investigación y ciencia 318 - marzo 2003

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MARZO 20035,50 EURO

MEDIO SIGLO DE DOBLE HELICE: ENTREVISTA A WATSON

EL PROYECTONANODRIVE

EL PROYECTONANODRIVE

INTERACCIONESSISMICAS

PIGMENTOSCONTRA EL CANCER

EL CRANEO DE TOUMAI

ESTRUCTURA Y ESTABILIDADDE LAS PROTEINAS

INTERACCIONESSISMICAS

PIGMENTOSCONTRA EL CANCER

EL CRANEO DE TOUMAI

ESTRUCTURA Y ESTABILIDADDE LAS PROTEINAS

6Marzo de 2003 Nmero 318

PorfirinasNick Lane

Pigmentos que, expuestosa la luz, se tornancusticos puedencombatir el cncer,la ceguera y lascardiopatas. Su toxicidadfotoinducida pudieraexplicar el obscuroorigen de las leyendasde vampiros.

El Artico eurasitico durante el ltimoperodo glacialMartin J. Siegert, Julian A. Dowdeswell,John-Inge Svendsen y Anders Elverhi

Una vasta capa de hielo cubri en tiemposel mar de Barents. Su brusca desaparicinhace cien siglos proporciona una leccinsobre la Antrtida Occidental de hoy.

Nanounidades de memoriaPeter Vettiger y Gerd Binnig

Inventar el primer dispositivo nanotecnolgicode almacenamiento de datos destinadoa la produccin masiva y la utilizacinpor el consumidor es una empresa gigantesca.

26

16

SECCIONES3

HACE...50, 100 y 150 aos.

4APUNTES

34ENTREVISTAJames Watson

en el cincuentenariodel descubrimientode la doble hlice.

36CIENCIA Y SOCIEDAD

Lagos antrticos,el plancton...

Robledales de Espaay Portugal...

Anomala de Pelger-Hut.

42DE CERCA

As estamos dejandolos fondos marinos.

SECCIONES84

CURIOSIDADES DE LA FSICANatacin de los peces,

por J.-M. Courty y E. Kierlik

86JUEGOS MATEMTICOS

Ms sobre nmeros y palabras,por Juan M. R. Parrondo

88IDEAS APLICADAS

Balstica.Cuando las rayas coinciden

por Mark Fischetti

90LIBROS

La doble hlice...Clsicos contemporneos...

Genes del desarrollo.

96AVENTURAS PROBLEMTICAS

Carilln protenico,por Dennis E. Shasha

44 El ms antiguo de los homnidosKate Wong

Es la especie hallada en Chad con sietemillones de aos de antigedad el miembroms antiguo de la lnea evolutiva humana?Podremos saberlo algn da?

54 Nueva pirmide de la alimentacinWalter C. Willett y Meir J. StampferFrente a la opinin extendida, el consumode ciertas grasas reporta beneficios para elcorazn; en cambio, hay numerosos hidratosde carbono dainos.

62 Concatenaciones ssmicasRoss S. Stein

No se esperaba, pero los grandesterremotos interaccionan con las fallascercanas. Este descubrimiento afinalas predicciones de futuras sacudidas.

78 Ciencia del champnGrard Liger-Belair

Una fsica deliciosamente complejagobierna la bulliciosa efervescenciadel champn.

70 Estructura y estabilidadde las protenasAna Rosa Viguera

En el avance de la protemica importardescubrir la relacin entre las secuenciasde aminocidos, la estructura tridimensionaly la funcin de las protenas.

Portada: Slim Films

COLABORADORES DE ESTE NUMEROAsesoramiento y traduccin:

Luis Bou: Porfirinas y Aventuras problemticas; Manuel Puigcerver:El Artico eurasitico durante el ltimo perodo glacial y Concatena-ciones ssmicas; Juan P. Adrados: Nanounidades de memoria; CarlosLorenzo: El ms antiguo de los homnidos; J. Vilardell: Ciencia delchampn, Hace..., Curiosidades de la fsica e Ideas aplicadas; AngelGarcimartn: Entrevista

Copyright 2003 Scientific American Inc., 415 Madison Av., New York N. Y. 10017.

Copyright 2003 Prensa Cientfica S.A. Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona (Espaa)Reservados todos los derechos. Prohibida la reproduccin en todo o en parte por ningn medio mecnico, fotogrfico o electrnico,

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Difusincontrolada

INVESTIGACIN Y CIENCIA, marzo, 2003 3

...cincuenta aos

ESCASEZ DE NITRGENO. La paradoja de que es-casee el nitrgeno cuando tanto abunda exaspera a lahumanidad. El alimento de todo lo viviente en esteplaneta, animal o vegetal, debe contener nitrgeno. Noobstante, cuesta tanto incorporar el nitrgeno libre delaire a los productos alimenticios, que el hombre ha deacometer unas fatigossimas faenas para conservar lasno muy grandes cantidades que la naturaleza capta yfija en el suelo. Pero desde 1949, un alud de descu-brimientos ha sacado a luz una insospechada cantidadde microorganismos que fijan el nitrgeno. Podemosilusionarnos con la posibilidad de que acaso algn daseamos capaces de aprovechar la potencia de esos or-ganismos para ayudar al ciclo del nitrgeno natural aenriquecer nuestras tierras.

UNA VA LCTEA NO CAPRICHOSA. Segn HarlowShapley, del Observatorio del Colegio de Harvard, puedeque el universo sea dos veces mayor, y dos veces msviejo, que lo hasta ahora supuesto por los astrnomos.Si todas las galaxias estuvieran el doble de lejos que loque habamos pensado, tambin deberan ser el doblede grandes. En consecuencia, la Va Lctea, una gala-xia que se presume excepcionalmente extensa, tendrams o menos el mismo tamao que la nebulosa deAndrmeda y muchas otras galaxias. Esto alivia a losastrnomos, quienes haban sidoincapaces de dar con una raznde que nuestra galaxia fueraun gigante monstruoso. Lanueva estimacin despejara otradiscrepancia. Se admita antesque el universo rondaba los dosmil millones de aos de edad,mientras que las pruebas geo-lgicas indican que la Tierrarebasa los tres mil millones deaos. La estimacin revisadadel tamao del universo doblala edad de ste hasta los cua-tro mil millones de aos.

...cien aos

BIENVENIDO TODO EL MUN-DO. Durante el ao pasado de-sembarcaron en el puerto deNueva York 139.848 pasajerosde primera clase, ms la enor-me cifra de 574.276 pasajerosde tercera clase. Imagnense!Este pas absorbe ms de me-dio milln de extranjeros, ensu mayora de los pueblos ms

pobres e ignorantes de Europa, con tal facilidad y na-turalidad que no causa impresin visible en nuestrasrutinas cotidianas. Tan fcil asimilacin de tan hete-rogneos millones se debe a nuestro magnfico sistemade escuelas pblicas, sin duda el principal medio paraconvertir a los hijos de los inmigrantes, ya nativos porsu nacimiento, en nativos tambin por sus cualidadesy preparacin.

PELIGROS FERROVIARIOS. Los dispositivos de se-guridad y los aparatos automticos que adopta el ferro-carril aminoran el riesgo de accidentes, pero el caba-llo de hierro nunca puede separarse del todo de lasfalibles manos humanas. Con sus caras hmedas y cuer-pos sudorosos, hora tras hora vigilantes, maravilla quelos conductores de esos corceles de acero cometan tanpocos errores. Mostramos un accidente en Belfast(Irlanda). En un da traicionero, un tren atraves elmuro de la cochera.

...ciento cincuenta aos

EL AIRE DE LA LUNA. Recientemente, M. Decuppis,selenlogo de Roma, ha llegado a la conclusin de quela Luna tiene atmsfera, aunque muy modesta, con unaaltura de slo unos cuatrocientos metros, unas doscientasveces menos que la altura de la atmsfera terrestre.Hay quien cree que esa atmsfera somera podra ase-

mejarse a la que tuvo nuestroplaneta en el curso de su for-macin, cuando estaba com-puesta principalmente de cidocarbnico gaseoso y las espe-cies de animales que aquvivan posean unos rganosespacialmente adaptados paravivir en ella.

FRAUDE PORCINO. La adul-teracin de la cochevira ame-ricana se explica fcilmente:en el oeste, muchos de los cer-dos se rinden a la fatiga du-rante su viaje en piaras hacialos mercados del este y debenser sacrificados sobre el terre-no. La nica manera de apro-vechar econmicamente suscadveres es someterlos a laaccin de una prensa que losconvierte en una sustancia quese vende como manteca, lacual, al no haber sido fun-dida, contiene necesariamentegrandes cantidades de mate-rias extraas.

HACE...

La tecnologa ferroviariaen pos de la seguridad, 1903

Si un primate mira a alguna parte, otro podr seguirlela mirada y fijar la suya en ese mismo punto. Unchimpanc seguir incluso la de un ser humano. Pero sise oculta un objeto en uno de dos recipientes, el chim-panc no entender que una mirada dirigida a un reci-piente, o que se le d un golpecito, indica que es elque guarda la prenda; a lo sumo, aprender tras mu-chos ensayos. Los perros, en cambio, s lo entienden, ala primera. Comprenden incluso cuando un ser humanocoloca algn tipo de seal sobre el recipiente correcto,o cuando se desplaza hacia el contenedor equivocado

pero sin dejar de mirar el correcto. Los lobos no soncapaces de tanto; s lo ser, en cambio, un cachorro deperro domstico que ni siquiera haya tenido mucho con-tacto con las personas. Sin embargo, en tareas que nosean sociales, lobos y perros no se portan de maneradiferente. Un grupo de antroplogos de Harvard, elInstituto Max Plank y el santuario de lobos de Ipswichdeducen de todo ello que, durante la domesticacinprehistrica, se fue escogiendo a los perros que mos-traban unas habilidades sociocognitivas que lespermitan comunicarse mejor con las personas.

ETOLOGIALos perros nos entienden mejor

4 INVESTIGACIN Y CIENCIA, marzo, 2003

APUNTES

Gracias al parecido a que se refiere sunombre, los insectos palo escapan dela atencin de los depredadores. Un anli-sis gentico, de los que se emplean paradeterminar linajes evolutivos, ha descubiertoque ocultaban algo ms: se trata de unaespecie alada que evolucion a partir deancestros pteros, los cuales, a su vez,derivaron de criaturas con alas. Que se-pamos, es el primer ejemplo de un com-ponente corporal complejo que se hayaperdido en un linaje evolutivo y luego sehaya recuperado, escriben Michael F. Whi-ting, de la Universidad Brigham Young, y

sus compaeros en Nature. Sealan msadelante que las nuevas alas no volvierona adquirirse desde la nada; las instruccio-nes genticas debieron de permanecer la-tentes durante al menos 50 millones de aos,hasta que lleg un momento en que se primel vuelo antes que la fecundidad (los insectossin alas suelen poner ms huevos).

