Alcanzar la sostenibilidad ambiental, global y local, del hábitat humano: el imperativo fundamental en el siglo XXI. Primera Parte

La progresiva certidumbre de que la sociedad humana está encauzada en un rumbo insostenible es ya reconocida y compartida por los sectores científico-tecnológicos y los estadistas responsables e informados en casi todo el mundo. Sin embargo, después de cuatro décadas de eventos internacionales, convocados para lograr acuerdos que permitan una transición progresiva, no dolorosa, hacia ese destino inexorable, las dificultades para lograrlo parecen insuperables y, a pesar de todos los esfuerzos realizados para la generación de propuestas y compromisos al más alto nivel mundial, ya comentados, los graves problemas que deben abordarse, continúan profundizándose, dejando escaso margen para el optimismo. Es que el cambio necesario requiere de un extraordinario esfuerzo de la sociedad toda para comenzar a producir la transición hacia la revolución de la Sostenibilidad, sin duda, una transformación infinitamente más profunda, compleja y trascendente, que las que produjeron la revolución Agraria hace 10.000 años y la revolución Industrial, hace casi tres siglos. A diferencia de aquellas, que se desarrollaron en forma espontánea y no planificada; la revolución de la Sostenibilidad deberá responder a estrategias consensuadas, actuando a escala global, sobre una realidad en continuo cambio, con cronogramas acotados y con una importante medida de incertidumbre, Además, dando marco a toda la gestión, es indispensable contar con una dosis de solidaridad intra e inter-generacional qué, por el momento, parece solamente una ilusión.This paper reviews the historical construction of the concept of sustainability by exploring thoughts, opinions and proposals on environmental issues, with the goal that this analysis will help to explore concepts that bring us closer to a more sustainable development strategy. The fundamental importance of the sustainable development of human society in relation to its ecological support is confirmed through the interrelated issues of habitat and energy. Of these issues, in terms of their dominance in relation to sustainable development, the paper includes: the uncontrolled growth of world population, the increasing rate of urbanization, the intensive use of non-renewable natural resources, the waste emission of pollutants and the inequitable quality of life of urban populations. The paper attempts a brief historical overview of the evolution of the concept of sustainability, as well as of the intellectual contributions that have helped to shape and to demonstrate the complex alternative future scenarios of the human condition on Earth. In doing so, it hopes to make a modest contribution to helping both to find our way to a new paradigm of "sustainable society" and to engage in the search for alternatives that can mean an approach to achieving environmental, global and local sustainability of the human habitat.Fil: Arboit, Mariela Edith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales; ArgentinaFil: de Rosa, Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales; Argentin

Strategies for energetic and environmental sustainability in cities with dry climates. Comparative assessment for updating the Urban and Building Code for the City of Mendoza, Argentina.

