Monitores del sargazo mediante ciencia ciudadana

Con base en un esquema colaborativo basado en la ciencia ciudadana para la captura de imágenes, algoritmos de inteligencia artificial y sistemas de información geográfica, investigadores del ECOSUR desarrollaron Collective View, cuyo principal objetivo es generar mapas de distribución del sargazo a lo largo de las playas, empleando imágenes recolectadas por la sociedad.

Texto de y 15/12/20

Con base en un esquema colaborativo basado en la ciencia ciudadana para la captura de imágenes, algoritmos de inteligencia artificial y sistemas de información geográfica, investigadores del ECOSUR desarrollaron Collective View, cuyo principal objetivo es generar mapas de distribución del sargazo a lo largo de las playas, empleando imágenes recolectadas por la sociedad.

¿Qué es el sargazo y como beneficia al medio ambiente?

El sargazo es una macroalga que pertenece al grupo de algas pardas Phaeophyta que habitan los mares alrededor del mundo. El subgrupo de sargazo pelágico; es decir, el que flota libremente en el océano, se compone de dos especies: Sargassum natansSargassum fluitans. Estas especies, pertenecientes a la División Phaeophyta, son típicamente de color marrón y tienen numerosos nematocistos, pequeñas vesículas de menos de 1 cm de diámetro que pueden flotar debido a su contenido gaseoso. En condiciones óptimas de luz, temperatura y salinidad, el sargazo puede duplicar su masa en sólo diez días, especialmente el S. fluitans.

El sargazo pelágico es un ecosistema muy importante que sirve como sitio de reproducción y crianza de diversos organismos tales como peces, e invertebrados, así como área de descanso de tortugas marinas y aves. En términos generales, las grandes concentraciones de sargazo en mar abierto son de suma importancia para el balance global de la vida en el océano. Por otro lado, pequeñas cantidades de sargazo u otras algas— en las playas, pueden resultar benéficos como hábitat para pequeños invertebrados, contribuyendo así al incremento de la biodiversidad en las playas y dunas; sin embargo, las enormes cantidades que han arribado a las costas del Mar Caribe desde el año 2011 hasta la fecha han generado severos desequilibrios en los ecosistemas costeros. En el caso del Caribe mexicano, lo anterior se suma al deterioro generado por la actividad humana en la zona desde hace más de 40 años, mismo que se ha visto acelerado en las dos últimas décadas.

La costa del Caribe mexicano comenzó a recibir cantidades masivas y atípicas de sargazo a finales del año 2014, alcanzando su pico más alto en septiembre de 2015. Durante 2016 y 2017 la afluencia de sargazo disminuyó lentamente para, de manera posterior, aumentar en 2018[i]. En 2019 continuó la llegada de sargazo, pero en menor cantidad que en 2018. Una tendencia similar se observa en el año 2020, donde la cantidad de sargazo que llegó a la costa fue menor en comparación con la de 2019[ii]. A pesar de la disminución gradual de los arribazones, la cantidad total de sargazo sigue siendo muy alta y continúa dañando críticamente el ecosistema[iii].

“La costa del Caribe mexicano comenzó a recibir cantidades masivas y atípicas de sargazo a finales del año 2014.”

¿Qué daños puede ocasionar la alta acumulación del sargazo en la playa?

