investigación y ciencia 381 - junio 2008

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fIsIcaLseres que miden fenmenos ultrabreves

EcOLOGIacomienza a recuperarse el mar de aral

MaTERIaLEsPropiedades exticas del grafeno

MEDIcINaPodremos regenerar extremidades en humanos?

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Los vegetales de otros mundos podran ser rojos, azules o negros

EL cOLOR DE Las

Matteo Ricci llev el teorema de Pitgoras a China. El entorno podra alimentar a las nanomquinas.

SUMAR IOJunio de 2008/ Nmero 381

24

La reconstruccin de un brazo exigira la regeneracin de varios tejidos. Trenes de impulsos luminosos que tienen un espectro con forma de peine.

ART ICULOS

ASTROBIOLOGIA

14 El color de las plantas extraterrestres Nancy Y. Kiang En otros mundos, los vegetales podran ser rojos, azuleso negros.

MEDICINA

24 Regeneracin de las extremidades Ken Muneoka, Manjong Han y David M. Gardiner Las salamandras muestran una asombrosa capacidad para regenerar miembros amputados. El estudio de ese an bioabre nuevas vas para la reconstruccin de miembros y tejidos del cuerpo humano.

HISTORIA

32 Matteo Ricci, el misionero sabio Dagmar SchferMatteo Ricci y otros jesuitas vean en la ciencia occidentalun argumento para la conversin de China. Esta estrategia fracas, no sin consecuencias en los siglos posteriores.

OPTICA

46 Reglas de luz Steven Cundiff, Jun Ye y John HallGracias a un revolucionario tipo de luz lser, el peine de frecuencias pticas, se construye una clase ms precisade relojes atmicos, entre muchas otras aplicaciones.

MATERIALES

54 GrafenoAndr K. Geim y Philip Kim El grafeno, forma de carbono de reciente obtencin, proporciona un rico sustrato a la fsica fundamentaly promete mltiples aplicaciones.

ECOLOGIA

62 Recuperacin del mar de AralPhilip Micklin y Nikolay V. AladinVaciar de manera imprudente el cuarto lago mayor del mundo para regar campos de labor lo convirti en un desierto secoy txico. Se est recuperando ahora su parte septentrional.

32

46

80

En los mundos que giran en torno a estrellas poco luminosas las plantas se verande color negro.

14

FISICA

70 Plasmas frosFrancisco Jos Gordillo Vzquez Los plasmas fros se encuentran lejosdel equilibrio trmico: los electrones,iones y tomos neutros que los constituyen tienen temperaturas diferentes. Estocon ere a los plasmas fros unaspropiedades de gran inters aplicado.

NANOTECNIA

80 Nanotecnia autoalimentadaZhong Lin Wang Las mquinas nanomtricas necesitan unas fuentes de alimentacin an ms diminutas.

3 CARTAS AL DIRECTOR

4 HACE...50, 100 y 150 aos.

5 PUESTA AL DIANanotubos sin toxicidad... En busca de nueva vida... As te mata el trabajo... Luz verde elica.

6 APUNTESBiologa... Geologa... Astronoma... Percepcin.

8 CIENCIA Y SOCIEDADAcido que cae del cielo... Sin rayos de Virgo... Aleaciones de titanio...Hongos txicos en las uvas.

42 DE CERCAFideos de mar,por Jos Rico

44 PERFILESChris Wiggins: en el lo del cdigo de la vida, por Thania Benios

86 TALLER Y LABORATORIOLa mquina de Draper,por Marc Boada Ferrer

89 DESARROLLO SOSTENIBLEClaves para proteger el clima,por Jeffrey D. Sachs

90 JUEGOS MATEMATICOSEl problema de los tres dioses,por Juan M.R. Parrondo

92 IDEAS APLICADASEscneres corporales,por Stuart F. Brown

94 LIBROSTierra

SECC IONES

El puerto de Aralsk muestra vertidos de basura y plaguicidas.

Lminas de carbono de un solo tomo de espesorconstituyen un nuevo material.

62

54

DIRECTOR GENERAL Jos M.a Valderas GallardoDIRECTORA FINANCIERA Pilar Bronchal GarfellaEDICIONES Juan Pedro Campos Gmez Laia Torres CasasPRODUCCIN M.a Cruz Iglesias Capn Albert Marn GarauSECRETARA Purifi cacin Mayoral MartnezADMINISTRACIN Victoria Andrs LaiglesiaSUSCRIPCIONES Concepcin Orenes Delgado Olga Blanco RomeroEDITA Prensa Cientfi ca, S.A. Muntaner, 339 pral. 1.a08021 Barcelona (Espaa)Telfono 934 143 344 Fax 934 145 413www.investigacionyciencia.es

SCIENTIFIC AMERICANEDITOR IN CHIEF John RennieEXECUTIVE EDITOR Mariette DiChristinaMANAGING EDITOR Ricki L. RustingCHIEF NEWS EDITOR Philip M. YamSENIOR WRITER Gary StixEDITORS Mark Alpert, Steven Ashley, Peter Brown, Graham P. Collins, Mark Fischetti, Steve Mirsky, George Musser y Christine SoaresCONTRIBUTING EDITORS W. Wayt Gibbs, Marguerite Holloway, Michelle Press, Michael Shermer, Sarah SimpsonART DIRECTOR Edward BellPRODUCTION EDITOR Richard Hunt

CHAIRMAN Brian NapackPRESIDENT Steven YeeVICE PRESIDENT AND MANAGING DIRECTOR, INTERNATIONAL Dean SandersonVICE PRESIDENT Frances NewburgVICE PRESIDENT, FINANCE, AND GENERAL MANAGER Michael Florek

COLABORADORES DE ESTE NUMEROAsesoramiento y traduccin:

Juan Manuel Gonzlez Maas: El color de las plantas extraterrestres; Luis Bou: Regeneracin de las extremidades y Puesta al da; Francesc Castell: Matteo Ricci, el misionero sabio; A. Garcimartn: Perfi les; Ramn Pascual: Reglas de luz; Joandomnec Ros: Recuperacin del mar de Aral; J. Vilardell: Nanotecnia autoalimentada, Hace... e Ideas aplicadas; Bruno Moreno: Apuntes y Ciencia y sociedad; Ramn Muoz Tapia: Taller y laboratorio; Marin Beltrn: Desarrollo sostenible

Portada: Kenn Brown (concepcin artstica), Jean-Francois Podevin (ilustracin)

SUSCRIPCIONESPrensa Cientfi ca S. A.Muntaner, 339 pral. 1.a

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Difusincontrolada

Copyright 2008 Scientifi c American Inc., 415 Madison Av., New York N. Y. 10017.

Copyright 2008 Prensa Cientfi ca 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, fotogrfi co o electrnico,

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INVESTIGACION Y CIENCIA, junio, 2008 3

C A R TA S A L D I R E C TO R

El Sol y la energaEn el artculo Un proyecto solar, de Ken Zweibel, James Mason y Vasilis Fthenakis (marzo 2008), se de ende la conversin en parques fotovoltaicos de 80.000 kilmetros cuadrados de desier-to. Hay una solucin mejor: utilizar los tejados. Aunque as no se aproveche la concentracin de radiaciones solares pro-pia del Suroeste y sea menor el rendi-miento, la generacin de energa podr distribuirse en diferentes zonas horarias y condiciones climticas sin tener que sacri car ms tierras.

Mathieu Federspielpor correo electrnico

Se ha pensado en los efectos de insta-lar 80.000 kilmetros cuadrados de un material de escaso poder re ectante? Los paneles solares tienen, por su diseo, un albedo (coe ciente re ector de energa) mucho menor que la mayora del terreno llano del Suroeste. Cmo afectara su mayor absorcin del calor al medio cir-cundante?

Talon SwansonSeattle

RESPUESTA DE LOS AUTORESRespecto a la primera carta, es corriente y justificada la crtica de que nuestro pro-yecto solar no presta atencin suficiente a los sistemas de energa distribuida, como los fotovoltaicos y los de calefaccin solar

sobre edificios. Si se abarataran los siste-mas residenciales y hubiera almacena-miento local, las instalaciones dispersas podran tener ms relevancia que la des-crita en nuestro artculo.

En cuanto a la segunda carta, los cam-bios de albedo originaran diferencias lo-cales en la temperatura y las corrientes de aire. Aunque todava carecemos de es-tudios sobre la repercusin en grandes par-ques fotovoltaicos, las observaciones y mo-delos a escala mundial permiten algunas declaraciones. Tom Hansen, director de la planta fotovoltaica de Tucson Electric Power Company en Springerville, ha de-tectado un incremento de entre un gra-do y grado y medio en el centro del par-que fotovoltaico y la formacin de un remolino de aire desde la periferia hacia el centro. Una superficie de 50.000 ki-lmetros cuadrados recibira diariamen-te una energa prxima a 3 1014 watt-hora. Un 20 por ciento de diferencia de albedo entre el desierto y los paneles fo-tovoltaicos creara un exceso neto de 6 1013 watt-hora al da. En las gran-des ciudades del Suroeste se han produ-cido variaciones de albedo semejantes sin efectos perceptibles. Tambin se ha deconsiderar que el calentamiento debido al albedo sera contrarrestado, a nivelnacional, por la supresin del calenta-miento que, si no, crearan las centrales termoelctricas. Greg Nemet de la Uni-versidad de Wisconsin en Madison, ha estudiado, teniendo en cuenta el efecto del albedo, el forzamiento radiativo neto que se producira si el 50 por ciento de la energa mundial lo suministrasen ins-talaciones fotovoltaicas. Su conclusin es que sera una de las soluciones ms efi-caces contra el calentamiento global an-tropognico.

Sin embargo, la posibilidad de efectos locales merece ser estudiada con mayor detenimiento. Quiz deberan crearse zo-

nas amortiguadoras, no solares, en torno a los grandes sistemas fotovoltaicos. En prevencin del calentamiento local, estos sistemas no se construiran cerca de po-blaciones importantes.

Huellas del pasadoen el universo futuroSegn los autores del artculo de mayo El n de la cosmologa, en un futuro lejano ser muy difcil, si no prctica-mente imposible, deducir cul era la composicin qumica del universo (abun-dancia de helio, deuterio, etc.) tras los primeros minutos de la gran explosin. Sin embargo, la mayora de los objetos subestelares no tienen una energa inte-rior su ciente para producir reacciones nucleares y procesar la materia de la que estn formados. Es decir, estos objetos preservan el contenido qumico de la nube de la que nacieron (quiz con pe-queas modi caciones). Y segn lo que la teora actual de los objetos subestela-res nos ensea, estos cuerpos no se auto-destruyen (como es el caso de las estre-llas, como el Sol, que pierden sus capas exteriores, o de las estrellas masivas que explotan como supernovas), sino que so-breviven; slo van enfrindose cada vez ms y perdiendo brillo. Las enanas ma-rrones y los planetas aislados son las re-servas del material original con el que nacieron. En un futuro muy lejano, si es que tal y como comentan los autores no quedan nubes de gas intergalctico detectables, el estudio de los objetos sub-estelares ms viejos y con masas inferio-res a 13 veces la masa de Jpiter permi-tir inferir las cantidades relativas de los elementos ligeros creadas en los princi-pios del universo.