Se presentan los resultados de un estudio dirigido a determinar las consecuencias energético ambientales de la implementación de un proyecto de reformas al Código Urbano y de Edificación preparado por la Municipalidad de la ciudad de Mendoza (Argentina). El objetivo principal de la reforma al código ha sido densificar el tejido urbano, que permitiría mejorar la eficacia funcional, controlando la expansión urbana periférica. Después de una evaluación de la propuesta municipal (PM), se concluyó que debían introducirse cambios importantes en la propuesta, generando una propuesta alternativa (PA) por parte de la unidad de I+D, que reduciría los impactos negativos de la PM manteniendo el objetivo principal de densificación del tejido urbano. En las primeras etapas del estudio, la labor se ha concentrado en los aspectos que parecen tener el mayor impacto negativo: la reducción del potencial solar y el deterioro de la calidad ambiental. Metodológicamente, se han analizado los resultados a partir de aspectos cuantitativos y cualitativos. En lo energético, se ha considerado la estimación de la reducción del acceso al recurso solar respecto a tres escenarios temporales: la situación de referencia (actual, sin cambios) y su evolución a mediano y largo plazo. Se han procesado 70 casos de estudio que comprenden 10 manzanas urbanas de alta densidad edilicia con sus alternativas de evolución futura resultantes de la nueva propuesta del municipio (PM) y de la propuesta alternativa (PA). Los resultados obtenidos indican que la reducción de la energía solar disponible por unidad de volumen construido sería sustancial. Se presentan los resultados del análisis de ambas propuestas (PM y PA), según distintas alternativas morfológicas y combinaciones de las mismas, lo que constituye la parte sustancial de este trabajo. Los resultados indican que la PA presenta valores medios más altos del potencial solar previsto a mediano y largo plazo, expresados por el indicador Factor de Asoleamiento Volumétrico (FAV):MP30: 106, MP60: 73 y AP30: 141, AP60: 112 Mj /m3, respectivamente.The article presents the results of an ongoing study, aimed at comparatively assessing two alternative normative proposals for updating the Urban and Building Code, in high density urban zones in the city of Mendoza, in central-western Argentina. The proposed reforms were mainly aimed at densifying and upgrading decayed urban tissues, providing room to revert the city’s ongoing peripheral sprawl on productive lands and the surrounding desert ecosystem. The new Municipal Project (MP) was mainly focused on morphological variables, again disregarding any significant attempt to approach sustainability on environmental and energy aspects. An Alternative Project (AP), was developed by the R+D unit, in coincidence with the densification targets of the MP but, trying to rid its proposal of the various foreseeable negative environmental impacts of the former. The study was mainly focused on one key issue: solar access to potential collecting surfaces of the built environment assessed using a quantitative method. Three temporal scenarios of the city’s future evolution process, are being considered, starting from the reference situation of existing preservable high density built-up areas and simulating their possible outcomes on mid (25 years) and long (50 years) terms, as results of the massive implementation of either normative on the longer term. The results obtained so far, indicate that the AP presents higher mean values of predicted solar potential, expressed by the chosen indicator, the Volumetric Insolation Factor (VIF) for both time terms: MP30: 106, MP60: 73 and AP30: 141, AP60: 112 Mj./m3 , respectively.Fil: Arboit, Mariela Edith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico - CONICET - Mendoza. Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales; Argentina;Fil: de Rosa, Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico - CONICET - Mendoza; Argentina

Functional and structural analysis of [NiFe]- and [FeFe]-hydrogenases, the key enzymes for biohydrogen production

