Murciélagos y su sensibilidad al cambio global

El orden Chiroptera, comúnmente conocido como murciélagos, acoge a todos los mamíferos voladores que se conocen hoy en día. Es un orden que acoge a más de 1000 especies, afectado por múltiples agentes contaminantes de diferentes naturalezas y que causan un grave impacto negativo en la supervivencia de este grupo. Se trata de un grupo muy sensible ya que se ve afectado por la amplia mayoría de tipos de contaminación conocidos hoy en día.

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Ejemplar de murciélago de pies grandes (Myotis macropus), en Melbourne, Australia (fotografía de L. Lumsdem; Straka et al., 2016).

Posiblemente la contaminación más conocida sea la de carácter químico: los metales pesados son más que conocidos por disminuir la riqueza de especies en el entorno natural debido a su alta toxicidad (Straka et al., 2016). De hecho, un biomarcador utilizado y que es interesante por su carácter no invasivo es la propia piel y pelaje de los murciélagos, al reflejar la acumulación de metales pesados (como el cadmio, el cobre, el plomo y el zinc) en riñones, huesos o estómago (Hernout et al., 2016). Además, el mercurio es relativamente peligroso en este grupo, debido a la biomagnificación que se ha visto que pueden presentar en zonas contaminadas (Kumar et al., 2018).

No solo los metales pesados tienen un grave efecto tóxico en los murciélagos; se ha observado que productos de la industria agraria repercuten en ellos de manera muy grave. Por ejemplo, podemos destacar organoclorados como el DDT (diclorodifenilcloroetano), un insecticida que produce mortalidad en muchos quirópteros (Buchweitz et al., 2018) y el endosulfán (EDS), otro insecticida que induce alteraciones morfológicas en órganos vitales y estrés oxidativo (Oliveira et al., 2017) afectando a los procesos fisiológicos de estos organismos. Debemos destacar también los compuestos organofosforados como el clorpirifós, que afectan muchas veces en comportamientos de vuelo y movimientos de trepa de los murciélagos y pueden potencialmente causar daños en sus organismos (Eidels et al., 2016).

Posiblemente la mayoría de las personas podrán imaginarse también que la contaminación lumínica es muy grave para los quirópteros: es bien sabido que la luz artificial durante periodos nocturnos supone un estresor de origen humano muy importante, ya que afecta a actividades de los organismos de la noche de formas muy variadas, como la reproducción o la comunicación (Stone et al., 2015). Por ejemplo, la presencia de luces aumenta en gran medida la cantidad de zumbidos producidos por los murciélagos. Además, hay autores que han demostrado que las luces nocturnas pueden distraer a los quirópteros de sus rutas de migración por fototaxia positiva (Voigt et al., 2017), es decir, se sienten atraídos hacia la luz. Así, acabamos observando zonas donde al final, la riqueza de especies de quirópteros se reduce drásticamente por culpa de esta contaminación lumínica (con excepción de aquellas especies adaptadas a entornos urbanos, que son una minoría) (Straka et al., 2016).

También podemos destacar la contaminación sonora. Hay diferentes experimentos que relacionan este tipo de contaminación con el bienestar de los quirópteros, pero muy pocas veces se han llevado más allá del laboratorio. Algunos autores han demostrado que la actividad de determinadas especies de murciélago puede disminuir en gran manera cuando se encuentran en zonas con maquinaria humana muy ruidosa. De hecho, la propia ecolocalización se ve alterada y, por ende, su capacidad de caza (Bunkley et al., 2014).

Podríamos determinar por otro lado un tipo especial de contaminación sonora cuyo origen tiene lugar por culpa de la arquitectura humana: los murciélagos, al orientarse y moverse en el espacio por ecolocalización, necesitan superficies que reflejen bien los ultrasonidos. Es por ello por lo que pueden confundir superficies verticales y pulidas con caminos abiertos sin obstáculos, chocándose contra ellos y produciéndose graves contusiones (Greif et al., 2017).

