investigación y ciencia 396 - septiembre 2009

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ASTRONOMIAAgujeros negros supermasivos

BIOLOGIAOrigen de la vida: metablico o gentico?

GALILEANAHistoria del telescopio

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BIOCARBURANTESobtenidos a partir de paja, hierba y madera

NEUROCIENCIALateralidad cerebral

Lecciones de un astronauta lunar para futuros exploradores de Marte.

S U M A R I OSeptiembre de 2009/ Nmero 396

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Las bacterias panresistentes cuentan con una membrana adicional que impide la entrada de numerosos antibiticos.

No se est tan lejos de observar los horizontes de sucesos en el centro de la galaxia.

A R T I C U L O S

ASTRONAUTICA

14 De la Luna a MarteHarrison H. SchmittEl nico cientco y gelogo de campo que ha estado en la Luna ofrece algunas sugerencias a quienes algn da visiten Marte.

MEDICINA

22 Nuevas tcticas contra bacterias resistentesChristopher T. Walsh y Michael A. FischbachSe estn aplicando enfoques y tcnicas de nuevo cuo en la bsqueda de antibiticos.

ASTROFISICA

30 Agujeros negros supermasivosJos Luis Gmez Fernndez y Wolfgang SteffenVivimos en un universo repleto de agujeros negros, algunos provenientes de la muerte de estrellas y otros, con masas millones de veces mayores que la solar, del nacimiento de las galaxias.

ENERGIA

44 Biocarburantes celulsicosGeorge W. Huber y Bruce E. DaleLos residuos agrcolas, la madera y las gramneas de crecimiento rpido se transforman en una enorme variedad de biocombustibles, incluidos carburantes para reactores. Para que los nuevos carburantes se generalicen, su precio habr de competir con el del petrleo.

HISTORIA

52 Los orgenes del telescopioSven DuprYa en la Antigedad, el uso de espejos se encontraba muy extendido. Las gafas de lectura fueron inventadas en Italia en el siglo XIII y comenzaron rpidamente a fabricarse en masa. Pero hubo que esperar trescientos aos para el advenimiento del telescopio.

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Las desventajas de los combustibles de grano no las tendran los celulsicos.

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NEUROCIENCIA

62 Lateralizacin del cerebroPeter F. MacNeilage, Lesley J. Rogers y Giorgio VallortigaraEl origen del habla, del uso preferente de la mano derecha, del reconocimiento facial y de la percepcin espacial se encuentra en la asimetra cerebral de los primeros vertebrados.

BIOLOGIA

70 El origen de la vidaJames Trefil, Harold J. Morowitz y Eric SmithSobre el descenso de electrones en el metabolismo primitivo.

ECONOMIA

80 La ciencia de las burbujas y los colapsosGary StixLa peor crisis econmica desde la Gran Depresin ha provocado una reevaluacin del funcionamiento de los mercados nancieros y del modo en que los individuos toman decisiones.

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

4 PUESTA AL DIAMercurio en el pescado... Ms opciones, menor satisfaccin?... El lobo, desenrolado... Apto para el servicio.

6 APUNTES

8 CIENCIA Y SOCIEDADNanohilos semiconductores... Los tejados verdes... Ornamentacin toraja.

41 CIENCIA Y GASTRONOMIAEl almidn, por Pere Castells

42 DE CERCAVida en el lmite: acidlos, por Ricardo Amils y Alcia Dur

89 DESARROLLO SOSTENIBLESigue siendo necesario un plan sobre el clima, por Jeffrey D. Sachs

90 CURIOSIDADES DE LA FISICADesnudos con los rayos T, por Jean-Michel Courty y douard Kierlik

92 JUEGOS MATEMATICOSTres problemas sobre uso y mencin, por Gabriel Uzquiano

94 LIBROSSumer. Einstein.

S E C C I O N E S

Por qu no se invent el telescopio antes de 1608?

La divisin del trabajo entre los dos hemisferios cerebrales no es un rasgo exclusivo de los humanos.

62

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DIRECTOR GENERAL Jos M.a Valderas Gallardo DIRECTORA FINANCIERA Pilar Bronchal Garfella EDICIONES Juan Pedro Campos Gmez Laia Torres Casas PRODUCCIN M.a Cruz Iglesias Capn Albert Marn Garau SECRETARA Purificacin Mayoral Martnez ADMINISTRACIN Victoria Andrs Laiglesia SUSCRIPCIONES Concepcin Orenes Delgado Olga Blanco Romero EDITA Prensa Cientfica, S.A. Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona (Espaa) Telfono 934 143 344 Fax 934 145 413 www.investigacionyciencia.es