Aunque el sargazo es de gran importancia ecológica en mar abierto, diversos estudios han demostrado el impacto negativo que las grandes concentraciones tienen, a lo largo de la costa, en los ecosistemas existentes. Algunos consecuencias negativas son: el incremento de la erosión en las playas[iv]y la mortalidad de fauna y pastos marinos con hábitats cercanos a la costa, debido a la alta concentración de materia orgánica en suspensión y lixiviados que dificultan el paso de la luz hacia zonas más profundas[v]. Un ejemplo es la alteración de la estructura trófica del erizo de mar Diadema antillaruma lo largo de los sistemas marinos costeros[vi]. De manera adicional, el sargazo en la playa y cerca de la costa interfiere en el paso de tortugas juveniles[vii]. Por último, estudios indican que estas macroalgas presentan altas concentraciones de arsénico que superan las 40 ppm DW, límite máximo para las algas utilizadas como forraje para animales[viii]. Los altos niveles de arsénico encontrado en las muestras de sargazo preocupan por la potencial contaminación que puede generar en la zona costera y el acuífero. Por lo todo lo anterior, consideramos que existe suficiente evidencia científica respecto al impacto negativo que los grandes volúmenes de sargazo tienen sobre los ecosistemas costeros del Mar Caribe. 

Con la intención de mitigar los efectos de las grandes concentraciones de sargazo, desde el año 2018 se han realizado importantes campañas de limpieza en la región, las cuales pueden ser más efectivas si se utiliza un monitoreo eficaz con las escalas espacial y temporal adecuadas y, de esa forma, contribuir a la gestión y disposición final del sargazo acumulado a lo largo de las playas del mar Caribe mexicano.

¿Qué es la ciencia ciudadana?

La ciencia ciudadana es una práctica que incorpora de forma activa a ciudadanos no especializados en experimentos científicos; generalmente se utiliza como un mecanismo efectivo para la recopilación de grandes volúmenes de información relacionados con un tema de estudio en particular. Si el nivel de participación es lo suficientemente alto o representativo, y el experimento se encuentra bien diseñado, la ciencia ciudadana puede proveer confianza estadística a la investigación. Si bien el diseño del experimento requiere de un esfuerzo técnico y académico importante, la piedra angular de la ciencia ciudadana, desde nuestra experiencia, es causar de manera sostenida la participación de la mayor cantidad de personas posible durante el tiempo que dure la investigación.  

Existen múltiples casos de uso donde se ha aplicado con éxito la ciencia ciudadana. La Administración Nacional de Aeronáutica y Espacio de Estados Unidos (NASA, por sus siglas en ingés) ha implementado más de 20 proyectos de ciencia ciudadana que van desde la observación del cielo para detectar meteoritos, la toma de fotografías para el monitoreo ambiental y hasta el monitoreo de salud de los corales. Por otro lado, es bien conocido el impacto positivo que ha tenido el desarrollo de iNaturalist, un proyecto de ciencia ciudadana impulsado por National Geographic y la Academia de Ciencias de California. iNaturalist incluye una red social en línea donde especialistas y científicos ciudadanos intercambian fotografías de diferentes organismos, realizando, así, un mapeo de la biodiversidad en el mundo. La lista de aplicaciones y proyectos exitosos, impulsados desde la ciencia ciudadana, han demostrado que esta puede ser aplicada en un abanico muy amplio de problemas y situaciones donde el usuario es el actor principal. 

Monitoreo del sargazo a través de la ciencia ciudadana

Tradicionalmente, el monitoreo de grandes extensiones del territorio se ha realizado con ayuda de la Percepción Remota Satelital (PRS), la cual utiliza imágenes y datos provenientes de plataformas satelitales de observación de la tierra para realizar diversos estudios como el cambio de uso de suelo, estudio de bosques, análisis de cambio climático, etcétera. Los sensores de las plataformas satelitales Terra, Aqua y Landsat se destacan del resto, ya que proveen datos e imágenes satelitales de forma gratuita. 

El sargazo ha sido monitoreado en mar abierto utilizando la PRS desde hace más de una década; sin embargo, no ha tenido el mismo éxito en la zona costera, debido a la dinámica del fenómeno, las características naturales de dicha zona y las limitantes técnicas de la PRS. Es por ello que el monitoreo del sargazo en la costa, y en particular en la playa, requiere incorporar información proveniente de otras fuentes, y con escalas espaciales y temporales más cortas, que sirvan de apoyo para generar estrategias para el estudio, manejo y disposición final del sargazo. Es en este punto donde la ciencia ciudadana adquiere relevancia, ya que abre la posibilidad de utilizar las tecnologías actuales de cómputo ubicuo a través del uso de dispositivos móviles e internet, como estructura para potencializar la participación ciudadana en el monitoreo del sargazo a nivel de playa.