In recent years the problem of energy crisis has assumed such importance to promote research into sources of energy different from fossil fuels. In this context, molecular hydrogen represents a valid alternative because it is a renewable and clean energy resource since water is the only by-product of its combustion. The hydrogen production techniques currently used, however, require improvement in terms of performance and costs. A promising approach is to exploit biological photosynthetic microorganisms which, under suitable conditions, provide hydrogen from water and sunlight only. There are two main classes of enzymes involved in the metabolism of hydrogen: the [FeFe]- and [NiFe]-hydrogenases, both catalyze the reversible reaction 2H+ + 2e- ↔ H2, however [FeFe]-hydrogenases are more interesting for hydrogen bioproduction since they have a specific activity greater than [NiFe]-hydrogenases. Despite these two classes have different three-dimensional structures, different sequences and are phylogenetically distinct, they represent a clear example of convergent evolution since they catalyze the same reaction and have a similar catalytic site. In both cases, the assembly of the latter is a complex process: in the case of the [NiFe]-hydrogenases is driven by six proteins (HypA-F) and has been extensively studied and characterized. The maturation mechanism of [FeFe]-hydrogenases, instead, involves three maturases, HydE, HydF, HydG, and is less known. In particular, HydF, whose 3D structure has been solved in our laboratory (Cendron L. et al., 2011), is a GTPase protein and plays a central role in the maturation process. However, many functional details remain to be clarified, mainly due to the fact that its structure has been obtained in the apo form, completely lacking the cofactors. This gap is a limit for the development of biotechnologies that allow to express in vitro recombinant catalytically active [FeFe]-hydrogenases. Another unsolved issue concerns the biological role of hydrogenases, since these enzymes are inhibited by oxygen, but curiously they are expressed by microorganisms that live mainly in aerobic conditions. During the PhD I focused my experimental work mainly on two topics: first, the physiological role of the [NiFe]-hydrogenase in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803; secondly, the biochemical characterization of the GTPase domain of HydF. Synechocystis sp PCC 6803, unlike other cyanobacteria strains, holds only a bidirectional [NiFe]-hydrogenase. This enzyme has five subunits combined into two functional units: the hydrogenase portion, called HoxYH, that harbours the active site, and the diaphorase portion, called HoxEFU, which probably acts as a redox partner for the catalytic subcomplex. The physiological function of this enzyme is still under discussion: the general consensus is that it can play a role only under transient and/or specific growth conditions. It is interesting to note that, while being completely inactive in the presence of oxygen, the Hox protein is constitutively expressed in Synechocystis both in anaerobiosis and in aerobiosis, suggesting an additional function, besides hydrogen metabolism, at least in selected conditions. I generated several Synechocystis mutant strains, deleting individual or combinations of hox and hyp genes, encoding respectively for the hydrogenase subunits and for the proteins involved in the assembly of the active site, and analyzed their phenotype during prolonged, complete darkness in aerobiosis, a growth condition to which cyanobacteria are frequently exposed in nature. I found that the ΔHoxEFUYH knock out mutant strain, lacking the entire hox operon, has a notable reduction of growth when compared to the wild type strain. Since the hydrogenase function of the Hox protein is promptly inactivated by oxygen, we have assumed that the observed phenotype is not associated to its YH portion. This hypothesis has been explored by deleting genes coding for i) the HypA and HypB proteins, involved in the last steps of the hydrogenase maturation and for ii) the HoxYH portion, and evaluated their behavior under this environmental stress condition. We found that a correctly folded, functional [NiFe]-hydrogenase active site is indeed not essential to confer to Synechocystis the capability to face a prolonged darkness. To further characterize the wild type and the ΔHoxEFUYH mutant strain grown under these conditions we performed a quantitative proteomic analysis. The examination of the identified proteins showed that almost all the hydrophilic subunits of the respiratory chain complex I are downregulated in their expression. These results are consistent with previous independent studies in which [NiFe]-hydrogenase has been proposed to be functionally associated with the complex I (Cournac L. et al., 2004), and indicate that the entire electrons flow is altered when Synechocystis is grown under prolonged darkness, a condition in which both photosynthesis and respiration are affected. Therefore, the outcome of our research could provide a molecular evidence in support of the hypothesis that the [NiFe]-hydrogenase is functionally linked to respiratory chain, and more generally shed light on the expression and function of this enzyme under aerobic conditions. HydF is composed of three domains: the first is involved in the binding and hydrolysis of GTP, the second is the dimerization domain and the third is the FeS center binding domain. In the second part of this work, we have investigated the possible conformational changes induced by the binding of GTP, by expressing in Escherichia coli only the GTP binding domain of a recombinant HydF protein from Thermotoga neapolitana. In this domain we inserted, by site-specific mutagenesis, cysteine residues in positions useful for spectroscopic analysis. These residues were subsequently labeled with the thiol-selective spin-label MTSSL nitroxide. This probe, largely used in EPR spectroscopy, has allowed us first to study the local mobility of nitroxides at each mutated site, and then, by PELDOR spectroscopy, to analyze couple of residues labeled with the same technique. We found that the binding of the nucleotide does not induce large conformational effects within the isolated GTP domain. However, small variations were observed in the distances between the couple of labeled residues that could have diffused effect reflecting in the conformation of HydF. The results may add new insights into the role of GTP binding to HydF and its implications in the interaction of this protein with the other two maturases. With these studies we wanted to broaden the knowledge on the structure and function of hydrogenases, to gain a greater understanding of the mechanisms underlying their catalytic activity. This could in turn contribute to the development of biomimetic systems wherein optimize hydrogen production exploiting this class of enzyme

Determinación de la incidencia de las distintas componentes de la radiacion solar en cañones urbanos con alta incidencia del arbolado