SCIENTIFIC AMERICANACTING EDITOR IN CHIEF Mariette DiChristina MANAGING EDITOR Ricki L. Rusting CHIEF NEWS EDITOR Philip M. Yam SENIOR WRITER Gary Stix EDITORS Davide Castelvecchi, Graham P. Collins, Mark Fischetti, Steve Mirsky, Michael Moyer, George Musser, Christine Soares, Kate WongCONTRIBUTING EDITORS Mark Alpert, Steven Ashley, Stuart F. Brown, W. Wayt Gibbs, Marguerite Holloway, Christie Nicholson, Michelle Press, John Rennie, Michael Shermer, Sarah Simpson ART DIRECTOR Edward Bell PRODUCTION EDITOR Richard Hunt

PRESIDENT Steven InchcoombeMANAGING DIRECTOR, INTERNATIONAL Kevin HauseVICE PRESIDENT, OPERATIONS AND ADMINISTRATION Frances NewburgVICE PRESIDENT, FINANCE AND GENERAL MANAGER Michael Florek

COLABORADORES DE ESTE NUMERO

Asesoramiento y traduccin:

J. Vilardell: De la Luna a Marte, Curiosidades de la fsica y Hace...; Luis Bou: Nuevas tcticas contra bacterias resistentes y Puesta al da; Ernesto Lozano Tellechea: Los orgenes del telescopio; Anna Ferran: Lateralizacin del cerebro; Rolf Gaser: La ciencia de las burbujas y los colapsos; Juan Manuel Gonzlez Maas: El origen de la vida; Bruno Moreno: Apuntes; Marin Beltrn: Desarrollo sostenible

Portada: Kenn Brown, Mondolithic Studios

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H A C E . . .

Recopilacin de Daniel C. Schleno

...cincuenta aosRadiacin. Qu idea debemos hacernos acerca de la ra-diacin ionizante? Esta nos ha acompaado siempre y as ser por el tiempo previsible. Probablemente, gracias a la seleccin natural, nuestro sistema gentico est perfectamente ajustado a la radiacin de fondo normal. Una radiacin adicional aumentara la frecuencia de las mutaciones, la mayora de las cuales resultaran nocivas. La exposicin a grandes cantidades de radiacin aumentara las enfermedades malignas; puede que ocurra igual con cantidades reducidas. A la vista de efec-tos tan potencialmente perjudiciales no debe regatearse nin-gn esfuerzo posible para reducir la radiacin ionizante a los niveles ms bajos que sea posible conseguir. Sobre la lluvia radiactiva debida a los ensayos de armas nucleares, la ciuda-dana tiene la idea de que contribuye modestamente a los ni-veles de radiacin en el planeta. Slo por esta razn deben interrumpirse los ensayos. George W. Beadle

...cien aosEl censo. El recuento, al nal de cada dcada, de los hombres, mu-jeres y nios que hay en EE.UU. es una de las grandes tareas enco-mendadas al gobierno. Para facili-tar el recuento, se emplearn, en el decimotercer censo, las mquinas invencin del seor James Powers, especialista mecnico de la Ocina del Censo, que se ensayaron con xito en el reciente censo cubano y actualmente en uso en la Divisin de Estadsticas Vitales. El recuento censal mecnico requiere dos tipos de mquinas. La clave del sistema, empero, corresponde a una tarjeta perforada que contiene los datos re-cogidos por los encuestadores, quie-nes se desplazan de casa en casa por todos los rincones del pas. Los da-tos comprenden la naturaleza y ex-tensin de nuestras industrias y el montante de nuestra riqueza.

Tricentenario de Henry Hud-son. El buque Media Luna se hizo a la mar en Amsterdam el 4 de abril de 1609, con una tripulacin de dieciocho marineros holandeses e ingleses. El 3 de septiembre, el Me-dia Luna ech el ancla en Sandy Hook (Nueva Jersey). Pasa-ron la semana explorando la baha en una barca; encontraron un buen acceso entre dos lenguas de tierra (El Estrecho) y as, el 12 de septiembre, penetraron en un ro tan magnco

como encontrarse pueda. Cuando la gra otante del arsenal naval de Brooklyn iz la rplica del Media Luna desde la cu-bierta del Soestdyk, a bordo del cual fue transportado desde Holanda, y lo deposit en el agua, la expresin de sorpresa fue general ante su diminuto aspecto, pues no era mayor que un pequeo remolcador de puerto.

...ciento cincuenta aosLombrices. La lombriz de tierra comn, pese a ser des-preciada y pisoteada, es una criatura realmente benca. Se-gn el seor [Charles] Darwin, proporciona a la tierra una cierta labranza subterrnea, ejecutando, bajo tierra, lo que la pala hace en la supercie del jardn o el arado en la tierra cultivable. Los campos sobre los que se esparce cal, marga consumida o ceniza, con el tiempo acaban recubiertos de una capa de mantillo namente dividido. Ese resultado, que los agricultores suelen atribuir a los efectos penetrantes de aque-llas sustancias, se debe en realidad a la accin de las lombri-ces. Un campo abonado con marga ha quedado cubierto, al cabo de 80 aos, por un lecho de tierra de 33 centmetros de espesor.