M.a Rosa ZapateroInstituto de Astrofsica de Canarias

HACE . . .

Recopilacin de Daniel C. Schleno

...cincuenta aosUn pas pasivo. Entre nuestros jvenes, una encuesta tras otra con rman estadsticamente el fenmeno de la vida nor-teamericana que David Riesman, en su libro La muchedum-bre solitaria, llam orientacin de los otros, una extremada sensibilidad a la opinin de los dems y un consiguiente con-formismo. Parece que el pas padece un sndrome caracteri-zado por una atro a de la voluntad, una hipertro a del ego y una distro a de la musculatura intelectual. Una imagen ms bien ingrata que se deduce de la masa de informacin

sobre las actitudes de los jvenes. Ms de la mitad creen que a la Agencia Federal de Investigacin debe permitrsele in-tervenir telfonos a su arbitrio y a la polica usar el tercer grado, es decir, que quienes se nieguen a testi car contra s mismos deben ser obligados a ello.

Recursos bovinos. El ganado vacuno ocupa el primer lugar entre los animales tiles al hombre. Es cierto que hay ms corderos y que en el aprecio del hombre las superan caballos y perros, pero ningn otro animal domstico presta tal va-riedad de servicios al bienestar humano como las vacas. Para los consumidores norteamericanos y europeos, el ganado va-cuno representa carne, leche, mantequilla, queso y cuero; pro-ducen extractos hormonales y vitamnicos, harina de hueso

para piensos y abonos, y concentrados protenicos para ali-mento de ganado. Sin embargo, ms de un tercio de los 800 millones de cabezas de vacuno que hay en el mundo se de-dican, sobre todo, a la generacin de energa bruta para fae-nas de arado, acarreo y molienda.

...cien aosEl cuidado de los leprosos. Durante los ltimos siglos, el cuidado de los leprosos ha recibido una atencin notable en las islas Filipinas. Si la segregacin de los leprosos erradicase la enfermedad, nos hallaramos ante una buena inversin. Pero en las Filipinas, el registro mdico no es en absoluto conclu-

yente acerca de la e cacia de la segregacin. Con todo, en la pequea isla de Culion se ha inaugurado una colonia en donde se han concentrado leprosos. Se est considerando declarar leprosos slo a las personas en cuyos tejidos se hallen, mediante examen microsc-pico, bacilos de lepra. Es digno de mencin que mientras se estaba reuniendo a los lepro-sos, se observ, tras un examen cuidadoso, que slo la mitad de quienes haban sido re-gistrados como tales lo eran en realidad.

Escriben los hermanos Wright. La prima-vera de 1908 nos hall con algunos contra-tos [del gobierno] en la mano, cuyas condi-ciones requeran unas prestaciones a las que no se ajustaban nuestros vuelos de 1905. El mejor vuelo de aquel ao, del 5 de octubre, cubri una distancia de algo ms de 38 ki-lmetros, a una velocidad de unos 60 kil-metros por hora, con una sola persona a bordo. Los contratos pedan una mquina que volara a 65 kilmetros por hora, capaz de transportar dos hombres y una reserva de combustible para cubrir distancias de 200 ki-lmetros. Los ltimos experimentos se acome-tieron con vistas a ensayar nuestro aparato bajo esas premisas y para familiarizarnos con las palancas de mando que habamos insta-lado en los ltimos modelos.

...ciento cincuenta aosTintes de anilina. Hace cuatro aos, el eminente qumico ingls F. Grace Culvert a rmaba que dentro de poco, un tin-te muy valioso se preparar a partir de carbn. Hace pocas semanas mostr ante la Sociedad de Artes de Londres un her-moso colorante azul purpreo que rivaliza con la urchilla [un tinte vegetal] y posee la ventaja de resistir a la luz. Esos co-lorantes, pues son numerosos, han sido preparados a partir de los lcalis del alquitrn de hulla por los seores William Henry Parkin y Arthur H. Church, dos descubridores en auge, que les han dado los nombres de nitroso-fenilina y nitroso-naftilina. Se han ensayado en seda y no destien.

Toro de raza Kankrej, variedad de labor del ganado ceb del interior de la India, 1958.SC

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4 INVESTIGACION Y CIENCIA, junio, 2008


Nanotubos sin toxicidadLas nanopartculas podran en-cargarse de tareas biomdicas muy prometedoras, como el tras-lado de frmacos hasta clulas enfermas o la deteccin de ano-malas genticas [vase Nano-tcnica en medicina, en INVES-TIGACIN Y CIENCIA; noviembre de 2001]. Pero existe el temor de que esos diminutos tiles pudie-ran envenenar nuestro organis-

mo. Un equipo de la Universidad de

Stanford ha realizado un ex-

perimento que pudiera aliviar tales recelos. Inyectaron en ra-tones unos 20 microgramos de nanotubos de carbono monoca-pa; los roedores no mostraron indicios de efectos negativos ni de acumulaciones mortales de

nanotubos en sus rganos. De hecho, al cabo de tres meses, los ratones expulsaron los tbulos por va fecal y urinaria. Los ha-llazgos se publicaron en el n-mero de 5 de febrero de Procee-dings of the National Academy of Sciences USA.

En busca de nueva vidaLa construccin de organismos artificiales constituye una meta esencial de la biologa sinttica, pues tales criaturas se crearan a la medida para realizar un gran nmero de funciones tiles. Cientficos del Instituto J. Craig Venter, de Rockville, en Maryland, comunicaron en enero que ha-ban construido los 582.970 pa-res de bases que constituyen el genoma de la bacteria Mycoplas-ma genitalium. Slo les falta ahora insertar en una clula el genoma manufacturado y ver si sta cobra vida; la perspectiva es que lo logren en el plazo de un ao, dado su xito anterior con el intercambio de genomas entre bacterias. Para demostrar que el genoma es artificial, aa-dieron marcas (secuencias inser-

tadas o sustituidas) a ciertos aminocidos, cuyas iniciales de-letrean los nombres del instituto y de los investigadores.

As te mata el trabajoUn estudio epidemiolgico efec-tuado hace unos 35 aos con 18.000 funcionarios britnicos, todos varones, hizo ver que los empleados de menor rango pre-sentaban las mayores tasas de fallecimiento prematuro. Los re-sultados de la investigacin, a la que se denomin Estudio Whi-tehall, constituyeron una sorpre-sa, porque result que la respon-sabilidad inherente al cargo, el volumen de trabajo del puesto,

apenas tenan relacin con el nivel de estrs. S la tena, en cambio, el grado de control so-bre el trabajo.

Una segunda parte, el Estudio Whitehall II, iniciado en los aos ochenta del siglo pasado, ha revelado nuevos detalles de los mecanismos que subyacen bajo los vnculos, ahora firmemente establecidos, entre el control limitado de las tareas, el estrs y las enfermedades cardiovascu-lares. Han encontrado que nada menos que la tercera parte del riesgo cardaco de un individuo se debe a conductas insanas que entraan estrs (malnutricin, tabaquismo y sedentarismo) y a trastornos relacionados con el estilo de vida (hipertensin e hiperglucemia). Las otras dos terceras partes eran atribuibles al desgaste biolgico que com-porta vivir en constante situa-cin de lucha o huda.

Los trabajadores con mayor ndice de estrs presentaban va-lores mnimos en las tasas de variabilidad del ritmo cardaco, una medida de los ritmos car-dacos controlados por el siste-ma nervioso autnomo. La ex-posicin crnica a hormonas de estrs debilita la capacidad del corazn para responder a de-mandas variables; una baja va-riabilidad del ritmo cardaco se asocia con un mayor riesgo de ataque cardaco y una menor tasa de supervivencia posterior. Los hallazgos se publicaron en el European Heart Journal.

Christine Soares LAGU

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P U E S TA A L D I AQu ha sido de ...?

Recopilacin de Philip Yam

Luz verde elicaEs posible que EE.UU. logre por fin su primer parque elico marino. El proyec-to Cape Wind, que emplazar 130 aerogeneradores de 3,6 Mw a unos 8 kil-metros de la costa de Cape Cod, en Massachusetts, ha tenido que afrontar aos de oposicin poltica y de grupos ecologistas. Por fin, tras recibir el certificado de sistema ambientalmente limpio por la agencia de gestin de minerales del Departamento del Interior, ha logrado salvar su principal obstculo. La agencia ha llegado a la conclusin de que el parque tendr escasos efectos sobre la poblacin de aves migratorias, la actividad martima local y las vistas al mar de los poderosos. (No obstante, s podra afectar ligeramente la cele-bracin de regatas.) De no surgir obstculos administrativos imprevistos, las turbinas estarn girando en 2011.

Tal vez algn da se alcen frente a las costas de Massachusettsparques elicos marinos como el de la foto, que opera en la costa sudoriental de Kent, Inglaterra.


APUNTES

Los nuevos lenguajes se desgajan de los antiguos con un estallido ini-cial de modificaciones del vocabula-rio, antes de serenarse e ir cambiando gradualmente con el tiempo, segn afirma un grupo de investigadores bri-tnicos. Este grupo se centr en tres grandes familias lingsticas: bant (suahili y zul, por ejemplo), indoeu-ropea y austronesia (tagalo, lengua seediq). Entre un 10 y un 33 por ciento de la divergencia entre los lenguajes provena de cambios clave en el voca-bulario en el momento de la divisin de los lenguajes.

Este abrupto proceso ocurre cuan-do un grupo social intenta forjar una identidad separada, segn los inves-tigadores, que citan como ejemplos la aparicin repentina del ingls ameri-cano cuando Noah Webster public su diccionario en 1828 y, ms recien-temente, el desarrollo del ingls afro-americano.

Nikhil Swaminathan

GEOLOGIA

Dilogo en marcha

BIOLOGIA

La doble hlice se empareja

Rasgos anatmicos que tardaron miles de aos en evolucionar pueden revertir en una sola generacin. En concreto, las re-laciones sexuales entre peces caverncolas ciegos, orquestadas de modo conveniente, pueden engendrar progenie con visin. La forma albina, ciega y caverncola de tetra mexicano (Astyanax mexicanus) evolucion a partir de ancestros que moraban cerca de la superficie, pero su visin se fue esfumando cuando tuvieron que descender hacia aguas profundas, de oscuridad completa, hace aproximada-mente un milln de aos. Estos peces caverncolas, que medran en cuevas de agua dulce del noreste de Mxico, pueden alcanzar una longitud de unos 12 centmetros; la piel, al crecer, les recubre los ojos, carentes ahora de utilidad.

