investigación y ciencia 277 - octubre 1999

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DETECCION DE LA MASA DE LOS NEUTRINOS TRAS LA PISTA DE UN NUEVO VIRUS

OCTUBRE 1999

800 PTA. 4,81 EURO

70

Octubre de 1999 Nmero 277

SECCIONES5

HACE...50, 100 y 150 aos.

34 PERFILES

Mario R. Capecchi: Supervivencia

y ciencia.

36 CIENCIA Y SOCIEDAD

Cajal y la corteza cerebral... Chip de cubits...

El vuelo de la mosca... La traza reencontrada...

El teorema de Bloch y dominios de ondas...

Rendimiento del tabaco... Embarazo y fecundidad.

46 DE CERCA

Enjambres de peces litorales

6

76

70

80

78

3

16

Edicin espaola de

SECCIONES84

TALLER Y LABORATORIOSecretos de experto

para conservar plantas, por Shawn Carlson

86 JUEGOS MATEMTICOS

La ubicua curva de Sierpinski, por Ian Stewart

88 NEXOS

Cuestin de odo, por James Burke

90 LIBROS

Miscelnea... Vida... Desarrollo.

96 IDEAS APLICADAS

Acondicionadores de aire, por Louis A. Bloomfield

26

48

62

55

INVESTIGACION Y CIENCIA

DIRECTOR GENERAL Francisco Gracia Guilln EDICIONES Jos Mara Valderas, director ADMINISTRACIN Pilar Bronchal, directora PRODUCCIN M.a Cruz Iglesias Capn Bernat Peso Infante SECRETARA Purificacin Mayoral Martnez EDITA Prensa Cientfica, S. A. Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona (Espaa) Telfono 93 414 33 44 Telefax 93 414 54 13

SCIENTIFIC AMERICAN

EDITOR IN CHIEF John Rennie BOARD OF EDITORS Michelle Press, Managing Editor; Philip M. Yam, News Editor; Ricki L. Rusting, Senior Associate Editor; Timothy M. Beardsley y Gary Stix, Associate Editors; W. Wayt Gibbs, Senior Writer; Kristin Leutwyler, On-Line Editor; Mark Alpert, Carol Ezzell, Alden M. Hayashi, Madhusree Mukerjee, George Musser, Sasha Nemecek, Sarah Simpson y Glenn Zorpette, Editors; Graham P. Collins; Marguerite Holloway, Steve Mirsky y Paul Wallich, Contributing EditorsPRODUCTION William ShermanCHAIRMAN Rolf GrisebachPRESIDENT AND CHIEF EXECUTIVE OFFICER Joachim P. Rosler

PROCEDENCIA DE LAS ILUSTRACIONES

Portada: Imagen de Draper Design Fotografas de Dan Wagner

Pgina

4-56

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Fuente

Slim FilmsSlim Films (fondo), John P. Bradley (fotografa)Jeff Hester, Paul Scowen y NASA (arriba), Slim Films (abajo)Slim FilmsLaboratorio de Propulsin a Chorro/NASADavid W. Deamer (izquierda y arriba a la derecha), Slim Films (abajo a la derecha)Slim FilmsDana Burns-PizerVelpandi AyyavooDana Burns-PizerMichael ChattergoonHeidi NolandSlim FilmsSlim Films; Heike Thum-Schmielau DESY (fotografa)Laurie GraceMuseo BritnicoMuseo Egipcio de Berln; fotografa de Jrgen Liepe (izquierda), Rogers Fund y Edward S. Harkness Gift, 1920 (20.3.13), fotografa 1992 Museo de Arte Metropolitano (derecha); Laurie Grace (mapa)Archivos Werner Forman/Art ResourceMuseo BritnicoGeorge Retseck (dibujo), Instituto Fraunhofer para Solar Energy Systems (arriba a la izquierda), Daimler-Benz (abajo a la izquierda), Plug Power (derecha)George Retseck, fuente: DaimlerChryslerKarl KordeschBallard Power SystemsRichard HuntGeorge RetseckGeorge RetseckJock Pottle, cortesa de Fox & Fowle ArchitectsRichard HuntCortesa de Plug PowerGeorge RetseckMaterial grfico elaborado por Gabriel Prez Daz (IAC), imgenes procesadas por Fernando de Pablos Cao (IAC)Daniels & DanielsBryan ChristieBryan Christie; diseo cortesa de Rosemary GrazebrookBryan ChristieDusan PetricicSlim Films/Bryan Christie

COLABORADORES DE ESTE NUMERO

Asesoramiento y traduccin:

Juan Carlos Rodriguez Rubio: Materias primas de la vida; Ana M. Rubio: Vacunas genticas; Nstor Herrn: El misterioso espn de los nucleones; Victoria Laporta: Jardines botnicos y parques zoolgicos de tiempos remotos; J. Vilardell: Hace..., Taller y laboratorio e Ideas aplicadas; Luis Bou: Juegos matemticos; Angel Garcimartn: Perfiles; Jos M. Valderas Martnez: Nexos

Ciencia y sociedad:

Ana M. Rubio: El origen africano de la humanidad una teora anticuada?; Manuel Puigcerver: Chapoteos y Magia perforada; Luis Bou: Fractales tiles; Joandomnec Ros: Comer tierra para vivir sano; Jos M. Garca de la Mora: Fervores cristianos

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Difusin controlada

INVESTIGACIN Y CIENCIA, octubre, 1999 5

HACE...

...cincuenta aos

...cien aos

...ciento cincuenta aos

Era una tarde calurosa y hmeda de octubre de 1995. De pie en la embarcacin, que se meca suavemente, observ una masa ingente de peces sangrientos y mo-ribundos que rompan la superficie cristalina del estuario de Neuse. En ese recodo de Carolina del Norte el curso dulce del ro Neuse se mezcla con el agua salada del Atlntico. Los peces ascendan a la superficie del ro, retorcindose y luchando para respirar, hasta que quedaban inmviles, flo-tando sobre un costado. Predominaban lachas tiranas, de corta talla, que sirven de alimento a otras especies mayores de inters pesquero. Algu-nas platijas ocasionales, roncadores o anguilas tambin se debatan en la superficie. Las gaviotas se alineaban

en la orilla de la zona afectada, que cubra unos 95 kilmetros cuadrados. Se prometan un festn.

Con mi equipo de la Universidad estatal de Carolina del Norte, recoga muestras de agua de la zona con el propsito de establecer el motivo de la mortandad. Las llagas sangrientas y su errtico comportamiento apuntaban hacia un posible brote txico de Pfies-teria piscicida, un microorganismo unicelular que habamos observado en 1989 y que asociaramos luego con la muerte de peces en diversos estuarios. En esta ocasin el desastre alcanz notables proporciones; quince millones de cadveres plateados ta-pizaban el agua.

Terminamos en seguida el muestreo y levamos ancla. No convena demo-

rarse si P. piscicida era la culpable, lo que confirmaron despus nuestros resultados. Cuantos haban entrado en contacto con las formas o estadios txicos de Pfiesteria sufrieron luego nuseas, problemas respiratorios y prdidas de memoria tan graves, que a veces se atribuyeron a la enfermedad de Alzheimer.

La escena en el ro nos resultaba familiar. En 1991 haban muerto de idntico modo mil millones de peces en el estuario. Desde entonces, P. piscicida, sola o con la ocasional compaa de otra especie txica em-parentada, se ha visto involucrada en mortandades anuales de peces en la baha de Chesapeake.

Estas dos especies, la segunda to-dava sin bautizar, constituyen los pri-

La escondida agresividad de Pfiesteria

Se le acusa de provocar la muerte en masa de los peces

y de atentar contra la salud en humanos. Pero su poder daino

es mucho ms insidioso e inquietante

JoAnn M. Burkholder

6 INVESTIGACIN Y CIENCIA, octubre, 1999


meros miembros del complejo txico Pfiesteria. Con el nombre del gnero las aludiremos en adelante. Ambas, u otras afines que esperan identifi-cacin, han aparecido recientemente en ensenadas y estuarios de la costa atlntica, desde Delaware hasta el golfo de Alabama. Sin embargo, no se las ha vinculado con la muerte de peces fuera de Carolina del Norte y Maryland.

En mi departamento llevamos diez aos dedicados al estudio del ciclo biolgico de Pfiesteria, causas de su proliferacin y desencadenamiento de los brotes txicos. Nos hemos encontrado con un organismo sin-gular, cuyas propiedades jams se describieron entre los dinoflagela-dos, grupo de microorganismos que lo incluye. Bajo el paraguas de los dinoflagelados se amparan miles de especies; y reciben ese nombre por los ltigos o flagelos apendiculares que les sirven para nadar en ciertos estadios de su vida.

Descubrimos que la agresividad de Pfiesteria no se detiene en la muerte simultnea de muchos peces. Debilita la salud de crustceos y peces de una manera harto insidiosa. Arruina su capacidad reproductora y su sistema inmunitario. Estos efectos

menos llamativos podran mermar las poblaciones de peces de un modo ms permanente que los episodios de grave mortandad.

Pfiesteria no est sola en su si-lenciosa perfidia. La ciencia ha ido conociendo actividades malignas de otras algas dainas, eclctica cate-gora, o cajn de sastre, que abarca desde algas genuinas hasta Pfiesteria y otros microorganismos unicelulares. (Las algas son plantas primitivas que sintetizan clorofila y se sirven de la fotosntesis para fabricarse su propio alimento.) Las algas dainas pueden atentar contra los peces en la poca de la multiplicacin de aqullas, cuando producen niveles peligrosos de toxi-nas o proliferan tanto, que agotan el oxgeno del agua, con la asfixia consiguiente de los peces.

Hay algas de sas que no slo esquilman la comunidad de peces, sino que envenenan tambin a los animales y las personas que consumen marisco o agua txicos. A ciertos dinoflagelados, parientes prximos de Pfiesteria, hemos de atribuir las mareas rojas que han teido y enve-nenado las aguas del mundo entero durante miles de aos. Pero habr que sacar a la luz, asimismo, otros efectos menos manifiestos de las algas dainas, si queremos evitar nuevos episodios de mortandad de peces y agresiones contra el hombre.

La primera vez que se asoci Pfies-teria con la muerte de peces fue en 1988, en los estanques salobres de la facultad de veterinaria de la

BAHIA DE CHESAPEAKE

ESTRECHODE ALBEMARLE

ESTRECHODE PAMLICO

ESTUARIO NEUSE

CAROLINADEL NORTE

MARYLAND

Areadetallada

Area donde se ha producidomortandad de peces

Regin dondese han encontradoPfiesteria txica u otrasespecies parecidas

Golfo deMxico

JOANN M. BURKHOLDER, auto-ridad mundial en Pfiesteria, ensea botnica en la Universidad estatal de Carolina del Norte.