Steve Mirsky

BIOLOGIAReevolucin

Los insectos palo perdierony recuperaron las alas

Se han descubierto hace poco un sello y fragmentosde una placa que portan extraas inscripciones.Quiz constituyan una muestra del primer lenguajeescrito del Nuevo Mundo.Han aparecido en Tabasco.Pertenecieron a los olme-cas y se remontan al650 a. de C. En el sellocilndrico se representa unpjaro con smbolos que lesalen del pico. La imageninduce a pensar que esasinscripciones podan vocali-zarse. Los descubridorescreen que significan ReyAjaw 3: con ajaw 3 losolmecas se referan tantoa una fecha del calendariosagrado de 260 das comoa un rey nacido en ella. La

escritura precede en 250 aos a otras escrituras meso-americanas, entre ellas la de los mayas. De acuerdocon otra interpretacin, sin embargo, los smbolos

quiz no sean ms que dibujos y norepresenten el habla.

Philip Yam

ANTROPOLOGIALa escritura de los olmecas

CHRI

STOP

HER

VON

NAGY

(arr

iba); A

LLISO

N WHIT

ING Br

igham

You

ng U

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sity (

abajo

)

Indicio de escritura: Este sello olmecalleva grabado un pjaro que, al pare-cer, dice: Rey Ajaw 3


El Estudio Digital Sloan de los Cielos ha descubierto unarco de estrellas alrededor de la Va Lctea, a 60.000aos-luz de su centro, dos veces ms lejos que el Sol.Quiz sea una parte de un anillo completo de 500 millonesde estrellas. Lo mantiene all la fuerza de la gravedad,sobre todo de la invisible materia oscura que se cree rodeaa la galaxia. Podra contribuir a que se cartografiase esamateria de naturaleza an desconocida. Segn la interpreta-cin de dos de los descubridores, Brian Yanni y Heidi JoNewberg, el hallazgo respalda que la Va Lctea se cregracias a la fusin de muchas galaxias pequeas. El anillo,en concreto, sera el residuo del impacto con una galaxiaenana har miles de millones de aos.

George Musser

ASTRONOMIA: LA GALAXIAUn anillo de estrellas

El Estudio Digital Sloan de los Cielos consiste en la observacin sistemtica con un telescopio ptico el de3,5 metros en Point Apache, Nuevo Mxico de una fraccin considerable del cielo boreal para la determina-cin de la posicin y color de unos cien millones de objetos celestes. Hasta ahora se lleva concluida la mitad de latarea. Este ao iba a empezar un proyecto similar en el hemisferio austral, el Estudio Stromlo de los Cielos delSur. Pero un incendio forestal destruy el 18 deenero el telescopio encargado de ello, el GranTelescopio de Melbourne, de 1,27 m, un instrumentohistrico construido en 1868 por entonces el ma-yor del mundo con montaje ecuatorial. Lo trasla-daron al observatorio del monte Stromlo, a media-dos del siglo XX y lo remozaron por completo en1991; con l se llevo a cabo el proyecto MACHO,destinado a investigar las estrellas oscuras as de-nominadas. Se ha perdido tambin unespectrgrafo, casi acabado ya, que iba a instalarseen el telescopio Gminis Norte, de 8,1 metros, enMauna Kea. El equipo encargado del Estudio sepropone encontrar otro telescopio con el que puedasacarlo adelante.

ASTRONOMIA: LOS INSTRUMENTOSProyectos quemados

As qued el gran telescopio de Melbourne, tras elincendio del observatorio del monte Stromlo

Hasta ahora se conocan cuatro cusares con un despla-zamiento al rojo cercano o mayor que 6. Cuanto ma-yor sea esta magnitud ms prximo al origen del universoestar el momento en que se emiti la luz que recibimos.El ms lejano de esos cuatro cusares tiene un desplaza-miento de 6,28. Ahora, un equipo encabezado por Xiaohui

Fan ha hallado, gracias a las imgenes en longitudes deonda visibles del Estudio Sloan de los Cielos, tres cusaresms con desplazamientos al rojo mayores de 6. Uno deellos, con un desplazamiento de 6,42, es el cusar mslejano que se conoce. Naci cuando el universo debade tener unos 800 millones de aos.

ASTRONOMIA: LA COSMOLOGIAEl nuevo cusar ms lejano

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Un anillo de estrellas rodea la Va Lctea

FE DE ERRATA: Un duende de imprenta desbarat la atribucin de la imagen que publicamos en noviembre del cusar por entonces mslejano: la correcta es: Donald Schneider y Xiaohui Fan, Colaboracin SDSS; Brandt et al consiste en una imagen en falso color de la pos-terior observacin en rayos X del mismo cusar.


PorfirinasPigmentos que, expuestos a la luz, se tornan custicos

pueden combatir el cncer, la ceguera y las cardiopatas.Su toxicidad fotoinducida pudiera explicar

el obscuro origen de las leyendas de vampiros

Nick Lane

1. FARMACOS FOTOACTIVADOSde uso en terapia fotodinmica

podran indicarse para enfermeda-des oftlmicas, cnceres de es-

fago y alteraciones coronarias. SAM

OGDE

N

El mundo del vampiro suele asociarse a la novela deBram Stoker y al personaje cinematogrfico que en-carn Bela Lugosi: un ser marginado, romntico, deintenso y morboso atractivo sexual, succionador desangre; un ser que aborrece los ajos y las cruces; so-bre quien la luz del sol tiene efectos fatales. En las le-

yendas populares, cuyo origen se pierde en la noche de lostiempos, los vampiros eran seres patticos, lamentables, sepul-tos vivos. Ciertos investigadores, queriendo hallar alguna ver-dad subyacente en las leyendas de vampirismo, han especuladoque tales historias pudieron haber estado inspiradas en perso-nas de carne y hueso que sufran de porfiria, una rara enfer-medad de la sangre. Y los cientficos, al buscar tratamientospara este mal, se han topado con nuevas vas de tratamientode otras graves enfermedades, mucho ms frecuentes.

La porfiria constituye, en realidad, un grupo heterogneo detrastornos afines, en los cuales ciertos pigmentos, denomina-dos porfirinas, se acumulan en la piel, los huesos, y los dien-tes. Muchas porfirinas son benignas en la oscuridad; en cam-bio, la luz del sol las transforma en toxinas custicas, que, poras decirlo, devoran las carnes. Sin el debido tratamiento, lasformas ms severas de la enfermedad (como la porfiria eri-tropoytica congnita) pueden provocar mutilaciones grotes-cas, causando en sus fases terminales esa clase de horripilantedesfiguracin que sera de esperar en los sepultos no acaba-dos de morir. Las orejas y la nariz aparecen carcomidas. Loslabios y las encas, rodos y descarnados, dejan al descubiertounos dientes de color rojo ladrillo, largos como colmillos. Lapiel queda cubierta de ampollas y lesiones, que confeccionanun centn de tejidos cicatriciales, con zonas de pigmentacinintensa y otras de palidez mortal, que es reflejo de una ane-mia subyacente. Dado que la anemia puede ser tratada contransfusiones de sangre, historiadores hay que especulen que,en eras tenebrosas, los enfermos de porfiria hubieran podidobuscar remedio a su mal bebiendo sangre por conseja popu-lar. Y haya, o no, algo de verdad en ello, es seguro que quie-nes padecieran la porfiria eritropoytica congnita habran


aprendido a no aventurarse a salir al exterior duranteel da. Es posible tambin que evitaran los ajos, pues,segn se cree, algunas de las sustancias que stoscontienen exacerban los sntomas de la enfermedadporfrica, convirtiendo un ataque leve en una reaccinhorrorosa.

Mientras se esforzaban en hallar remedios para laporfiria, los cientficos cayeron en la cuenta de quelas porfirinas podran no constituir solamente un pro-blema, sino convertirse tambin en aliadas de la me-dicina. Si se inyecta porfirina en un tejido enfermoen un tumor canceroso, por ejemplo, la porfirinapuede ser activada mediante luz al objeto de destruirese tejido. El procedimiento se denomina terapia fo-todinmica (TFD); se ha desarrollado tanto, que hapasado de ser en los aos setenta un tratamiento pocoverosmil contra el cncer a erigirse ahora en un armaperfeccionada y eficaz contra todo un abanico de tras-tornos, en particular para tratar la degeneracin ma-cular y la miopa patolgica, dos causas corrientes deceguera en los adultos. Entre las investigaciones encurso se encuentran posibles tratamientos para la en-fermedad de las arterias coronarias, sida, trastornosautoinmunitarios, rechazo de transplantes y leucemia.

Mecanismos moleculares

Las sustancias que desempean un papel crucial enla porfiria y en la terapia fotodinmica, se cuen-tan entre las ms antiguas e importantes de las mol-culas biolgicas. Orquestan los dos procesos crticos degeneracin de energa en los seres vivos: la fotosnte-sis y la respiracin aerbica. Las porfirinas constituyenuna familia notable de compuestos ntimamente rela-cionados, un curioso y colorido sistema de variacionesevolutivas sobre un mismo tema. Todas las porfirinascomparten un anillo tetrapirrlico plano (compuesto porcarbono y nitrgeno) con un hueco central adecuado paraque un ion metlico, de hierro o de magnesio, se alojeen l. Estos tomos metlicos, cuando estn correcta-mente alineados en la frula de los anillos de porfirina,catalizan los procesos de generacin de energa funda-

mentales en biologa. La clorofila, el pigmento vegetalque absorbe la energa de la luz solar en la fotosnte-sis, es una porfirina, como lo es el hemo, pieza clavede la molcula encargada del transporte de oxgenola hemoglobina y de muchas enzimas crucialespara la vida, entre ellas, la citocromo-oxidasa (que, enuna etapa crtica de la respiracin celular, genera energapor transferencia de electrones al oxgeno).

La porfiria resulta de una alteracin del mecanismoproductor de hemo en el organismo. Nuestro cuerposintetiza hemo y otras porfirinas en una serie de ochoestadios coordinados, catalizados cada uno por unaenzima distinta. Al final, se aporta hierro para formarhemo. En la porfiria, se omite uno de los pasos, loque produce un exceso de los compuestos intermediosgenerados en etapas anteriores de la secuencia. Nues-tro organismo no ha evolucionado para eliminar talesmetabolitos intermedios, por lo que, a menudo, losacumula en la piel. Estas sustancias intermedias no le-sionan la piel directamente, pero muchas s lo hacenpor va indirecta. Las porfirinas no metlicas (ascomo las metalo-porfirinas que contienen metales queno interaccionan con el anillo porfirnico) pueden re-sultar excitadas al recibir luz de ciertas longitudes deonda, saltando sus electrones a orbitales ms energ-ticos. Estas molculas pueden, entonces, transmitir suexcitacin a otras molculas que posean enlaces de ti-pos adecuados, el oxgeno en particular, para produ-cir oxgeno monoatmico y radicales libres, aqul ystas muy reactivos. Dicho con otras palabras, las por-firinas no metlicas no son las agentes, sino las me-diadoras de la destruccin: catalizan la sntesis de for-mas txicas del oxgeno.