Se ha descubierto que la prdida de la vista de los peces caver-ncolas evolucion al menos tres veces, de forma independiente; en cada caso, la ceguera fue resultado de mutaciones en ms de un si-tio gnico. Algunas, cuando menos, de las mutaciones responsables de la prdida de visin fueron diferentes entre las 29 poblaciones de peces caverncolas cuya existencia se conoce. Esta diversidad en las mutaciones sugera que la crianza conjunta de diferentes linajes de peces caverncolas podra producir descendencia con visin, pues las deficiencias genticas de un grupo podran quedar compensadas por genes operativos de otro.

Richard Borowsky, bilogo evolucionista de la Universidad de Nueva York, observ que en las progenies hbridas correspondien-

tes a poblaciones de di-ferentes cuevas existan en todos los casos algu-nos individuos, dotados de ojos menores que lo normal aunque funcio-nales, capaces de se-guir con la mirada una serie de franjas mviles. Cuanto ms separadas se encontrasen las cue-vas donde moraban los padres ciegos, mayor era la probabilidad de que su progenie tuviera vista.

Este patrn viene a respal-dar la idea de que los linajes se-parados por grandes distancias estn ms lejanamente emparentados y tie-nen, por consiguiente, una menor superposicin de genes responsa-bles de su ceguera. La identificacin de las mutaciones especficas subyacentes a la prdida de visin de los peces podra ayudar a entender mejor el desarrollo del ojo humano y su ceguera.

Charles Q. Choi

EVOLUCION

Sexo que abre ojos

Persianas bajadas: Lo que queda de los ojos de un pez caverncola ciego est recubierto de piel. Lo vemos aqu al lado de dos parien-tes con visin.

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Sin ninguna otra molcula que las gue, las hlices dobles de ADN con secuen-cias idnticas pueden reconocerse una a otra a distancia, e incluso acercarse mutuamen-te. Que las bases de ADN se atraen, no es ninguna sorpresa, porque los pares de bases son complementarias: la adenina se enlaza con la timina, la citosina con la guanina. Sin embargo, cuando forman una doble hlice, estas bases estn ocultas, escondidas detrs de cadenas con alta carga elctrica de az-cares y fosfatos.

A pesar de ello, un grupo del Colegio Im-perial de Londres y del Instituto Nacional Estadounidense de Salud Infantil y Desarro-llo Humano ha descubierto que las dobles cadenas de ADN con las mismas secuencias tenan el doble de posibilidades de encon-trarse que el ADN con secuencias diferentes en distancias de hasta tres nanmetros (una doble cadena de ADN tiene unos dos nan-metros de anchura).

Los investigadores piensan que las bases de cada ADN podran hacer que una doble hlice gire en una direccin o en la otra. Aunque cada grupo cargado elctricamente de azcares y fosfatos dentro del ADN re-

pele a los presentes en otras dobles hlices de ADN, las molculas idnticas describen curvas similares. Por lo tanto, las partes superiores e inferiores de hlices idnticas se ajustan mutuamente mejor que con las de otras hlices de ADN, haciendo que sea ms fcil que lo semejante se agrupe con lo semejante.

Esta atraccin podra ayudar a que los fragmentos de genes se alineasen adecua-damente antes de mezclarse, colaborando as con la reordenacin del ADN que se produce durante la reproduccin. Tambin podra evitar algunos de los errores gen-ticos que subyacen bajo el cncer y el en-vejecimiento.

Charles Q. Choi


ASTRONOMIA

Mercurio a la vista

La superficie llena de cicatrices de Mercu- rio tiene de lejos cierta semejanza con la de la Luna. De cerca no se parecen en absoluto. La sonda espacial Messenger, de la NASA, transmiti estas y otras im-genes durante su primer sobrevuelo del calcinado planeta el 14 de enero. No haban observado tantos detalles desde que la sonda Mariner 10 pas rauda junto al pla-neta hace 33 aos. Gra-cias a mejores aparatos y ngulos de iluminacin diferentes, Messenger ha conseguido informacin nueva.

Equipada con once fil-tros de colores, Messen-ger puede ver ms all de lo que podra captarse a simple vista. En la fo-tografa de colores fic-ticios creada a partir de tres imgenes con filtros de color distintos que se muestra aqu (arriba), los crteres jvenes, cuya edad no supera los 500 millones de aos, aparecen teidos de un leve tono azulado.

La sonda ha encontrado numerosas es-carpaduras o fallas que se extienden a lo largo de cientos de kilmetros. Una de ellas sigue verticalmente el borde derecho de la imagen de abajo, que cubre una ex-

tensin horizontal de unos 200 kilmetros. Las escarpaduras se formaron, probable-mente, cuando se enfri el interior de Mer-curio, el planeta se encogi y su superficie se agriet.

La sonda Messenger estableci tambin que la gigantesca depresin geogrfica Caloris, uno de los mayores crteres del sistema solar creados por un impacto, tiene una amplitud de 1500 kil-metros, casi un tercio del dimetro del planeta, 200 kilmetros ms de lo que se crea. Dentro de la de-presin, e invisible para la sonda Mariner 10, se encuentra una estructura a la que denominan la araa, compuesta por fosas radiales que mar-can, probablemente, las zonas en las que el suelo de la depresin se quebr tras su formacin.

La sonda volver a vi-sitar Mercurio el prximo mes de octubre y una vez

ms en septiembre del ao 2009, antes de entrar en rbita alrededor del planeta en marzo de 2011. Seguir tomando fotogra-fas, cartografiando mediante tcnicas lser la topografa y midiendo la magnetosfera del planeta.

Philip Yam

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PERCEPCION

Ojo con las ilusiones

Las imgenes ambiguas parecen cambiar intermitentemente entre dos alternativas, como si el cerebro no pudiera decidirse sobre su percepcin. El cubo de Necker unas veces parece estar metindose en la pgina y otras salirse de ella. En un experimento con seis voluntarios y distintos tipos de estmulos ambiguos, tanto visuales como sonoros, Christof Koch y sus colaboradores, del Instituto de Tecnologa de California, encontraron que las pupilas se dilataban ms o menos en el momento en el que cambiaba la percepcin. La amplitud de la dilatacin momentnea, que poda llegar a ser de un milmetro (mientras que las pupilas slo miden unos dos milmetros bajo una luz brillante), guardaba relacin con el tiempo que duraba dicha percepcin en particular. Debido a que la noradrenalina, un neurotransmisor, controla las pupilas, este compuesto podra intervenir en la toma de decisiones rpidas e inconscientes.

Philip Yam

A ms sueo,menos kilos La falta de sueo contribuye a un mayor riesgo de obesidad, avala la investiga-cin reciente. Al abordar la obesidad infantil, un grupo de la Universidad Johns Hopkins llev a cabo un metaanlisis de 11 estudios que estudiaban la duracin del sueo de los nios y su masa corporal. Confirmaron que no dormir lo suficiente perturbaba los niveles hormonales, con el consiguiente in-cremento excesivo de peso.

Tiempo mnimo de sueorecomendado para nios:

Con menos de 5 aos: 11 horas

Entre 5-10 aos: 10 horas

Con ms de 10 aos: 9 horas

Aumento de la probabilidadde sobrepeso si, con respectoal nmero mnimo de horas de sueo recomendadas, al nio le falta:

1 hora: 43 por ciento

1-2 horas: 60 por ciento

Ms de 2 horas: 92 por ciento

FUENTE: Obesity, febrero de 2008

DENTRO Y FUERA: El tamao de la pupila est relacionado con los cambios de percep-cin que se producen al mirar imgenes ambiguas, como este cubo de Necker.

DATOS


Acido que cae del cieloMarte podra haber necesitado de la lluvia cida para mantenerse hmedo

C I E N C I A Y S O C I E D A D

En Marte siguen encontrndose seales de humedad: valles profun-damente horadados por antiguos ros, vastos deltas y restos muy extendidos de la evaporacin de mares han convenci-do a muchos expertos de que grandes zonas del Planeta Rojo podran haber estado cubiertas por agua lquida duran-te mil millones de aos o ms. Sin em-bargo, la mayora de los intentos de ex-plicar cmo se pudieron dar unas condiciones tan clementes en el clima de Marte han fracasado. El planeta, hoy fro y reseco, necesit una potente at-msfera de efecto invernadero para te-ner humedad en el pasado. Probable-mente estaba envuelto por una espesa capa de dixido de carbono, proceden-te de los volcanes, que atrapaba el ca-lor, pero los modelos climticos han in-dicado repetidamente que el CO2, por s solo, no habra podido mantener la super cie por encima de la temperatu-ra de congelacin.

En la actualidad, inspirados por el sorprendente descubrimiento de que los minerales sulfurosos abundan en el sue-lo de Marte, los cient cos comienzan a sospechar que el CO2 tuvo un socio en el calentamiento: el dixido de azu-fre (SO2).

Al igual que el CO2, el SO2 es un gas emitido habitualmente en las erupciones volcnicas, frecuentes en un Marte juve-nil. Una centsima parte o incluso una

milsima parte de un punto porcentual de SO2 en la atmsfera primitiva de Mar-te podra haber proporcionado el refuer-zo adicional de calentamiento por efec-to invernadero que necesitaba el Planeta Rojo para mantener su humedad, expli-ca el geoqumico Daniel P. Schrag, de la Universidad de Harvard.

Puede parecer muy poca cantidad, pero, para muchos gases, incluso una concentracin minscula resulta difcil de mantener. En nuestro propio plane-ta, el SO2 no proporciona un calenta-miento signi cativo a largo plazo por-que se combina de manera casi instantnea con el oxgeno de la atms-fera para formar sulfatos, un tipo de sal. La atmsfera primitiva de Marte debi de carecer de oxgeno, por cuya razn el SO2 perduraba mucho ms tiempo.

Sin oxgeno, la atmsfera se compor-ta de manera muy diferente, seala Schrag, para quien esa diferencia impli-ca tambin que el SO2 habra desem-peado un papel esencial en el ciclo del agua de Marte. Se resolvera as otro enigma climtico: la ausencia de ciertas rocas.

El equipo de Schrag de ende que, en el Marte primitivo, una gran parte del SO2 se combinaba con pequeas gotas de agua en suspensin en el aire y caa como lluvia cida sulfurosa, en lugar de transformarse en una sal, como en la Tierra. La acidez resultante inhiba la for-macin de espesas capas de piedra cali-za y otras rocas carbonatadas.

Se crea que Marte debi de abun-dar en rocas carbonatadas, porque su formacin es una consecuencia esencial de la atmsfera hmeda y rica en CO2 de la Tierra. A lo largo de millones de aos, este proceso de formacin geol-gica absorbi una parte del dixido de carbono emitido por los volcanes del tamao su ciente para limitar la con-centracin del gas en la atmsfera. Una presencia menor de esta etapa de ja-cin del CO2 en el Marte primitivo ha-bra hecho que se acumulara ms gas en la atmsfera, otra manera en la que el SO2 podra haber favorecido el ca-lentamiento por efecto invernadero, su-giere Schrag.