Dentro de la estructura urbana, la disponibilidad del recurso solar, depende esencialmente de las características morfológicas de cada entorno. Conocer con precisión, la disponibilidad del acceso a los recursos energéticos renovables, permitiría avanzar en la planificación del crecimiento urbano dentro de un marco de desarrollo más sustentable. Teniendo como antecedentes para el cálculo de las áreas edilicias bajo la incidencia de la radiación solar directa, un modelo gráfico - computacional desarrollado en la unidad, se avanzó en la búsqueda de un método que permita determinar la incidencia de cada componente de la radiación (directa, difusa y reflejada). El modelo gráfico-computacional ya desarrollado, toma en cuenta solamente el acceso a la componente directa de la radiación solar, en medios urbanos las componentes difusa y reflejada adquieren una significativa relevancia aún en días soleados, pero por las características de los mismos son difíciles de cuantificar. El trabajo presenta los primeros resultados del estudio de evaluación del potencial solar en entornos urbanos del Área Metropolitana de Mendoza, considerando a la radiación total incidente como la suma de sus tres componentes.Fil: Mesa, Nestor Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales; ArgentinaFil: Arboit, Mariela Edith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales; ArgentinaFil: de Rosa, Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales; Argentin

Identifying conformational changes with site-directed spin labeling reveals that the GTPase domain of HydF is a molecular switch

[FeFe]-hydrogenases catalyse the reduction of protons to hydrogen at a complex 2Fe[4Fe4S] center called H-cluster. The assembly of this active site is a multistep process involving three proteins, HydE, HydF and HydG. According to the current models, HydF has the key double role of scaffold, upon which the final H-cluster precursor is assembled, and carrier to transfer it to the target hydrogenase. The X-ray structure of HydF indicates that the protein is a homodimer with both monomers carrying two functional domains: a C-terminal FeS cluster-binding domain, where the precursor is assembled, and a N-terminal GTPase domain, whose exact contribution to cluster biogenesis and hydrogenase activation is still elusive. We previously obtained several hints suggesting that the binding of GTP to HydF could be involved in the interactions of this scaffold protein with the other maturases and with the hydrogenase itself. In this work, by means of site directed spin labeling coupled to EPR/PELDOR spectroscopy, we explored the conformational changes induced in a recombinant HydF protein by GTP binding, and provide the first clue that the HydF GTPase domain could be involved in the H-cluster assembly working as a molecular switch similarly to other known small GTPases

Obstrucción solar en función de la morfología urbana y edilicia en ciudades andinas de clima árido : El caso del Área Metropolitana de Mendoza