1. A PFIESTERIA PISCICIDA (micro-fotografa de la pgina opuesta) y otra especie estrechamente afn se les consi-dera responsables de la mortandad de peces en los estuarios de Carolina del Norte y Maryland. Pero esas especies, integrantes del complejo txico Pfies-teria, poseen un rea de distribucin mucho mayor. Desde Delaware hasta el golfo de Alabama se han visto miembros de este complejo, o microorganismos muy similares aunque todava sin iden-tificar. La primera mortandad atribuida a Pfiesteria ocurri en el estuario de Pamlico en 1991.

AMEBA

AMEBA

AMEBA

PECESMUERTOS

Las amebasse alimentande pecesmuertos

*Los descubrimientos en agua fra estn basados en tests y en acuicultura.

ALIMENTO

PECESMUERTOS

CISTES

NUTRIENTES DISUELTOS

ZOOSPORASNO TOXICAS

ZOOSPORASNO TOXICAS

PLANOZIGOTO

PLANOZIGOTO

ZOOSPORATOXICA(de alguna muerte reciente)

PECESRECIENLLEGADOS

PECESRECIENLLEGADOS

TOXINA

LLAGAS

Replica-cinde lasclulas

Peces muertosy hundidosen el fango

Clulas quese alimentande materialprovenientede los peces

Las amebas cambian de forma y se alimentande los peces muertos

Amebas que se alimentande peces muertos

Estas son las condiciones tpicas durante la depredacin en la naturaleza.

TOXINA

Amebasflotantes

Clulasalimentadashasta la saciedad

Replicacincelular

Replicacincelular

CISTE

CISTES

PLANOZIGOTO ZOOSPORA TOXICA GAMETOS

GAMETOS

GAMETOS

Las clulas se transforman en amebas si el agua es caliente; en cistes, si turbulenta

Replicacincelular

ZOOSPORATOXICA

PECESHERIDOS

Excrementosy secrecionesdenuncianla presenciade los peces

Los peces muereny acaban

en el fondo


Los peces enferman

Ameba estrelladagrande

Ameba estrelladamediana

Ameba estrelladapequea

Amebarizopodial

Ameba lobulosagrande

Ameba lobulosamediana

Ameba lobulosapequea

Cistehomozigtico

Ciste pequeoy spero

Ciste grandey spero

Ciste escamosonuevo

Zoosporano txica

Zoosporatxica

Gametos PlanozigotoAlimento (microorganismosy materia orgnica disuelta

y particulada)

AMEBA LOBULOSA

CISTE ESCAMOSO NUEVO

Pfiesteria piscicida consta de una sola clula. Ca- rente de pigmentacin, puede tomar 24 formas diferentes, por lo menos, algunas de las cuales se muestran en el diagrama simplificado y en las microfotografas. La forma y tamao que adopte depender del tipo de presa y cuanta depredada, as como de las condiciones ambientales. Su tamao oscila entre cinco y 750 micras.

En su medio natural, las clulas se transforman en txicas cuando los peces corretean por su te-rritorio. En la estacin clida, la llegada de peces en nmero abundante (panel de arriba, derecha) activan la transformacin de P. piscicida. Antes de que los peces entren en escena, las clulas preexisten en cualquiera de las tres formas b-sicas: amebas amorfas que engullen parsimonio-samente a otras presas de los fondos fangosos, cistes celulares de tamao diverso que hibernan protegidas por una corteza exterior resistente y clulas nadadoras benignas, las zoosporas no

txicas. Con el advenimiento de los peces, las zoosporas no txicas se transforman en txicas (las flechas indican cambios de estado). Con una rapidez que oscila entre minutos y horas, cistes y amebas se transforman en zoosporas no txicas, que tambin se convierten muy pronto en txi-cas. Luego, estas zoosporas reconvertidas liberan toxinas muy potentes al agua y dibujan un rimero para los peces.

Las toxinas drogan a los peces y degradan su piel. Con ello facilitan la accin agresora de bac-terias y hongos morbgenos. Mientras, las zoospo-ras txicas se reproducen asexualmente; producen tambin gametos, de cuya fusin resultan los planozigotos, clulas nadadoras. Los peces sufren graves ulceraciones. Zoosporas txicas, planozi-gotos y gametos se alimentan de las sustancias procedentes de las llagas y de las tiras de piel desprendidas, ingiriendo este material por succin. Muertos los peces, habr clulas que cambien a

Ciclo biolgico singular de Pfiesteria

Y EL AGUA ES SALOBRE, CALMADA Y FRIA* (entre 12 y 15 grados Celsius)

Y EL AGUA ES SALOBRE, CALMADA Y CALIENTE (A partir de 26 grados Celsius)

EN PRESENCIA DE PECES...

AMEBA

AMEBA

AMEBA

PECESMUERTOS

Las amebasse alimentande pecesmuertos

*Los descubrimientos en agua fra estn basados en tests y en acuicultura.

ALIMENTO

PECESMUERTOS

CISTES

NUTRIENTES DISUELTOS

ZOOSPORASNO TOXICAS

ZOOSPORASNO TOXICAS

PLANOZIGOTO

PLANOZIGOTO

ZOOSPORATOXICA(de alguna muerte reciente)

PECESRECIENLLEGADOS

PECESRECIENLLEGADOS

TOXINA

LLAGAS

Replica-cinde lasclulas

Peces muertosy hundidosen el fango

Clulas quese alimentande materialprovenientede los peces

Las amebas cambian de forma y se alimentande los peces muertos

Amebas que se alimentande peces muertos

Estas son las condiciones tpicas durante la depredacin en la naturaleza.

TOXINA

Amebasflotantes

Clulasalimentadashasta la saciedad

Replicacincelular

Replicacincelular

CISTE

CISTES

PLANOZIGOTO ZOOSPORA TOXICA GAMETOS

GAMETOS

GAMETOS

Las clulas se transforman en amebas si el agua es caliente; en cistes, si turbulenta

Replicacincelular

ZOOSPORATOXICA

PECESHERIDOS


Los peces muereny acaban

en el fondo


Los peces enferman

Ameba estrelladagrande

Ameba estrelladamediana

Ameba estrelladapequea

Amebarizopodial

Ameba lobulosagrande

Ameba lobulosamediana

Ameba lobulosapequea

Cistehomozigtico

Ciste pequeoy spero

Ciste grandey spero

Ciste escamosonuevo

Zoosporano txica

Zoosporatxica

Gametos PlanozigotoAlimento (microorganismosy materia orgnica disuelta

y particulada)

AMEBA FILAMENTOSA

ZOOSPORA TOXICA

El dibujo no est a escala

la forma ameboide, adhirindose a los restos de los peces para comrselos.

Por ensayos de laboratorio y observaciones en estaciones de acuicultura, sabemos que los peces no estn a salvo tampoco en aguas fras (panel izquierdo de la pgina opuesta). Las grandes ame-bas instaladas en el suelo de los estanques atacan prestas, matan y comen los peces introducidos en el sistema.

Cuando los peces moribundos desaparecen del agua, pero abundan otros nutrientes, presas algales por ejemplo, entonces gametos y zoosporas txicas se convierten en zoosporas no txicas (panel izquierdo, arriba). En el nterin, algunas clulas pueden conver-tirse en amebas o hipnozigotos (un tipo de ciste). Las amebas y los cistes del fondo fangoso pueden producir ms zoosporas no txicas. En el agua, las zoosporas no txicas se alimentan y se multiplican, pero adquieren presto la condicin de atacante txico cuando aparece un nuevo cardumen.

En aguas pobres en nutrientes (panel derecho, arriba) las clulas flageladas pueden optar por buscar fortuna constituidas en amebas carroeras del fango. Si se da una persistente turbulencia, clulas nadadoras y amebas se convertirn en cistes hibernantes, preparados para resistir con-diciones adversas. En condiciones de laboratorio, el veinte por ciento sobrevivieron incluso despus de dejarlos en seco durante 35 das, sumergin-dolos en una base o cido concentrado durante 30 minutos o mantenindolos en leja durante una hora.

La oportunista consumada que es P. piscicida no se detiene ni ante el robo. No est capacitada para realizar la fotosntesis por s sola. Pero mediante un proceso de cleptocloroplastidia, las zoosporas se valen de los cloroplastos (orgnulos fotosintti-cos) de algas que se han comido; los usan das o semanas para generar energa.

J.M.B.

Ciclo biolgico singular de Pfiesteria

Y EL AGUA ES SALOBRE, CALMADA Y RICA EN OTROS ALIMENTOS

(microorganismos o compuestos orgnicos de aguas residuales u otras fuentes)

Y LAS AGUAS SON TURBULENTAS O ESCASEA EL ALIMENTO

EN AUSENCIA DE PECES...

Universidad de Carolina del Norte. En un estaque tras otro, los peces moran de un mal misterioso. Los veterinarios fijaron la atencin en un microorganismo nadador. Obser-vado al microscopio, dedujeron que se trataba de un dinoflagelado. Vie-ron luego que su nmero abundaba en los acuarios justo antes de que murieran los peces, para desaparecer tras la mortandad. Reaparecan si se reintroducan peces vivos en los estanques.

A ese laboratorio llegaban para su estudio peces de todo el mundo; nadie saba de dnde provena el organismo, ni si la ciencia conoca la especie en cuestin. En 1989 se nos pidi al departamento de botnica de la universidad si podamos identi-ficar el microorganismo y establecer su responsabilidad en la muerte de los peces.

La naturaleza del adversario

Nos dimos cuenta muy pronto de la naturaleza singular del sujeto entre los dinoflagelados, txicos o no. Adopta formas o estadios que no se parecen en nada a los del resto del grupo. En esos estadios se acerca ms a los crisfitos, mi-croorganismos tambin. Pfiesteria se aparta, asimismo, de los dinoflagela-dos txicos, un grupo restringido de unas 60 especies que poseen algunos de los ms potentes venenos de la naturaleza, aunque su finalidad no acaba de verse. En cambio, los mi-croorganismos recin descubiertos no slo envenenaban a los peces, sino que tambin se los coman.

Mi equipo descubri que este mi-croorganismo singular, al que acaba-ramos por llamar Pfiesteria piscicida, no era txico en un medio exento de peces. Mas en cuanto perciba los excrementos y las secreciones de

esos vertebrados en el agua, empezaba a segregar toxinas y se encaminaba hacia los desperdicios de los peces. Las toxinas deterioraban la piel de los peces, daaban el sistema ner-vioso y los rganos vitales y los haca entrar en un estado letrgico. Sin fuerzas para moverse, los peces quedaban luego a merced de otros microorganismos; donde la piel se haba desprendido se formaban llagas sanguinolentas.

Con los peces sin fuerzas para moverse, las clulas dinoflageladas se alimentaban de la piel despren-dida, sangre y otras sustancias que emanaban de las heridas. Aquellas clulas letales transformaban sus formas flageladas y nadadoras en formas ameboides y amorfas, que se coman los restos de las vctimas; se henchan tanto, que no podan ni desplazarse.

En sus estadios txicos, P. piscicida se convierte en asesino muy eficaz. De acuerdo con lo observado en ensayos de laboratorio, el agua o cultivos contaminados por las toxinas de las clulas matan especies de peces y crustceos muy diversas. Howard B. Glasgow, Jr., ha comprobado que los alevines, igual que los adultos de las especies ms sensibles, expiran mi-nutos despus de la exposicin a las toxinas; la mayora de las vctimas, en un intervalo de horas.