Algunos cient cos dudan que el SO2 pudiera ejercer los efectos climticos des-critos. Incluso en una atmsfera sin ox-geno, el SO2 sigue siendo muy frgil; las radiaciones ultravioleta del sol fragmen-tan muy fcilmente las molculas de SO2, seala James F. Kasting, de la Universi-dad estatal de Pennsylvania y especialis-ta en atmsfera. Segn los modelos com-putarizados del clima primitivo de la Tierra, que se compara a menudo con el clima primitivo de Marte, tamaa des-truccin fotoqumica estableci un lmi-te de una milsima de punto porcentual para las concentraciones de SO2, es de-cir, la misma cantidad que da Schrag y sus colegas. Kasting admite que, si bien su hiptesis podra ser vlida, habra que elaborar modelos detallados para conven-cer a los escpticos, incluido l mismo, de que resulta posible en la prctica.

Schrag admite que los detalles no es-tn claros, pero cita estimaciones reali-zadas por otros investigadores, segn las cuales los volcanes primitivos de Marte podran haber expulsado tanto SO2 como para compensar su destruccin fotoqu-mica. Otros hallazgos indican tambin

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Mineral de azufre (blanco), que slo se forma en el agua, sacado a la luz en Marte por un robot todoterreno.

EN BUSCA DE SULFITOS

Si el dixido de azufre calent las pri-meras etapas de Marte, como sugiere una nueva hiptesis, tuvieron que formarse sulfitos en el agua estancadade la superficie. Hasta ahora, no se han encontrado, quiz porque nadie los buscaba. El prximo robot marcia-no, el Laboratorio Cientfico de Marte, estar bien equipado para esa bs-queda. Ser el primero que disponga de un difractmetro de rayos X, capaz de barrer e identificar la estructura cristalina de cualquier mineral con el que se encuentre. El lanzamiento est programado para el ao 2009.


OBS

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que una espesa atmsfera de CO2 habra dispersado e cazmente las longitudes de onda ms destructivas de la radiacin ul-travioleta; se tratara de otro ejemplo de una aparente colaboracin, mutuamen-te bene ciosa, entre el CO2 y el SO2 en las primeras etapas de Marte.

Kasting a rma que una realimenta-cin en el clima sulfuroso no podra ha-

ber hecho que el Marte primitivo fuera tan clido como la Tierra, pero acepta la posibilidad de que las concentracio-nes de SO2 quiz persistieran en un ni-vel que mantuviese el planeta parcial-mente descongelado, quizs incluso con lluvias su cientes como para formar va-lles uviales.

Schrag no entra en este punto. Nues-tra hiptesis no depende en absoluto de si exista un gran ocano, algunos lagos o slo unos charcos, a rma. Decir que hubo un clima templado no signi ca que fuera como el del Amazonas, sino como el de Islandia, es decir, lo su ciente para crear esos valles uviales.

Sarah Simpson

Sin rayos de VirgoPor qu no nos llegan rayos csmicos de energa excepcional procedentes del cmulo de Virgo?

Para las partculas que se mueven ms all de cierta velocidad, prxima a la de la luz, la te-nue neblina de radiacin de microondas que inunda el espacio parece un denso mar. Al atravesar durante algunos cientos de millo-nes de aos luz ese mar, una partcula debera ir mo-derando su velocidad.

De ah que, los astrnomos lle-ven mucho tiempo preguntndose por qu llegan a golpear la Tierra rayos cs-micos de energa excepcional. Si son ca-paces de atravesar el espacio sin perder velocidad, debe haber algn error en las ideas acerca de esas partculas, quizs en la misma teora de la relatividad especial de Einstein.

El otoo pasado, sin embargo, el ma-yor conjunto de detectores de rayos cs-micos del mundo, el Observatorio Pierre Auger, en Argentina, estableca una correspondencia entre las direcciones de los rayos csmicos de energa excepcio-nal que alcanzan la Tierra y algunas ga-laxias cercanas. Dicha correspondencia sera muy improbable si las partculas procediesen de fuentes ms distantes y atravesasen sin obstculos el universo. Einstein ha esquivado, una vez ms, el disparo contra su teora.

Por qu lanzan partculas ultrarrpi-das estas galaxias? Ah ha surgido un nue-vo misterio. En el congreso de enero de la Sociedad Astronmica de Estados Uni-dos, Vasiliki Pavlidou, de la Universidad de Chicago, miembro del equipo del Auger, explic que el observatorio no ha observado ni un solo rayo csmico de energa excepcional procedente de la di-reccin del cmulo de galaxias de Vir-

go, una aglomeracin de un millar lar-go de grandes galaxias, a una distancia de unos 60 millones de aos luz. Todo lo que quiera imaginarse, lo tiene Vir-go: agujeros negros, estrellas que colap-san o materia oscura. Cualesquiera que puedan ser las posibles fuentes de los ra-yos csmicos de energa excepcional, dice Pavlidou, no hay duda de que Virgo con-tar con ellas.

Que no procedan esos rayos de Vir-go podra ser una simple coincidencia estadstica; los datos de un ao ms de observaciones podran llevar a otra con-clusin. Paul Sommers, de la Universi-dad estatal de Pennsylvania, tambin del equipo del Auger, recomienda pa-ciencia. Los rayos csmicos son tan poco frecuentes y el nmero de posi-bles alineaciones con galaxias tan enor-me, que el equipo no se atreve a po-ner nmeros al significado estadstico de tal ausencia. Pavlidou cree, empero, que la ausencia de rayos de Virgo em-pieza a resultar turbadora.

Muchos interpretan esa falta como una importante pista sobre la naturale-za de las fuentes de gran potencia. Los agujeros negros supermasivos han sido, durante mucho tiempo, uno de los prin-

cipales sospechosos. Estos fenmenos monstruosos atraen remolinos de mate-ria a su alrededor. Mientras los devoran, despiden chorros de gas ultrarrpidos que impulsan las partculas a altsimas velo-cidades. Se cree que la mayora de las galaxias cuyos rayos de energa excepcio-nal son detectados por el observatorio Auger tienen agujeros negros activos. Uno de los primeros en enunciar esta hiptesis, Peter Biermann, del Instituto Max Planck de Radioastronoma de Bonn, atribuye la ausencia de rayos pro-cedentes de Virgo a fuertes campos mag-nticos en los alrededores de nuestra pro-pia galaxia. Estos campos desviaran las partculas cargadas y podran haber he-cho que las partculas procedentes de Virgo fueran atribuidas errneamente a alguna otra fuente. La magnitud de tal desviacin podra indicar que los rayos excepcionales no son protones, sino n-cleos atmicos con mucha carga elctri-ca, segn Susumu Inoue, del Observa-torio Astronmico Nacional de Japn.

Glennys Farrar, de la Universidad de Nueva York, y sus colaboradores sealan que los agujeros supermasivos de Virgo suelen tener discos de tamao reducido. Pocos de ellos generan la potencia nece-saria para lanzar rayos csmicos de ener-

Desaparecidos: La carta celeste muestra que los rayos csmicos de ms alta

energa (crculos negros) de-tectados por el Observatorio

Auger tienden a alinearse con galaxias situadas a me-nos de 250 millones de aos luz de distancia (asteriscos

rojos). Curiosamente, el cmulo de Virgo no da seales

de emitirlos.

120 1200

30

30

El cmulo de Virgo

Plano de la Va Lctea

Centrode la Va Lctea

Mxima sensibilidad

del Auger

la V

Mxim

l cmulo

dde


ga excepcional. Puede que Virgo sea un impresionante cmulo de galaxias, pero no tiene nada de especial en lo referen-te a agujeros negros supermasivos.

Tambin por otras razones podra Vir-go ser un generador inesperadamente dbil de radiacin de energa altsima. Pavlidou a rma que la densa aglomera-cin de galaxias podra suprimir diver-sas fuentes concebibles. Por ejemplo, las interacciones entre galaxias quizs eli-minen el gas, di culten la formacin de estrellas y reduzcan el nmero de estre-llas que estallan. Los campos magnti-

cos de Virgo podran tambin atrapar las partculas que intenten escapar del cmulo.

Se espera corroborar la ausencia de rayos csmicos de energa excepcional procedentes de Virgo con los observato-rios del hemisferio norte, que tienen una mejor vista del cmulo. La Batera de Telescopios comenz a funcionar en ene-ro, en el oeste de Utah, y existen planes de construir un Auger Norte en Colo-rado. Sin embargo, el eslabn ms dbil del conocimiento astronmico no es tan-to la deteccin de los rayos csmicos

cuanto la investigacin telescpica ordi-naria de las posibles fuentes.

George Musser

Fines estticos y necesidades terapu- ticas han impulsado el desarrollo de materiales sintticos, y naturales tra-tados, susceptibles de reemplazar, o in-cluso aumentar, la funcin de tejidos y rganos humanos. No es una ccin. Pronto podramos contar con algo as como un catlogo de piezas de repues-to para suplir aquellos elementos de nuestro cuerpo que no desempeen bien su tarea o cuyas caractersticas no nos satisfagan.

Es lo que se ha llegado a llamar la revolucin binica. Algunos lo ven como un no conformarse con la suerte o la gentica, incluso una bsqueda de la perfeccin entendida segn unos c-nones dados. Pero esta revolucin con-lleva tambin un recuperar la suerte per-dida o la gentica malograda. Por ejemplo, cabra superar situaciones fsi-cas, y sus consecuencias psquicas, aso-ciadas a la prdida de alguna facultad por causas accidentales o enfermedades degenerativas.

En razn de la aplicacin que vayan a tener, los materiales para fabricar cada pieza pueden ser elegidos por su resis-tencia y propiedades mecnicas, por su biocompatibilidad o por sus propieda-des de reabsorcin orgnica. Podemos encontrar cermicas bioinertes (xido de circonio, xido de aluminio) en las ca-bezas de prtesis, cermicas bioactivas y biodegradables (hidroxiapatito, fosfato tri-clcico) en recubrimientos, polmeros ar-ti ciales y materiales polimricos de ori-gen natural (quitina, celulosa, colgeno)

LOS OBJETOS MAS VELOCES

Los rayos csmicos de energa excep-cional son los objetos materiales ms rpidos que se conocen. Si la luz tarda 300 millones de aos en llegar hasta nosotros desde una galaxia lejana, estas partculas tardan 300 millones de aos ms un microsegundo.

Aleaciones de titanioSuper cies modi cadas para obtener propiedades elsticas que aumenten su biocompatibilidad

en suturas, tubos, implantes estticos, vlvulas cardiacas, piel arti cial, etcte-ra, mientras que en sustituciones seas se emplean determinados metales y alea-ciones debido a sus buenas prestaciones mecnicas de resistencia y su baja reac-tividad qumica frente a los uidos or-gnicos.

En nuestra mujer binica (vase la gura 1) se ven ejemplos de piezas sus-tituidas o reforzadas con biomateriales metlicos que pueden soportar mucha carga y realizar grandes esfuerzos mec-nicos o complicados movimientos, a ve-ces incluso varios movimientos combi-nados.