La factibilidad técnica del aprovechamiento del abundante recurso solar en el Área Metropolitana de Mendoza (AMM), mediante estrategias de calefacción solar pasiva y calentamiento solar de agua, ha sido demostrada en experiencias precedentes. En entornos urbanos de baja y alta densidad el empleo de sistemas solares pasivos y medidas adicionales de conservación posibilitará reducir los consumos energéticos invernales con aportes de energías renovables para el acondicionamiento ambiental del parque edilicio urbano, permitiendo ahorros sustanciales en el consumo energético. En dichos entornos urbanos, la sombra arrojada por volúmenes edilicios que producen obstrucción sólida y permeable producida por el arbolado urbano, sobre fachadas y techos potencialmente colectores, imponen limitaciones al acceso al recurso solar, cuyo valor es necesario conocer en forma precisa. Esta cuantificación es, en la práctica, de determinación compleja: para ello se utilizaron dos metodologías previamente desarrolladas en la UID: 1. relevamiento fotográfico in-situ (Córica, 2004) y 2. modelo gráfico computacional de cálculo (Mesa, 2000). La combinación de las dos herramientas permite completar un procedimiento metodológico para evaluar el potencial solar disponible en el medio urbano, incorporando datos complejos de la morfología urbana y edilicia. Los resultados del estudio indican, que si bien, las variables edilicias: morfología, localización, orientación y dimensionamiento de las aberturas son importantes para la eficiencia energética, la captación solar a través del Área Colectora (AC) en medios urbanos está fuertemente comprometida por la incidencia de obstrucciones (diseño de carpintería, rejas, arbolado urbano y construcciones circundantes).The technical feasibility of using the generous solar resource available in Mendoza’s Metropolitan Area, through passive space and water heating strategies, has been conclusively demonstrated by earlier experiences. In low and high density urban environments, the use of passive solar systems, coupled with additional conservation measures, will allow significant reductions of winter’s energy consumption in the urban building stock. In such urban environments, the shadow cast by building volumes producing solid masking plus the permeable masking due to trees, of potentially collecting walls and roofs, will impose reductions to the useful solar resource which need being precisely assessed. In practice, such assessment is of complex determination. Two methodologies, previously developed by the R+D unit, were used: i. the “onsite” photographic image recovery (Córica, 2004) and: ii. a graphic-computational model (Mesa, 2000). The combined use of both tools allows completing a methodological procedure for the assessment of the available solar potential in city environments, from urban and building morphologies complex data. The study’s results indicate that , even though the building variables: morphology, location, orientation and opening’s dimensions are important for the energy efficiency in urban environments, the solar collection through the Collecting Area (CA) ,is strongly conditioned by the incidence of obstructions: window details, security bars, urban trees and adjacent constructions).Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Obstrucción solar en función de la morfología urbana y edilicia en ciudades andinas de clima árido : El caso del Área Metropolitana de Mendoza

La factibilidad técnica del aprovechamiento del abundante recurso solar en el Área Metropolitana de Mendoza (AMM), mediante estrategias de calefacción solar pasiva y calentamiento solar de agua, ha sido demostrada en experiencias precedentes. En entornos urbanos de baja y alta densidad el empleo de sistemas solares pasivos y medidas adicionales de conservación posibilitará reducir los consumos energéticos invernales con aportes de energías renovables para el acondicionamiento ambiental del parque edilicio urbano, permitiendo ahorros sustanciales en el consumo energético. En dichos entornos urbanos, la sombra arrojada por volúmenes edilicios que producen obstrucción sólida y permeable producida por el arbolado urbano, sobre fachadas y techos potencialmente colectores, imponen limitaciones al acceso al recurso solar, cuyo valor es necesario conocer en forma precisa. Esta cuantificación es, en la práctica, de determinación compleja: para ello se utilizaron dos metodologías previamente desarrolladas en la UID: 1. relevamiento fotográfico in-situ (Córica, 2004) y 2. modelo gráfico computacional de cálculo (Mesa, 2000). La combinación de las dos herramientas permite completar un procedimiento metodológico para evaluar el potencial solar disponible en el medio urbano, incorporando datos complejos de la morfología urbana y edilicia. Los resultados del estudio indican, que si bien, las variables edilicias: morfología, localización, orientación y dimensionamiento de las aberturas son importantes para la eficiencia energética, la captación solar a través del Área Colectora (AC) en medios urbanos está fuertemente comprometida por la incidencia de obstrucciones (diseño de carpintería, rejas, arbolado urbano y construcciones circundantes).The technical feasibility of using the generous solar resource available in Mendoza’s Metropolitan Area, through passive space and water heating strategies, has been conclusively demonstrated by earlier experiences. In low and high density urban environments, the use of passive solar systems, coupled with additional conservation measures, will allow significant reductions of winter’s energy consumption in the urban building stock. In such urban environments, the shadow cast by building volumes producing solid masking plus the permeable masking due to trees, of potentially collecting walls and roofs, will impose reductions to the useful solar resource which need being precisely assessed. In practice, such assessment is of complex determination. Two methodologies, previously developed by the R+D unit, were used: i. the “onsite” photographic image recovery (Córica, 2004) and: ii. a graphic-computational model (Mesa, 2000). The combined use of both tools allows completing a methodological procedure for the assessment of the available solar potential in city environments, from urban and building morphologies complex data. The study’s results indicate that , even though the building variables: morphology, location, orientation and opening’s dimensions are important for the energy efficiency in urban environments, the solar collection through the Collecting Area (CA) ,is strongly conditioned by the incidence of obstructions: window details, security bars, urban trees and adjacent constructions).Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Factibilidad de aprovechamiento de la energía solar e impactos previsibles de las nuevas reformas del código urbano y de edificación: Propuestas para la ciudad de Mendoza, Argentina