El mercado de algodn. Aca-ba de cerrarse la campaa anual del algodn, que ha resultado algo accidentada. El pnico nanciero del ao pasado hizo que durante ste se redujera mucho el consumo, con lo que en manos de los comer-ciantes quedaron muchas existen-cias y considerables cantidades de materias primas en las fbricas. La vuelta de la calma al mercado mo-netario ha estado acompaada por unas cosechas abundantes, unos ali-mentos baratos, unas tarifas de transporte reducidas y un gran con-sumo de productos, lo que augura que se absorber la totalidad de la cosecha. Hasta enero, las compras en el pas y en el extranjero fueron muy elevadas, a unos precios que mejoraban.

Malco popeln. Dice el pro-fesor Hamilton: Los caballeros han adoptado como vestimenta nacio-nal un no y ajustado traje de po-peln negro. Para los extranjeros pa-recemos estar siempre de luto: via-jamos de negro, escribimos de negro, trabajamos de negro. Inclu-

so los jornaleros preeren siempre el mismo invariable y mo-ntono popeln negro. Es un tejido demasiado no para re-sultar clido en invierno y demasiado negro para que sea fres-co en verano.

TRES SIGLOS DE DISEO NAVAL: Se muestra a escala el Media Luna de 1609 de Henry Hudson ante una seccin transversal del vapor correo de Su Majestad Maurita-nia, que en 1909 ostentaba la marca de la travesa ms rpida del Atlntico.

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INVESTIGACION Y CIENCIA, septiembre, 2009 3

4 INVESTIGACION Y CIENCIA, septiembre, 2009

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

Recopilacin de Philip Yam

Mercurio en el pescadoEra sabido que el mercurio de-bido a la contaminacin indus-trial afecta a los ecosistemas de agua dulce y entraa riesgos para la salud. Gracias a nuevos datos se ha podido comprender tambin el ciclo marino del mer-curio. Investigadores del Servicio Geolgico de los EE.UU. y de

otras instituciones, basndose en muestras tomadas en 16 pun-tos, repartidos entre Alaska y Hawai, y en simulaciones infor-mticas, han concluido que la descomposicin bacteriana de algas, al hundirse desde la su-perficie hasta profundidades medias, desempea una funcin crucial. En presencia de mercu-rio, que en este estudio llega desde Asia por las corrientes marinas, el proceso de descom-posicin crea el catin metilmer-curio, que asciende por la cade-na trfica y acaba en peces depredadores, como el atn. En el estudio, publicado en Global Biochemical Cycles del 1 de mayo, se seala tambin que la contaminacin por mercurio del Pacfico Norte se ha incremen-tado en un 30 por ciento en los ltimos 15 aos.

Ms opciones, menor satisfaccin?Cuando disponemos de un exce-so de opciones, puede que nos sintamos insatisfechos con la decisin final. Mediante experi-mentos descritos en Psychology and Marketing de marzo pasado, se ha buscado reconciliar estos hallazgos con teoras psicolgi-cas y econmicas que equiparan un mayor abanico de posibilida-des con una satisfaccin mayor. En uno de los ensayos, los par-ticipantes tenan que hacer un donativo a una organizacin, seleccionada de una lista que contena, ora 5 nombres, ora 40. No se observ el efecto de elec-cin embarazosa, ni siquiera en el caso de la lista extensa, ex-cepto cuando a los participantes se les pidi que justificasen su eleccin. En tales casos parecan mostrarse menos satisfechos con sus decisiones, porque se vean obligados a recordar las opcio-nes desestimadas. Los investiga-dores proponen que el efecto eleccin embarazosa, menos robusto de lo que se crea, se presenta slo bajo ciertas con-diciones.

Kathryn Wilcox

El lobo, desenroladoEl lobo gris (Canis lupus) ha me-drado considerablemente en EE.UU. merced a la repoblacin de los ltimos aos. Desde 2003, la agencia estadounidense de pesca y fauna silvestre trata de

excluir a ese gran depredador de la lista de especies en peligro de extincin, plan al que se han opuesto quienes juzgan que los lobos caeran vctimas de la so-brecaza. En abril, el xito era casi completo: se determin que en las regiones clave la pobla-cin de lobos era suficiente y que poda ser controlada por la

mayora de los departamentos estatales de proteccin de la naturaleza. No obstante, la agen-cia proyecta seguir supervisando la poblacin lupina durante los prximos cinco aos; podra rein-tegrar al lobo en la lista de es-pecies protegidas en cualquier momento.