Encontramos desde las piezas denta-les ms re nadas clavos y tornillos de acero inoxidable para reparar cualquier hueso roto o placas de titanio para re-parar fracturas difciles y daos causados por accidentes en el crneo o en dedos hasta la prtesis de cadera la ms co-mn de las articulaciones arti ciales que incluyen un rodamiento, u otras ms complicadas para restaurar tobillos o de-dos completos, pasando por codos y rodillas arti ciales que permiten giro y exin.

Sin embargo, el uso de metales en contacto con tejidos corporales siempre conlleva el peligro de la corrosin y, con ello, en muchas ocasiones, el rechazo cl-nico. Para solventar este problema, se tiende hoy a modi car el material me-tlico de suerte que haya en su super -cie, la regin de contacto con el medio biolgico, algn tipo de recubrimiento

1. Mujer bini-ca en la que se incluyen algunas piezas, funda-mentalmente seas, sustituidas o reforzadas con biomateriales metlicos. ILU

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biocompatible y protector, bioinerte o bioactivo.

Un satisfactorio comportamiento ante la corrosin hace que el titanio y sus alea-ciones de aluminio y vanadio (en con-creto, Ti-6Al-4V) se vengan usando en implantes mdicos. Estos metales desarro-llan una capa protectora de slo unos na-nmetros de espesor con estar expuestos a una atmsfera rica en oxgeno, lo que les proporciona una buena biocompati-bilidad en entornos biolgicos agresivos. Sin embargo, en implantes seos para ar-ticulaciones, el desgaste y la corrosin dan lugar a una liberacin de iones de vanadio que pueden ser perjudiciales para el organismo, debido a la toxicidad de este elemento. Por esta razn, cada vez es mayor el inters por desarrollar alea-ciones de Ti alternativas que estn exen-tas de V.

Dentro de esta va alternativa, hemos centrado nuestro inters en diferentes aleaciones de Ti con niobio, aluminio y zirconio (Ti-7Nb-6Al, Ti-13Nb-13Zr y Ti-15Zr-4Nb) cuyo comportamiento, ante la corrosin y el desgaste, se haba mejorado aumentando el espesor de la capa inerte mediante un tratamiento de oxidacin trmica en aire a 750 oC. En este caso nos proponemos evaluar una caracterstica mecnica espec ca de los materiales en cuestin, el mdulo de Young super cial, o relacin entre la

fuerza aplicada por unidad de rea y la deformacin, para comprobar la adecua-cin de su uso en implantes seos.

En la gura 2 mostramos un esque-ma del mtodo empleado, basado en el microscopio de fuerzas de barrido (Scan-ning Force Microscope, SFM). Una pun-ta a lada sujeta a un eje, cuya posicin se controla con extrema precisin, re-corre la super cie de un material y per-mite no slo obtener su relieve, sino tam-bin determinar su mdulo de Young (E). Si la muestra es completamente dura, la punta no penetra y todo el mo-vimiento (Z) del eje repercute en una de exin (d) del mismo. Por el contra-rio, si la super cie se deforma elstica-mente bajo la presin de la punta, la desviacin () de un haz re ejado en el eje permitir establecer cul ha sido la penetracin de la punta, esto es, calcu-lar la deformacin o indentacin () y con ello, aplicando la teora de la elas-ticidad, estimar E. Utilizando ejes con diferentes durezas (k), la punta puede penetrar ms o menos en el material y se obtiene as E en funcin de la pro-fundidad.

En la gura 3 se presentan datos ob-tenidos con ejes de dos constantes (bajo k y alto k) para la aleacin Ti-15Zr-4Nb sometida a diferentes tiempos de trata-miento trmico. La comparacin con valores tpicos del mdulo de Young del

hueso indica que las capas ms super-ficiales de los xidos, las que estarn en contacto, proporcionan las caracte-rsticas adecuadas para que la aleacin metlica pueda suplirlo en implantes biomdicos. Por otra parte, la morfo-loga de la capa protectora, obtenida por un mtodo fcil y econmico, la oxidacin en aire, presenta un incre-mento de la rugosidad superficial del material, con el consiguiente aumento de la adhesin de las clulas del tejido al implante.

Carmen Munuera y Carmen OcalInstituto de Ciencia de Materiales

de Barcelona (CSIC)

T. R. Matzelle y N. KruseDepartamento de Fsica Qumica

de Materiales,Universidad Libre de Bruselas

M. F. LpezInstituto de Ciencia de Materiales

de Madrid (CSIC)

A. GutirrezDepartamento de Fsica Aplicada,

Universidad Autnoma de Madrid

J. A. JimnezCentro Nacional de Investigaciones

Metalrgicas (CSIC)

INDE

NTA

CIO

N (

)

= 3 fesfera4 E R

FUERZA APLICADA (nN)

- INDENTACIONZ - MOVIMIENTO DE LA BASE DEL FLEJE

d - DEFLEXION

50

40

30

20

10

0

0 10 20 30 40 50 60

23

Z = d +

2. Obtencin del mdulo de Young (E) mediante microscopa de fuerzas de barrido: el valor de la deformacin elstica () sufrido por el material ante la presin de la punta del microscopio de fuerzas de barrido: es la diferencia entre el movimiento rgido (Z) de la base del eje y la de exin (d) del mismo.

100

T3-0

X: 50,0 m

Y: 50,0 m

T3

T3-6 T3-24

MODULO YOUNG DE:

Capas externas (bajo k)

Capas profundas (alto k)

Hueso (valores tpicos)

T3-1,5

Z: 1,7 m

80

60

40

20

0

E (g

igap

asca

les)

3. Mdulo de Young (arriba) para una aleacin Ti-15Zr-4Nb tras dife-rentes tiempos (0, 1,5, 6 y 24 horas) de oxidacin y diferentes durezas (k) de la sonda. Se compara con valores tpicos para el hueso. Abajo: morfologa de la capa de xido super cial desarrollada tras seis horas de tratamiento.


La contaminacin de los alimentos por micotoxinas supone un gran riesgo para la salud y entraa cuantio-sas prdidas econmicas para el sector agroalimentario. Las micotoxinas son metabolitos secundarios producidos por hongos; muestran toxicidad sobre todo por va oral. A concentraciones muy bajas presentan actividad y termorre-sistencia.

Las ocratoxinas corresponden a mi-cotoxinas sintetizadas por hongos de los gneros Aspergillus y Penicillium. La ocratoxina A (OTA) es la ms txica, por su capacidad nefrotxica, carcin-gena, teratgena e inmunosupresora. La Agencia Internacional para la Investiga-cin del Cncer (IARC) la incluye en el grupo 2b, entre los posibles carcinge-nos para el hombre. Los primeros casos de ocratoxicosis se asocian a brotes es-pontneos de nefropata porcina detec-tados a principios del siglo pasado en los pases nrdicos, aos antes del des-cubrimiento de la OTA y de sus espe-cies productoras.

Especies productoras de OTALa OTA se aisl en Sudfrica, en 1965, a partir de cultivos de Aspergillus ochra-ceus, de donde deriva su nombre. Po-cos aos despus se detect en cepas del gnero Penicillium. En la actualidad se conocen dos especies ocratoxgenas en este gnero: P. verrucosum y P. nor-dicum. Hasta hace poco se crea que la contaminacin de los alimentos por OTA se deba slo a Penicillium verru-cosum en pases de clima fro o templa-do y a A. ochraceus en pases de clima clido o tropical.

El gnero Aspergillus abarca una vein-tena de especies productoras de OTA. El efecto contaminante en alimentos se co-noce slo para algunas de ellas: A. ochra-

ceus y ciertas especies de la seccin Ni-gri, que incluye las especies de Aspergillus que presentan cabezas conidiales oscuras (aspergilos negros). En la seccin Nigri hallamos especies que revisten especial inters biotecnolgico. A. niger (cuya ac-tividad ocratoxgena se descubri en 1994 en nuestro laboratorio) se aplica a escala industrial como productora de ci-dos orgnicos y enzimas. Otras se utili-zan como fermentos naturales en la ela-boracin de alimentos y bebidas tradicionales en Oriente. Tambin per-tenece a la seccin Nigri la especie ocra-toxgena A. carbonarius.

OTA en uva y vinoSe han llevado a cabo numerosos estu-dios en diversos pases con el fin de-tectar la presencia de OTA en varieda-des de vino y zumo de uva. El porcentaje de muestras positivas, as como la cantidad de OTA detectada, suelen ser mayores en ciertos vinos tin-tos. Se atribuye esa diferencia al proce-so de elaboracin.

En la vini cacin, se dejan en con-tacto, durante unos das, el pellejo y el jugo de la uva para favorecer la extrac-cin de los pigmentos naturales. Se cree que en esa etapa se produce la conta-minacin por la toxina presente en la parte externa de la uva, donde se de-sarrollan los hongos que la sintetizan. Algunos vinos dulces presentan mayor concentracin de OTA que los tintos. Al realizarse una vendimia ms tarda (para obtener una uva ms dulce), los hongos ocratoxgenos se desarrollandurante ms tiempo en el sustrato y aumenta, por tanto, la produccin de micotoxina.

Nos propusimos determinar las es-pecies fngicas responsables de la pro-duccin de ocratoxina A en el vino. Los primeros resultados demostraron la intervencin de A. carbonarius. Pos-teriormente, en el marco del proyec-to internacional Wine ochra-risk, en el que participaron seis estados europeos (Espaa, Francia, Grecia, Ita-lia, Portugal y Reino Unido) e Israel, nos propusimos identificar las especies ocratoxgenas de la via y su diversi-dad. Para ello estudiamos la micobio-

ta de la uva en distintos perodos de maduracin.

La micobiota predominante en la uva de los viedos espaoles muestreados perteneca a los gneros Alternaria, Cla-dosporium y Aspergillus. De las especies aisladas no llegaban al 3 por ciento las que correspondan al gnero Penicillium. La abundancia inicial de Alternaria spp. y Cladosporium spp. decreci con la ma-duracin de la uva. En cambio aument la presencia de especies del gnero As-pergillus (aspergilos negros en un 90 por ciento). Aunque se hallaron en todas las fases de maduracin estudiadas, A. niger y A. carbonarius aparecieron, sobre todo, en la vendimia.

Capacidad ocratoxgenaLos estudios de laboratorio sobre pro-duccin de OTA en cepas de esas es-

Hongos txicos en las uvasLas uvas alojan algunas especies fngicas del gnero Aspergillus productoras de ocratoxina A

COOH OH

Cl

O

H

HH CH3

O

O

1. Ocratoxina A.

2. Conidiforo de Aspergillus carbonarius en la super cie de un grano de uva.


pecies corroboraron la destacada contri-bucin de A. carbonarius en la contaminacin por OTA en uva y, por tanto, en vino. No obedeca slo a la abundancia de esa especie en las uvas, sobre todo en la vendimia, sino tambin al elevado porcentaje de cepas ocratox-genas que incluye la especie (casi el 100 por ciento). Los conidios negros pro-porcionan a esos hongos proteccin fren-te a los efectos del sol y la luz ultravio-leta. Se trata, as cabe presumir, de especies ms competitivas que el resto de la micobiota de la uva, sobre todo en las condiciones de insolacin existen-tes en las ltimas fases de maduracin o sobremaduracin. Esas especies se con-sideran patgenos secundarios; suelen implantarse en la via cuando la pro-teccin tosanitaria es de ciente o las bayas presentan heridas.