Hemos descubierto tambin una propiedad de la que nunca se ha-ba hablado en otros dinoflagelados txicos. A lo largo de su ciclo bio-lgico P. piscicida puede atravesar 24 estadios diferentes, por lo me-nos. Altera forma y tamao segn las fuentes de alimento disponibles; abarcan stas desde bacterias hasta tejidos de mamferos, en la cspide de la cadena trfica. En algunas de estas transformaciones se multiplica por 125 el tamao preexistente, en

procesos que apenas tardan 10 mi-nutos.

Dos aos estuvimos estudiando Pfiesteria en los estanques del acuario sin conocer su procedencia. Pero la informacin recopilada en nuestro pas nos prepar para la bsqueda. Empe-zamos por lo ms inmediato. Desde mediados de los ochenta, cada ao se producan mortandades de peces en los estuarios de Albemarle-Pamlico, donde desemboca el ro Neuse. Con la ayuda de bilogos de la regin, obtuvimos muestras de agua en 1991, durante un episodio que acab con un milln de lachas tiranas en el estuario de Pamlico.

El adversario en la naturaleza

Cuando examinamos las muestras con el microscopio electrnico de barrido, observamos minidinofla-gelados muy parecidos a los contem-plados en los acuarios de la escuela de veterinaria. Se volvi a repetir el patrn de nuestros estanques, a saber, que las clulas se esfumaban tras la matanza: no las haba en muestras de agua recogidas entre los restos flotantes de los peces, un da despus de su muerte. Este trabajo no slo nos llev hasta el contaminante de la escuela de veterinaria, sino que puso tambin de manifiesto la participacin de Pfiesteria en los desastres ocurridos en la naturaleza.

Qu es lo que dispara las epi-demias txicas de Pfiesteria? De acuerdo con mltiples experimentos de campo y laboratorio, la sobrea-bundancia de nitrgeno y fsforo, entre otros factores, facilita tales brotes. Las calmadas aguas someras de muchos estuarios de Carolina del Norte reciben flujos contaminantes procedentes de los aledaos: aguas fecales ricas en nutrientes, abonos, residuos industriales (algunos ricos en fosfatos) y animales (de muchas granjas avcolas y de cerdos que hay en la cuenca). La eutrofizacin del estuario insta la proliferacin algal, igual que las plantas de nuestro al-fizar crecen mejor si abonamos el sustrato. Semejante eclosin de algas se convierte en pasto excelente para Pfiesteria, que se reproduce y genera legiones preparadas para atacar bancos de peces que se adentran en las aguas infestadas de Pfiesteria.

Los estuarios de Carolina del Norte se convirtieron en una trampa mor-tal con los estragos de Pfiesteria. Albemarle-Pamlico es uno de los principales sistemas estuarinos de los Estados Unidos. Ocupan sus en-


2. LOS PECES MUERTOS durante una eclosin de Pfiesteria (entendiendo por tal cualquier especie de ese grupo txico) presentan llagas sanguinolentas (iz-quierda). A muchos se les puede observar secciones enteras de carne devorada (derecha).

senadas la mitad de la extensin que emplean los peces para cuidar a sus alevines, desde Maine hasta Florida. Muchos alevines acuden a sus aguas para crecer y desarrollarse, antes de emprender su viaje hacia el norte o el sur. Si los peces mueren en masa en esa zona crucial, las poblaciones de las especies afectadas podran sufrir una peligrosa reduccin.

Apenas comprobamos cun su-mamente letal para los peces era Pfiesteria, nos dimos cuenta de que sus vctimas no acababan ah. El hombre puede sentir su aguijn. Los dinoflagelados txicos suelen atentar contra la salud humana a travs del

consumo de marisco emponzoado. Pero en el caso de Pfiesteria las cosas son distintas. De acuerdo con la investigacin realizada por el grupo que encabeza Davis P. Green, de la Universidad de Carolina del Norte, las toxinas de Pfiesteria no parecen acumularse en los peces; de ello se desprende la escasa probabilidad de que el marisco procedente de aguas contaminadas por Pfiesteria sirva de intermediario en la intoxicacin del hombre. La va de envenenamiento es directa: al baarse en aguas conta-minadas con toxinas o al respirar el aire de las zonas donde haya peces atacados por Pfiesteria.

Una sorpresa desagradable

Conocimos su incidencia sobre las personas por experiencia propia. Desde el inicio de nuestra inves-tigacin cumplimos las normas de seguridad establecidas para trabajar con dinoflagelados txicos. Se nos haba dicho que el nico peligro en el laboratorio era el contacto con agua contaminada. Ignorbamos que Pfiesteria produjera una toxina neu-rolgica voltil gravemente peligrosa para las personas. Se trataba del primer dinoflagelado que lo haca. Nosotros lo estbamos inhalando.

Al principio, los sntomas eran tan sutiles, que los atribuimos a otras causas. De las dificultades respira-torias culpamos al asma; del picor o escozor en los ojos, infeccin de garganta y problemas similares, a la alergia; de los dolores de cabeza y faltas de memoria, al estrs. As fue hasta que, cierta tarde de 1992, Howard Glasgow acudi a un pequeo laboratorio donde habamos estado trabajando tiempo atrs con Pfiesteria. Ahora dependa de otro departamento, que no lo haba limpiado a fondo. Las paredes tenan una ptina de clulas txicas de Pfiesteria. Howard empez a quitar la suciedad. Apenas transcu-rridos unos minutos, le empezaron a quemar los ojos y se le entrecort la respiracin. Perdi la coordinacin, le flaquearon las piernas y le entraron nuseas. Como pudo, se arrastr fuera del laboratorio. De haber estado en buenas condiciones el laboratorio, no hubiera pasado eso.

Ante la negativa a usar el la-boratorio, se construyeron nuevas instalaciones. Se dio por supuesto que contaran con un buen sistema de ventilacin. Pero, sin nosotros saberlo, los instaladores bombearon el aire del laboratorio del cultivo txico hacia al despacho de Howard. En poco tiempo, su habitual buen humor se transform en colrico; pareca desorientado e incapaz de concentrarse en la ms simple de las tareas. Inteligente y con una agudsima memoria, de repente no poda recordar lo conversado por la maana. Tras un perodo de intensivo trabajo de laboratorio, perdi incluso la memoria a largo plazo. No poda recordar el camino de su casa, ni su nmero de telfono, ni leer; le costaba hablar. Despus de dos meses se recuper y volvi al trabajo. Pero durante los dos aos siguientes, el ejercicio le provocaba recadas, dolor articular, agarrotamiento muscular y fases de desorientacin.


Los peces se tornan indolentes,desorientados o ambas cosas

Aparece la desgana;baja la tasa de reproduccin;crece la mortalidad perinatal

y de alevines

Los peces son ms vulnerablesa los depredadores

Desarrollo posible de tumoresy otras enfermedades crnicas

Los supervivientes se hallan ms expuestosa infecciones y otros trastornos

Hbitats crticossufren un grave

deterioro

Los peces que no se hanmuerto quedan expuestos

a una tensin desmesurada

Los niveles subletales de toxinaspromueven la supresindel sistema inmunitario

de los peces supervivientes

Las toxinas daan huevosy alevines; aumenta

el nmero de muertes entrerecin nacidos y alevines

Las toxinas pasan a lacadena alimentaria a travs

de los carnvoros y seacumulan en ellos

La poblacin de algas dainas,incrementada, secuestra

el oxgeno del agua

Mareas algales(las clulas proliferan

de una forma extraordinaria)

Irrupcin de especies txicas(Pfiesteria)

Disminucin de la poblacin de peces

Descensos persistentes en las poblaciones de peces provocados por algas dainas

3. ADEMAS DE SU PODER LETAL sobre cardmenes enteros, las algas dainas se valen de otras artes para atentar contra los peces. A la larga, estos efectos menos patentes resultan ms lesivos contra la persistencia de las poblaciones que los episodios de mortandad.

Antes de descubrir que Pfies-teria segregaba toxinas voltiles, cayeron enfermas 12 personas de cuatro laboratorios que operaban con cultivos txicos. Tres de nosotros, incluida la autora, nos resentimos todava de algunos problemas que nos trajo el trato con Pfiesteria. A lo largo de los seis ltimos aos he padecido infecciones bronquiales crnicas y 16 brotes de neumona; para controlar las infecciones me medico con antibiticos unas tres veces al ao.

Hemos adoptado normas de segu-ridad especiales y seguimos protoco-los de alto riesgo biolgico III, que obligan a tomar ms precauciones de las necesarias en investigaciones del virus del sida. El laboratorio est provisto de un circuito cerrado de aire y tiene cmaras de descontaminacin. Se trabaja con indumentaria especial y mscaras respiratorias abastecidas con aire limpio.

Los efectos crnicos en el campo

Las personas expuestas a brotes de Pfiesteria en la naturaleza han manifestado los mismos sntomas. Buceadores y pescadores, junto con los que trabajaban en aguas contami-nadas o con peces envenenados por Pfiesteria, han sufrido, y as consta en su historia clnica, problemas res-piratorios, dolores de cabeza, cambios extremos de humor, dolor en las arti-culaciones y msculos, desorientacin y prdida de memoria.

En 1997, tres episodios de eclo-sin de Pfiesteria provocaron que el gobernador de Maryland cerrara la baha de Chesapeake varias semanas.

Los informes sobre extraos sntomas en las personas que haban estado en las reas afectadas instaron la inter-vencin del Departamento de Salud e Higiene Mental de Maryland. En-tre quienes presentaban los sntomas haba pescadores; contaban stos que llegaban a extraviarse en unas aguas donde haban faenado toda su vida y que perdan el sentido del equi-librio y la concentracin. A travs de tests neurofisiolgicos, el equipo mdico dirigido por J. Glenn Morris, Jr., de la Universidad de Maryland, pronostic profundas incapacidades de aprendizaje en los pacientes. La gravedad de su disfuncin cogni-tiva guardaba relacin directa con el grado de exposicin, y los pacientes recobraron sus facultades al cabo de pocos meses.

Pero los mdicos no han podido establecer todava la diagnosis co-rrecta del sndrome Pfiesteria, por la sencilla razn de que se desconoce

la naturaleza exacta de las toxinas implicadas, igual que en otras algas txicas. Sin esta informa-cin no se puede abor-dar el comportamiento qumico de las toxinas en el cuerpo humano, ni pueden disearse tests que las identifiquen defi-nitivamente en la sangre y en los tejidos. Algo se ha avanzado. Peter D. R. Moeller y John S. Ramsdell, del Servicio Oceanogrfico Nacional en Charleston, han se-mipurificado los compo-nentes de las toxinas de Pfiesteria que destruyen la piel de los peces y afectan al sistema ner-vioso de las ratas.