Con base en un esquema colaborativo basado en la ciencia ciudadana para la captura de imágenes, algoritmos de inteligencia artificial para la clasificación automática de fotografías y sistemas de información geográfica para la visualización de resultados, investigadores del Departamento de Observación y Estudio de la tierra, la Atmosfera y el Océano de El Colegio de la Frontera Sur (ECOSUR), unidad Chetumal, hemos desarrollado el proyecto Collective View. El objetivo principal del proyecto es generar mapas de distribución del sargazo a lo largo de las playas, empleando imágenes recolectadas y enviadas por la sociedad. A través del uso de una aplicación disponible para dispositivos móviles, el ciudadano puede enviar imágenes de las condiciones de la playa. Esta información es almacenada en servidores que se encuentran en la “nube” y, posteriormente, las imágenes son clasificadas y procesadas para que puedan elaborarse diversos productos como, por ejemplo, estadísticas de participación ciudadana por región o mapas de distribución del sargazo a lo largo de la playa, que a su vez pueden apoyar en la toma de decisiones. 

Gracias a la colaboración ciudadana,Collective Viewes un proyecto vivo que busca complementar las técnicas tradicionales de monitoreo, apoyando con puntos de validación que permitan a la PRS mejorar en sus niveles de precisión. Lo anterior es relevante ya que para las plataformas satelitales AQUA, TERRA y Landsat 8, no existen puntos de calibración para el estudio del sargazo en la región. Esto significa que, con el esfuerzo conjunto de la sociedad y los académicos de ECOSUR, no sólo se proveen datos para la elaboración de los mapas, sino que, además, toda la información recolectada y procesada permite que investigadores —incluso de otras instituciones tanto nacionales como del extranjero—puedan aportar con sus conocimientos y técnicas en el entendimiento del fenómeno relacionado con la acumulación del sargazo. 

¿Que son los mapas de distribución de sargazo?

Los mapas de distribución de sargazo son una herramienta que busca mostrar de forma gráfica todas aquellas zonas que presentan diversos niveles de este tipo de macroalga a nivel de playa. Estos mapas pueden ser utilizados por el público en general; especialmente, por aquellos que necesiten de la información para la toma oportuna de decisiones. Para poder elaborar los mapas de distribución de sargazo son necesarias cientos e incluso miles de fotos, ya que, a mayor cantidad de fotografías, mayor precisión habrá en los mapas generados, lo que pone de manifiesto la importancia de la participación de la sociedad en esta tarea.

Adicionalmente a los mapas de distribución, el proyecto Collective View cuenta con una plataforma web que permite visualizar todas las imágenes que han sido provistas por los usuarios. Dicha plataforma permite seleccionar zonas y periodos de fechas para conocer todas las imágenes que han sido provistas por los ciudadanos para el periodo y la zona de interés. Esta plataforma es la primera en su tipo para la zona de Quintana Roo y, al día de hoy, ha permitido construir una de las mayores colecciones de fotografías que muestran la presencia y ausencia de sargazo en el Caribe Mexicano.

Hasta el momento hemos hablado sobre la generación de los mapas y su posible uso en la toma de decisiones, pero, ¿qué tipo de decisiones se pueden tomar? Desde el punto de vista de los turistas y personas que a diario acuden a las playas como zonas de recreo y descanso, los mapas permiten comunicar de forma efectiva cuáles son aquellas zonas que pueden resultar más atractivas para ser visitadas por presentar menores niveles de acumulación de sargazo. Por otro lado, para los tomadores de decisiones, esta información puede ayudar a ahorrar dinero, ya que permite identificar las zonas que requieren atención urgente de forma oportuna, ordenada y óptima. Para los prestadores de servicios —aquellas empresas que se dedican a la recolección del sargazo acumulado—la información provista por los mapas puede apoyar en la generación de estrategias de recolección óptimas que minimicen el impacto ecológico ocasionado por la recolección.