El vino se considera la segunda fuen-te de OTA en la dieta europea. Los ce-reales, la primera. La micotoxina se de-tecta tambin en otros alimentos destinados al consumo humano y ani-mal: caf, cerveza, especias, cacao, algu-nos productos crnicos y piensos. La pre-

sencia de pequeas cantidades de OTA en muestras sanguneas de poblacin sana con rma la exposicin continuada a esa micotoxina. De ah que se aplique un estricto control sanitario a los productos alimentarios mencionados. La concen-tracin mxima de OTA permitida para el vino es de 2 microgramos por kilo-gramo.

Casi un decenio despus del descu-brimiento de la capacidad ocratoxgena de A. niger y A. carbonarius, se ha rela-cionado la presencia de estas especies fn-gicas con la contaminacin por OTA en uvas, uvas pasas y vino, alimentos stos de amplia distribucin.

F. Javier Cabaes, M.a Rosa Bragulaty M.a Lourdes Abarca

Grupo de Micologa Veterinaria.Depto. de Sanidad

y Anatoma de Animales.Universidad Autnoma de Barcelona

Santiago MnguezInstituto Cataln de la Via y el Vino

(INCAVI). Villafranca del Peneds (Barcelona)

3. Colonias de A. carbonarius y A. niger en uvas inoculadas sobre un medio de cultivo.


L a posibilidad de hallar vida extraterrestre ya no pertenece slo al mbito de la fantasa cient ca o de los cazadores de ovnis. En lugar de esperar a que vengan los aliengenas, somos nosotros quienes los estamos buscando. Puede que no descubramos civiliza-ciones tcnicamente avanzadas, pero podemos rastrear bioseales, seales fsicas y qumicas de procesos biolgicos fundamentales. Allende el sistema solar, los astrnomos han descubierto ms de 200 mundos que orbitan alrededor de otras estrellas. Nos referimos a los planetas extrasolares. Aunque no sabemos toda-va si esos planetas albergan vida, descubrirlo es slo cuestin de tiempo. En julio de 2007, se con rm la presencia de vapor de agua en un planeta extrasolar, al observar el paso de la luz de las estrellas a travs de la atmsfera del planeta. En la actualidad, las agencias espaciales estn desarrollando telescopios para buscar, mediante la observacin de espectros lumnicos, signos de vida en planetas del tamao de la Tierra.

La fotosntesis, por ejemplo, producira bioseales conspicuas. Cul es la probabilidad de que opere la fotosntesis en otro planeta? Muy elevada. En la Tierra, el proceso resulta tan e caz, que constituye el fundamento de casi toda forma de vida. Aunque ciertos organismos viven gracias al calor y el metano que arrojan los humeros hidrotermales ocenicos, los ricos ecosistemas de la super cie del planeta dependen de la luz solar.

En otros mundos, los vegetales podran ser rojos, azules o negros

NANCY Y. KIANG

CONCEPTOS BASICOS

Q El color de la super cie de un planeta revela la presencia de seres vivos, pues indica si hay organis-mos que captan, mediante fotosntesis, la energa de la estrella nodriza.

Q La fotosntesis se adapta al espectro lumnico que llega a los organismos. Ese espectro resulta de la radiacin emitida por la estrella nodriza y del efecto de ltrado que ejercen la atmsfera del planeta y, en el caso de los seres acuticos, el agua lquida.

Q La fotosntesis se llevaraa cabo con luz de cual-quier color (desde el violeta intenso hasta el infrarrojo cercano). Alrededor de estrellas ms calientes y ms azules que nuestro Sol, las plantas tenderan a absorber la luz azul; las veramos de color verde, amarillo o rojo. En torno a estrellas ms fras, como las enanas rojas, los planetas recibiran menos luz visible; los vegetales trataran de absorber la mayor cantidad de luz posible, con lo que los veramos de color negro.

El color de las plantas extrat

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TIERRA ROJA, TIERRA VERDE, TIERRA AZUL: Las estrellas de tipo M (enanas rojas) son dbiles; por tanto, las plantas de un mundo similar a la Tierra que orbitara alrededor de ellas deberan ser negras para absorber la luz disponible (primer panel). Las estrellas de tipo M jvenes abrasan la super cie de los planetas con sus destellos ultravioleta; los organis-mos que all medraran deberan ser acuticos (segundo panel). Nuestro Sol es una estrella de tipo G (tercer panel). Alrededor de las estrellas de tipo F, las plantas recibiran demasiada luz, por lo que deberan re ejar una parte sustancial de la misma (cuarto panel).


errestres


Las bioseales fotosintticas seran de dos tipos: gases atmosfricos biognicos (oxgeno y su derivado el ozono, por ejemplo) y colo-res en la super cie que indicaran la presencia de pigmentos especializados (como la verde cloro la). La bsqueda de esos pigmentos tiene una larga historia. Hace un siglo, los astrnomos atribuan al crecimiento de vege-tacin el oscurecimiento estacional de Marte. Estudiaron el espectro de la luz re ejada por la super cie marciana en busca de signos de

LISA

APF

ELBA

CHER

CRONOLOGIA DE LA FOTOSINTESIS EN LA TIERRA

En la historia de la Tierra, la fotosntesis surgi pronto. La prontitud de su aparicin sugiere que no fue una casualidad y que podra surgir tambin en otros mundos. Conforme los organismos liberaban gases que cambiaban las condiciones de iluminacin de las que ellos mismos dependan, se vean obligados a desarrollar nuevos colores.

Primeras bacterias fotosintticas. Absorban luz del infrarrojo cercano en lugar de luz visible; producan azufre o compuestos sulfurados, no oxgeno. Sus pigmentos (probablemente bacteriocloro las) fueron los antecesores de la cloro la.

Algas verdes. Se desenvuelven mejor que las algas rojas o que las algas pardas en la intensa luz que llega a las aguas someras.Se las arreglansin necesidadde cobilinas.

Cianobacterias. Estas bacterias ubicuas fueron las primeras en producir oxgeno. Absorben luz visible mediante una mezcla de pigmentos: cobilinas, carotenoidesy varios tipos de cloro la.

Algas rojas y algas pardas. Poseen estructuras celulares ms complejas que las bacterianas. Al igual que las cianobacterias, contienen cobilinas, as como varios tipos de cloro la.

W Formacin de la Tierra4 Ga 3 Ga 2 Ga

3,4 Ga V4,6 Ga

Primer registro geolgico de oxgeno atmosfrico (2,42,3 Ga) W

2,7 Ga V

plantas verdes. H. G. Wells, en La guerra de los Mundos, imagin un escenario distinto: El reino vegetal de Marte, en vez de tener un color predominantemente verde, posee una intensa tonalidad rojo-sangre. Aunque ahora sabemos que no hay vegetacin en la super- cie del planeta rojo (el oscurecimiento se debe a tormentas de polvo), Wells intuy que los organismos fotosintticos de otro planeta podran no ser verdes.

De hecho, en la propia Tierra existe toda una variedad de organismos fotosintticos, adems de las plantas verdes. Algunas plantas terrestres (que crecen sobre el suelo) poseen hojas de color rojo; las algas submarinas y las bacterias fotosintticas presentan todos los colores del arco iris. Las bacterias prpuras ab-sorben la radiacin infrarroja del Sol, as como la luz visible. Cul ser la forma predominante en otro planeta? Cmo la reconoceremos? Las respuestas dependen de los pormenores de la adaptacin de la fotosntesis extraterrestre a la luz de una estrella nodriza distinta de nuestro Sol y ltrada a travs de una atmsfera cuya composicin quiz di era de la que prospera en la Tierra.

Captacin de luzAntes de indagar en la fotosntesis extraterres-tre, recordemos el modo en que opera este

proceso en nuestro planeta. El espectro ener-gtico de la luz solar en la super cie de

la Tierra presenta un pico en la regin azul-verde. Por qu las plantas re e-jan el color verde, desperdiciando la que parece ser la luz ms fcilmente disponible? La respuesta estriba en el fenmeno siguiente: la fotosntesis no depende de la cantidad total de energa lumnica, sino de la energa por fotn

y del nmero de fotones que componen dicha luz.

A pesar de que los fotones azules son ms energticos que los rojos, el Sol emite

Electrn liberado(lleva a cabo otrasreacciones) e-

Los pigmentos que captan la luz en los organismos fotosintticos absorben de preferencia los fotones de determinados colores y re ejan el resto. La energa del fotn se transmite a travs de una disposicin ordenada de molculas de pigmento hasta un centro de reaccin, que descompone el agua para obtener electrones energticos que participen en reacciones bioqumicas.

Luz re ejadaLuz solar

ABSORCION DE LOS RAYOS

Fotn

Fotn

Centrode reaccin

Molculas de pigmento

H2O

1 Ga = mil millones de aos


mayor cantidad de fotones rojos. Las plantas utilizan los fotones azules por su calidad y los rojos por su cantidad. Los fotones verdes, de longitud de onda intermedia, poseen menos energa y se encuentran en menor cantidad, de modo que las plantas se han adaptado para absorber menos fotones de este tipo.

El proceso fotosinttico bsico, que resulta en la jacin de un tomo de carbono (pro-cedente del dixido de carbono, CO2) en una molcula de azcar sencilla, requiere un mni-mo de ocho fotones. La rotura de un enlace oxgeno-hidrgeno del agua (H2O) requiere un fotn; la reaccin libera un electrn que se utiliza para las reacciones bioqumicas. La generacin de una molcula de oxgeno (O2) exige la rotura de cuatro enlaces de ese tipo. Cada uno de esos fotones va acompaado de al menos un fotn adicional, que interviene en un segundo tipo de reaccin que resulta en la formacin del azcar. Cada fotn debe poseer una cantidad de energa mnima para impulsar las reacciones.

El sistema que utilizan las plantas para cap-tar la luz solar es una maravilla de la naturaleza. Los pigmentos fotosintticos como la cloro la no operan en solitario. Forman un entramado que recuerda una batera de antenas; cada una est sintonizada para captar fotones de una longitud de onda determinada. La cloro la absorbe preferentemente la luz roja y la azul; los pigmentos carotenoides (responsables de los intensos rojos y amarillos de la hojarasca otoal) captan una tonalidad azul ligeramente distinta. Toda esa energa se canaliza hacia una molcula especial de cloro la que se aloja en un centro de reaccin, donde se descompone el agua y se libera el oxgeno.