Decidimos prestar ms atencin a la posibilidad de que Pfiesteria causara efectos crnicos en los peces some-tidos a exposiciones subletales. En el laboratorio, colocamos los peces ante bajas concentraciones de Pfies-teria txica; seguamos su desenvol-vimiento a lo largo de tres semanas. Parecan drogados, con descamaciones e infecciones. Nos revelaron los anli-sis que el nmero de glbulos blancos en la sangre haba descendido entre un 20 y un 40 por ciento de los niveles normales; observacin sta que induca a pensar que las toxinas de Pfiesteria atacaban el sistema inmu-nitario y redoblaba la susceptibilidad de los peces a las enfermedades. Las autopsias de los peces afectados reve-

laron lesiones en el cerebro, hgado, pncreas y riones.

La inmunidad mermada, las enfer-medades redobladas y la peridica mortandad pueden reducir de ma-nera notable las poblaciones. Otros problemas bloquean su capacidad de recuperacin. Se ha comprobado que, en presencia de Pfiesteria txica en el agua, no eclosionan los huevos de rbalos listados y de otros peces de inters comercial. Sandra E. Shumway y Jeffrey J. Springer han demostrado que Pfiesteria mata larvas de molus-cos, a veces slo en unos segundos de contacto; en las vieiras jvenes les priva del poder de cerrar sus valvas y as las deja muy vulnerables a los depredadores.

Una descripcin ms amplia

Conforme profundizbamos en nuestro conocimiento de la ame-naza que Pfiesteria supone para las poblaciones de peces, iba tomando consistencia el inters por averiguar si ese fenmeno no formaba parte de una serie de efectos de mayor alcance. De acuerdo con la tesis admitida, ni peces ni moluscos expuestos a dosis subletales de toxinas de algas dainas sufriran ningn dao espe-cial. Pero, podan las algas dainas causar problemas que haban pasado inadvertidos, relacionados tal vez con la reproduccin, la supervivencia de los alevines o su sensibilidad o re-sistencia a las enfermedades? Y en otro orden, planteaban esos organis-mos permanentes o sutiles problemas sanitarios?

No son muchos los que han explo-rado estas cuestiones o estudiado la diversidad de efectos que ejercen tales mareas de algas dainas en el ecosis-tema. Pero hay seales que despiertan inquietud. De entrada, preocupa la tendencia expansiva de este grupo de algas dainas. De acuerdo con algunos trabajos, en los ltimos 15 aos y en muchas partes del mundo, los brotes de ciertas algas dainas han incrementado en frecuencia, rango geogrfico y virulencia.

Consideremos varios ejemplos. Al exponer vieiras a pequeas cantidades de toxinas del dinoflagelado Alexan-drium tamarense, se les desgastaba el manto intestinal y decaa su ritmo cardaco y respiratorio. Otros din-oflagelados producen toxinas de la ciguatera, que se acumulan en los peces de arrecife sin matarlos del todo. Los peces crecen lo bastante para ser pescados; las personas que los consumen, enferman. De hecho,


4. RESPUESTA DE LAS VIEIRAS, tras someterlas a aguas con Pfiesteria en el laboratorio. Nos ofrece una prueba clara de la capacidad de Pfiesteria para causar daos a largo plazo. Cuando expusimos vieiras sanas (izquierda) a densidades subletales de clulas txicas, no pudieron ya cerrar sus valvas (derecha); con ello se tornan mucho ms vulnerables a la depredacin.

enferman ms por barracudas, pargos rojos, meros y otros peces tropicales infectados por toxinas de la cigua-tera, que por marisco envenenado. Los sntomas pueden volver a ma-nifestarse durante aos, a menudo desencadenados por el consumo de bebidas alcohlicas. Las toxinas de la ciguatera impiden el funcionamiento normal de los linfocitos T, atentando de ese modo contra el sistema inmu-nitario. Todo indica que estas toxinas podran cobrarse un peaje similar en los peces, daando el equilibrio y provocando infecciones fngicas y hemorragias.

La neoplasia diseminada (cncer si-milar a la leucemia) y los germinomas (tumores malignos que atacan a los rganos de la reproduccin) son dos condiciones que afectan a mejillones azules y almejas de concha blanda. Algunos estudios han asociado esos tipos de cncer con dinoflagelados que producen saxitoxinas, las mis-mas toxinas que causan a veces una intoxicacin letal en personas que consumen marisco emponzoado. Los individuos que logran recuperarse de un envenenamiento agudo por saxi-toxinas pueden recaer, pasados mucho aos, con sntomas muy parecidos a los del paludismo. A lo largo de las costas europeas, la ingestin de ma-risco contaminado por cido okadaico proveniente de dinoflagelados txicos provoca diarreas; en dosis menores y crnicas indujo tumores en ratas de laboratorio y tejidos humanos. El cido okadaico puede tambin destruir clulas del hipocampo, regin cerebral implicada en la memoria, e instar la supresin del sistema inmunitario humano.

Los problemas sanitarios crnicos originados por algas dainas no se limitan al medio marino. Las ma-reas de cianofceas (cianobacterias) pueden consumir durante la noche buena parte del oxgeno del agua; los peces terminan exhaustos y ms vulnerables a las enfermedades. En otro orden, las toxinas de esas al-gas han causado tumores de hgado, pulmn y abdomen en los ratones, e infligido daos, entre leves y graves, en el hgado humano.

Signos delatores

Para combatir los efectos nefastos de las algas dainas hay que empezar por conocer al enemigo. Pero no abundan los estudios sobre ellas. Cuestiones fundamentales de su ciclo biolgico permanecen igno-radas. Pero es imperativo caracteri-

zar qumicamente sus toxinas, para as desarrollar sistemas seguros de advertencia sobre el peligro exacto de las aguas.

Obtenida esa informacin, habr que abordar la metabolizacin de las toxinas en el cuerpo humano y su absorcin en nuestros tejidos. Deber darse respuesta a cuestiones importantes: Cul es el abanico de efectos, agudos y crnicos, que las toxinas ejercen en el sistema ner-vioso e inmunitario humano? Cul la persistencia de tales efectos? Qu consecuencias ltimas comportan para la salud de los peces? De qu modo se relacionan las toxinas con otros microorganismos y sustancias agresi-vas en el ataque contra los peces y otras especies, hombre incluido?

Si queda camino por andar en el do-minio del ciclo biolgico, de muchas especies de algas dainas no conoce-mos mejor los factores que estimulan su actividad. El vertido de nutrientes ha avivado la multiplicacin de Pfies-teria y otros organismos parecidos. Creen algunos que la eutrofizacin y otros tipos de contaminacin han arruinado la estabilidad de muchos ecosistemas acuticos. Las ingentes mareas de algas txicas reflejan ese desequilibrio y son parte activa de su persistencia.

En la quiebra del equilibrio ecol-gico convergen mltiples causas. La merma incesante de zonas de marisma, genuinos riones de la biosfera, di-ficulta la autolimpieza de los cursos fluviales. La coincidencia de mareas algales con episodios de El Nio mueve a sospechar que la tendencia al calentamiento global del clima podra estimular la proliferacin de

estas especies, amn de extender su zona de influencia. Estos cambios climticos provocan tambin inunda-ciones que acarrean ms nutrientes y materia contaminante hacia los ros y estuarios. La poblacin humana, que ha crecido de una manera espectacular, requiere en su progreso un suministro creciente de agua dulce, recurso de suyo bastante escaso, mientras genera cada vez ms residuos que degradan ros y mares. Al proteger la salud de los peces vulnerables, estamos protegiendo la nuestra.


BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA

NEW PHANTOM DINOFLAGELLA-TE IS THE CAUSATIVE AGENT OF MAJOR ESTUARINE FISH KILLS. J. M. Burkholder, E. J. Noga, C. W. Hobbs y H. B. Glasgow, Jr., en Nature, vol. 358, pgs. 407-410; 30 de julio, 1992.

NEOPLASIA AND BIOTOXINS IN BIVAL-VES: IS THERE A CONNECTION? Jan Landsberg en Journal of Shellfish Research, vol. 15, n.o 2, pgs. 203-230; junio 1996.

IMPLICATIONS OF HARMFUL MICROA-LGAE AND HETEROTROPHIC DIN-OFLAGELLATES IN MANAGEMENT OF SUSTAINABLE MARINE FISHERIES. JoAnn M. Burkholder en Ecolo-gical Applications, vol. 8, n.o 1 (suplemento), pgs. 537-562; fe-brero 1998.

MARINE ECOSYSTEMS: EMERGING DI-SEASES AND INDICATORS OF CHAN-GE. Paul Epstein et al. Year of the Ocean Special Report. Center for Health and the Global Environment, Harvard Medical School, Boston, 1998.

5. LOS EQUIPOS HERMETICOS forman ahora parte imprescindible del atuendo de los investigadores en Pfiesteria y afines. La agresin podra producirse a travs del contacto con el agua contaminada o por inhalacin de toxinas.

Deteccin de la masa de los neutrinosConstruido en las entraas del monte Ikenoyama, un detector gigantesco ha captado

las metamorfosis que los neutrinos sufren a lo largo de su trayectoria. Esa observacin presta slido apoyo a la tesis que atribuye masa a partculas tan esquivas

Edward Kearns, Takaaki Kajita y Yoji Totsuka


La basura de uno es el tesoro de otro. Para un fsico, el fondo es basura, una reaccin in- deseable, debida seguramente a un fenmeno prosaico y conocido. La seal es el tesoro, una reaccin de la que esperamos nos descubra nuevos conocimientos acerca del universo. Desde hace veinte aos, varios grupos andan tras la desintegracin del protn, una seal rarsima (si es que existe) enterrada en un fondo de reacciones instadas por los neutrinos, unas partculas esquivas. El protn, uno de los consti-tuyentes principales de los tomos, parece inmortal. Su desintegracin aportara una prueba convincente sobre la realidad de los procesos enunciados por las teoras de gran unificacin. Para muchos, tales teoras trascienden el modelo estndar de la fsica de partculas, pese a los muchos xitos que ste ha cosechado. Para escapar de la lluvia incesante de rayos csmicos, los enormes

detectores que habran de captar las desintegraciones de protones se instalaron en minas o en tneles. Pero, por muy hondo que se excave, esas instalaciones siguen expuestas a la penetracin de los neutrinos producidos por los rayos csmicos.

La primera generacin de detectores de desintegraciones de protones funcion de 1980 a 1995. No encontr seal alguna; pero sirvi para caer en la cuenta de que no era tan fcil entender el fondo de neutrinos, supuestamente trivial. Uno de esos dispositivos experimentales, el Ka-miokande, est instalado en Kamioka, localidad minera a unos 250 kilmetros de Tokio (en la trayectoria de vuelo de un neutrino). El nombre es contraccin de la versin inglesa de Experimento de Desintegracin de Nucleones de Kamioka. Lo mismo aqu que en el experimento IMB, instalado en una mina de sal cerca de Cleveland (Ohio), se usaron detectores muy sensibles


1. EL DETECTOR SUPERKAMIOKANDE se encuentra en una mina de cinc an en explo-tacin, en el interior del monte Ikenoyama. Su tanque de acero inoxidable contiene 50.000 toneladas de agua ultrapura, tan transparente que la luz puede atravesar casi 70 metros antes de perder la mitad de su intensidad (en una piscina corriente, slo unos metros). Observan permanentemente el agua once mil tubos fotomultiplicadores, que cubren las paredes, el suelo y el techo. Son bombillas de vidrio sopladas a mano y forradas por dentro con una fina capa de metal alcalino. Los tubos fotomultiplicadores registran destellos cnicos de luz de Cerenkov, la manifestacin de que se ha producido una colisin entre un neu-trino de gran energa y un ncleo atmico del agua. Mientras se llena el tanque, unos tcnicos limpian, sobre unas balsas hinchables, las bombillas (recuadro).


que observaban un depsito de agua ultrapura a la espera del destello que manifestase que un protn se haba desintegrado.