Pero, existen tipos de contaminación menos obvias, como puede ser la de carácter electromagnético y que tienen la misma importancia que las anteriores. Estudios han demostrado que los murciélagos presentan magnetita (Fe3O4) en su organismo, un mineral que les permite sensar el campo magnético terrestre, así como orientarse en función de él (capacidad magnetorreceptiva) (Tian et al., 2010). De hecho, autores como Wang et al. (2007) han demostrado en laboratorio que se puede modificar la orientación de estos organismos artificialmente: bajo influencia de un campo magnético normal, los murciélagos tienen preferencia a mirar al norte cuando cuelgan en reposo, pero si se somete el campo a determinadas alteraciones, puede cambiar de posición, mirando al sur.

Esto podría llegar a extrapolarse: si por efecto de las tecnologías humanas se alterara el campo magnético, aunque fuera de manera muy localizada, los quirópteros podrían sufrir desorientaciones muy graves. Esto ocurre con sistemas radar de incluso muy pequeño tamaño, como investigaron Nicholls y Racey (2009), que emitían pulsos electromagnéticos que ahuyentaban a los quirópteros de la zona.

Como se puede ver, los murciélagos están expuestos a innumerables fuentes contaminantes, ya que tanto la luz y el ruido, como la contaminación electromagnética y la química pueden causar estragos en los quirópteros, no solo en comportamiento y hábitos, sino también en su propia vida, pudiendo matarlos.

Referencias utilizadas:

  1. Buchweitz, J. P., Carrson, K., Rebolloso, S., Lehner, A. 2018. DDT poisoning of big brown bats, Eptesicus fuscus, in Hamilton, Montana. Chemosphere 201: 1-5.
  2. Bunkley, J. P., McClure, C. J. W., Kleist, N. J., Francis, C. D., Barber, J. R. 2014. Anthropogenic noise alters bat activity levels and echolocation calls. Global Ecology and Conservation 3: 62-71.
  3. Eidels, R. R., Sparks, D. W., Whitaker, J. O. Jr., Sprague, C. A. 2016. Sub-lethal effects of chlorpyrifos on big brown bats (Eptesicus fuscus). Archives of Environmental Contamination of Toxicology 71 (3): 322-335.
  4. Greif, S., Zsebok, S., Schmieder, D., Siemers, B. M. 2017. Acoustic mirrors as sensory traps for bats. Science 357: 1045-1047.
  5. Hernout, B. V., McClean, C. J., Arnold, K. E., Walls., M., Baxter, M., Boxall, A. B. A. 2016. Fur: a non-invasive approach to monitor metal exposure in bats. Chemosphere 147: 376-381.
  6. Kumar, A., Divoll, T. J., Ganguli, P. M., Trama, F. A., Lamborg, C. H. 2018. Presence of artisanal gold mining predicts mercury bioaccumulation in five genera of bats (Chiroptera). Environmental Pollution 236: 862-870.
  7. Nicholls, B., Racey, P. A. 2009. The aversive effect of electromagnetic radiation on foraging bats – a possible means of discouraging bats from approachin wind turbines. PLoS ONE 4(7): e6246.
  8. Oliveira, J. M., Brinati, A., Miranda, L. D. L., Morais, D. B., Zanuncio, J. C., Gonçalves, R. V., Peluzio, M. D. C. G., Freitas, M. B. 2017. Exposure to the insecticide endosulfan induces liver morphology alterations and oxidative stress in fruit-eating bats (Artibeus lituratus). International Journal of Experimental Pathology 98: 17-25.
  9. Stone, E. L., Harris, S., Jones, G. 2015. Impacts of artificial lightning on bats: a review of challenges and solutions. Mammalian Biology.
  10. Straka, T. M., Lentini, P. E., Lumsden, L. F., Wintle, B. A., Van der Ree, R. 2016. Urban bat communities are affected by wetland size, quality and pollution levels. Ecology and Evolution 6(14): 4761-4774.
  11. Tian, L., Lin, W., Zhang, S., Pan, Y. 2010. Bat head contains soft magnetic particles: evidence from magnetism. Bioelectromagnetics 31: 499-503.
  12. Voigt, C. C., Roeleke, M., Marggraf, Petersons, G., Voigt-Heucke, S. L. 2017. Migratory bats respond to artificial green light with positive phototaxis. PLoS ONE 12(5): e0177748.
  13. Wang, Y., Pan, Y., Parsons, S., Walker, M., Zhang, S. 2007. Bats respond to polarity of a magnetic field. Proceedings of the Royal Society 274: 2901-2905.