Kathryn Wilcox

Apto para el servicioEl 13 de mayo pasado, la tripulacin de la lanzadera espacial Atlantis atrac en el Telescopio Espacial Hubble para revisar y poner a punto por quinta y ltima vez tan venerable instru-mento. La NASA haba optado por eliminar esa peligrosa mi-sin tras el desastre de la Columbia en 2003, pero la insis-tencia pblica y la presin poltica han acabado por imponer-se. Adems de las operaciones de mantenimiento, el Hubble ha sido dotado de nueva instrumentacin, lo que permitir ahondar en el vaco existente en longitudes de onda del in-frarrojo cercano, con el fin de atisbar el universo de hace 500 millones de aos. Si todas las reparaciones y aditamentos funcionan, Hubble podra seguir bruendo su impresionante panoplia de descubrimientos [vase Los 10 descubrimientos principales del Hubble, INVESTIGACIN Y CIENCIA; septiembre, 2006] hasta 2014 cuando menos, fecha en la que el Telescopio James Webb, su sucesor, se hallar tambin en rbita.

El Telescopio Espacial Hubble, con la ventana de observacin abierta.

El atn constituye una de las principales fuentes de mercurio en la dieta humana.

PITO PITO. La abundancia de opciones resulta embarazosa slo en ciertas situaciones.


A P U N T E S

Los trasplantes dobles de manos podran hacer que los pacientes cambiasen de zurdos a diestros o viceversa. Dos hom-bres que haban perdido las dos manos en accidentes laborales recibieron trasplantes despus de esperar entre tres y cuatro aos. A pesar de tan larga espera y de que el ce-rebro suele reasignar las reas vinculadas al control del miembro amputado a otros msculos, los investigadores del Centro de Neurologa Cognitiva de Lion encontra-ron que el cerebro de los pacientes pudo conectarse a las nuevas manos, las cuales consiguieron realizar tareas complejas (en una prueba, uno de los pacientes repar cables elctricos). Aunque ambos pacientes eran diestros, su mano izquierda consigui conectarse al cerebro al menos un ao antes que la derecha, con lo que se convirtieron en zurdos. La causa de este cambio no est clara. Es posible que la superioridad previa de la mano derecha hubiera reducido la flexibilidad de las regiones correspondientes del cerebro, dificultando las nuevas conexiones, o quiz las operaciones quirrgicas se realizaron de forma ligeramente diferente.

Charles Q. Choi

Durante mucho tiempo se ha pensado que las selvas tropicales eran el resul-tado de lluvias intensas. Ahora se baraja una nueva hiptesis: las regiones arbreas con determinadas caractersticas podran facilitar las condiciones que provocan la lluvia. Segn esta hiptesis de la bomba bitica, los bosques que abarcan grandes superficies, la selva del Amazonas por ejem-plo, atraen ingentes cantidades de vapor de agua de la siguiente forma: la evaporacin y condensacin de agua en el bosque provoca la cada de la presin atmosfrica local; a su vez, esa cada de la presin atrae aire h-medo, lo que tiene como consecuencia que llueva, con la que aumenta an ms la con-centracin de vapor de agua en el bosque.

Es decir, se trata de un fenmeno de reali-mentacin positiva. El investigador Douglas Sheil, de la Sociedad para la Conservacin de la Vida Silvestre, afirma que esta teora podra explicar por qu permanecen tan h-medas las regiones continentales interiores cubiertas de selva tropical. Sheil recupera el modelo de bomba bitica propuesto en 2006 por Anastassia Makarieva y Victor Gorshkov, ambos del Instituto de Fsica Nu-clear de San Petersburgo. Los resultados del estudio podran ayudarnos a descubrir el verdadero riesgo de la deforestacin masi-va. Sheil destaca lo prometedor del mode-lo, si bien se requieren ms datos relativos al patrn de las circulaciones de aire y al tipo de vegetacin.

Steve Mirsky

PLASTICIDAD NEURONAL

Mano a mano

CLIMA

La selva tropical y la lluvia: causa o efecto?

MANOS TRASPLANTADAS retuercen cables, pero el diestro quiz se convierta en zurdo.

DATOSVuelve la cigea2007 es el ao de la historia en que han nacido ms estadounidenses. Se-gn los datos provisionales del Centro Nacional de Estadsticas de la Salud, los nacimientos superaron el mximo previo de 1957, la cima del llamado baby boom. La tasa de nacimientos ha subido paulatinamente durante los ltimos aos, por razones que no se conocen con exactitud. Las mujeres que vivan en 2007 en los Estados Uni-dos tendrn una media de 2,1 hijos a lo largo de la vida, justamente la cifra considerada por los demgrafos como el mnimo para mantener la poblacin sin tener que recurrir a la inmigracin. Tienen muchos menos hijos que en los aos cincuenta (cuando todava no haba pldora anticonceptiva); en esa poca las mujeres tenan casi cuatro hijos de media. Sin embargo, ahora la poblacin es casi el doble que enton-ces; esa es la razn principal del nuevo mximo de nacimientos.