Un suceso as habra pasado inad-vertido, como una aguja en un pajar, entre unos mil destellos similares causados por la interaccin entre neu-trinos y ncleos atmicos del agua. No se vio la desintegracin de nin-gn protn, pero el anlisis de esas mil reacciones descubri un autntico tesoro: seductores indicios de que los neutrinos eran inesperadamente volubles y pasaban de una especie a otra a lo largo de su recorrido. Si se confirmaba, este fenmeno sera tan apasionante y cambiara las teoras no menos que lo hiciera la misma desintegracin del protn.

Los neutrinos son unas partcu-las asombrosas, sutiles. Cada se-gundo atraviesan, por cada centmetro

cuadrado de nuestro cuerpo (o de cualquier objeto), 60.000 millones, procedentes del Sol en su mayora. Al interaccionar apenas con otras partculas, los 60.000 millones suelen pasar por nosotros sin rozar un tomo. Lanzaramos ese haz a travs de un ao luz de plomo y lo cruzara sa-liendo poco menos que inclume. Un detector de la talla del Kamiokande apresa slo una fraccin muy pequea de la cantidad anual de neutrinos que pasan por l.

Hay tres variedades o sabores de neutrinos. El modelo estndar asocia cada sabor a una partcula con carga elctrica, el electrn o sus parien-tes de mayor masa, el muon y la partcula tau. La interaccin entre un neutrino electrnico y un ncleo atmico puede crear un electrn; la interaccin entre un neutrino munico y un ncleo atmico, un muon; la

de uno tunico, una partcula tau. Desde que se plante la existencia de los neutrinos, hace unos setenta aos, se empez a negar que tuvieran masa. Pero la teora cuntica replica que, si pueden cambiar de sabor, lo ms probable es que no les falte. De ser ello cierto, su peso conjunto superara el de todas las estrellas del universo.

Construccin de una trampa de neutrinos mayor

Ocurre a menudo en fsica de partculas que, para progresar, hay que construir una mquina mayor. El Superkamiokande, o Sper K, man-tuvo el diseo bsico del Kamiokande, aunque decuplicando sus proporcio-nes. Una batera de detectores sen-sibles a la luz observa sin cesar el centro de las 50.000 toneladas de agua, a la espera de que alguno de sus protones se desintegre o reciba el impacto de un neutrino. En am-bos casos la reaccin crea partculas manifestadas por el destello luminoso que producen, la luz de Cerenkov, que viene a ser en ptica lo que en acstica se conoce por estampido de la rotura de la barrera de sonido; la descubri Pavel A. Cerenkov en 1934. A la manera del avin, que crea una onda de choque sonora cuando vuela ms rpido que el sonido, una par-tcula dotada de carga elctrica (un electrn o un muon, por ejemplo) emite luz de Cerenkov cuando supera la velocidad de la luz en el medio en que se est moviendo. No se contradice con ello la relatividad de Einstein, porque en sta la velocidad crtica es c, la de la luz en el vaco. En el agua la luz se propaga un 25 por ciento ms despacio que c, pero otras partculas, si tienen gran ener-ga, pueden moverse por ella a una velocidad casi igual a c. La luz de Cerenkov se emite en un cono cuyo eje es la trayectoria de vuelo de la partcula emisora.

En el Sper K la partcula car-gada viaja unos metros y el cono de Cerenkov proyecta un anillo de luz sobre la pared cubierta de detectores de luz. El tamao, la forma y la in-tensidad de este anillo manifiestan las propiedades de la partcula cargada, que a su vez nos dicen las del neutrino que la produjo. Podemos distinguir la configuracin creada por la luz de Cerenkov de los electrones del pa-trn dejado por los muones: aqullos generan una cascada de partculas y el anillo es borroso; el de stos, en cambio, es un crculo ntido. Con la

NEUTRINO ELECTRONICO

NEUTRINO MUONICO

CASCADADE ELECTRONES

MUON

LUZ DE

CEREN

KOV

2. SE EMITE UN CONO DE LUZ DE CERENKOV cuando un neutrino de gran energa choca contra un ncleo atmico y produce una partcula cargada. Un neutrino munico (arriba) crea un muon. Puede que recorra un metro; a continua-cin proyectar un ntido cono de luz sobre los detectores. Un electrn, producido por un neutrino electrnico (abajo), generar una pequea cascada de electrones y positrones, cada uno de los cuales crear su propio cono de Cerenkov, con lo que el resultado final ser un anillo de luz borroso. Los puntos verdes indican luz detectada en un mismo intervalo de tiempo, muy breve.

luz de Cerenkov se miden tambin la energa y la direccin del electrn o muon, aproximaciones aceptables de las del propio neutrino.

Al Sper K no le es fcil identificar el tercer tipo de neutrino, el neutrino tunico. Este slo puede interaccionar con un ncleo y crear una partcula tau si tiene energa suficiente. Un muon es unas 200 veces ms pesado que un electrn; una partcula tau, unas 3500 veces. La masa del muon cae dentro del intervalo de energas de los neutrinos atmosfricos, pero slo una fraccin pequea de stos porta energas del orden de la masa de una partcula tau; la mayora, pues, de los neutrinos tunicos presentes en la mezcla pasarn por el Sper K sin ser detectados.

Pero, cuntos hay? Hemos cons-truido un detector magnfico para estudiar los neutrinos, y nuestra pri-mera tarea es la de contar cuntos vemos. De la mano de esa pregunta viene otra: cuntos esperbamos? Para responderla hay que analizar cmo se producen.

El Sper K observa los neutrinos atmosfricos, que nacen de la rociada de partculas generada cuando un rayo csmico entra en la atmsfera superior. Los proyectiles incidentes (los rayos csmicos primarios) abun-dan en protones, con algunos ncleos ms pesados, de helio o de hierro, por ejemplo. Cada colisin desata una cascada de partculas secundarias, en su mayora piones y muones, que se desintegran durante su corto vuelo por el aire y crean neutrinos. Sabe-mos, aproximadamente, cuntos rayos csmicos dan en la atmsfera por segundo y cuntos piones y muones se producen en cada colisin, as que podemos predecir cuntos neutrones se esperan.

El truco de las proporciones

Por desgracia, el margen de precisin de ese clculo es de un 25 por ciento. No queda ms re-medio que echar mano de un truco frecuente: suele ser ms fcil deter-minar la razn entre dos magnitudes que cada una de ellas por separado. En el caso del Sper K la clave es la desintegracin secuencial de un pion en un muon y en un neutrino munico seguida de la desintegracin del muon en un electrn, un neutrino electrnico y otro neutrino munico. No importa cuntos rayos csmicos caigan en la atmsfera terrestre o cuntos piones se produzcan: por cada neutrino electrnico habr alrededor


RAYOCOSMICO

NUCLEOATOMICODEL AIRE

PIONES

2 NEUTRINOS MUONICOS

1 NEUTRINO ELECTRONICO

ELECTRON

MUONES

SUPER K

ZENIT

ZENIT(perpendicular a la

superficie de la Tierra)

NEUT

RI

RAYOS COSMICOSQUE LLEGAN

ATMOSFERA

SUPER K

3. UN RAYO COSMICO DE GRAN ENERGIA que d en un ncleo en la atmsfera (abajo) generar una cascada de partculas, piones so-bre todo. La secuencia de desintegraciones del pion produce dos neutrinos municos por cada neutrino electrnico. Deberan verse cantidades iguales de neutrinos procedentes de direcciones opuestas (arriba), pues unos y otros se crean al incidir los rayos csmicos en la atmsfera con un mismo ngulo cenital, . Ambas magnitudes se alteran cuando los neutrinos municos, por recorrer largas distancias, tienen tiempo para cambiar de sabor.

de un par de neutrinos municos. El clculo es ms complicado y obliga a efectuar simulaciones por ordenador de las cascadas de rayos csmicos, pero finalmente predice una razn con una precisin del 5 por ciento; proporciona, pues, al cotejo un valor mucho mejor que los nmeros de partculas por separado.

Tras contar neutrinos durante casi dos aos, el equipo del Sper K ha hallado que la razn entre neutrinos municos y electrnicos se cifra entre 1,3 a 1, no la esperada de 2 a 1. Por mucho que forcemos los supuestos acerca del flujo de neutrinos, de su interaccin con los ncleos y de cmo responde el detector a esos sucesos, no hay justificacin para razn tan

baja, salvo que los neutrinos pasen de un tipo a otro.

Podemos recurrir de nuevo al truco de las proporciones para comprobar tan sorprendente conclusin. La pista que conduce a un segundo cociente nos la seala otra pregunta: cun-tos neutrinos han de llegar de cada direccin? Los rayos csmicos caen sobre la atmsfera terrestre de una forma bastante uniforme en todas las direcciones. Slo hay dos efectos que malogran la regularidad. El primero tiene que ver con que el campo mag-ntico de la Tierra, que, al desviar algunos rayos csmicos, sobre todo los de poca energa, sesga el patrn de las direcciones de llegada. En se-gundo lugar, los rayos csmicos que

lamen tangencialmente la Tierra crean cascadas que no descienden hasta las profundidades de la atmsfera y cuyo desarrollo difiere del seguido por las que se precipitan directamente de arriba abajo.

De la geometra nos llega la sal-vacin. Si miramos cielo arriba con cierto ngulo de inclinacin con respecto a la vertical y luego abajo, hacia el suelo, con ese mismo n-gulo, veremos el mismo nmero de neutrinos procedentes de cada direc-cin. Ambos conjuntos de neutrinos son producidos por rayos csmicos que dan en la atmsfera con igual ngulo, si bien en el primer caso las colisiones ocurren sobre nuestras cabezas y en el segundo al otro lado


0% NEUTRINOTAUNICO

100% NEUTRINOMUONICO


0% NEUTRINOTAUNICO

100% NEUTRINOTAUNICO

0% NEUTRINOMUONICO

MUON

NEUTRINO MUONICO CREADOEN LA ATMOSFERA SUPERIOR

DOS PAQUETES DE ONDAS DE MASA DIFERENTESE MUEVEN A VELOCIDADES DIFERENTES

EL PATRON DE INTERFERENCIA DE LOS PAQUETES DE ONDA DETERMINA LA PROBABILIDAD DEL SABOR DEL NEUTRINO

EL SABOR QUE SEDETECTA DEPENDE

DE LA INTERFERENCIA

PION(SE DESINTEGRA)

MUON

O

SIN ENERGIASUFICIENTEPARA HACER

UN TAU

1956

Frederick Reines (centro) y ClydeCowen fueron los primerosen detectar el neutrino;se valieron del reactor nucleardel ro Savannah.

