA. La plataforma OBSEA (Western Mediterranean Expandable SEAfloor OBservatory) es un observatorio submarino situada a 5 kilómetros de la costa de Vilanova i la Geltrú a 20 metros de profundidad que está conectado, mediante un cable mixto de energía y comunicaciones, con la base terrestre. Está diseñado, instalado y gestionado por el grupo tecnológico SARTI de la UPC (Universitat Politècnica de Catalunya), concebido inicialmente como una plataforma en la cual se pudiesen conectar multitud de diferentes sensores para medir diferentes parámetros ambientales (temperatura, salinidad, movimientos sísmicos, altura de las olas,…) y, además, sirve como banco de pruebas de la EMSO para sensores destinados a otros observatorios. Unos de los aparatos que hay instalados son 2 videocámaras, una de eje fijo y la otra con un eje de rotación de 360º, que nos permiten ver a través de la página web de la plataforma la comunidad de peces que habita en el medio.

Observatorio OBSEA. Fotografía: SARTI-UPC.
Observatorio OBSEA. Fotografía: SARTI-UPC.

Los nuevos métodos de muestreo, pues, nos ayudan a los investigadores a recoger una gran cantidad buenos datos con el fin de entender mejor el mar que nos rodea. Aun así, algunas veces la frecuencia de recogida es tan elevada que se generan más datos de los que se pueden procesar y se tienen que desarrollar, paralelamente a los sensores que registran los datos, software informático capaz de trabajar con estos volúmenes de datos tan grandes, y que ayude a su manejo e interpretación.

Referències

Aguzzi J, Mànuel A, Condal F, Guillén J, Nogueras M, Del Río J, Costa C, Menesatti P, Puig P, Sardà F, Toma D and Palanques A (2011). The New Seafloor Observatory (OBSEA) for Remote and Long-Term Coastal Ecosystem Monitoring. Sensors vol. 11, pp: 5850−5872.

Ona E and Godø OR (1990). Fish reaction to trawling noise: the significance for trawl sampling. Rapports et Procès-Verbaux des Réunions. vol. 189, pp: 159-166.

Stoner AW, Ryer CH, Parker SJ, Auster PJ and Wakefield WW (2008). Evaluating the role of fish behavior in surveys conducted with underwater vehicles. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Science. vol. 65, pp: 1230-1243.

Thrush SF and Dayton PK (2002). Disturbance to Marine Benthic Habitats by Trawling and Dredging: Implications for Marine Biology.Annual Reviews of Ecology and Systematics. vol. 33, pp: 449-473.

OBSEA

OCEAN NETWORKS CANADA

SARTI-UPC

Wikipedia NEPTUNE

Si te ha gustado este artículo, por favor compártelo en las redes sociales para hacer difusión, pues el objetivo del blog, al fin y al cabo, es divulgar la ciencia y que llegue al máximo de gente posible.

 Esta publicación está bajo una licencia Creative Commons:

Llicència Creative Commons

La tecnologia al rescat de les dades

En aquest article es pretén donar una visó general de les principals problemàtiques que presenten les tècniques tradicionals d’obtenció de dades i la situació actual i els avantatges que ofereixen els mètodes més moderns. En articles futurs es donaran exemples més concrets per explicar el funcionament i els estudis que es duen a terme amb aquestes noves tècniques.

Problemàtica

En el món científic disposar d’unes bones dades és de vital importància per poder dur a terme qualsevol estudi sense i que no sigui durament criticat per editors i revisors de les revistes científiques. La freqüència, mida, tipus i aparells de mesura són només els primers d’una llarga llista de factors que has de tenir en compte alhora de plantejar la presa de dades del teu estudi. No existeix cap tipus de fórmula màgica, doncs cada estudi és diferent i requerirà una mida i freqüència mostral,… diferent, ajustat i òptim.

Quan ens disposem a descobrir els misteris del món marí el tema es complica encara més, doncs la seva accessibilitat és força més limitada que el món terrestre i no es poden prendre mostres sempre que un vol, en dies amb condicions marítimes adverses el mostreig es pot complicar i, en molts casos, cancel·lar, deixant un buit de dades important. Els mètodes d’estudi tradicionals, tot i que han evolucionat molt al llarg dels anys, requereixen una presència in situ de l’investigador o tècnic alhora de prendre les mesures, actualment hem passat d’utilitzar un simple termòmetre a un complex CTD que ens permet mesurar amb molta precisió multitud de paràmetres  diferents (segons els aparells de mesura associats a aquest), al mateix moment i a la profunditat que desitgem, però sempre necessitarem un vaixell que ens porti a les coordenades escollides i uns operaris que baixin i pugin l’aparell. A més a més, les tècniques tradicionals de presa de dades biològiques (l’arrossegament i palangres, entre d’altres arts de pesca, així com observacions subaquàtiques directes realitzades per submarinistes) presenten un altre gran inconvenient: són tècniques altament invasives, no només per les espècies en concret sinó, en alguns casos com la pesca d’arrossegament, per el propi medi físic, a més en molts casos els animals capturats moren durant el procés de mesures. Cal afegir que, per tractar-se de mètodes invasius (xarxes, vaixells, submarinistes,…), es dificulta l’estudi del comportament normal dels individus, doncs els peixos reaccionen envers aquesta presència invasiva.