Esa canalizacin constituye la clave para entender la seleccin cromtica de los pig-mentos. El complejo molecular del centro de reaccin emprende reacciones qumicas slo si recibe un fotn rojo o una cantidad de energa equivalente en otra forma. Para aprovechar los

fotones azules, los pigmentos antena operan de forma concertada para convertir la energa elevada (azul) en una energa menor (ms roja), como las series de transformadores que reducen los 100.000 volt del tendido elctrico a los 120 o 240 volt de un enchufe domstico. El proceso comienza cuando un fotn azul colisiona con un pigmento que absorbe luz azul y trans ere energa a uno de los electrones de la molcula. Cuando el electrn vuelve a su estado original, libera esa energa; sin embargo, dado que se pierde cierta energa en forma de calor, libera menos energa de la que absorbi.

La molcula de pigmento no libera su ener-ga en forma de otro fotn, sino a travs de una interaccin elctrica con otra molcula de pigmento capaz de absorber esa energa inferior. A su vez, ese pigmento libera una cantidad de energa menor todava y as sucesi-vamente hasta que la energa original del fotn azul se transforma en rojo. La disposicin ordenada de los pigmentos convierte tambin en rojo los colores cian, verde y amarillo. El centro de reaccin, receptor nal de la cascada, se adapta para absorber los fotones

LISA

APF

ELBA

CHER

(mol

cul

as)

Adems de los colores re ejados por las plantas, otros fenmenos constituiran seales de vida:

Oxgeno (O2) ms agua (H2O). Tambin en un mundo carente de vida, la luz de la estrella nodriza produce de forma natural una pequea cantidad de oxgeno mediante la descomposicin del vapor de agua que hay en la atmsfera. Pero el gas se agota con prontitud debido a la lluvia y a la oxidacin de las rocas y los gases volcnicos. Por tanto, si en un planeta con agua lquida abunda el oxgeno, debe haber alguna fuente de oxgeno adicional. La fotosntesis oxignica es la principal candidata.

Ozono (O3). En la estratosfera de la Tierra, la radiacin descompone el oxgeno molecular, que se recombina luego para formar ozono. Junto con el agua lquida, el ozono genera una bioseal intensa. Mientras el oxgeno se detecta a longitu-des de onda del visible, el ozono se detecta en el infrarrojo, lo que resulta ms sencillo con algunos telescopios.

Metano (CH4) ms oxgeno o ciclos estacionales. El oxgeno y el metano ofrecen una combinacin qumica inslita, difcil de obtener en ausencia de fotosntesis. Un ciclo estacional en el que las concentraciones de metano aumentan y disminuyen constituye otra bioseal. En un planeta muerto, las concentraciones de metano son casi constantes; disminuyen lenta-mente conforme la luz estelar descompone las molculas.

Cloruro de metilo (CH3Cl). En la Tierra, este gas procede de la combustin vegetal (incendios forestales) y de la accin de la luz solar sobre el plancton y el cloro del agua de mar. La oxidacin lo destruye. Pero la dbil radiacin de una estrella de tipo M permitira que la concentracin del gas aumentara hasta alcanzar niveles detectables.

Oxido nitroso (N2O). Cuando la materia vegetal se descompone, libera nitrgeno en forma de xido nitroso. Las fuentes abiticas de ese gas, como los rayos que se producen en una tormenta, son insigni cantes.

Bioseales

Primeras plantas de suelo. Los musgos y las hepticas descendieron de las algas verdes.Al carecer de una estructura vascular (tallos y races) para extraer agua del suelo, no crecan en altura.

Plantas vasculares.Son las plantas de jardn: helechos, hierbas, rboles y cactos. Desarrollan copas altas para facilitar la captacin de luz.

Presente W1 Ga

1,2 Ga V 0,475 Ga V0,75 Ga V V 0,423 Ga


disponibles menos energticos. En la super -cie de nuestro planeta, los fotones rojos son los ms abundantes y menos energticos del espectro visible.

Bajo el agua, los fotones rojos no son ne-cesariamente los ms abundantes. Los nichos lumnicos cambian con la profundidad, pues el agua ltra la luz; la ltran tambin las sus-tancias disueltas y la superposicin de los orga-nismos. El resultado es una ntida estrati -cacin de las formas de vida en funcin de las mezclas de pigmentos que contienen. Los organismos de las capas ms profundas poseen pigmentos adaptados para absorber los colores de la luz que han traspasado las capas supe-riores. Las algas y las cianobacterias poseen cobilinas, pigmentos que absorben fotones verdes y amarillos. Las bacterias que no pro-ducen oxgeno (anoxignicas) poseen bacte-riocloro las, que absorben luz del rojo lejano y del infrarrojo cercano, la parte del espectro que alcanza las profundidades tenebrosas.

Los organismos adaptados a la oscuridad tienden a crecer con parsimonia porque de-dican una fraccin mayor de sus recursos a

captar la escasa luz disponible. En la super cie del planeta, donde abunda la luz, la sntesis de pigmentos extra representara una desven-taja para las plantas; su uso de los colores es selectivo. Esos principios evolutivos operaran tambin en otros mundos.

Del mismo modo que los organismos acu-ticos se han adaptado a la luz ltrada por elagua, los terrestres se han adaptado a la luz ltrada por los gases atmosfricos. En la parte superior de la atmsfera, predominan los fotones amarillos (de longitud de onda comprendida entre 560 y 590 nanmetros). El nmero de fotones disminuye de forma gradual para las longitudes de onda largas y, de manera ms abrupta, para las longitudes de onda cortas. Conforme la luz del Sol atraviesa la parte superior de la atmsfera, el vapor de agua absorbe la luz infrarroja en varias regiones con longitud de onda por encima de los 700 nanmetros. El oxgeno da lugar a lneas de absorcin, estrechos intervalos de longitudes de onda que resultan bloqueados por el gas, a 687 y 761 nanmetros. El ozono (O3) de la estratosfera absorbe intensamente JE

N C

HRI

STIA

NSE

N

5 cm

60 cm

60 centmetrosde profundidad

5 cm

Pico (1004 nm)

Pico (1044 nm)

Pico (988 nm)

Pico (1045 nm)

6 1021

4 1021

2 1021

0

Den

sida

d de

uj

o de

foto

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(fot

ones

por

met

ro c

uadr

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Longitud de onda (nm)

500 1000 1500

Longitud de onda (nm)500 1000 1500

6 1021

4 1021

2 1021

0

6 1021

4 1021

2 1021

0InfrarrojoUV

BAJO EL AGUAEl agua tiende a transmitir la luz azul y a absorber la luz roja e infrarroja. Los gr cos correspondena profundidades de cincoy 60 centmetros. (El caso de la estrella de tipo M madura corresponde a una atmsfera hipxica.)

LUZ ESTELARCada estrella emite un espectro de luz caracterstico. La forma global viene determinada por la temperatura de la super cie; se detectan algunas depresiones debidas a la absorcin de la propia atmsfera.

Filtracin de la luz estelar

SUPERFICIELos gases atmosfricos absorben la luz estelar de forma desigual; desplazanel color del pico e introducen bandas de absorcin (longitudes de onda que se ltran). Ese tipo de bandas son caractersticas de la Tierra (caso de estrella detipo G).

El color de las plantas depende del espectro lumnico de la estrella nodriza y del paso de esta luz a travs del agua y el aire. El espectro se observa fcilmente. La ltracin se ha simulado de acuerdo con base a la probable composicin de la atmsfera y los efectos de la presencia de vida.

TIPO DE ESTRELLA: M (madura)MASA*: 0,2

LUMINOSIDAD*: 0,0044

DURACION: 500.000 millones de aos

ORBITA DE UN PLANETA SIMULA-DO: 0,07 unidades astronmicas

*Relativa al Sol

TIPO DE ESTRELLA: M (joven)MASA*: 0,5

LUMINOSIDAD*: 0,023

DURACION: 1000 millones de aos emitiendo destellos.200.000 millones de aos en total

ORBITA DE UN PLANETA SIMULADO: 0,16 unidades astronmicas

400 500 600 700Longitud de onda (nanmetros)

ABSORCION RELATIVA

Clorola b

Carotenoides

Ficoeritrina Ficocianina

Clorola a

Los pigmentos fotosintticos absorben distintos intervalos de longitudes de onda. En la Tierra, todas las plantas que crecen sobre el suelo dependen de las cloro las a y b, y de una mezcla de pigmentos carotenoides. Las algas y las cianobacterias utilizan otros pigmentos: las cobilinas.

Nancy Y. Kiang es biometeo-rloga en el Instituto Goddard para Estudios Espaciales de la NASA, en Nueva York. Centra su trabajo en las simulaciones informticas de las interacciones entre ecosistemas y la atmsfera que regulan el clima. Es miembro del Laboratorio Planetario Virtual, un equipo del Instituto de Astro-biologa de la NASA que investiga formas de deteccin de vida en otros mundos.

La autora


la radiacin ultravioleta (UV); con menor intensidad, absorbe tambin en toda la gama del espectro visible.

El sistema atmosfrico de ne, pues, venta-nas a travs de las cuales las radiaciones llegan hasta la super cie del planeta. La ventana de la radiacin visible est delimitada en su extremo azul por la cada en el nmero de fotones de longitudes de onda corta emitidos por el Sol y por la absorcin del UV por parte del ozono. El extremo rojo est delimitado por las lneas de absorcin del oxgeno. La ancha banda de absorcin del ozono a lo largo de la regin visible desplaza del amarillo al rojo (unos 685 nanmetros) el pico de abundancia fotnica.

Las plantas se han adaptado a ese espectro, determinado en gran medida por el oxgeno: lo que no empece que fueran las plantas las que pusieron, en un principio, el oxgeno en la at-msfera. Cuando aparecieron sobre la Tierra los primeros organismos fotosintticos, la atmsfe-ra careca de oxgeno, de modo que debieron utilizar pigmentos distintos de la cloro la. Andando el tiempo, conforme la fotosntesis

alter la composicin atmosfrica, la cloro la se convirti en el pigmento ptimo.

En el registro fsil, las pruebas sobre la fotosntesis se remontan hasta hace unos 3400 millones de aos (3,4 gigaaos o Ga); sin em-bargo, existen fsiles ms antiguos que mues-tran signos de una posible protofotosntesis. Los fotosintetizadores primitivos tuvieron que empezar bajo el agua, en parte porque el medio acuoso facilita las reacciones bioqumicas y en parte porque proporciona proteccin contra la radiacin solar UV (una proteccin que resultaba crucial en ausencia de una capa de ozono atmosfrica).

Esos primeros fotosintetizadores eran bac-terias subacuticas que absorban fotones in-frarrojos. En lugar del agua, en sus reacciones qumicas intervenan el hidrgeno, el sulfuro de hidrgeno o el hierro, de modo que no producan oxgeno gaseoso. En los ocanos, la fotosntesis productora de oxgeno (oxig-nica) por parte de las cianobacterias comenz hace 2,7 Ga. La concentracin de oxgeno y la capa de ozono aumentaron poco a poco, lo que facilit la aparicin de algas rojas y algas pardas. A medida que las aguas menos profundas quedaron a salvo de la radiacin UV, evolucionaron las algas verdes. Carecan de cobilinas y estaban mejor adaptadas a la brillante luz de las aguas someras. Por n, las plantas evolucionaron a partir de la algas ver-des que colonizaron el suelo: dos mil millones de aos despus de que el oxgeno empezara a acumularse en la atmsfera.