EE.UU. en 1957Poblacin: 171 millonesNacimientos: 4.308.000Nacimientos por 1000 mujeres de entre 15 y 44 aos: 122

EE.UU. en 2007Poblacin: 301 millonesNacimientos: 4.317.119Nacimientos por 1000 mujeres de entre 15 y 44 aos: 69

Cifras de poblacin provenientes del censo oficial de los Estados Unidos: www.census.gov/popest/. Los informes del Centro Nacional de Estadsticas de la Salud estn disponibles en www.cdc.gov/nchs/about/nchs_en_espanol.htm

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LAS SELVAS HUMEDAS podran disminuir la pre-sin atmosfrica local, lo que generara vientos que les llevaran ms vapor de agua.


FISIOLOGIA

Mezclas de sabores

Entre los cinco sabores, el salado, el dulce y el umami (carnoso o sabroso) son ape-titosos y nos llevan hacia nutrientes esen-ciales, mientras que los sabores amargo y cido, repelentes, nos alertan de sustancias que pudieran resultar nocivas. La mezcla de sabores apetitosos y repelentes le enva al cerebro informacin contradictoria, cosa que los sentidos tratan de evitar cuando nos pro-porcionan informacin que podra salvarnos la vida. Esa seal mixta constituye la causa de que nos repelan los alimentos que se han descompuesto. No es conveniente ingerir una mezcla de lo bueno y lo malo.

Las medicinas, en grandes cantidades, son venenosas. Por eso las encontramos amar-gas. Pero pueden resultar menos desagra-dables camufladas bajo una capa de azcar. De igual manera, quienes encuentran desa-gradable el amargor del caf lo enmascaran con azcar, leche o crema.

Ya de adultos podemos desdear tales advertencias gustativas y tomarle gusto al caf, las aceitunas o a los quesos fuertes. Pero provocaramos una confusin en nues-tros sentidos si mezclramos un sabor que en un principio era repelente con otro ape-titoso. Le apeteceran unos pepinillos con cacao? La confusin, por otra parte, puede tambin resultar deliciosa: en la cocina chi-na es corriente la combinacin de lo dulce y lo agrio.

Tim Jacob, profesor de ciencias biolgicas,

Universidad de CardiffM. I.

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Los organismos unicelulares podran comunicarse por medio de la radia-cin. Daniel Fels, del Instituto Tropical Suizo de Basilea, mantuvo poblaciones de Paramecium caudatum en completa oscuridad dentro de tubos transparen-tes, que evitaban que las clulas se en-viasen entre s mensajes qumicos. Des-cubri que los microorganismos podan influir en el comportamiento alimenta-rio y en las tasas de crecimiento de sus vecinos de otros tubos, lo cual sugiere la existencia de seales electromagn-ticas. Los microorganismos parecan usar al menos dos frecuencias para

comunicarse, una de las cuales corres-ponda a la radiacin ultravioleta. Por ejemplo, pequeas poblaciones de pa-ramecios crecan bastante ms cuando estaban separadas de otras pobla-ciones ms grandes por cristales que bloqueaban la radiacin ultravioleta, en lugar de por cristal de cuarzo, que la deja pasar. Las estructuras celulares relacionadas con estos mensajes an no han sido identificadas. Fels sugie-re que las seales en cuestin podran llevar al descubrimiento de nuevas tc-nicas mdicas no invasivas.

Charles Q. Choi

BIOLOGIA

Charla electromagntica

CONVERSACION LUMINOSA. Un paramecio puede utilizar dos frecuencias

de luz para comunicarse.

Las hormigas tienen eficientes prcticas funerarias: sacan fuera del hormiguero a sus compaeras muertas antes de que los elementos patgenos de los ca-dveres puedan contagiar al resto de la colonia. Algunos expertos pensaban que las hormigas detectaban los productos generados por la descomposicin de los cuerpos, pero un nuevo estudio resta verosimilitud a dicha hiptesis. Un grupo de entomlogos de la Universidad de California en Riverside ha descubierto que las hormigas argentinas pueden detectar los cadveres antes de que comience la descomposicin. Es ms, el equipo descubri que las hormigas vivas producen dos sustancias qumicas, llamadas dolicodial e iridomirmecina, que parecen decir todava no estoy muerta. Estos productos controlan la necroforesis, elimina-cin de las hormigas muertas por parte de sus compaeras. Ambas sustancias desaparecen rpidamente tras la muerte: transcurridos diez minutos los niveles son inferiores a la mitad.