Las reacciones fotosensibles no son necesariamenteperniciosas. Sus efectos benficos se conocen desde laantigedad. En particular, algunos frutos y semillascontienen psoralenos, compuestos fotosensibles (foto-sensibilizadores) que, indirectamente, llevaron a la ex-perimentacin con porfirinas. Los psoralenos se utili-zaban, hace miles de aos, en Egipto y en la Indiapara el tratamiento de enfermedades de la piel. A me-diados del siglo pasado los incorpor a la medicinamoderna Abdel Monem El Mofty, dermatlogo de laUniversidad de El Cairo; empez a tratar a enfermosde vitligo (trastorno que provoca la despigmentacinde la piel en manchas irregulares), y ms tarde, a losenfermos de psoriasis, valindose de psoralenos puri-ficados y de luz. Al ser activados por la luz, los pso-ralenos reaccionan con el ADN de las clulas en pro-liferacin, matndolas.

Aaron B. Lerner, de la Universidad de Yale, y Tho-mas B. Fitzpatrick, de la Universidad de Harvard,quedaron impresionados por la potencia de los psora-lenos. En la dcada de los sesenta demostraron que lospsoralenos se activaban con radiacin ultravioleta (UVA);posteriormente, la terapia de psoralenos fue perfec-cionada utilizando una lmpara ultravioleta parecida ala que hoy se emplea en los solarios. Su mtodo fueconocido por la sigla PUVA (abreviatura de psorale-nos con UVA) y es en la actualidad uno de los trata-mientos ms eficaces para la psoriasis y otras enfer-medades de la piel.

En la terapia fotodinmica se utilizan porfirinas, mol-culas susceptibles de activacin por luz, para destruirtejidos y clulas de crecimiento rpido. El tratamientopodra aplicarse a una variedad de trastornos, entreellos, la degeneracin macular asociada a la edad,los tumores y las placas aterosclerticas.

Estn comercializados unos cuantos frmacos porfri-cos. Varios ms se hallan en fase deexperimentacin en humanos.

La idea de la terapia fotodinmica naci del estudio deuna rara enfermedad, la porfiria, que se caracterizapor la acumulacin de porfirinas en la piel y en ciertosrganos. A menos que la enfermedad sea controlada,las vctimas del tipo ms severo de porfiria puedenquedar desfiguradas, lo que ha llevado a algunos in-vestigadores a especular que podran haber inspiradoleyendas de vampiros en tiempos pretritos.

Resumen/Fototerapia

Una forma de matar clulas cancerosas?

Acomienzos del decenio de los setenta, el xito dela PUVA dej impresionado a Thomas J. Doug-herty, del Instituto Roswell Park del Cncer, en Buf-falo. Se pregunt si una variante de ese tratamiento nopodra ser eficaz contra el cncer. Los psoralenos ac-tivados pueden matar clulas descarriadas y contro-lar la inflamacin, pero no son, en comparacin conlas porfirinas, fotosintetizadores potentes. Si los pso-ralenos mataban clulas sueltas, no podran las por-firinas devorar tumores completos? Su idea supuso elinicio de la autntica terapia fotodinmica, en cuyaaplicacin ciertos fotosintetizadores catalizan la pro-duccin de radicales libres de oxgeno. Se bas en tra-bajos anteriores, que revelaron dos propiedades de in-ters mdico de las porfirinas, a saber: se acumulanselectivamente en las clulas cancerosas y son activa-das por la luz roja, que penetra ms profundamente enlos tejidos biolgicos que otras luces de longitud deonda ms corta, como la luz azul o la UVA.

Dougherty inyect una mezcla de porfirinas en eltorrente sanguneo de ratones que sufran tumores demama. Esper un par de das, para que las porfirinasse acumulasen en los tumores; seguidamente, los irra-di con luz roja. Su primer montaje, rudimentario,consista en hacer pasar la luz de un viejo proyectorde diapositivas a travs de una transparencia roja de35 mm. Pese a tal simplicidad, obtuvo unos resultadosespectaculares. La luz activ las porfirinas deposita-das en el tumor, las cuales transfirieron su energa aloxgeno de algunas clulas, daando a los tejidos cir-cundantes. En casi todos los casos, los tumores se os-curecieron y murieron tras la fototerapia. No se apre-ciaron signos de recidiva.

Dougherty y sus colegas publicaron sus datos en1975, en el Journal of the National Cancer Institute.En los aos siguientes refinaron su tcnica utilizandoun lser de baja potencia para enfocar luz roja sobrelos tumores. Trataron por este mtodo a ms de 100enfermos, entre ellos, a mujeres con cncer de mamay a pacientes de cncer de pulmn, de prstata y depiel. Los resultados fueron alentadores, con una res-puesta parcial o completa en 111 de 113 tumores.

Pero el cncer no se deja vencer tan fcilmente. Alir aumentando el nmero de mdicos que probaban

suerte con TFD, se multiplicaron los inconvenientes.La afinidad de las porfirinas para con los tumoresresult tener algo de ilusoria, pues las porfirinas sonincorporadas por cualquier tejido de crecimiento r-pido, incluida la piel, lo que ocasiona fotosensibilidad.Aunque los primeros pacientes de Dougherty tuvieronsin duda cuidado de evitar el sol, alrededor del 40 porciento de ellos sufri quemaduras y sarpullidos en lapiel en las semanas siguientes a la TFD.

Otra cuestin concerna a la potencia. Los prime-ros preparados de porfirinas eran mezclas; su poten-cia teraputica rara vez bastaba para eliminar al tu-mor completo. Unas porfirinas no transmiten bien laenerga al oxgeno, mientras que otras slo se acti-van con luz que no puede penetrar en el tumor msall de unos cuantos milmetros. Algunos pigmentosbiolgicos habituales de los tejidos, como la hemo-globina y la melanina, tambin absorben luz; al ha-cerlo, pueden impedir que la porfirina llegue a acti-varse. Incluso la propia porfirina puede provocar esteproblema si se acumula en concentraciones tan ele-vadas, que absorba toda la luz en las capas superfi-ciales del tumor, impidiendo as la penetracin hastalas ms profundas.


CLOROFILA

HEMOANILLO BASICO

DE LAS PORFIRINAS

Sin metalHierro

Magnesio

Cola de la clorofilaSL

IM F

ILMS

2. LAS PORFIRINAS tienen todas en comn una estructuraanular plana, compuesta por carbono y nitrgeno, y un huecocentral capaz de alojar a un ion metlico. El anillo bsicotetrapirrlico (primero por la izquierda) se vuelve custicopor exposicin a la luz, rasgo que comparten las molcu-las tiles para la terapia fotodinmica. Entre los ejemplosno txicos se cuentan el hemo (un componente de la he-moglobina, que transporta oxgeno) y la clorofila, que, enlas plantas verdes, convierte la luz en energa.

NICK LANE, director de Adelphi Medi Cine, estudi bio-qumica en el Colegio Imperial de la Universidad de Lon-dres. Su investigacin doctoral se concentr en los radica-les libres y en la funcin metablica en transplantes derganos.

El autor


Luz

Porfirinaintracelular

Porfirinaactivada

Envejecimiento celularprovocado por lesiones oxidativas

Oxgenomonoatmico

Epitelio retinianopigmentado

Tejido vascular proliferante Fotorreceptoresde la retina

Regin lesionadapor la enfermedad

Haz de lser de luz roja

Reabsorcin del tejidovascular lesionado

Vasos sanguneos normales

2 La porfirina activada traspasaesta energa luminosa amolculas de oxgeno, creandooxgeno monoatmico.

Molculade oxgeno (O2)

1Una porfirina absorbe luz;se activa. 3 El oxgeno monoatmico reac-ciona con otras sustanciasintracelulares, produciendo radi-cales libres. Mueren las clulas.

... DOMINIO MOLECULAR

Vasos sanguneos normales

EN LA TERAPIA FOTODINMICA se in-yectan por va intravenosa porfiri-nas. Estas sustancias fotosensi-bles se concentran en las clulasde proliferacin rpida y, expues-tas a la luz, inician una cascadade reacciones moleculares quepueden destruir dichas clulas,as como los tejidos que compo-nen. Entre las dianas para estaterapia se cuentan los capilaresanmalos de la retina de quienespadecen degeneracin macular (lacausa principal de ceguera enadultos), tumores y placas ate-rosclerticas de las arterias co-ronarias.

1Para tratar la degeneracin macular,se inyecta una porfirina (verde) porva intravenosa. En slo 15 minutos, laporfirina se ha concentrado en los capi-lares anmalos subyacentes a la mcula,que es la regin central de la retina y seencarga de percibir los colores.

2 Activacin de la porfirina medianteuna luz de lser rojo, con la destruc-cin consiguiente del tejido vascular.

3 Una vez que el tratamiento ha dete-nido la lesin de la retina, el tejidovascular en cuestin se reabsorbe porel organismo; los fotorreceptores supra-yacentes pueden volver a su lugar.Puede haber recidivas de proliferacinanmala; cabe, pues, que el enfermohaya de someterse a varias sesiones.

ASI ACTUA LA TERAPIA FOTODINAMICA

... EN EL OJO

Muchas dificultades de stas no pudieron re-solverse sin el concurso de especialistas de otrasdisciplinas. Fueron necesarios qumicos para crearporfirinas sintticas, nuevas, de mayor selectivi-dad respecto de los tumores y de mayor poten-cia, que las activaran luces cuya longitud deonda permitiera penetrar ms profundamente enlos tejidos y tumores. (Para cada porfirina, laabsorcin y la activacin por luz se produce so-lamente a longitudes de onda determinadas, porlo que se buscan porfirinas que presenten mxi-mos de absorcin a aquellas longitudes de ondaque penetran bien en tejidos biolgicos.) Tam-bin fue necesaria la participacin de fsicospara disear fuentes de radiacin capaces deproducir las luces de longitud de onda espec-fica para activar las nuevas porfirinas, o que pu-dieran ser montadas en delgados endoscopios ocatteres, o incluso implantadas en tejidos. Hizofalta recurrir a farmaclogos que ideasen mto-dos para reducir el tiempo invertido por las por-firinas en circular a travs del torrente sangu-neo, con el fin de minimizar los efectos secundariosde fotosensibilidad. Fueron precisos, por ltimo,expertos en medicina clnica, que creasen losensayos clnicos necesarios para demostrar unefecto y determinar los regmenes de tratamientoptimos.

El principio activo ideal no slo debera serpotente y selectivo hacia los tumores, sino tam-bin fragmentarse presto en componentes ino-cuos y excretarse del organismo. El primer pre-parado comercial, porfmero-sodio (Photofrin), fueaprobado por la FDA (Agencia de Frmacos yAlimentos de EE.UU.) para el tratamiento de di-versos cnceres. Ha sido til en tumores de es-fago, vejiga, cabeza y cuello, en cnceres de piely en ciertos estadios del cncer de pulmn. Contodo, el avance no se ha producido con la cele-ridad esperada. No puede todava ser tenido porparte integral de la teraputica anticancerosa.

El primer frmaco fotosensibilizador que cum-pli los ms estrictos criterios de potencia y efi-cacia sin causar fotosensibilidad, la verteporfina(Visudyne), fue aprobado en abril de 2000 no parael tratamiento del cncer, sino para evitar la ce-guera. Conforme las teoras iban convergiendocon la realidad, los investigadores cayeron en lacuenta de que la TFD podra hacer algo ms quedestruir tumores.