El objetivo del trabajo es generar conocimientos que permitan realizar propuestas conducentes a una mayor sostenibilidad energético-ambiental de los sistemas urbanos regionales, en función de sus características morfológicas y del recurso solar disponible. En una primera etapa se ha realizado un análisis de las zonas de alta densidad edilicia a partir de los resultados de indicadores relevantes y su análisis estadístico. Los indicadores expresan relaciones entre morfología urbana y acceso al recurso solar en el Área Metropolitana de Mendoza (AMM), e incluyen: Factor de Asoleamiento Efectivo (FAE) y el Factor de Asoleamiento Volumétrico (FAV). Los resultados del análisis estadístico han permitido evaluar las correlaciones de cada variable morfológica sobre cada indicador, según distintas alternativas morfológicas y combinaciones de las mismas, lo que constituye la parte sustancial de este trabajo. En una segunda etapa se presentan los resultados parciales de un estudio que tiene como objetivo determinar los impactos energéticos ambientales de las recientes reformas del Código Urbano y de Edificación de la ciudad en estudio, en función del FAV y estimar la reducción del acceso al recurso solar respecto a la situación de referencia (actual, sin cambios) y situación futura, en una ciudad con el carácter único de Mendoza como “ciudad-oasis”. Los resultados obtenidos hasta el momento indican que la reducción de la energía solar disponible por unidad de volumen construido sería sustancial: 46,32% para muros al norte y 60,38% techos.The aim of this study is to generate knowledge that allows proposing actions leading to greater measures of energy and environmental sustainability of the regional urban systems, as a function of their morphologic features and available solar resources. On the first stage, the work has concentrated on the analysis of urban zones of high density, considering the results obtained by the use of relevant solar energy indicators and the implementation of statistical analysis. The indicators show relationships between urban morphology and access to solar resources in Mendoza’s Metropolitan Area. They include: Effective Insolation Factor (FAE) and Volumetric Insolation Factor (FAV). The results from the statistical analysis have allowed evaluating the relative weight of each morphologic variable on each indicator, in different morphologic alternatives and their combinations, which is the substantial part of this research. On the second stage, the preliminary results of a study are presented. It is aimed at determining the adverse environmental and energy consequences of implementing Mendoza’s Municipality recently modified Urban and Building Code, with a function of FAV and the solar access reduction estimation from the reference situation (present without changes) and the future situation, on mid and long terms evolution of Mendoza’s unique character, internationally recognized as a valuable example of an “oasis city”, which should be presented. So far, the results indicate that the reductions of the available solar energy per unit of built volume, are substantial: 46,32% for north facing walls and 60,38% for roofs

Intervención organizacional en una organización de seguridad pública estatal: aprendizajes y desafíos desde la academia

Este trabajo reporta el diagnóstico organizacional (DO) de una Academia Estatal de Seguridad Pública del centro-norte de la República Mexicana como parte de un proyecto de intervención organizacional (IO) en el marco temporal de la transición que se da con la alternancia de dos partidos diferentes en el gobierno estatal. El objetivo principal es ponderar la pertinencia de la IO para impulsar el cambio en las organizaciones gubernamentales. Los datos recabados durante el diagnóstico aquí reportado constituyen evidencias de ponderación positiva, sobre todo a la luz del énfasis que Jacobson, Butterill y Goering (2005) hacen en su modelo sobre el aprendizaje en la IO. Se concluye que, aun con las limitantes de implementación de la IO, ésta y el DO son de gran utilidad para promover el cambio en este tipo de organizaciones, especialmente, en períodos de alternancia partidista en el gobierno