John Matson

BIOLOGIA

Seales de vida

La mxima subida del nivel del mar provocada por el rpido calentamiento y el consiguiente colapso de la capa de hielo de la Antrtida Occidental podra ser de 3,3 metros y no cinco o ms como se crea hasta ahora. Se ha calculado con un nuevo modelo que considera que slo una parte de la capa de hielo de-sembocar en el mar, concretamente las zonas asentadas por debajo del nivel del mar o en pendiente bajante hacia el ocano. Las partes de la capa situadas por encima del nivel del mar o en pendiente bajante hacia el interior probablemente resistirn. El anlisis, sin embargo, no aborda la fusin de la capa de hielo en el resto del mundo. En Groenlandia, por ejemplo, hay suficiente hielo para elevar el nivel del mar siete metros.

David Biello

HIELOS POLARES

La Antrtida y el nivel del mar


Nanohilos semiconductoresLos nanohilos semiconductores se han convertido, gracias a sus novedosas propiedades fsicas, en piezas bsicas de la electrnica

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

La nanotecnologa est dando ya soluciones a las necesidades actuales, pero a la vez marca las lneas a seguir en el futuro. El reto ahora consiste en la sntesis de estructuras de slo unos cen-tenares de tomos, donde las nuevas pro-piedades que aparecen al llegar a dimen-siones tan pequeas se rigen por la mecnica cuntica.

Los nanohilos sintetizados a partir de materiales semiconductores han demos-trado ser las piezas ideales para diversas lneas de investigacin sobre las futuras generaciones de dispositivos electrnicos nanomtricos.

Los nanohilos son estructuras unidi-mensionales de slo unos cuantos na-

nmetros de dimetro, o de unas pocas decenas como mucho, y cuya longitud, en comparacin, es casi innita: hasta de varias micras. Con esta morfologa liforme, si el material que los confor-ma es semiconductor, conseguiremos un connamiento de carga (se trate de elec-trones o de agujeros, la ausencia de electrones all donde deberan estar en la estructura ordenada del material) que circular sobre todo en la direccin lon-gitudinal: actuar como un hilo elc-trico. Introduciendo en los nanohilos zonas de dopaje selectivo con tomos donadores o aceptadores de carga, po-demos conseguir la creacin de uniones PN de semiconductores dopados para

que circulen por ellos cargas negativas y semiconductores dopados para que sean cargas positivas las que transmitan la corriente: o lo que es lo mismo, creamos en los hilos diodos en la na-noescala.

La creacin de un diodo es el paso previo a la creacin de un transistor: se alternan en un mismo hilo capas con distinto dopaje o de diferentes materia-les semiconductores, aislantes y metales. Los nanohilos presentan, adems, unas propiedades optoelectrnicas envidia-bles; pueden funcionar como diodos emisores de luz (LED), siempre que las propiedades del semiconductor de base o la cuantizacin en esas escalas tan ba-jas lo permitan. De este modo, y gra-cias a que la tcnica actual permite se-leccionar la localizacin en la que se quiere ir generando los nanohilos y te-ner un control casi absoluto del dep-sito de capas atmicas de diferentes ma-teriales sobre ellos, podemos crear dispositivos electrnicos u optoelectr-nicos con una alta densidad de transis-tores, diodos o LED y, por lo tanto, cir-cuitos complejos o paneles lumnicos que ocupen muy poco espacio.

El menor espacio implica tambin un menor consumo energtico y un aumento de las prestaciones, de suerte que un solo dispositivo desempea diversas funcio-nes. En este sentido, los nanohilos semi-conductores se han venido utilizando tanto para la creacin de microdisposi-tivos o nanodispositivos electrnicos y optoelectrnicos, como para sensores de diversa ndole o para la creacin de ge-neradores de energa y de clulas solares de alto rendimiento.

Aplicaciones de los nanohilos semiconductores en optoelectrnicaSe han obtenido estructuras de gran com-plejidad combinando materiales a lo lar-go de la direccin de crecimiento de los nanohilos, tanto de forma coaxial, alre-dedor de su eje, como axial, a lo largo del mismo. Hasta el momento, las hete-roestructuras coaxiales han mejorado el rendimiento de los dispositivos basados IMA

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1. Imagen coloreada obtenida en un microscopio electrnico de transmisin de la seccin transversal de cuatro nanohilos semiconductores de arseniuro de galio (GaAs) con multi-pozos cunticos coaxiales hexagonales de AlAs/GaAs para aplicaciones en optoelectrni-ca. Sintetiz estos nanohilos el grupo de Anna Fontcuberta Morral en el Instituto Walter Schottky de Mnich.


en nanohilos, gracias al connamiento de carga en el ncleo de stos, con la consiguiente reduccin de la dispersin supercial.

La alternancia de capas de materiales semiconductores con distintas energas en la banda prohibida da lugar a la for-macin de pozos cunticos con propie-

dades de emisin de fotones distintas de las del material en el ncleo. Por esta ra-zn, las estructuras coaxiales o ncleo-capa en nanohilos se estn utilizando para modular y controlar las propieda-des optoelectrnicas de emisin; por ejemplo, para la fabricacin de diodos emisores de luz o lseres multicolor.