Combatir la ceguera

Una de las cosas que podra hacer, por ejem-plo, es combatir la degeneracin macularasociada a la edad (DMAE), la causa ms fre-cuente de ceguera en la poblacin occidental, cadavez ms envejecida [vase Degeneracin macu-lar, por Hui Sun y Jeremy Nathans; en INVES-TIGACIN Y CIENCIA, diciembre de 2001]. Lamayora de quienes desarrollan degeneracin ma-cular padecen una forma benigna y no llegan a


Arteria

Fuentede luz

Placa ateroscler-tica que contieneuna porfirina (verde)

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Ni siquiera la luz visible de gran longitud de onda puedeadentrarse mucho en el tejido; por ello, la aplicacin deterapia fotodinmica a tejidos enfermos profundos exigeun sistema de iluminacin en el interior.

... EN EL INTERIOR DEL CUERPO

1En este ejemplo detratamiento experi-mental se ha introdu-cido una fibra pticapor el interior de unaarteria, en la que estconcentrada una porfi-rina en placas ateros-clerticas.

2 La fibra produceluz roja y activala porfirina.

3 En el transcursode algunos das,la porfirina destruyelas placas indeseables.

perder la vista, pero alrededor de la dcima parte su-fren de una variante mucho ms agresiva, llamadaDMAE hmeda. En este caso, crecen por debajo de laretina vasos sanguneos anormales, con derrame, si-milares a nodos de venas varicosas, que acaban lesio-nando la aguda visin central necesaria para la lecturao la conduccin. Con el progreso de la enfermedad, lavisin central queda obliterada, lo que hace imposiblereconocer los rostros de las personas o los detalles delos objetos.

Los esfuerzos por frenar este lamentable e inexora-ble proceso no se han visto correspondidos. La ingestade antioxidantes puede retrasar la instauracin deltrastorno, pero una vez instaurada la enfermedad, s-tos tienen escaso o nulo efecto sobre su progresin.Hasta hace poco, el nico tratamiento que haba de-mostrado frenar la progresin de la DMAE hmedaera la tcnica de fotocoagulacin por lser. El proce-dimiento se basa en la aplicacin de un lser trmicoa los vasos sanguneos, para cauterizarlos y as dete-ner su crecimiento. Desafortunadamente, el lser quematambin la retina sana, pues lo que hace es destruiruna pequea regin, buscando impedir la posteriorprdida de visin en el resto del ojo. La convenienciade la operacin depende del rea de la retina que hayade ser tratada. En la mayora de los diagnosticados deDMAE, dicha zona est ubicada bajo la regin reti-niana central (la fvea), que es crtica para la visin,cuando no resulta demasiado grande para que la coa-gulacin por lser sea beneficiosa.

Enfrentados a tan deprimente situacin, investiga-dores de la Universidad de Harvard y de la empresa

de biotecnologa QLT, Inc., de Vancouver, razonaronque la TFD podra detener el crecimiento de estos va-sos sanguneos y retrasar, e incluso impedir, la ceguera.Si las porfirinas tenan la propiedad de acumularse encualquier tejido en rpida proliferacin el problemamismo del cncer tal vez pudieran acumularse tam-bin en los vasos sanguneos subyacentes a la retina.La verteporfirina, una nueva porfirina sinttica, pa-reca prometedora, porque tena un buen historial enlos estudios preclnicos sobre animales, efectuados enQLT y en la Universidad de Columbia Britnica a fi-nales de los aos ochenta y principios de los noventa.

La verteporfirina se acumula en los vasos retinianosanmalos con notable rapidez: en un plazo de unos 15minutos de ser inyectado por va intravenosa en elbrazo. Al ser activada por luz lser roja, la vertepor-firina sella los vasos, dejando a salvo la retina super-yacente. Los posibles vasos que vuelvan a crecer pue-den ser erradicados en ciernes mediante ulteriorestratamientos. Dos grandes ensayos clnicos, dirigidospor Neil M. Bressler, del Instituto Oftalmolgico Wil-mer de la Universidad Johns Hopkins, confirmaronque la TFD puede ser aplicada seis o siete veces a lolargo de un perodo de tres aos, sin lesionar una re-tina sana. En quienes sufren la forma ms agresiva deDMAE (con las lesiones ms clsicas), la vertepor-firina redujo a la mitad el riesgo de prdida moderadao grave de la vista en un perodo de dos aos. Elefecto se mantiene por lo menos durante tres o cuatroaos: los enfermos no tratados pierden tanta visin entres meses como los tratados con verteporfirina en tresaos. El tratamiento funcion, aunque peor, en suje-tos con tipos menos agresivos de DMAE y en enfer-medades asociadas (la miopa patolgica y el sn-drome de histoplasmosis ocular). Slo una pequeaproporcin de pacientes sufrieron quemaduras por luzsolar u otros sucesos adversos, que raramente duraronms de las 24 horas posteriores a la realizacin delprocedimiento.

Algunos participantes en los ensayos obtuvieron es-casos beneficios de la TFD. En muchos de ellos, esmuy posible que la enfermedad se hallara en un esta-dio muy avanzado. Un segundo anlisis de los datosclnicos presentados por Bressler en abril de 2002, enel curso del Congreso Internacional de Oftalmologade Sidney, puso de manifiesto que las microlesionesrespondan mucho mejor al tratamiento que las lesio-nes grandes y antiguas. Por tanto, la deteccin precozy su tratamiento inmediato pueden optimizar los be-neficios de la TFD.

Otras lneas de tratamiento

El xito de los tratamientos oftlmicos con TFD hainspirado actividades investigadoras en otros cam-pos, pero tambin ha puesto de relieve los inconve-nientes del tratamiento. En particular, ni siquiera laluz roja penetra ms de unos centmetros en los teji-dos biolgicos (vase la figura 3). Esta limitacinamenaza la utilidad de la TFD en medicina interna: suimportancia podra parecer meramente epidrmica. Noobstante, existen medios de llevar la TFD hacia el in-


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Porcentajede la luz incidente

(anchura del ngulo)

Activacinde la porfirinahasta 1-2 cm

630-650 nm500-550 nm400 nm

0,5

1,0

1,5

2,0

Epidermis

Tejido grasosubcutneo

Dermispapilar

Dermisreticular

Prof

undid

ad de

pene

traci

n de l

a luz

(milm

etros)

2,5

3,0

3,53. LA LUZ, SEGUN SU LONGITUD DE ONDA, penetra en lostejidos hasta cierta profundidad. Por otra parte, cada por-firina absorbe luz de longitud de onda especfica. Unaporfirina activada por una luz que penetre ms profunda-mente puede resultar ptima para tratar un tumor in-terno. En contraste con las porfirinas, los psoralenos uti-lizados en tratamientos PUVA son activados por luz delultravioleta cercano (400 nanmetros), que apenas se ahondaen la piel.

terior. Una idea ingeniosa es la fotoangioplastia, apli-cada ya en el tratamiento de la enfermedad de las ar-terias coronarias.

La angioplastia coronaria es un procedimiento ape-nas agresivo para el tratamiento de arterias afectadasde aterosclerosis. Se vale de un globo diminuto paraaumentar la luz de la arteria, con el fin de que las pla-cas aterosclerticas no cieguen el vaso. La fotoan-gioplastia podra obviar muchos de los problemas dela angioplastia tradicional, especialmente la restenosis(reestrechamiento) de las arterias tratadas. El procedi-miento consiste en inyectar una porfirina en el torrentesanguneo, esperar a que se acumule en las paredes ar-teriales lesionadas e iluminar despus la arteria desdesu interior, utilizando una fuente minscula de luz ins-talada en el extremo de un catter. La luz activa la por-firina de las placas y provoca la destruccin de los te-jidos anormales, sin afectar a las paredes sanas de laarteria. Los resultados de un pequeo ensayo en hu-manos, en el que se pona a prueba la seguridad de unaporfirina sinttica, la motexafin lutetium, fueron dadosa conocer en marzo de 2002 por Jeffrey J. Popma, delBrigham and Womens Hospital, en el congreso anual

del Colegio Norteamericano de Cardiologa. Aunquetodava se encuentra en las fases iniciales del procesode ensayo, los hallazgos son alentadores: el procedi-miento era seguro, y su xito en la prevencin de res-tenosis aumentaba con la dosis.

La acumulacin de porfirinas en las clulas activasy proliferantes suscita la posibilidad de tratamiento deotras dolencias resultantes de la activacin o multi-plicacin celular anmala; por ejemplo, en las enfer-medades infecciosas. Las tentativas de tratamiento deinfecciones con los pigmentos haban fracasado porculpa de un limitado efecto sobre las bacterias gram-negativas, que estn provistas de una pared celular com-pleja que les impide la absorcin de porfirinas. Unasolucin, desarrollada por Michael R. Hamlin y suscolegas de Harvard, consista en ligar un polmero ala porfirina; por lo general, se emplea la polilisina,una cadena repetitiva cuyo eslabn es la lisina, unaminocido. El polmero abre una brecha en la es-tructura lipdica de la pared bacteriana, franquendo-les a las porfirinas la entrada en la clula. Una vez enel interior, pueden ser activadas mediante luz para ma-tar a la bacteria. En estudios recientes realizados so-


INFO

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IKTerapias fotodinmicasLOS FARMACOS FOTOACTIVADOS que se mencionan a continuacin son una muestra de los ya comercializados o se estn desarrollando.PRINCIPIO ACTIVO DIANA ESTADO ACTUAL

Levulan Acn y queratosis actnica Comercializado para la queratosis actnica;(cido 5-aminolevulnico) (una enfermedad precancerosa de la piel), para la enfermedad esofgica han concluido ensayos

Esfago de Barrett de Fase II (estudios relativamente pequeos(adenocarcinoma esofgico, enfermedad precancerosa ) en humanos)

Photofrin Cnceres de esfago y de pulmn, Comercializado para cncer esofgico;(porfmero-sodio) displasias importantes producidas y para cncer de pulmn

por esfago de Barrett de clulas no pequeas

Antrin Trastornos arteriales Se han completado ensayos de Fase II(motexafin lutetium) para enfermedad de arterias perifricas y ensayos

de Fase I para las arterias coronarias

Visudyne Degeneracin macular asociada a la edad, En el mercado(verteporfin) miopa patolgica e histoplasmosis ocular

(enfermedades oftlmicas)

PhotoPoint SnET2 Degeneracin macular asociada a la edad Completados los ensayos de Fase III(etiopurpurina-etilo-estao)

PhotoPoint MV9411 Psoriasis de placas En ensayos de Fase II(contiene indio)

Lutrin Tumores cancerosos En ensayos de Fase I para cncer de prstata(motexafin lutetium) y neoplasia cervical intraepitelial

Metvix Queratosis actnica, cncer de las clulas drmicas Pendiente de aprobacin definitiva por la FDA para la(cido metilaminolevulnico) basales y cncer de las clulas escamosas de la piel para la queratosis actnica; en ensayos de Fase III

(estudios de eficacia en gran nmero de personas)para cnceres de piel

verteporfin Cncer de las clulas basales, alopecia andrognica En ensayos de Fase III para el cncer de clulas(calvicie del varn) e hiperplasia prosttica basales; como QLT0074, en ensayos de Fase I(agrandamiento de la prstata) (ensayos de seguridad en pequeo nmero de

pacientes) para las otras enfermedades

bre animales con infecciones buca-les o heridas infectadas, la porfi-rina alterada demostr poseer unapotente actividad antimicrobianafrente a un amplio espectro de bac-terias gram-negativas y gram-posi-tivas. Al irse redoblando la resis-tencia antibitica, la TFD especficapodra convertirse en un recurso tildel armamentario mdico.