Noves tecnologies

En els darrers anys s’han incorporat diferents mètodes de mostreig totalment revolucionaris (Autonomous Underwater Vehicle i Observatoris submarins cablejats entre d’altres) per tal de reduir aquests inconvenients. En els dos exemples esmentats trobem un conjunt d’aparells de mesura, fins a certa mesura adaptable al tipus d’estudi desitjat, concentrats en un espai molt reduït. Mentre que els AUV permeten un desplaçament automàtic o amb control remot fins a les coordenades exactes i, en alguns casos, un retorn de les dades via satèl·lit, els observatoris submarins ens mantenen un punt de mostreig fix al fons marí i, a la llarga, serà un element més del medi i no produirà una pertorbació en el comportament natural de les comunitats. A més, a l’estar connectats via cable a terra poden rebre alimentació elèctrica de forma permanent sense estar condicionats per la duració de les bateries, i enviar les dades que recullen contínuament. Així doncs aquestes noves tecnologies han permès augmentar la freqüència de la presa de mostres, doncs ja no hi ha una dependència de les condicions climàtiques com en cas de la observació fent submarinisme, tot i això el caràcter invasiu es manté amb els AUV, així com la dificultat d’un estudi de comportament esmentada anteriorment.

Guanay2, l'AUV dissenyat pel grup de recerca SARTI-UPC.
Guanay2, l’AUV dissenyat pel grup de recerca SARTI-UPC. Fotografia: SARTI-UPC.

Observatoris submarins

Els observatoris submarins cablejats estan colonitzant poc a poc les costes del nostre planeta ja sigui en forma de grans xarxes d’observatoris submarins o d’observatoris aïllats.

Les xarxes d’observatoris més potents actualment són les canadenques VENUS i NEPTUNE, ambdues gestionades a través de la Ocean Networks Canada. La primera va ser instal·lada l’any 2006 i consta de 3 nodes observatoris situats entre 100 i 300 metres de profunditat al mar de Salish, Columbia Britànica, al sud-oest de Canadà. A més de la seva funció d’estudi dels fenòmens oceanogràfics de la zona es va utilitzar com a banc de proves del que seria el seu germà gran, el NEPTUNE. Aquesta segona xarxa d’observatoris està en funcionament des de l’any 2009 i compta amb 6 nodes observatoris i multitud d’aparells de mesura distribuïts al llarg del perfil oceànic de la costa oest de l’illa de Vancouver, dels 23 als 2660 metres de profunditat. Pel fet d’estar distribuïda per la zona que conforma la falla entre les plaques tectòniques Juan de Fuca i la Nord Americana fan que sigui una estació d’observació clau en l’estudi de les plaques tectòniques in situ i dels seus afectes.

Distribució dels nodes de l'observatori NEPTUNE de Canadà.
Distribució dels nodes de l’observatori NEPTUNE de Canadà. Autor: NEPTUNE (Creative Commons)

A Europa, però, no ens quedem enrere, la EMSO (European Multidisciplinary Seafloor and Water Column Observatory) ha agrupat el conjunt d’observatoris aïllats, tant plataformes submarines com boies pelàgiques, per formar una xarxa multidisciplinar a nivell europeu.

OBSEA

Un dels observatoris membres d’aquesta xarxa europea es troba situat a la costa catalana, l’OBSEA. La plataforma OBSEA (Western Mediterranean Expandable SEAfloor OBservatory) és un observatori submarí situat a 5km de la costa de Vilanova i la Geltrú a 20 metres de profunditat que està connectat, mitjançant un cable mixt d’energia i comunicacions, amb la base terrestre. Està dissenyat, instal·lat i gestionat pel grup tecnològic SARTI de la UPC (Universitat Politècnica de Catalunya), concebut inicialment com una plataforma a la qual s’hi poden endollar multitud de diferents aparells per mesurar diferents paràmetres ambientals (temperatura, salinitat, moviments sísmics, alçada de les onades,…) i que, a més, serveix de banc de proves de la EMSO per sensors destinats a altres observatoris. Uns d’aquests aparells que hi ha instal·lats són dues videocàmeres, una de fixe i l’altre amb un eix de rotació de 360º que ens permeten veure a través de la pàgina web de la plataforma la comunitat de peixos que habita en aquell medi.

Observatori OBSEA.
Observatori OBSEA. Fotografia: SARTI-UPC.

Els nous mètodes de mostreig, doncs, ens ajuden als investigadors a recollir una gran quantitat de bones dades per tal de poder entendre millor el mar que ens envolta. De vegades però, la freqüència de recollida és tan elevada que es generen més dades de les que es poden processar i s’han de desenvolupar, paral·lelament als aparells que registren les dades, software informàtic capaç de treballar amb aquests volums de dades tan grans, i que ajudi a la seva manipulació i interpretació.

Referències

Aguzzi J, Mànuel A, Condal F, Guillén J, Nogueras M, Del Río J, Costa C, Menesatti P, Puig P, Sardà F, Toma D and Palanques A (2011). The New Seafloor Observatory (OBSEA) for Remote and Long-Term Coastal Ecosystem Monitoring. Sensors vol. 11, pp: 5850−5872.

Ona E and Godø OR (1990). Fish reaction to trawling noise: the significance for trawl sampling. Rapports et Procès-Verbaux des Réunions. vol. 189, pp: 159-166.

Stoner AW, Ryer CH, Parker SJ, Auster PJ and Wakefield WW (2008). Evaluating the role of fish behavior in surveys conducted with underwater vehicles. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Science. vol. 65, pp: 1230-1243.

Thrush SF and Dayton PK (2002). Disturbance to Marine Benthic Habitats by Trawling and Dredging: Implications for Marine Biology. Annual Reviews of Ecology and Systematics. vol. 33, pp: 449-473.

OBSEA

OCEAN NETWORKS CANADA

SARTI-UPC

Wikipedia NEPTUNE

Si t’ha agradat aquest article, si us plau comparteix-lo a les xarxes socials per a fer-ne difusió,  doncs l’objectiu del blog, al cap i a la fi, és divulgar la ciència i que arribi al màxim de gent possible.

Aquesta publicació està sota una llicencia Creative Commons:

Llicència Creative Commons