Los beneficios derivados del uso y gestión de la plataforma pueden darse en múltiples direcciones; sin embargo, la fuerza que mueve a Collective Viewes la participación ciudadana. Sin su apoyo no puede existir el flujo suficiente de información que ayude a generar y obtener los productos y beneficios mencionados.

Conclusiones

Los arribazones inusuales de sargazo de los últimos años en el mar Caribe se han convertido en un desafío de escala internacional, que requiere la suma de talentos de diferentes disciplinas y del trabajo colaborativo entre diferentes instituciones y países. Las necesidades y los desafíos son diversos; por ejemplo: la detección, monitoreo y seguimiento en mar abierto; la detección en las zonas costeras; el análisis de sus impactos ecológicos y sociales; la recolección; el uso y disposición final.

“La ciencia ciudadana ha demostrado ser un instrumento mediante el cual las personas sensibles a los temas ecológicos pueden encausar sus esfuerzos.”

En el caso del monitoreo del sargazo en las costas de Quintana Roo, la ciencia ciudadanaha demostrado ser un instrumento mediante el cual las personas sensibles a los temas ecológicos pueden encausar sus esfuerzos, participando activamente en el diseño y en la prueba de una plataforma ciudadana para el monitoreo del sargazo a nivel de playa.  Estamos convencidos de que este tipo de ejercicios ayudan, al mismo tiempo, a disminuir la brecha que como país tenemos en el desarrollo tecnológico, a estimular la creatividad y el trabajo colaborativo entre diferentes sectores sociales, y a brindar un sentido de pertenencia a las personas que colaboran en el proyecto.

Sabemos que garantizar el flujo constante de información hacia la plataforma es y será un desafío constante; sin embargo, desde nuestra perspectiva, es claro que la ciencia ciudadana contribuye a mejorar el proceso de monitoreo y trae consigo beneficios sociales. Por ello consideramos relevante que surjan más ejercicios de ciencia ciudadana para atender los diferentes desafíos que tenemos como sociedad. EP


[i]Rodríguez-Martínez, R. E., et al. “Faunal mortality associated with massive beaching and decomposition of pelagic Sargassum.” Marine pollution bulletin 146 (2019): 201-205.

[ii]Hu, Chuanmin, et al. “Sargassum watch warns of incoming seaweed.” Eos 97 (2016): 10-15.

[iii]Rodríguez-Martínez, R. E., et al. “Faunal mortality associated with massive beaching and decomposition of pelagic Sargassum.” Marine pollution bulletin 146 (2019): 201-205.

[iv]van Tussenbroek, Brigitta I., et al. “Severe impacts of brown tides caused by Sargassum spp. on near-shore Caribbean seagrass communities.” Marine Pollution Bulletin 122.1-2 (2017): 272-281.

[v](Rodríguez-Martínez et al., 2019; van Tussenbroek et al., 2017)

[vi]Cabanillas-Terán, Nancy, et al. “Sargassum blooms in the Caribbean alter the trophic structure of the sea urchin Diadema antillarum.” PeerJ 7 (2019): e7589.

[vii]Maurer, Andrew S., Emma De Neef, and Seth Stapleton. “Sargassum accumulation may spell trouble for nesting sea turtles.” Frontiers in Ecology and the Environment 13.7 (2015): 394-395.

[viii]Rodríguez-Martínez, Rosa E., et al. “Element concentrations in pelagic Sargassum along the Mexican Caribbean coast in 2018-2019.” PeerJ 8 (2020): e8667.

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