Diversos otros mtodos fotodi-nmicos asociados se basan en eldescubrimiento de que las clulasinmunitarias activadas absorbenmayores cantidades de fotosensibi-lizadores que las clulas inmunita-rias quiescentes y los hemates, loque pone a las clulas inactivas asalvo de daos irreversibles. En lasinfecciones no conviene destruir c-lulas inmunitarias activas, pues, ala postre, son las responsables de larespuesta del organismo ante la in-feccin. En estos casos, ir en con-tra de las clulas inmunitarias seraatacar a nuestras propias fuerzas, ydara rienda suelta a la infeccinpara entrar a saquear nuestro orga-nismo.

En el sida, sin embargo, lo con-trario es cierto. El virus de la inmu-nodeficiencia humana (VIH) infectaa las propias clulas inmunitarias.Poner la diana en las clulas in-munitarias infectadas sera como eli-minar a los agentes dobles. En ellaboratorio, las clulas inmunita-rias infectadas por VIH incorporanporfirinas, volvindose de este modovulnerables a la fototerapia. El tra-tamiento podra aplicarse a los en-fermos, bien extrayndoles sangre,iluminndola y transfundindola denuevo en el paciente (fototerapia ex-tracorprea), o bien iluminando supiel con luz roja, en la llamada fo-toterapia transdrmica. En la meto-dologa transdrmica, la luz elimi-nara de la circulacin sangunea lasclulas inmunitarias activas con-forme fueran pasando por la piel.La cuestin de si esta tcnica tendrla potencia suficiente para eliminarlas clulas inmunitarias enfermas enlos pacientes infectados por VIHest todava sin respuesta.

Las enfermedades autoinmunita-rias, el rechazo de rganos trans-plantados y las leucemias se en-cuentran enhebradas por el hilocomn de la aparicin de clulasinmunitarias activadas y proliferan-

tes. En las enfermedades autoinmu-nitarias, determinados componentesde nuestro organismo provocan porerror la activacin de clulas del sis-tema inmunitario. Seguidamente, es-tos clones activados proliferan, lis-tos para destruir el supuesto peligro;por ejemplo, la vaina de mielina enla esclerosis mltiple o el colgenoen la artritis reumatoide. En los tras-plantes de rganos, las clulas in-munitarias activas pueden multipli-carse para rechazar el tejido forneo:el rgano transplantado e incluso lostejidos del nuevo hospedador, en elcaso de transplantes de mdula sea.En la leucemia, las clulas inmuni-tarias y sus precursoras de la m-dula sea producen un gran nmerode clulas no funcionales. En todoslos casos, la TFD podra eliminarlas clulas inmunitarias indesea-bles, respetando al mismo tiempo lasclulas quiescentes, con el fin demantener una respuesta inmunitarianormal ante una infeccin. Lo mismoque el caso de la infeccin por VIH,el procedimiento podra funcionarpor va extracorprea o transdrmica.Gran parte de estas investigacionesse encuentran en fases preclnicasavanzadas o en de ensayo clnicoinicial. En vista del gran ingeniodedicado a la exploracin de posi-bles aplicaciones mdicas, empero,slo cabe esperar que los estudiosclnicos ms extensos rindan fruto.


THE COLOURS OF LIFE: AN INTRO-DUCTION TO THE CHEMISTRY OF POR-FIRINS AND RELATED COMPOUNDS.L. R. Milgrom, Oxford University Press,1997.

LETHAL WEAPON. P. Moore en NewScientist, vol. 158, n.o 2130, pgs.40-43; 18 de abril, 1998.

VERTEPORFIRIN THERAPY FOR SUBFO-VEAL CHOROIDAL NEOVASCULARIZA-TION IN AGE-RELATED MACULAR DE-GENERATION: THREE-YEAR RESULTSOF AN OPEN-LABEL EXTENSION OF 2RANDOMIZED CLINICAL TRIALS. In-forme TAP n.o 5. M. S. Blumenkratzet al. en Archives of Ophthalmology,vol. 120, n.o 10, pgs. 1307-1317;octubre, 2002.

OXYGEN: THE MOLECULE THAT MA-DE THE WORLD. Nick Lane. OxfordUniversity Press (en prensa).

Bibliografa complementaria

All por el decenio de 1970,mucho antes de que el ca-lentamiento global se hu-biera convertido en unapreocupacin pblica, un

glacilogo de la Universidad esta-tal de Ohio, John Mercer, propaluna inquietante semejanza. La geo-grafa de la Antrtida Occidental,explicaba, se parece muchsimo ala del Artico eurasitico. Ambas re-giones polares poseen una gran pla-taforma continental de slo algu-nos centenares de metros de espesor.La mayor diferencia es que una deesas plataformas, la de la AntrtidaOccidental, sigue cubierta por unacapa de hielo de dos kilmetros ymedio de espesor, mientras que enel Artico eurasitico abunda muchomenos el hielo posado sobre suelo.Segn el razonamiento de Mercer,

si el calentamiento global continuarase correra un gran peligro de quela inmensa capa de hielo que cubrela Antrtida Occidental se desinte-grase y aadiera agua al ocanocomo para elevar el nivel del marseis metros. Se inundaran tierrascosteras de todo el mundo.

Mercer comprendi que su com-paracin impona una tarea: paracalibrar si la capa de hielo de laAntrtida Occidental corre verdade-ro riesgo de descomponerse, debanbuscarse indicios en la otra puntade la Tierra, en los restos geolgi-cos de las antiguas capas de hieloque cubrieron el norte de Eurasia.Muchos gelogos aplicaron sus di-versas especializaciones a la inves-tigacin. Enseguida empezaron a sa-car a luz la historia glacial del Articoeurasitico. Para mediados del de-

cenio de 1980, sin embargo, la in-terpretacin de las observacionesgeolgicas variaba enormemente.Algunos vean pruebas de que enel momento ms intenso de la lti-ma era glacial (el Ultimo mximoglacial, o UMG), una inmensa capade hielo de 3,5 kilmetros de espe-sor cubra la totalidad del norte deEuropa y Siberia. Otros impugna-ban esta apreciacin; preferan creerque apenas hubo hielo alguno so-bre el fondo del mar al norte de latierra firme de Noruega y Rusia.La bibliografa da testimonio de ladisputa entre estos dos puntos devista contradictorios. El problemaestribaba, en parte, en que cuestetanto descifrar el archivo geolgicodel Artico; la dificultad propicialas falsas interpretaciones. Otroobstculo era la escasez de obser-vaciones fidedignas de esa remotae inhspita regin.

Para resolver el dilema, la Fun-dacin Europea de la Ciencia orga-niz, sin solucin de continuidad,diversas campaas para la obtencinde indicios geolgicos en la vecin-dad de las antiguas capas de hielodel Artico eurasitico. Participaronms de 50 cientficos de siete pa-ses europeos, entre ellos nosotroscuatro. El primero de los progra-

El Artico eurasiticodurante el ltimoperodo glacial

Una vasta capa de hielo cubri en tiempos el mar de Barents.Su brusca desaparicin hace cien siglos proporciona una leccin

sobre la Antrtida Occidental de hoy

Martn J. Siegert, Julian A. Dowdeswell, John-Inge Svendsen y Anders Elverhi


MARTIN J. SIEGERT, profesor del Centro de Glaciologa de Bristol, estudia gla-ciologa y ciencia del Cuaternario. JULIAN A. DOWDESWELL ensea geografafsica y es miembro del Instituto Scott de Investigacin Polar de la Universidadde Cambridge. JOHN-INGE SVENDSEN es profesor del departamento de geo-loga de la Universidad de Bergen, Noruega. Dirige el proyecto, patrocinado porla Unin Europea, Las capas de hielo y el clima en el Artico eurasitico duranteel ltimo mximo glacial. ANDERS ELVERHI, docente de geologa cuaterna-ria, preside el departamento de geologa de la Universidad de Oslo. American Scientist Magazine.

Los autores

mas, PONAM (de POlar North Atlan-tic Margins, Mrgenes Polares delAtlntico Norte), se centr en laparte oeste del mar de Barents; elsiguiente, QUEEN (QUaternary En-vironments of the Eurasian North,Entornos Cuaternarios del NorteEurasitico), ms al este, en el Ar-tico ruso. Estos trabajos proporcio-naron una gran cantidad de infor-macin sobre las condiciones delnorte de Eurasia en la Edad Gla-cial. Para captar toda la importanciade los resultados, hay que compren-der, al menos en lneas generales,los procesos glaciolgicos. Por ellonos detendremos un momento a re-pasar los rudimentos de la cienciade los glaciares.

Glaciologa elemental

Pese a su solidez, el hielo se de-forma, muy lentamente, cuandose le aplica una gran tensin, comola que le induce a una capa de hielosu propio, enorme peso. Esa defor-macin imparte a una porcin dehielo del interior del glaciar un mo-vimiento lento. Una parte del hielode la superficie del glaciar queda en-terrada por subsiguientes nevadas;se hunde entonces en el seno de lacapa a una velocidad apreciable conrespecto a la de la deformacin. Enconjunto, el hielo tiende a descen-der por el centro y a moverse haciafuera por los lados.

Ms en concreto, el flujo exis-tente en el centro de una capa dehielo irradia desde la divisoria delhielo, el lugar donde no hay movi-miento lateral en la superficie. Amedida que el hielo se aleja de ladivisoria, su velocidad lateral aumen-ta, desde un valor inicial de tal vezalgunos metros por ao. Ms cercade los mrgenes, rpidos ros dehielo las corrientes de hielo

drenan eficazmente las capas dehielo. Las corrientes de hielo flu-yen a varios cientos de metros porao. Le deben esa rapidez a que elagua presente en la base reduce elrozamiento; el hielo desliza graciasa ella sobre el suelo subyacente.La deformacin interna no aportamucho a la velocidad total.

En trminos generales, el hielocontina fluyendo a una velocidad


Mar de Weddell

Mar de Amundsen

Mar de Ross

500 kilmetros

Polo Sur

Ocano Glacial Artico

Polo Norte

Mar de Barents

500 kilmetros

1. BARRERAS DE HIELO FLOTANTE (arriba) rodean la glida costa de la Antr-tida. Si el calentamiento global destruyese estos amortiguadores, la enormecapa de hielo marino, posada sobre suelo, de la Antrtida Occidental quedaradirectamente expuesta al mar. Su fusin se acelerara; las costas de todo elmundo se inundaran. Los autores y sus colaboradores han examinado un epi-sodio similar, sucedido en el hemisferio norte hace 15.000 aos: la desapari-cin de la gran capa de hielo que en tiempos ocup el mar de Barents. La com-paracin es apropiada porque la amplia plataforma continental de mar de Barents(azul claro, a la derecha) se asemeja a la configuracin que la Antrtida Occi-dental adquirira si los hielos se fundieran all (extremo derecho).