Metamateriales. Medios zurdos

¿Qué son los metamateriales? El prefijo “meta” significa “más allá”, por lo que estas estructuras o materiales presentan propiedades electromagnéticas inusuales, “más allá de las que se encuentran en la propia naturaleza”. Son estructuras artificiales que poseen ciertas propiedades electromagnéticas según el diseño que tengan, siendo estas propiedades distintas a las de sus constituyentes. Según dichas propiedades, el material puede estar o no estar en un rango de frecuencias determinadas y están basadas en estructuras periódicas para cumplir un determinado requisito.

Las propiedades de estos materiales han dado lugar a componentes y sistemas fundamentales en el campo de las antenas, filtros, sistemas de generación de imágenes, estructuras sintonizables, estructuras de alta impedancia, miniaturización de guías de onda/circuitos planos y aplicaciones de THz, es decir, que pueden ser usadas en el espectro de IR y UV-Vis.

Existen varios tipos de metamateriales: Estructura de plasma, Superficies selectivas en frecuencia, Elementos fractales, Conductor magnético artificial, Electromagnetic/ Photonic Band Gap y Medio “zurdo”.

Los metamateriales zurdos presentan una permitividad Ɛ y una permeabilidad μ negativas, por lo que han sido muy estudiados por ingenieros y científicos a lo largo de los últimos años. Un medio zurdo presenta propiedades opuestas a las de un medio convencional, también llamado medio diestro. El campo magnético H ⃗, el campo eléctrico E ⃗y el número de onda ν ⃗ forman una triada zurda, lo cual hace que la luz se propague en sentido contrario al flujo de energía (vector de Poynting S ⃗). En un medio zurdo, este vector y el número de onda tienen sentido opuesto, mientras que en un convencional tienen el mismo sentido. En el medio zurdo, las ondas se propagan hacia la fuente, justamente al revés de lo que ocurre en el convencional, donde la onda se aleja de la fuente. Es por ello que en estos medios las ondas se denominan ondas de retroceso donde la velocidad de fase y de grupo lleva sentidos opuestos.


Debido a que la permeabilidad y la permitividad son negativas, esto supone cambios en el desplazamiento Doppler, en las ecuaciones de Fresnel, principio de Fermat, en el principio básico de la óptica: la ley de Snell. También se puede comprobar a raíz de las leyes de Maxwell, es que el índice de refracción (n) es negativo, como se observa en la siguiente fórmula:

n=-√μƐ

Con ello sacamos también los fenómenos asociados a la propagación de las ondas electromagnéticas y llegamos al coeficiente de reflexión en la interfaz de en un medio zurdo es cero, es decir, para incidencia normal al plano. De aquí llegamos a la inversión de la ley de Snell:

n sin⁡θ=n sin⁡θ

Siendo el ángulo de en el medio zurdo negativo. Lo que significa, que la energía es refractada hacia el mismo lado de la inferida.

Los medios zurdos suelen ser estructuras periódicas simples que presentan unas propiedades físicas en conjunto que difieren de las propiedades de materiales convencionales y son “al gusto” del que los fabrican. A pesar de los átomos y las interacciones diferentes que hay entre ellos (determinan las propiedades del material), desde el punto de vista electromagnético solo es importante la permitividad como la permeabilidad, ya que las ondas electromagnéticas atraviesan los objetos de una forma u otra según la longitud de onda. Aun así, hay restricciones ya que las estructuras dependen de la frecuencia de la onda.

Bibliografía:

Junkin y J. Parron Granados. 2005. Simulación de configuración de medida para la obtención de los parámetros S de metamateriales. ResearchGate. Ver referencia en: https://www.researchgate.net/profile/Gary_Junkin/publication/229014648_Simulacion_de_configuraciones_de_medida_para_la_obtencion_de_los_parametros_S_de_metamateriales_utilizando_FDTD/links/0deec5368b548bb083000000.pdf

Garcia Aguilar, A. 2008. Análisis, diseño y prototipado de una lente plana basada en estructuras metamateriales para antenas. Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Ver referencia en: http://oa.upm.es/1631/