A partir de ah eclosion la complejidad de la vida vegetal: desde los musgos y las hepti-cas que viven a ras del suelo hasta las plantas vasculares con sus altas copas captadoras de luz, que presentan adaptaciones especiales para determinados climas. Las conferas son rboles con copa cnica que facilita la captacin de la luz en las latitudes altas, donde la radiacin solar incide con ngulos pequeos; las plantas adaptadas a la sombra poseen antocianinas, que operan a modo de ltro solar all donde hay demasiada luz. La cloro la verde no slo est bien adaptada a la composicin atmosf-rica actual, sino que ayuda tambin a conser-var esa composicin (un crculo virtuoso que mantiene verde nuestro planeta). Es posible que otra etapa de la evolucin favorezca a los seres vivos que aprovechen, mediante el uso de las cobilinas absorbentes de luz verde y amarilla, la sombra de los rboles. Aun as, los organismos de las capas superiores seguiran siendo verdes.

Un mundo de color rojoPara buscar pigmentos fotosintticos en un planeta de otro sistema solar, debemos estar

5 cm

OzonoVapor de aguaOxgeno

60 cm

5 cm60 cm

Pico (583 nm) Pico (451 nm)

Pico (685 nm)

Pico (451 nm)

Longitud de onda (nm) Longitud de onda (nm)500 1000 1500 500 1000 1500

TIPO DE ESTRELLA: GLas curvas mostradas abajomuestran el espectro de la luzdel Sol sobre la Tierra

DURACION: 10.000 millones de aos

ORBITA DE LA TIERRA: 1 unidad astronmica

TIPO DE ESTRELLA: FMASA*: 1,4

LUMINOSIDAD*: 3,6

DURACION: 3000 millones de aos

ORBITA DE UN PLANETASIMULADO: 1,69 unidadesastronmicas


preparados para ver el planeta en cualquie-ra de las posibles etapas de su evolucin. Podra captarse, por ejemplo, una seal de un planeta que tuviese el aspecto de nuestra Tierra hace dos mil millones de aos. Los fotosintetizadores extrasolares podran haber desarrollado facultades que no poseen sus anlogos terrestres, como descomponer el agua mediante fotones con una longitud de onda mayor.

En la Tierra, la mayor longitud de onda ob-servada en la fotosntesis es de unos 1015 na-nmetros (en la regin del infrarrojo), en las bacterias prpuras anoxignicas. La mayor longitud de onda observada en la fotosntesis oxignica es de unos 720 nanmetros, en una cianobacteria marina. Pero las leyes de la fsica no marcan un lmite superior. Un gran nmero de fotones de longitud de onda lar-ga conseguiran el mismo objetivo que unos pocos con una longitud de onda corta.

El factor limitante no es la viabilidad de nuevos pigmentos, sino el espectro lumnico presente en la super cie del planeta, que de-pende, sobre todo, del tipo de estrella nodriza. Las estrellas se clasi can en atencin a su color, que depende de la temperatura, el tamao y la longevidad. Slo determinados tipos de estrella tienen edad su ciente para alojar la evolucin de formas de vida complejas. Nos referimos a las estrellas de tipo F, G, K y M (de ms calientes a ms fras). Nuestro Sol corresponde a una estrella de tipo G. Las estrellas de tipo F son mayores, ms brillantes y ms azuladas; en agotar su combustible tardan un par de miles de millones de aos. Las estrellas de tipo K y M son menores, menos brillantes, ms rojas y ms longevas.

Alrededor de cada una de esas estrellas en-contramos una zona habitable, una serie de rbitas en las que los planetas mantienen una temperatura que permite la existencia de agua en estado lquido. En nuestro sistema solar, la zona habitable corresponde a un anillo que abarca las rbitas de la Tierra y Marte. En una estrella de tipo F, la zona habitable para un planeta del tamao de la Tierra es ms extensa; en las estrellas de tipo K y M es ms limitada. Un planeta de la zona habitable de estrellas de tipo F o K recibe aproximadamente la misma cantidad de radiacin visible que la Tierra. En un planeta de esas caractersticas podra producirse una fotosntesis oxignica similar a la de la Tierra. El color del pigmento variara dentro de la regin visible.

Predominan en nuestra galaxia las estrellas de tipo M, o enanas rojas. Emiten menos radiacin visible que nuestro Sol; sus espectros presentan un pico en la regin del infrarrojo cercano. Segn John Raven, bilogo de la

Universidad de Dundee, y Ray Wolstencroft, astrnomo del Real Observatorio de Edim-burgo, podra llevarse a cabo la fotosntesis oxignica con fotones del infrarrojo cercano. Un organismo necesitara tres o cuatro foto-nes del infrarrojo cercano para descomponer una molcula de H2O, en vez de los dos que bastan en el caso de las plantas de la Tierra. Los fotones proceden a la manera de las dis-tintas fases de un cohete espacial: suministran la energa necesaria a un electrn conforme transcurren las reacciones qumicas.

Las estrellas de tipo M plantean un reto adicional a la vida: cuando son jvenes, emiten fuertes destellos UV. Los organismos evitaran la radiacin UV daina en aguas profundas; pero, no les faltara entonces la luz? De ser as, no surgira la fotosntesis. Sin embargo, conforme envejecen, las estrellas de tipo M dejan de emitir tales destellos. Llegadas a ese punto, emiten menos radiacin UV que nues-tro Sol. Los organismos no necesitaran pro-tegerse tras una capa de ozono que absorbiese el UV; proliferaran sobre el suelo aunque no produjesen oxgeno.FOLLAJE EN UNA ESTRELLA

DE TIPO F

KEN

N B

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En resumen, deben considerarse cuatro es-cenarios posibles, segn la edad y el tipo de estrella nodriza:

Vida anaerbica en el ocano. La estrella nodriza es una estrella joven de cualquier tipo. No es necesario que los organismos produzcan oxgeno; en la atmsfera quizs abundan otros gases como el metano.

Vida aerbica en el ocano. La estrella nodriza es una estrella ms longeva de cual-quier tipo. Ha transcurrido el tiempo su ciente para que aparezca la fotosntesis oxignica y comience a aumentar la concentracin de ox-geno atmosfrico.

Vida aerbica en el suelo. La estrella no-driza es una estrella madura de cualquier tipo. Las plantas cubren el suelo. La vida de la Tierra se encuentra ahora en esa fase.

Vida anaerbica en el suelo. La estrella es una estrella de tipo M quiescente, de modo que la radiacin UV es insigni cante. Las plan-tas cubren el suelo, pero quiz no producen oxgeno.

Las bioseales de la fotosntesis seran dis-tintas en cada uno de esos casos. La experiencia en obtencin de imgenes de la Tierra por satlite nos indica que cualquier tipo de vida ocenica mostrara una distribucin demasiado dispersa para detectarse con un telescopio. Por tanto, los dos primeros escenarios no produciran bioseales pigmentarias intensas; la vida se nos mostrara slo a travs de los gases atmosfricos biognicos. Por tanto, los investigadores que estudian los colores de la vegetacin extraterrestre se centran en las plan-tas que crecen sobre el suelo, bien en planetas que giran en torno a estrellas de tipo F, Go M con fotosntesis oxignica, bien en pla-netas que giran en torno a estrellas de tipo M con cualquier tipo de fotosntesis.

Negro en lugar de verdeSea cual sea el escenario aliengena, los pig-mentos fotosintticos deben seguir las mismas reglas que cumplen en la Tierra: es decir, tien-den a absorber los fotones ms abundantes, los de menor longitud de onda (ms energticos) o los de mayor longitud de onda (energa a la que opera el centro de reaccin). El estudio de la in uencia del tipo de estrella nodriza sobre el color de las plantas ha requerido la colabora-cin de expertos de diversos campos, que han ensamblado todas las piezas del rompecabezas: estelares, planetarias y biolgicas.

Martin Cohen, astrnomo de la Universi-dad de California en Berkeley, especialista en estrellas, ha recopilado datos de una estrella de tipo F (sigma Bootis), una estrella de ti-

po K (psilon Eridani), otra de tipo M que emite destellos (AD Leo) y una de tipo M, hipotticamente quiescente y con una tem-peratura de 3100 grados Kelvin. Antgona Segura, astrnoma de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico, ha realizado simulacio-nes por ordenador de los planetas parecidos a la Tierra situados en la zona habitable de esas estrellas. Mediante modelos desarrollados por Alexander Pavlov, de la Universidad de Ari-zona, y James Kasting, de la Universidad del Estado de Pennsylvania, Segura ha estudiado la interaccin entre la radiacin estelar y los posibles componentes atmosfricos (suponien-do que los volcanes de esos mundos emiten los mismos gases que los de la Tierra) para deducir la qumica atmosfrica de esos planetas. Se han analizado dos situaciones posibles: con una concentracin de oxgeno insigni cante y con una concentracin de oxgeno parecida a la de la Tierra.

A partir de los datos de Segura, Giovanna Tinetti, fsica del Colegio Universitario de Londres, calcul la ltracin de la radiacin mediante la aplicacin de un modelo desarro-llado por David Crisp, del Laboratorio de Pro-pulsin a Chorro de Pasadena. (Se trata de uno de los modelos que se emplean para calcular la cantidad de luz que llega a los paneles solares de los robots exploradores enviados a Marte.) La interpretacin de esos clculos ha requeri-do la colaboracin de cinco investigadores: la microbiloga Janet Siefert, de la Universidad Rice, los bioqumicos Robert Blankenship, de la Universidad de Washington en St. Louis, y Govindjeee, de la Universidad de Illinois en Urbana-Campaign, la experta en plane-tas Victoria Meadows, de la Universidad de Washington, y la autora, biometeorloga del Instituto Goddard para Estudios Espaciales, perteneciente a la NASA.

Descubrimos que los fotones que alcanzan la super cie de los planetas que giran en tor-no a estrellas de tipo F tienden a ser azules; CO

RTES

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BUSCADORESDE PLANETASLa Agencia Espacial Europea (ESA) planea el lanzamiento de Darwin dentro de un decenio para medir el espectro de planetas extrasola-res del tamao de la Tierra. (El Buscador de Planetas Terrestres de la NASA har lo mismo en caso de que la agencia consiga nan-ciarlo.) El COROT de la ESA, lanza-do en 2006, y el Kepler de la NASA, programado para 2009, rastrearn el ligero oscurecimien-to que se produce cuando los pla-netas de tipo terrestre pasan por delante de su estrella. El SIM Pla-netQuest de la NASA intentara detectar uctuaciones que revela-ran la presencia de la estrella.

BUSCADOR DE PLANETAS TERRESTRES


abundan los de

investigación y ciencia 381 - junio 2008

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