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cada vez mayor, hasta que acaba de-sapareciendo, sea en tierra (dete-nindose porque el hielo superfi-cial se funda tan deprisa como sele reemplaza), sea en el mar. Cuandouna capa de hielo fluye intacta hastael ocano y flota sobre l, formauna barrera de hielo, que pierde masaal desprenderse icebergs de sus bor-des e irse fundiendo desde abajo.

Al fluir sobre la tierra, las capasde hielo la erosionan. Sus basesarrastran sedimentos. Transportaneste material rocoso a grandes dis-tancias antes de depositarlo por finen sus mrgenes. Por eso se vendelante de cada glaciar morrenas,sedimentos amontonados que re-cuerdan escombros. Una vez los gla-ciares y las capas de hielo se hanfundido, quedan las morrenas, con-vertidas as en indicadores geol-gicos de la extensin del hielo enel distante pasado. Parecer elemen-tal reconstruir los lmites de unaantigua capa de hielo: basta con car-

tografiar la posicin de las morre-nas terminales. Pero no es tan senci-llo; faltan en algunas zonas mo-rrenas terminales, o se encuentranahora bajo el nivel del mar. No esraro que varias morrenas de dife-rentes avances glaciales se mez-clen desordenadamente y cueste dis-tinguir la que importa.

Criba de escombros

Tras diez aos de esfuerzo con-certado, los programas PONAMy QUEEN han recogido una grancantidad de informacin geolgicaacerca de las antiguas capas de hieloque de tiempo en tiempo cubrieronvastas zonas del Artico Eurasiti-co. Nuestro trabajo proporcion tresimportantes descubrimientos. En pri-mer lugar, document la formacinde una gran capa de hielo de ori-gen marino en la plataforma conti-nental del mar de Barents duranteel UMG, har unos 20.000 aos. En

esa poca, la capa de hielo de Ba-rents se uni con la escandinava; unacubierta continua de hielo iba de Ale-mania y el Reino Unido en el oestehasta el mar de Kara en el este, pa-sando por Escandinavia y la barreradel mar de Barents. En segundo lu-gar, hall que hubo corrientes dehielo rpidas que transportaron gran-des volmenes de sedimento glacialal margen continental. En tercer lu-gar, demostr que la plataforma dehielo desapareci rpidamente al fi-nal de la Edad del Hielo. Cmollegamos a esas conclusiones y porqu son importantes?

Sabemos que el mar de Barentsestuvo helado durante el pasadogeolgico reciente porque bajo elfondo hay unos pocos metros defango blando. El sedimento que seencuentra bajo esta delgada capade barro, muy comprimido por elenorme peso de la ltima capa dehielo, est plagado de restos de ori-gen glacial. Abundan las capas de

2750metrosVientos del oeste

Humedad procedente del ocano

Iceberg

Deposicin de sedimentos

Flujo de sedimentos pendiente abajo

Barrera de hielo

Capa de hielo

Trayectoria del flujo de las partculas de hielo

Deslizamiento de la base de los hielos

Morrena terminal

Acumulacin de nieve

Fusin de nieve

Cizalladura de los sedimentos

300metros

1000metros

2. CORTE VERTICAL ESQUEMATICO de la regin del marde Barents durante el apogeo de la ltima Edad del Hielo;se representa el flujo de hielo (flechas azules). Por el ex-tremo derecho (que representa el lmite meridional de lacapa de hielo), la fusin tiene lugar a la misma velocidada que se aporta hielo. Aqu, el material rocoso arrastradopor el hielo forma una morrena terminal. En el extremo iz-quierdo (que representa los lmites septentrional y occi-dental de la capa de hielo) se forma una barrera de hielo

flotante. Ya en tierra, est la porcin marina de la capade hielo, la parte que descansa sobre roca bajo el niveldel mar. Aqu el hielo fluye con cierta rapidez porque elmovimiento horizontal tiene dos componentes: la defor-macin interna (flechas negras finas) y el deslizamientosobre la base (flechas negras gruesas). El deslizamientopuede ser considerable, lubricado por los sedimentos sub-yacentes, que se deforman para acomodarse al movimiento(recuadro).

sedimento de esa naturaleza (tills)a lo largo y ancho de la plataformacontinental. En las partes centralesdel mar de Barents, la capa de hielotambin dej tras s una serie de lar-gos surcos paralelos, que reflejananteriores movimientos del hielo.Para evaluar las dimensiones y edadde aquella capa de hielo, empren-dimos, como muchos compaerosnuestros, diversas investigacionesgeolgicas en la regin del mar deBarents y a lo largo del margen sep-tentrional del continente eurasitico.

Los estudios geolgicos de campose iniciaron en Svalbard, un grupode islas situado 600 kilmetros alnorte de la pennsula escandinava.Las costas elevadas de este archi-pilago y, ms al este, de la Tierrade Francisco Jos nos indicaronque la parte norte del mar de Ba-rents se hundi bajo el peso de unagran carga de hielo durante el UMG.Esas costas elevadas se formancuando las olas rompen contra lasplayas y las excavan. Una vez fun-dido el hielo, la corteza sube y trans-forma las playas en terrazas eleva-das. A lo largo de la costa occidentalde Svalbard hay tambin playas as,con conchas y huesos de ballenaque tienen, segn la datacin conradiocarbono, ms de 40.000 aosde antigedad. Muchos crean quela presencia de material orgnico deesa edad probaba que los glaciaresno podan haber alcanzado la costauna vez creadas las playas eleva-das. Jan Mangerud, gelogo noruegode la Universidad de Bergen, logrentonces un nuevo e importante des-cubrimiento. Hall que al menosparte de las viejas playas elevadashaba estado recubierta por hielo;quera decir que durante el UMGlos glaciares recubrieron una por-cin de Svalbard mucho mayor delo que se haba imaginado.

Trabajos ulteriores revelaron quelos principales fiordos estuvieroncubiertos de hielo en aquella pocay que la totalidad del archipilagoqued debajo de una capa de hielocentrada en el fondo del mar, al estede Svalbard. Para establecer pordnde caa el borde occidental dela capa de hielo, muchos investi-gadores colaboraron en la determi-nacin de las caractersticas sedi-mentarias del fondo marino a lolargo del margen continental del

oeste de Eurasia. Se emplearon diver-sas clases de sondeos ssmicos yacsticos, y se efectuaron perfora-ciones en el sedimento para extraertestigos. Encontraron as grandesvolmenes de sedimentos glacia-res, dispuestos a lo largo del taludcontinental en grandes complejoscon forma de abanico. La capa su-perior de esos sedimentos se originen la ltima glaciacin extensa;sitan, sin duda, el borde de la an-tigua capa de hielo en el margende la plataforma. La gran cantidadde material transportado a esos aba-nicos demuestra que tuvo que ha-ber corrientes rpidas de hielo ac-tivas a travs de la parte occidentalde la capa de hielo.

Ms ha costado establecer los mr-genes meridional y oriental de laantigua capa helada. A fines deldecenio de 1970, Mikhail Gross-wald, conocido gegrafo de la Aca-demia Rusa de Ciencias en Mosc,present su hiptesis: una capa dehielo panrtica de 3,5 kilmetrosde espesor cubri vastas regionesdel Artico europeo y Siberia durantela UMG. Su hiptesis, puesta enduda por muchos cientficos rusos,fue pronto aceptada por la mayorade la comunidad cientfica occi-dental. Mientras tanto, Valery As-takhov, gelogo del Instituto Na-cional de Mtodos Geolgicos de

Exploracin Remota, en San Peters-burgo, excavaba en las heladastierras de Siberia Occidental en buscade los escondidos restos de la lti-ma capa de hielo. Hall que unacapa centrada en la barrera del marde Kara avanz hacia el sur a travsdel valle del ro Yenissei, pero elepisodio tuvo lugar mucho antes delUMG. Quedaba claro que algn errorhaba en la hiptesis de Grosswald.

El programa QUEEN descubrique un cinturn de morrenas que pa-recan recientes, en la parte euro-pea del Artico ruso (al este del marBlanco), en realidad se depositaronhace 60.000 aos, unos 40.000 an-tes del UMG. Para situar el margende los hielos del UMG fue preciso,por tanto, volver los ojos una vezms hacia el mar.

El examen de los sedimentos delfondo marino frente a la costa dela Rusia continental ha confirmadoque la capa de hielo ms recientellegaba hasta la plataforma conti-nental. Los testigos extrados delmar de Pchora muestran que lasedimentacin marina ha proseguidoen esa regin durante los ltimos40.000 aos, mientras que en la zonaacotada por el margen que se de-duce tuvo la capa de hielo, los dep-sitos marinos ms antiguos sobrela superficie del till tienen menosde 14.000 aos. Las investigacio-


REINO UNIDO

Mar de Barents

SvalbardNovayaZemlya

SevernayaZemlya

Pennsula de Taymyr

Meridiano de Greenwich

90oEste

GROENLANDIA

Mar de Kara

RUSIA

Mar de Pchora

Mar del Norte

Pennsulade Yamal

Crculo Polar Artico

3. LAS INVESTIGACIONES GEOLOGICAS de los ltimos aos han precisado pordnde pasaba el margen de la capa de hielo (lnea continua) durante el ltimoMximo Glacial, har unos 20.000 aos. La parte discontinua de la lnea indicadnde sigue siendo algo incierta la posicin del antiguo lmite.

nes geolgicas de la pennsula deYamal, que se proyecta hacia elmar de Kara, han mostrado que lacapa de hielo tampoco alcanz aque-lla regin. As, el lmite meridionalde la capa de hielo debi de encon-trarse algo ms al norte, en zonaspoco profundas del mar de Kara.

La posicin del borde oriental dela capa de hielo es igualmente dif-cil de determinar con precisin. Unava consiste en estudiar los depsi-tos sedimentarios en los muchoslechos de lagos de la pennsula deTaymyr, al este del mar de Kara.Estn compuestos por fango de granofino. Si hubiera existido una capade hielo en la pennsula, un mate-rial grueso, fcilmente discernible,de origen glacial, habra reempla-zado o cubierto esos sedimentos. Sinembargo, las secuencias de sedi-mentos en esos lagos reflejan unaacumulacin continua de sedimen-tos no glaciales durante todo elUMG, lo que significa que las par-tes centrales de la pennsula deTaymyr estaban libres de hielo almismo tiempo que, al oeste, unacapa de hielo se extenda por losmares de Barents y Kara.

Un grupo de gelogos dirigido porChristian Hort, de la Universidad de

Lund, en Suecia, lleg a la conclu-sin de que el borde noroeste de lapennsula de Taymyr s conoci hie-los glaciares hace menos de 20.000aos. Cree, no obstante, que no setrataba de una extensin de la grancapa de hielo que cubra el mar deKara. Es ms probable que fueraparte de un glaciar de menor tama-o, posado sobre el fondo marinode cerca de la costa, poco profundo.