Nanohilos semiconductores para la generacin de energaLos nanohilos semiconductores no slo se pueden utilizar para generar luz; tam-bin se estn diseando dispositivos para captarla valindose de las propiedades se-miconductoras. En este sentido, las unio-nes PN y PIN en nanohilos hacen que stos puedan usarse en clulas solares de alto rendimiento; se abren as nuevas perspectivas en el campo de las energas renovables.

Por otro lado, algunos nanohilos se-miconductores pueden generar cierto po-tencial elctrico cuando se someten a una tensin mecnica (es decir, tienen un comportamiento piezoelctrico). Esta caracterstica ha permitido fabricar na-nogeneradores de energa a partir del biomovimiento muscular: pequeos dis-positivos basados en tcnica de nanohi-los podran acumular energa a partir del simple movimiento de los dedos al teclear estas lneas.

Jordi Arbiol Profesor de investigacin ICREA

Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona, CSIC

Los tejados verdesCubiertas vegetales de plantas autctonas para los edicios

A lo largo del tiempo, las ciudades han ido ganando terreno a la naturale-za, destruyndola y sustituyendo la su-percie vegetal por supercies inertes. Aunque se incorpore arbolado en calles y parques, la mayor supercie visible de las ciudades, la de las cubiertas, queda sin vegetar. Se producen as alteraciones microclimticas que convierten las ciu-dades en islas de calor.

Sin embargo, la arquitectura y la ve-getacin han estado hermanadas a lo largo de la historia. La referencia ms an- tigua al uso de la vegetacin en las cu-

biertas la tenemos en los patios y huer-tos construidos en Egipto y Persia hacia 2600 a.C., o en los Jardines Colgantes de Babilonia de 600 a.C., que eran autnticas cubiertas vegetales. Tambin, en edicios singulares construidos en los siglos xix y xx; por citar un ejemplo, los del conjunto del Rockfeller Center, de Ralph Hancok, en Nueva York.

Qu ha hecho que esas cubiertas mantengan todava su viabilidad e inte-rs? Cules son, adems de su induda-ble atractivo, sus ventajas ambientales y energticas?

Los organismos regulan su tempera-tura de un modo u otro. La vegetacin controla su temperatura foliar adaptn-dola a la del ambiente en que se encuen-tra, sin que diriera de ella en ms de 2 oC. En esos mismos momentos, una supercie inorgnica, de igual color, pue-de tener en verano una temperatura en-tre 30 y 40 oC superior a la del aire, y en invierno hasta 10 oC menos.

La vegetacin controla su temperatu-ra combinando varios procedimientos. Dependiendo del color, un porcentaje se reeja y otra fraccin se transmite hacia

2. Imagen coloreada obtenida en un microscopio electrnico de transmisin de diversos nanohilos semiconductores de ZnO. Sintetiz los nanohilos Joan D. Prades y los analiz Jordi Arbiol, ambos del Departamento de Electrnica de la Universidad de Barcelona.

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el suelo a travs de la hoja aislada, aun-que este factor globalmente desaparece cuando se forman varias capas superpues-tas de vegetacin. Por otro lado, parte de la energa que absorbe la planta se invierte en producir biomasa. Por lti-mo, el resto se disipa, en gran medida por evapotranspiracin, a travs de los estomas celulares.

Por tanto, la ventaja de los tejados verdes es la de no calentarse cuando re-ciben la radiacin solar en verano, sin menospreciar la absorcin de contami-nantes atmosfricos, la produccin de oxgeno y el incremento del aislamiento trmico.

No podemos obviar los aspectos ne-gativos, como el consumo de agua, el sobrepeso y la necesidad de manteni-miento. Los aspectos negativos se mani-estan con mayor claridad en las cubier-tas ajardinadas tradicionales, voluminosas, muy pesadas y con la servidumbre de un mantenimiento constante. Frente a ellas, otro tipo de cubiertas, las denominadas cubiertas ecolgicas, de poco porte, li-geras y sin mantenimiento (exentas de riego, abono, poda o resiembra) resuel-ven en gran medida los inconvenientes mencionados, conservando las ventajas.

La imagen ms evidente de una cu-bierta ecolgica es la de la vegetacin es-

pontnea que surge en los canalones en algunas fachadas, entre las tejas y las pie-dras de un camino. Son plantas autc-tonas y espontneas que no necesitan que nadie las cuide para prosperar.