1962El primer haz de neutrinos creadopor un acelerador muestra enBrookhaven que hay neutrinoselectrnicos y municos.

1969

Raymond Davis, junior, fue elprimero en medir los neutrinosprocedentes del Sol; utiliz600 toneladas de lquidode limpieza en una minade Homestake, Dakota del Sur.

19751977Se descubren el leptn tunicoy el quark b, y con ellos unatercera generacin de quarksy leptones.

1983Se descubren en el CERNlos bosones W y Z0,los transmisores de la fuerzadbil, la que interviene en lasreacciones neutrnicas.

Astronoma neutrnica: los experi-mentos sobre la desintegracinde los protones IMB y Kamiokandedetectan 19 neutrinos de lasupernova 1987A, de la Gran Nubede Magallanes.

1989La tasa de desintegracindel Z0 se mide con precisinen el SLAC y en el CERNy se ve que slo hay tresgeneraciones activasde neutrinos.

1998

El Sper K rene a partirde los neutrinos atmosfricosindicios de la existenciade las oscilacionesneutrnicas.

1930

Wolfgang Pauli salva el principiode conservacin de la energa conla hiptesis de que una partculatodava desconocida se lleva la energaque falta en algunas desintegracionesradiactivas.

1933Enrico Fermi formula la teorade la desintegracin betae incorpora la partcula de Pauli,llamada ahora neutrino,en italiano el pequeo neutro.

1987

Un pion que se desintegra (arriba a la izquierda) produce un neutrino. Segn la descripcin meca-nocuntica, el neutrino aparece como una superposicin de dos paquetes de ondas de masa diferente (violeta y verde; arriba, en medio), que no se propagan a la misma velocidad: el ms ligero adelanta al ms pesado, con la consiguiente interferencia de las ondas. El patrn de interferencia controla qu sabor es ms probable que se le detecte al neutrino munico (rojo) o tunico (azul) en cualquier punto de su trayectoria de vuelo (abajo). Como todos los efectos cunticos, es un juego

de azar, en el que el sabor munico tiene casi todas las bazas cerca de donde se origin el neutrino. Pero las probabilidades van y vienen; a una distancia determinada se inclinan por el tunico y, ms adelante, vuelven a favorecer al munico. Cuando el neutrino termina por interaccionar con el detector (arriba a la derecha), la suerte cuntica est echada. Si ha salido munico se producir un muon; si sale tunico y no tiene energa suficiente para crear una partcula tau, el Sper K no detectar nada.

E.K., T.K. y Y.T.

Oscilacin del neutrino provocada por una onda cuntica

del globo. Para sacar partido de este hecho escogemos sucesos neutrnicos de energa lo bastante alta (as los rayos csmicos que los han creado no habrn sido desviados por el campo magntico de la Tierra) y dividimos el nmero de neutrinos que van hacia arriba por el de neutrinos que van hacia abajo. Esta razn ha de ser exactamente uno si los neutrinos no cambian de sabor.

De acuerdo con lo esperado, vimos un nmero de neutrinos electrni-cos de gran energa que iban hacia arriba prcticamente igual al de los que iban hacia abajo, pero el de los neutrinos municos que volaban hacia arriba era la mitad del de los que iban hacia abajo. Este hallazgo constituye una segunda prueba de que los neutrinos cambian de iden-tidad. Proporciona, adems, una pista de la naturaleza de la metamorfosis. Los neutrinos municos en marcha hacia arriba no pueden convertirse en neutrinos electrnicos, pues no hay exceso de neutrinos electrnicos ascendentes. Queda, pues, el neutrino tunico. Los neutrinos municos que se convierten en neutrinos tunicos atraviesan el Sper K sin interaccio-nar, sin ser detectados.

Sabores volubles

Las dos razones citadas son un buen indicio de que los neutrinos municos se transforman en neutrinos tunicos. Mas, por qu han de tener que cambiar de sabor los neutrinos? La fsica cuntica describe con una onda la partcula que se mueve por el espacio: adems de masa y carga, la partcula tiene longitud de onda, puede difractarse, etctera. Puede in-cluso ser superposicin de dos ondas. Supngase que stas corresponden a masas un poco distintas. Cuando viajen juntas, la ligera se adelantar a la pesada, interferirn entre s y se producir una fluctuacin a lo largo de la trayectoria de la partcula.

Hay una analoga musical para esta interferencia: el sonido oscilante que producen dos notas casi iguales.

En msica ese efecto provoca la oscilacin del volumen; en fsica cuntica oscila la probabilidad de detectar un tipo u otro de neutrino. Al principio, la probabilidad de que el neutrino sea munico es del ciento por ciento; tras recorrer una dis-tancia, la de que se presente como tunico ser del ciento por ciento tambin. En otras posiciones podr ser munico o tunico, segn cmo caiga el dado.

No deja de resultar un tanto extrao el comportamiento oscilante en una partcula. Pero recurdense las contor-

siones parecidas que ejecuta el fotn, la partcula de la luz. Puede tener varias polarizaciones, vertical, horizon-tal, circular a izquierdas o a derechas. No difieren en la masa, pues carecen de ella, pero en algunos materiales con actividad ptica la luz polarizada circularmente a izquierdas se mueve ms deprisa que la polarizada a dere-chas. Un fotn con una polarizacin vertical es una superposicin de esas dos posibilidades; cuando atraviesa un material pticamente activo, su polarizacin gira (es decir, oscila) y pasa de vertical a horizontal y as sucesivamente, conforme los dos componentes circulares se sincronizan y desincronizan.


200

150

50

0

12.800 km 6400 km 500 km 30 km 15 km

ANGULO DE LLEGADA Y DISTANCIA RECORRIDA POR EL NEUTRINO

PREDICCION SIN OSCILACIONES NEUTRINICASPREDICCION CON OSCILACIONES NEUTRINICASMEDICION DEL SUPERKAMIOKANDE

NU

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NEUTRINO MUONICO CREADOEN LA ATMOSFERA SUPERIOR

DOS PAQUETES DE ONDAS DE MASA DIFERENTESE MUEVEN A VELOCIDADES DIFERENTES

EL PATRON DE INTERFERENCIA DE LOS PAQUETES DE ONDA DETERMINA LA PROBABILIDAD DEL SABOR DEL NEUTRINO

EL SABOR QUE SEDETECTA DEPENDE

DE LA INTERFERENCIA

PION(SE DESINTEGRA)

MUON

O

SIN ENERGIASUFICIENTEPARA HACER

UN TAU

1956

Frederick Reines (centro) y ClydeCowen fueron los primerosen detectar el neutrino;se valieron del reactor nucleardel ro Savannah.

1962El primer haz de neutrinos creadopor un acelerador muestra enBrookhaven que hay neutrinoselectrnicos y municos.

1969

Raymond Davis, junior, fue elprimero en medir los neutrinosprocedentes del Sol; utiliz600 toneladas de lquidode limpieza en una minade Homestake, Dakota del Sur.

19751977Se descubren el leptn tunicoy el quark b, y con ellos unatercera generacin de quarksy leptones.

1983Se descubren en el CERNlos bosones W y Z0,los transmisores de la fuerzadbil, la que interviene en lasreacciones neutrnicas.

Astronoma neutrnica: los experi-mentos sobre la desintegracinde los protones IMB y Kamiokandedetectan 19 neutrinos de lasupernova 1987A, de la Gran Nubede Magallanes.

1989La tasa de desintegracindel Z0 se mide con precisinen el SLAC y en el CERNy se ve que slo hay tresgeneraciones activasde neutrinos.

1998

El Sper K rene a partirde los neutrinos atmosfricosindicios de la existenciade las oscilacionesneutrnicas.

1930

Wolfgang Pauli salva el principiode conservacin de la energa conla hiptesis de que una partculatodava desconocida se lleva la energaque falta en algunas desintegracionesradiactivas.

1933Enrico Fermi formula la teorade la desintegracin betae incorpora la partcula de Pauli,llamada ahora neutrino,en italiano el pequeo neutro.

1987

4. EL NUMERO DE NEUTRINOS DE GRAN ENERGIA que llegan con diferen-tes trayectorias al Sper K guarda cabal acuerdo con la prediccin que tiene en cuenta la existencia de oscilaciones neutrnicas (verde), pero no con la que supone que no las hay (azul). Los neutrinos que van hacia arriba (representados hacia la izquierda de la grfica) han recorrido una distancia suficiente para que la mitad cambie de sabor y escape a la deteccin.

Para las oscilaciones neutrnicas del tipo que vemos en el Sper K no hace falta un material ptica-mente activo. Basta con una di-ferencia de masas suficiente entre los dos componentes neutrnicos para que oscile el sabor, pase el neutrino por aire, por roca slida o por un puro vaco. Cunto habr oscilado un neutrino para cuando llegue al Sper K depender de su energa y de la distancia que haya cubierto desde su creacin. Para los neutrinos que van hacia abajo, que como mucho habrn recorrido unas docenas de kilmetros, no podr haber tenido lugar ms que una pequea fraccin del ciclo de la oscilacin y el sabor slo se habr modificado un poco; casi con toda seguridad se detectar el munico original. Los neutrinos que se mueven hacia arriba, producidos a miles de kilmetros de distancia, habrn pasado por tantas oscilacio-nes que, en promedio, slo la mitad se detectar como munica. La otra mitad atravesar el Sper K en la indetectable forma tunica.

Esta descripcin es slo una ex-posicin burda, pero los argumentos basados en la proporcin de sabores

y la razn entre sucesos ascendentes y descendentes resultan tan convin-centes, que se considera la expli-cacin ms probable de los datos. Hemos investigado la variacin del nmero de neutrinos municos segn la energa del neutrino y el ngulo de llegada. Comparamos el nmero medido y el esperado para una am-plia serie de situaciones oscilantes posibles (incluida la inexistencia de oscilaciones). Los nmeros no se parecen a los que se esperaran si no hubiese oscilaciones; concuerdan, en cambio, con las oscilaciones neu-trnicas previstas para ciertos valores de la diferencia de masas y de otros parmetros fsicos.

Con unos 5000 sucesos observados en los dos primeros aos del experi-mento, hemos acabado con cualquier cbala de que los nmeros anmalos de los neutrinos atmosfricos fue-sen un espejismo estadstico. Pero sigue importando que se confirme el efecto mediante la observacin de la misma oscilacin de los neutrinos municos con otros experimentos o tcnicas. Lo han ratificado hasta cierto punto otros detectores de Minnesota e Italia, pero como han medido menos sucesos la certeza estadstica es inferior.