En Severnaya Zemlya, grupo deislas al norte de la pennsula deTaymyr, se han descubierto colmi-llos de mamut de har entre 25.000y 19.000 aos; parece, lo que re-sulta sorprendente, que los glacia-res de este archipilago fueron du-rante el UMG todava menores delo que se muestran hoy. Como seve, sigue siendo bastante difcil tra-zar el borde oriental de la antiguacapa de hielo.

Causas primarias

Para conocer la historia glacialentera del Artico eurasitico du-rante la ltima edad de hielo, hayque tener en cuenta por qu surgenlos perodos glaciales en general ycmo llenan un mar continental conhielo de ms de un kilmetro de

espesor. El archivo geolgico indicaque se formaron y deshicieron re-petidamente grandes capas de hieloen el Artico eurasitico, a causa depronunciadas oscilaciones climti-cas, a lo largo de los ltimos2.700.000 aos. El anterior inter-valo interglacial durante el cual elclima de la Tierra fue comparablecon el actual dur desde hace128.000 hasta hace 115.000 aos.Fue seguido por una edad del hieloque termin bruscamente hace11.700 aos. Durante esta edad dehielo tuvieron lugar hasta tres pero-dos de avance y retroceso glacial.La ms reciente capa de hielo de laplataforma continental comenz aformarse har unos 30.000 aos yalcanz su mxima extensin unos10.000 aos despus.

En una edad de hielo, volmenesinmensos de agua pasan de los oca-nos a las capas de hielo polares; elnivel del mar desciende a veces hasta120 metros. Aporta el registro msclaro de esta vasta redistribucin deagua el examen de los tres istoposnaturales del oxgeno (O16, O17 yO18) en diferentes materiales geol-gicos. Por qu nos dicen tanto? Elagua que contiene la forma ms li-gera del oxgeno (O16) se evapora


Buque explorador

Talud

Vaguada

Plataforma continentalSonar de exploracin

lateral

Energa sonora

4. LAS EXPLORACIONES DEL FONDO MARINO efectuadascon el sonar de barrido lateral revelan largas lenguas desedimentos glaciares (zonas oscuras, izquierda). Estosdepsitos se extienden desde el borde de la plataformacontinental; descienden por el talud continental hacia las

profundidades marinas (derecha). La gran cantidad de se-dimentos necesaria para formar estos caractersticos dep-sitos indica que deben haber sido transportados por unacapa de hielos marinos que llegaron hasta el borde de laplataforma continental.

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ms deprisa que la compuesta porlos istopos ms pesados (O17 y O18).El agua formada por oxgeno ligerova a parar sobre todo a las capas dehielo. En consecuencia, durante unaedad de hielo el agua de los oca-nos se enriquece en oxgeno pesado.As, por ejemplo, la concha de car-bonato clcico (CaCO3) que un or-ganismo marino construya en unapoca glacial contendr una propor-cin de oxgeno pesado superior alpromedio. Cuando el organismomuere, la concha cae al fondo delmar y deja un testimonio del estadoisotpico del ocano en el pasado.

Los gelogos han acumulado mu-chos largos registros de las varia-ciones de los istopos de oxgenogracias al anlisis de sedimentossacados del fondo del ocano profun-do. Han medido tambin la compo-sicin isotpica del hielo que se haacumulado en la Antrtida. Las va-riaciones de los istopos de oxge-no procedentes del hielo y de lossedimentos ocenicos arrojan unosresultados muy parecidos: los cam-bios climticos asociados con lasedades del hielo se repiten con fre-cuencias de unos 100.000, 40.000y 20.000 aos. Por qu oscila elclima con esas tres frecuencias? Larespuesta reside en la rbita de laTierra alrededor del Sol.

El primer parmetro orbital a con-siderar es la excentricidad, o des-viacin de la perfecta forma circu-lar. La rbita de la Tierra vara deuna trayectoria elptica a una circu-lar con una frecuencia de 100.000aos, en nmeros redondos. El se-gundo parmetro de inters es lainclinacin del eje de la Tierra, queoscila entre 22,2 y 24,5 grados con

una frecuencia de unos 40.000 aos.El tercero es la posicin de la Tie-rra en su rbita elptica durante elverano del hemisferio norte; varacon una frecuencia de alrededor de20.000 aos. Esas oscilaciones afec-tan a la cantidad de radiacin reci-bida en la superficie de la Tierra envarias pocas del ao. Si los tresparmetros orbitales coinciden en re-ducir la radiacin en el hemisferionorte en verano, los glaciares y lascapas de hielo se expandirn y em-pezar una edad de hielo.

La relacin entre las oscilacionesdel clima observadas y las predic-ciones tericas sobre sus perodoses excelente. Lstima que haya unpequeo problema: las variacionesen las cuantas de la energa solarasociadas con las variaciones orbi-tales son, con mucho, demasiado pe-queas para causar las variacionesclimticas requeridas para que seforme una capa de hielo. Se nece-sita un medio que amplifique lige-ros efectos orbitales hasta conver-tirlos en drsticos cambios del clima.Hay varios posibles mecanismosde realimentacin; es probable quetodos contribuyan de algn modoal nacimiento y desaparicin de lasedades de hielo.

Tal vez el mecanismo ms fcilde entender es la realimentacin en-tre el hielo y el albedo. La reflec-tividad de la superficie terrestre (oalbedo) controla la cantidad de ra-diacin solar que se devuelve desdela Tierra al espacio. Si el albedo esalto, se refleja ms radiacin y laTierra se enfra. Si el albedo es bajo,la superficie del planeta absorbe msradiacin y el mundo se calienta. Lanieve y el hielo son muy reflecto-res. Cuando los campos de nieve ylas capas de hielo se extienden acausa de un enfriamiento global, el

aumento del albedo de la superfi-cie se traduce en un aumento de lareflexin de la radiacin solar, loque da por resultado un nuevo des-censo de la temperatura del aire.

Otro mecanismo de realimenta-cin depende del dixido de car-bono (CO2) atmosfrico, que afectaal clima porque refuerza el efectode invernadero. Por razones todavano explicadas por completo, durantelas pocas glaciales la concentra-cin de CO2 atmosfrico disminuye.Un enfriamiento que proviene deotras causas reduce, pues, el CO2,lo que a su vez reduce el efecto deinvernadero, dando por resultado unulterior enfriamiento.

La aparicin de la capa de hielo

Con un conocimiento general delas variaciones orbitales y delos mecanismos de realimentacin,no cuesta concebir cmo el empeo-ramiento del clima da por resul-tado la expansin de los hielossobre tierra firme. No es tan fcil,sin embargo, comprender por quel enfriamiento global hace que seforme una capa de hielo en el fondodel mar. Durante muchos aos seha debatido acerca de cmo una granplataforma continental puede llegara cubrirse con una capa de hielo.El principal problema es que eldesprendimiento de grandes icebergsdel borde de una masa de hielo quetoca fondo se intensifica con laprofundidad del agua. As, cuandoel borde de una capa de hielo sedesplaza a aguas ms profundas, lafrecuencia con que se desprendenicebergs aumenta. Parece que esteproceso impedira ulteriores expan-siones de la capa de hielo.

Segn Terence Hughes, de la Uni-versidad de Maine, pudo generarse


glacial

interglacial

200400600800Edad (miles de aos)

0pesado

ligero

Comp

osici

n iso

tpica

del o

xgen

o

LGM

5. LAS VARIACIONES de la composicinisotpica del oxgeno en las conchasdan constancia de muchos cambios re-petidos entre condiciones glaciales einterglaciales. Durante las pocas gla-ciales, el oxgeno 16 ligero queda se-cuestrado en el hielo polar; el aguaocenica (y las conchas que se formande ella) se enriquecen en el oxgeno 18pesado. Las investigaciones geolgi-cas en la Eurasia de la Edad del Hielo,desde la poca del Ultimo Mximo Gla-cial (UMG), se complican por las muchasglaciaciones, igualmente intensas, quese produjeron antes.

una capa de hielo posada en el fondode la cuenca del mar de Barents apartir de una barrera una masa s-lida de hielo que flota en la super-ficie preexistente. El hielo ma-rino permanente (de unos metrosde espesor) quizs aumentara hastaformar una capa de hielo que to-cara fondo (con algunos cientos demetros de espesor) si la acumula-cin de hielo en la superficie fuedurante algunos miles de aos msveloz que la fusin de la base. Unaplataforma de hielo en el mar de

Barents habra favorecido el desa-rrollo de una capa que tocase elfondo por dos motivos. En primerlugar, el desprendimiento de ice-bergs en una capa de hielo adya-cente cesara: el hielo fluira, sinms, hacia la barrera de hielo. Ensegundo lugar, sta se ira haciendoms gruesa, hasta tocar el fondodel mar, momento en que se con-vertira en parte de la propia capade hielo posada en el fondo.

Otro mecanismo puede tambinhaber intervenido en la constitucin

de una capa de hielo dentro del marde Barents. Varios cientficos hanapuntado que el hielo se acumulen un principio sobre los archipi-lagos situados a lo largo del bordenorte de la plataforma continentaleurasitica. Su enorme peso hundila corteza subyacente; a consecuen-cia de ello, se levant la de las re-giones centrales, poco profundas, delmar de Barents (de la misma ma-nera que una fuerza aplicada haciaabajo en el centro de una barra deacero la flexiona hacia arriba en cadaextremo). Con este movimiento ha-cia arriba, combinado con el des-censo del nivel del mar (de hasta120 metros), al hielo quiz le fueraposible colmar los bajos. Debi dellegar hasta all desde capas de hie-los contiguas, o se form in situ alespesarse el hielo marino.

Ambos procesos pudieron actuardurante la ltima edad de hielo.Adems, indicios procedentes de lascercanas aguas de Noruega y Groen-landia muestran que all reinaron du-rante la ltima edad del hielo con-diciones de mar abierto. Esas aguasocenicas, tibias en comparacin,proporcionaron una considerablefuente de humedad a las nevadassobre el mar de Barents. La influenciacombinada de mayores nevadas, laelevacin de la corteza y el aumen-to de espesor de las barreras de hielodebi de conducir a la rpida con-gelacin del mar de Barents. Losgelogos han de preguntarse no tantocmo nacieron esos hielos, sino porqu desaparecieron.

Contamos con diversas indicacio-nes acerca de la destruccin de lacapa de hielo que en tiempos cubriesa porcin del Artico eurasitico.Segn el contenido de istopos deoxgeno de las pequeas conchas pre-sentes en los sedimentos del fondodel mar en el cercano estrecho deFram y en el talud continental, abundel oxgeno ligero en el agua hace16.000 aos. En este caso, los is-topos de oxgeno no reflejan el es-tado general del ocano global. Msbien sealan una masiva entrada deagua procedente de la fusin de hie-los en la regin, seal a su vez dela desintegracin de las masas dehielo sobre el mar de Barents al prin-cipio de la ltima deglaciacin.

Hemos cartografiado tambin aligual que otros investigadores las


Hace 30.000 aos

Ocano Glacial Artico

Escandinavia

Fosa de la Isla del OsoSvalbard

Hace 28.000 aos

Hace 25.000 aos

Descenso del nivel del mar

Acumulacin de la nieve

Congelacin del agua

ElevacinDescenso Descenso

Hace 22.000 aos

120metros Capa de hielo

Sedimento

Mar de Barents

a

b

c

d

6. MODELO CONCEPTUAL que muestra el origen de la capa de hielo marino enla regin del mar de Barents, una vez hubo pasado de ser mar abierto (a) a quelo cubrieran hielos perennes (b). La pesada acumulacin de nieve y hielo en lasislas del norte (izquierda) y sobre el continente (derecha) forz la corteza te-rrestre hacia abajo en esas zonas; el fondo del mar se elev entre ellas almismo tiempo que el nivel del mar iba descendiendo (c). Esos procesos conti-nuaron hasta que la masa de hielo, cada vez ms gruesa, descans directa-mente sobre el fondo del mar, donde dej depsitos de sedimentos hmedos enlas depresiones topogrficas locales (d).

morrenas abandonadas por la reti-rada del frente de hielo en el fondodel mar de Barents; utilizamos bar-cos equipados con sonar y tomasssmicas de imgenes. Los datosindican que la capa de hielo empeza romperse donde ms profundoera el fondo en que se asentaba.Hace 14.000 aos, desapareci elhielo de la fosa de la Isla del Osoy de varias depresiones locales me-nores; quedaron as despejadas zo-nas de ocano, a las que rodeabanmurallas de hielo que se iban des-moronando. Hace 12.000 aos la de-sintegracin de las capas haba pro-gresado: a esas alturas no existanms que en los archipilagos sep-tentrionales y en los mares poco pro-fundos que los rodeaban.

La pauta de la desintegracin delhielo dentro del mar de Barents quedregistrada tambin en el levantamientoalrededor de Svalbard y la Tierra deFrancisco Jos. Las playas elevadasen esas islas se han datado mediante

la aplicacin de la tcnica del ra-diocarbono a huesos de ballena, con-chas de moluscos y trozos de ma-deras arrojados por la marea. Lasfechas indican que el deshielo delos archipilagos tuvo lugar variosmiles de aos despus de que desa-pareciese el hielo en las regiones msprofundas del mar de Barents.

Simulacin numrica

En un esfuerzo por reconstruirde forma ms completa la his-toria de esta antigua capa de hielo,hemos llevado a cabo varias simu-laciones numricas de su desapari-cin. Para ello la subdividimos encierto nmero de columnas de hie-lo. Cada una representa una celdadentro de una retcula bidimensio-nal. Los modelos de las capas dehielo suelen ejecutarse mediante unbucle de clculo. Arranca con unaserie de algoritmos que determinanen cada celda el flujo de hielo, el

balance de masas y la interaccincon la Tierra, y se completa median-te la aplicacin a la retcula com-pleta de una ecuacin final (la ecua-cin de continuidad) que calcula elflujo de hielo entre celdas. Para si-mular la historia glacial, se debenespecificar el nivel del mar, la tem-peratura del aire y la nieve cadaen funcin del tiempo. Al obligaral modelo a formar una capa de hielocompatible con las observacionesgeolgicas, podemos juzgar las cau-sas del crecimiento y desintegracinde las capas de hielo.

Tanto el programa PONAM comoel QUEEN recurrieron a las simu-laciones de la capa de hielo paraobtener detalles cuantitativos deltamao y dinmica de la antigua capade hielo. Ajustamos los parmetrosambientales que introducamos en elmodelo hasta lograr que el tamaodel hielo coincidiese con el bordede los hielos determinado por losdatos geolgicos. El modelo pro-


7. LAS SIMULACIONES NUMERICAS ensean cmo debi dereducirse la capa de hielo del mar de Barents desde un es-pesor mximo de unos 2750 metros, que persisti hasta haceunos 14.000 aos (a). Har 13.000 aos, gran parte de la re-gin entre Escandinavia y Novaya Zemlya estaba libre dehielo que tocase fondo (b). Hace 12.000 aos, el hielo que

cubra Svalbard se separ de la capa que todava cubra Es-candinavia y el Artico ruso (c). Hace 11.000 aos, el hielo enla regin haba adelgazado todava ms y estaba ya partidoen tres masas separadas (d). (Los colores claros sealandnde tena la capa de hielo al menos 50 metros de espesor.Las curvas de nivel se dan a intervalos de 250 metros.)

a b

c d

porcion as informacin sobre eltamao, espesor y velocidad de flujode la primitiva capa de hielo.

Una vez simulamos la capa dehielo en el momento de su mximotamao, tenamos que lograr que sedesintegrase de una manera cohe-rente con los datos geolgicos deldeshielo real. Para imitar el deshieloen nuestros ordenadores, tuvimosque incrementar bastante en el mo-delo la frecuencia de desprendi-miento de icebergs.

Por qu se desintegr tan rpi-damente la capa de hielo real? Lassimulaciones mueven a pensar quela respuesta estriba en el mecanismode produccin de icebergs. Cuandoel mundo entr en la primera fase dedeshielo, el nivel del mar aument,aunque gradualmente. El ascenso delnivel del mar produjo dos efectossobre la capa de hielo marino quecubra el mar de Barents. En pri-mer lugar, la profundidad de aguaaument, dando lugar a una mayorfrecuencia de desprendimiento deicebergs (si se supone que la capade hielo descansaba en el fondodel mar). En segundo lugar, el pesoefectivo de la capa de hielo se re-dujo, lo que llev consigo una dis-minucin del rozamiento de la base,mayores velocidades de los hielosy, en consecuencia, un intercambiode masa ms rpido desde el inte-rior de la capa de hielo hasta losbordes, donde se desprenden los tm-panos. Estos efectos produjeron unarealimentacin positiva mediantela cual la desintegracin de la capade hielo, aqu y en otros lugares,condujo a una subida del nivel delmar, que a su vez condujo a mayo-res desprendimientos de icebergs.As, es probable que una variacinms bien pequea del nivel del mara principios del ltimo deshielo de-sencadenase la desintegracin de lacapa de hielo eurasitica.

La Antrtida Occidental

Durante el ltimo perodo glacial,la capa de hielo de la Antr-tida Occidental era bastante mayorde lo que es hoy. Toda la plataformacontinental deba de estar cubiertapor hielo asentado en el fondo, comoen el mar de Barents. Sin embargo,la desintegracin de esta capa dehielo ampliada de la Antrtida Oc-

cidental debi de diferir de la delhielo del mar de Barents en dos as-pectos. Por un lado, el deshielo an-trtico comenz mucho ms tardeque en el mar de Barents. Adems,dio lugar a la formacin de grandesbarreras de hielo que flotaban en-tre el mar abierto y la capa de hieloasentado en el fondo. Las barrerasde hielo de Filchner-Ronne y de Ross,por ejemplo, tienen ahora, cada una,un rea de alrededor de 500.000kilmetros cuadrados.

Estas diferencias sugieren dos im-portantes conclusiones sobre la es-tabilidad de la plataforma de hielode la Antrtida Occidental. En pri-mer lugar, las barreras de hielo afec-tan al mantenimiento de la estabi-lidad de la capa de hielo; actancomo contrafuertes que soportan elborde que toca suelo de la capa dehielo. Al faltar las barreras en elmar de Barents, ese borde desprendaa buen ritmo icebergs. En segundolugar, una vez se tiene en cuentaque las barreras hacen de contra-fuertes de las capas de hielo, lasactuales variaciones del nivel delmar no son de tal magnitud que fo-menten la desintegracin del hieloen la Antrtida Occidental hasta elextremo que se observ en el marde Barents. Una nota tranquilizado-ra relacionada con esta ltima con-clusin: durante el ltimo perodointerglacial, el nivel del mar fuevarios metros ms alto que en laactualidad; a pesar de ello, la capade hielo de la Antrtida Occidentalno desapareci. La mayor parte delagua que elev por entonces el ni-vel del mar provino seguramentede Groenlandia.

No cabe duda de que la capa dehielo de la Antrtida Occidental re-siste considerables subidas del ni-vel del mar, pero por qu? Muybien pudiera ser porque las plata-

formas de hielos flotantes de laAntrtida Occidental contribuyen aque el hielo que toca suelo no acabevertindose en el mar abierto. Si escierto, debera preocuparnos la es-tabilidad de las barreras de hieloen la Antrtida Occidental. Su desin-tegracin no elevara por s mismael nivel del mar (de igual maneraque un cubo de hielo no eleva cuandose derrite el nivel del agua en elvaso). Pero si se funden, la capa dehielo de la Antrtida Occidental separecer mucho ms a la antiguacapa de hielo eurasitica, tal y comoera inmediatamente antes de desa-parecer.

Qu podra causar la destruccinde las barreras de hielo? La res-puesta se halla en el ocano. La fu-sin desde el fondo constituye granparte de la masa perdida por lasbarreras. Si el ocano se calienta,la velocidad de fusin aumentar.Si esto no quedara compensado porel aumento de la evaporacin y delas nevadas que acompaara al ca-lentamiento del ocano GlacialAntrtico, las barreras de hielo adel-gazaran hasta la extincin. La capade hielo de la Antrtida Occidentalestara entonces a punto de desa-parecer a su vez rpidamente. Nodebera ignorarse esta posibilidad,ni el consiguiente aumento globaldel nivel del mar.

Mercer llam a la presente si-tuacin amenaza de desastre. Elconocimiento de la historia glacialde la capa de hielo eurasitica su-giere que la amenaza no ser cr-tica a menos que se diluyan las ba-rreras de hielo actuales. No obstante,la investigacin muestra con todaclaridad que tal desastre tuvo lugaren el otro hemisferio en un pasadono tan distante. El mundo debe es-tar en guardia, por si se repitieseen el futuro.


LATE WEICHSELIAN GLACIATION OF THE EURASIAN HIGH ARCTIC. M. J. Siegert, J.A. Dowdeswell y M. Melles, en Quaternary Research, vol. 52, pgs. 273-285; 1999.

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Bibliografa complementaria

M uchos ingenieros conocen la emocin de haber diseado un producto nuevo queluego se utiliza por doquiera. Esperamos gozar dentro de tres aos creemos te-ner ms de la mitad de las bazas a nuestro favor un placer ms raro: sacar a laventa un tipo de mquina del todo nuevo.

Se habla mucho de nanotecnologa en estos tiempos, la nueva frontera donde los en-tresijos de las mquinas no miden ms que unas milmillonsimas de metro. La inves-tigacin en sistemas microelectromecnicos (SMEM) dispositivos de piezas mvilesmicroscpicas fabricadas con las mismas tcnicas con que se construyen los chips in-formticos ha armado un gran revuelo, pese a que no ofrece todava muchos pro-ductos comerciales. Como podemos atestiguar, ya que hemos invertido hasta ahora seisaos en uno de los primeros proyectos encaminados a crear un dispositivo nanomec-nico que pueda fabricarse en masa, a escalas tan diminutas la ingeniera y la investi-gacin cientfica se mezclan de modo inextricable. Obstculos inesperados aparecen enel camino que media entre los experimentos que indagan principios fundamentales, losprototipos operativos y, en ltima instancia, un producto que se venda bien.

En IBM llamamos a nuestro proyecto Milpis. Si seguimos por el buen camino, alrede-dor de 2005 se podr compra

investigación y ciencia 318 - marzo 2003

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