Corroboraciones

El estudio de otro tipo de interaccin neutrnica aporta una nueva corroboracin. Hablamos de las colisiones con los ncleos de la roca que rodea a nuestro detector. Los neutrinos electrnicos produ-cen electrones con las subsiguien-tes cascadas de partculas, pero son absorbidas por la roca y no llegan nunca a la caverna del Sper K. Los neutrinos municos de gran energa crean muones enrgicos que pueden atravesar muchos metros de roca y llegar a nuestro detector. Contamos esos muones, procedentes de los neu-trinos que se mueven hacia arriba (los que van hacia abajo quedan ocultos por el fondo de muones de los rayos csmicos que entran en el monte Ikenoyama desde arriba).

Podemos contar los muones que viajan hacia arriba y llegan al de-tector con trayectorias muy diversas, desde los que suben verticalmente a los que se desplazan casi horizontal-mente. Estos caminos corresponden a distancias recorridas por los neutrinos (desde su produccin en la atmsfera hasta la creacin de un muon cerca del Sper K) que pueden ser de slo 500 kilmetros (la distancia al


DETECTOR CERCANO

ACELERADORKEK

DETECTORSUPER K

250 KILOMETROS

NEUTRINOS MUONICOS

SUPER K

TOKIO

ACELERADORKEK

FERMILAB

MINOS

5. SE PLANEAN EXPERIMENTOS DE BASE LARGA en Japn y en Estados Unidos. Se detectarn haces de neutrinos emitidos por aceleradores de partculas a cientos de kilmetros de distancia. Deberan confirmar la realidad de las oscilaciones y medir con precisin las constantes de la naturaleza que las controlan.

EDWARD KEARNS, TAKAAKI KA-JITA y YOJI TOTSUKA participan en el proyecto internacional del Su-perkamiokande. Kearns, profesor de fsica en Boston, y Kajita, en Tokio, dirigen el equipo que analiza los datos relativos a las desintegraciones de protones y neutrinos atmosfricos obtenidos por el Sper K. Totsuka es portavoz del proyecto y director del Instituto de Investigaciones sobre Rayos Csmicos de la Universidad de Tokio, responsable del experimento.

borde de la atmsfera cuando se mira horizontalmente) o de hasta 13.000 kilmetros (el dimetro de la Tierra cuando se mira justo hacia abajo). Observamos que la cuanta de neu-trinos municos de energa menor que han viajado una larga distancia ha mermado ms que el nmero de los neutrinos de mayor energa que han recorrido una distancia pequea. Justamente lo que esperbamos en caso de haber oscilaciones. El anlisis detallado produce unos parmetros neutrnicos parecidos a los de nuestro primer estudio.

Si tenemos en cuenta slo los tres tipos conocidos de neutrinos, nuestros datos nos dicen que los neutrinos municos se convierten en neutrinos tunicos. Afirma la teora cuntica que la causa que se esconde tras la oscilacin es, casi con toda seguridad, la masa de esos neutrinos, aunque durante 70 aos se les haya negado ese atributo.

Por desgracia, la teora cuntica tambin obliga a que nuestro expe-rimento se limite a medir slo la diferencia del cuadrado de las masas de los dos componentes neutrnicos, porque esa magnitud es la que de-termina la longitud de onda de la oscilacin. No es sensible a la masa de las partculas por separado. Los datos del Sper K dan una diferen-cia de los cuadrados de las masas que cae entre los 0,001 y los 0,01 electronvolts (eV) al cuadrado. Dado el patrn de las masas de otras par-tculas conocidas, es probable que uno de los neutrinos sea mucho ms ligero que el otro, en cuyo caso la masa del neutrino ms pesado esta-ra, pues, entre los 0,03 y los 0,1 eV. Qu consecuencias extraer de este resultado?

En primer lugar, la concesin de masa a los neutrinos no arruina el modelo estndar. Que no coincidan los estados de masa que constituyen cada neutrino requiere la introduc-cin de parmetros de mezcla. Una pequea cantidad de una tal mezcla se observ entre los quarks, pero de nuestros datos se sigue que los neu-trinos necesitan un grado de mezcla mucho mayor, informacin importante a tomar en obligada consideracin por las nuevas teoras.

En segundo lugar, la cifra de 0,05 eV sigue estando muy cerca de cero, si se compara con las masas de las dems partculas de la materia. (La ms ligera es el electrn, con una masa de 511.000 eV.) Tena, pues, su explicacin aferrarse a la idea de una masa cero para los neutrinos. Los

propios fsicos empeados en construir una teora de gran unificacin que combine todas las fuerzas a energas altsimas menos la gravedad to-man nota de esa ligereza relativa de los neutrinos. Suelen recurrir a un artificio matemtico, el mecanismo de vaivn, que exige en los neutri-nos masas muy pequeas, aunque no nulas. Aqu la palanca que separa los livianos neutrinos de los quarks y leptones, miles de millones a billones de veces ms pesados, es la masa de alguna partcula muy pesada, del orden de magnitud quiz de la masa de gran unificacin.

En el inventario de masas del universo habr que registrar la del neutrino. Llevan aos los astrno-

mos intentado determinar cunta masa suman la materia luminosa de las estrellas y la masa ordinaria, difcil de ver, de las enanas marrones o del gas difuso. La masa total puede medirse tambin indirectamente a partir del movimiento orbital de las galaxias y de la velocidad a la que se expande el universo. La masa a la que llegan las vas indirectas multiplica por 20 el valor obtenido en la cuenta directa. La masa de los neutrinos que se desprende de nuestros resultados es demasiado pequea para resolver el misterio por s sola. No obstante, los neutrinos creados durante la gran explosin llenan el espacio y su masa podra ser del orden de la de todas las estrellas juntas. Puede


Otros problemas, otras posibilidades

Hay otras indicaciones de que los neutrinos tienen masa y los fsicos de partculas se aprestan a ponerlas en orden. Durante ms de treinta aos se han estado captando neutrinos electrnicos genera-dos por los procesos de fusin nuclear del Sol. Estos experimentos han contado siempre menos neutrinos que los predichos por los mejores modelos solares.

El Sper K ha contado tambin esos neutrinos solares y slo ha en-contrado un 50 por ciento de los esperados. Estamos estudiando estos datos con la esperanza de dar con una huella clara de las oscilaciones neutrnicas. El Observatorio Sudbury de Neutrinos, en Ontario, detect sus primeros neutrinos en mayo. Contiene mil toneladas de agua pesada, que mejora mucho la deteccin de los neutrinos solares. Pronto empezarn a funcionar otros detectores.

Un experimento del Laboratorio Nacional de Los Alamos aporta un indicio ms de la existencia de las oscilaciones neutrnicas: detecta neutrinos electrnicos procedentes de una fuente que slo debera pro-ducirlos municos. Pero la seal est mezclada con procesos de fondo. El resultado no se ha confirmado todava con otros experimentos, pero en los prximos aos se emprendern algunos para contrastarlo.

Las oscilaciones entre los neutrinos municos y tunicos inducidas por la masa parecen la explicacin ms natural de los datos del Sper K, pero hay otras posibilidades. La primera es que en la situacin ms general se mezclaran los tres sabores de los neutrinos; los datos del Sper K son compatibles, en las energas que cubre, con algunas oscilaciones entre los neutrinos municos y los electrnicos. Pero los resultados de un experimento efectuado en la central de energa nuclear de Chooz, en las Ardenas francesas, limita mucho la magnitud de las oscilaciones entre los sabores electrnico y munico en el Sper K.

Otra posibilidad es que los neutrinos municos se conviertan, al os-cilar, en un sabor de neutrino no detectado hasta ahora. Los estudios sobre la partcula Z0 realizados en el CERN muestran que slo hay tres sabores activos de neutrinos (activo quiere decir que el sabor participa en la interaccin nuclear dbil). Un nuevo sabor, pues, tendra que ser estril, una variedad de neutrino que interaccionase slo por medio de la gravedad. Algunos fsicos apoyan esta idea porque los elementos de juicio observacionales de que se dispone sobre tres fenmenos distintos (los neutrinos solares, los atmosfricos y los datos de Los Alamos) no pueden ser explicados con un solo conjunto coherente de masas de los neutrinos electrnicos, municos y tunicos.

Se han propuesto adems otros mecanismos oscilatorios, basados en fenmenos ms extraos que la masa de los neutrinos.

E.K., T.K y Y.T.

que influyesen en la formacin de las macroestructuras astronmicas, como los cmulos de galaxias.

De nuestros datos se van a bene-ficiar dos experimentos inmediatos. Basndose en los primeros indicios producidos por detectores menores, muchos fsicos han decidido no tener que depender ms de los neutrinos de los rayos csmicos, gratis pero incontrolables, y ahora los crean con aceleradores de gran energa. Han de recorrer una distancia larga para que se observen las oscilaciones; por eso, se apuntan los haces hacia un detector situado a cientos de kilmetros. Se est construyendo uno en una mina de Soudan, Minnesota, optimizado para estudiar los neutrinos que se le envan desde el acelerador del Fermilab, en Batavia, Illinois, en las afueras de Chicago, a 730 kilmetros.

Todo buen detector de neutrinos atmosfricos es tambin un buen de-tector de neutrinos de acelerador. En Japn empleamos el Sper K para observar un haz de neutrinos creado a 250 kilmetros de distancia, en el laboratorio del acelerador KEK. Al contrario que con los neutrinos atmosfricos, en este caso se puede encender y apagar el haz, de ener-ga y direccin bien definidas. Y lo ms importante, hemos instalado un detector similar al Sper K cerca de donde nace el haz para caracterizar los neutrinos municos antes de que oscilen; nos valemos (otra vez) de la razn entre las cuentas tomadas cerca de la fuente y lejos de ella para anular la incertidumbre y verificar el efecto. Los primeros haces artificiales de neutrinos acaban de entrar en las montaas japonesas, apresados algu-nos por las 50 toneladas del Sper K. Cuntos exactamente, ser el captulo siguiente de esta historia.


BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA

THE ELUSIVE NEUTRINO: A SUB-ATOMIC DETECTIVE HISTORY. Nic-kolas Solomey, Scientific American Library, W.H. Freeman and Com-pany, 1997.

La direccin del sitio oficial en la Red del Superkamiokande es www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/doc/sk/

El sitio del Experimento de Base Larga K2K sobre Desintegraciones Neutrnicas se encuentra en neutri-no.kek.jp/

Y el del Superkamiokande en la red de la universidad de Boston en hep.bu.edu/~superk/index.html

No basta con decirles a los nios

lo que est bien y lo que est mal. Deben

ellos ir ejercitndose

en el cumplimiento

de sus convicciones. A los

padres compete ayudarles en ese

empeo

El desarrollo moral de los nios

1. ENCENDIENDO EL PITILLO, tranquili-zando, ayudando al jardinero, pelendose... Los nios y los jvenes llevan ya, desde su tierna infancia, una vida moral ms rica que la que a menudo les atribuyen los adultos. Los cientficos se han de esforzar por decir algo til sobre la conducta de los nios a partir de simplificaciones, pero sin que stas sean tantas que hagan que se pierda de vista la complejidad del comportamiento infantil.

Con preocupante regularidad nos llegan noticias e informes acerca de nios que co- meten todo tipo de tropelas y estragos en sus escuelas y en la calle. Atacan a los profesores y a los compaeros de clase, asesinan a sus padres y persiguen a otras personas ya sea por perversidad, por avaricia o por despecho. Omos hablar de feroces bandas de muchachos entregados a las drogas y al juego, de adolescentes que violan, del vandalismo juvenil, de oleadas de engaos y chantajes incluso en colegios de alto nivel acadmico. No hace mucho, una pandilla de chicos de clase media tena aterrorizado con amenazas y extorsiones a un suburbio residencial de California; los miembros de esa banda se iban marcando jactanciosamente puntos por cada fechora.

Ante semejante avalancha de atrocidades, muchos olvidan que la mayora de los chi-cos, durante buena parte del tiempo, cumplen las reglas de su sociedad, actan como es debido, tratan amablemente a sus amigos, dicen la verdad y respetan a los mayores. Algunos van ms lejos. Una gran proporcin de la juventud estadounidense se ocupa en servicios voluntarios a la comunidad; entre el 22 y el 45 %, segn el lugar. Y numero-sos jvenes han sido tambin lderes en causas sociales. Robert Coles, psiquiatra de la Universidad de Harvard, ha escrito acerca de nios como Ruby, una negrita que, por los aos sesenta, rompi en su escuela la barrera del color. Pasendose Ruby diariamente por el recinto de aquella escuela que preferira ser toda para blancos, demostr tener un gran sentido del deber moral. Cuando sus condiscpulos se burlaban de ella y la increpaban, Ruby, en vez de replicarles, rezaba por ellos. Ruby observa Coles tena voluntad y la emple para tomar una decisin tica; dio pruebas de poseer mucha energa moral, honradez y valenta.

Todos los nios nacen capacitados para avanzar por la senda del desarrollo moral. Numerosos recursos innatos les predisponen para actuar de acuerdo con un orden tico. Pensemos en la empata, o capacidad para experimentar por comunicacin afectiva el gozo y el dolor de otras personas. La empata forma parte de nuestro patrimonio especfico. Los neonatos gritan cuando oyen a otros gritar y en un ambiente plcido dan seales de sentirse a gusto emitiendo placenteros arrullos y risas. En el segundo ao de su vida no es raro que los pequeos consuelen a sus iguales o a sus padres si los perciben tristes o disgustados.

No importa que ignoren, a veces en absoluto, qu suerte de alivio proporcionar. Mar-tin L. Hoffman, psiclogo de la Universidad de Nueva York, vio que un beb le ofreca a su madre el andador al notar que sta no se encontraba bien. Aunque la disposicin emocional a ayudar est presente, los medios de ayudar con eficacia a los dems se han de aprender e ir refinando a travs de la experiencia social. Por otra parte, en muchos individuos la capacidad de empata se estanca o incluso disminuye. Y hay quienes pueden actuar cruelmente respecto a aquellos con los que rehsan simpatizar. Un oficial de polica neoyorquino le pregunt a un gamberro adolescente cmo, en el asalto a un local, haba sido capaz de dar una paliza a una anciana de 83 aos. El chico respondi: Por qu iba a andar con cuidado? A m qu me importaba ella?

Una explicacin cientfica del desarrollo moral ha de dar razones de lo que est bien y de lo que est mal. Por qu la mayora de los nios actan de un modo tico, pese a que semejante conducta va en contra de sus intereses egostas? Por qu algunos nios se salen de los cauces comnmente aceptados, hacindose a menudo con ello gran dao a s mismos y a los dems? De qu modo va un nio adquiriendo, o dejando de adquirir, un talante tico y un compromiso perdurable con un comportamiento moral?

Los psiclogos no tienen respuestas definitivas para estas cuestiones. Muchos estudios se limitan a confirmar las intuiciones y observaciones de los padres. Pero a stos, como a todo el mundo, pueden despistarles sus propios prejuicios, una informacin incompleta y el sensacionalismo de los medios de comunicacin. A un acontecimiento trivial la asistencia a un concierto de msica pueden atribuirle un problema de hondas races, la drogadiccin por ejemplo. O culpar de sus propios problemas a la rgida educacin reci-bida, con lo que traten de compensarlo criando a sus hijos de una forma harto permisiva. En el campo polmico de los valores morales, para evitar bruscos vaivenes de reacciones emocionales y ahorrarse caer en los mismos errores, conviene abordar las cuestiones con un mtodo sistemtico y con la mayor objetividad cientfica.

La genealoga de la moral

El desarrollo de la moralidad ha alimentado un filn bibliogrfico en el mbito de las ciencias sociales. Las revistas abundan en nuevas observaciones y en modelos alter-nativos. Unas teoras destacan los fundamentos biolgicos; otras insisten en la experiencia y en el influjo social; unas terceras atienden al juicio resultante del desarrollo intelectual del nio. Aunque cada teora pone nfasis en un factor preferente, todas reconocen que

27

William Damon

El desarrollo moral de los nios


la moralidad o inmoralidad de la conducta no depende de una sola causa. El entretenerse con vdeos violentos o con juegos blicos puede excitar muchsimo a unos y dejar tranquilos a otros. La opinin comn slo entiende de medidas tajantes; la comprensin cientfica debe, por contra, basarse en el estudio de la complejidad y diversidad de las vidas de los nios.

Las teoras de orientacin biolgica o nativistas sostienen que el talante moral del sujeto brota de disposicio-nes emocionales entraadas en la es-pecie. Hoffman, Colwyn Trevarthen, de la Universidad de Edimburgo, y

Nancy Eisenberg, de la estatal de Arizona, han comprobado que los bebs pueden sentir empata en cuanto empiezan a reconocer la existencia de los otros, desde la primera semana posnatal en algunos casos. Entre las emociones morales de muy pronta aparicin se incluyen los sentimientos de vergenza, culpabilidad e indig-nacin. Segn lo ha descrito Jerome S. Kagan, psiclogo infantil de Har-vard, los nios comienzan presto a sentirse ofendidos cuando se violan sus expectativas sociales, ya suponga quebrantar las reglas de un juego favorito o redistribuir los botones de la camisa.

Casi todos los individuos, en to-das las culturas, heredan tales dis-posiciones. Mary D. Ainsworth, de la Universidad de Virginia, inform sobre la empata entre bebs de Uganda y de Amrica del Norte; Norma Feshbach, de la Universidad de California en Los Angeles, hizo un estudio comparado semejante entre recin nacidos de Europa, Israel y los EE.UU.; Millard C. Madsen, de la UCLA, estudi la participacin de los nios preescolares en nueve culturas. Por cuanto los psiclogos saben, los nios de todo el mundo se abren a la vida con sentimientos cariosos para quienes estn a su alrededor y con reacciones adversas contra el comportamiento injusto. Las diferencias en cuanto al modo de ex-presar estas reacciones slo emergen ms tarde, una vez introducidos los nios en el sistema de valores de su propia cultura.

Las teoras que insisten en el aprendizaje se fijan en la adquisi-cin infantil de normas de conducta y valores mediante la observacin, la imitacin y la recompensa. Las investigaciones as orientadas llegan a la conclusin de que la conducta moral depende del contexto, vara segn las situaciones y no guarda vinculacin con las creencias esta-blecidas. Entre las investigaciones histricas de los aos veinte, todava invocadas, recurdese el estudio de Hugh Hartshorne y Mark May sobre la reaccin de los nios ante la opor-tunidad de hacer trampas. La forma de comportarse dependa mucho de si crean que iban a ser descubier-tos. No era predecible a partir de su conducta en situaciones previas, ni tampoco de su conocimiento de reglas morales comunes, por ejemplo, los Diez Mandamientos o el cdigo del escultista.

Ulteriores revisiones y anlisis de los datos de Hartshorne y May lle-vados a cabo por Roger Burton, de la Universidad de Nueva York en Bfalo, pusieron de manifiesto una tendencia general: los nios engaa-ban ms que los adolescentes. Quiz la socializacin o el desarrollo mental puedan frenar la conducta impropia. Pero el efecto diferenciador no era muy grande.

La tercera de las teoras principales sobre la constitucin del talante moral trae a primer plano el desarrollo de la inteligencia. Aduce que la virtud y el vicio dependen, en ltima instancia, de la eleccin consciente. Las teoras cognitivas ms conocidas son las de Jean Piaget y Lawrence Kohlberg.

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ESTADIO 1

ESTADIO 2

ESTADIO 3

ESTADIO 4

ESTADIO 5

CASTIGO "No har eso, porque no quiero que me castiguen."

RECOMPENSA "No har eso, porque quiero que me recompensen."

RELACIONES INTERPERSONALES "No har eso, porque necesito que la gente me quiera."

ORDEN SOCIAL "No har eso, porque quebrantara la ley."

CONTRATO SOCIAL "No har eso, porque no estoy obligado a hacerlo."

ESTADIO 6 DERECHOS UNIVERSALES "No har eso, porque no es justo, digan otros lo que digan."

NIVEL 1: EGOISMO

NIVEL 2: APROBACION SOCIAL

NIVEL 3: IDEALES ABSTRACTOS

Los seis estadios del juicio moral

Segn van creciendo, los nios, adolescentes y jvenes dependen menos cada vez de la disciplina externa y ms de sus propias convicciones. En ese proceso pasan por, al menos, seis estadios (agrupables en tres niveles) de razonamiento moral (abajo), segn lo argument Lawrence Ko-hlberg en las postrimeras de los aos cincuenta. Los datos probatorios se incluyen en un largo estudio sobre 58 jvenes que fueron peridicamente entrevistados durante dos dcadas. Su madurez moral se juzg por cmo analizaban dilemas hipotticos, por ejemplo, el de si un marido debera o no robar una medicina para su moribunda esposa. Valan como respuesta el s y el no; lo importante era el modo de justificar la que se diera. Los jvenes, al crecer, fueron pasando por los sucesivos estadios, aunque en porcentajes distintos (barras del grfico). Por el difcil estadio sexto pasaron pocos. Aunque este modelo descriptivo del desarrollo intelectual ha tenido bastante xito, no explica el comportamiento real de la gente, pues dos per-sonas pueden actuar de forma dispar aun hallndose las dos en el mismo estadio. W.D.

En opinin de ambos psiclogos, las creencias morales tempranas de los nios se orientan hacia el poder y la autoridad. Para los prvulos, el poder es literalmente lo justo. Con el tiempo, llegan a entender que las reglas sociales estn hechas por las personas y pueden, pues, renegociarse; la reciprocidad en las relaciones es, comienzan a ver, ms ventajosa que la unilateral obediencia. Kohlberg distingui una secuencia de seis estadios en el proceso de maduracin del juicio moral. Se ha utilizado en miles de estudios para medir los progresos de una persona en el razonamiento moral.

Entre la justicia y el chocolate

Aunque las partes principales de la secuencia de Kohlberg han sido confirmadas, no deja de haber notables excepcione

investigación y ciencia 277 - octubre 1999

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