El origen de las cubiertas ecolgicas actuales se remonta a la posguerra, cuan-do en Alemania fue necesario reconstruir rpidamente las viviendas destruidas por los bombardeos. Las cubiertas de estas viviendas se protegan con grava, o con lo que era ms fcil de encontrar, casco-tes y restos de demoliciones. Con esos cascotes posiblemente iba algo de tierra, y a ella llevaron de forma espontnea se-millas los pjaros o el viento. Esas semi-llas prosperaron; de ellas nacieron jardi-nes espontneos en las cubiertas. Las viviendas en las que haban surgido es-tos jardines estaban mejor aisladas, gas-taban menos energa y proporcionaban ambientes ms confortables. Esto se con-virti en un sistema constructivo que permite que hoy en da haya en Alema-nia cientos de miles de metros cuadra-dos de cubiertas ecolgicas.

Una cubierta ecolgica bsicamente consta de las siguientes capas: vegetacin autctona sin mantenimiento; un sustra-to ligero (que la convierte en aislante), que drena muy bien, para que no se en-charque y provoque la pudricin de las races, y capaz de retener nutrientes y humedad; un separador que evite la pr-dida de nos del sustrato; un sistema de drenaje para evitar el encharcamiento y

Imagen de las nuevas cubiertas ecolgicas de tercera generacin, las cubiertas ecolgicas jardn.

Vegetacin espontnea sobre una cubierta.


la pudricin de las races; y un retene-dor de agua para aportar lquido en los perodos de sequa.

En ciertas ocasiones, el sistema de dre-naje y el de retencin de agua puede sus-tituirse por un pequeo depsito o aljibe situado bajo la vegetacin, que cumpla la misma funcin y aporte ventajas adicio-nales en climas con baja pluviometra.

En 1994 se construy la primera cu-bierta ecolgica de Espaa, con el ase-soramiento y la tutela de la Universidad Humboldt de Berln sobre la cubierta de la Escuela Tcnica Superior de Ingenie-

ros Agrnomos de Madrid. La especie vegetal que se plant fue el Sedum al-bum, una planta muy resistente a las se-quas y a las heladas, si bien de un as-pecto pobre y escaso atractivo.

Desde aquel primer intento, encon-tramos hoy en Espaa sistemas construc-tivos con cubiertas ecolgicas perfecta-mente adaptados a nuestras variedades climticas, con un catlogo de especies vegetales que superan el centenar. Entre ellas se pueden ver plantas de porte alto y plantas rastreras, plantas que orecen en primavera y otras que lo hacen en

otoo, y plantas con hojas de colorido, forma y tamao muy diferentes. En suma, pequeos jardines que se desarro-llan sobre una capa de sustrato de 8 o 10 cm, que no necesitan prcticamente mantenimiento y aportan ventajas ener-gticas para el edicio, un benecio ambiental para la ciudad y un notable atractivo.

F. Javier Neila Gonzlez Catedrtico de Acondicionamiento Ambiental

y Arquitectura Bioclimtica de la Universidad Politcnica de Madrid

Los toraja viven en el valle del ro Sadan, una regin montaosa de la isla de Sulawesi, en Indonesia. Entre sus caractersticas culturales destaca la arquitectura tradicional. Tanto el tongko-nan (la casa familiar) como el alang-alang (granero para el arroz) son construccio-nes robustas, hechas de madera, y de planta rectangular, en las que no se uti-liza ningn clavo. El espacio encerrado entre los pilares suele destinarse a los animales. Encima se yergue la vivienda, un espacio rectangular cuyas paredes se levantan mediante el ensamblaje de mul-titud de piezas de madera. Un tejado en forma de silla de montar cubre la edi-

cacin y otorga a la casa toraja su for-ma peculiar. El granero es una copia re-ducida de la casa. Si sta se orienta siempre hacia el norte, aqul lo hace ha-cia el sur, cara a cara con la casa.

Tanto en las fachadas de la casa como del granero se tallan multitud de dise-os simblicos, los Passura, trmino de-rivado de sura (escribir). En su ejecu-cin se sigue una distribucin bien determinada. Las fachadas se dividen ho-rizontalmente en tres franjas y vertical-mente en dos. Cada franja horizontal se corresponde con una divisin tripartita del cosmos: inframundo, mundo terre-nal (habitado por los humanos) y mun-

do superior (donde moran los dioses). Cada una de las dos mitades verticales determinadas por el eje de simetra cen-tral de las fachadas norte y sur se rela-ciona con la dualidad fundamental: vida y muerte. Los grabados se tallan de acuer-do con una simetra especular vertical en todas las fachadas.

Todos los diseos reciben un nom-bre especco y poseen un signicado relacionado con la sociedad y cultura torajas. Consisten en la repeticin sis-temtica y rigurosa de un motivo ins-pirado en elementos naturales del en-torno. La precisin y simetra de ese desarrollo sistemtico se hacen difcil-

Ornamentacin arquitectnica torajaLas matemticas como pilar de una manifestacin cultural

1. Detalle de la fachada este de un tongkonan (casa familiar toraja) en construccin.


mente explicables sin la intervencin de las matemticas.

La obra terminadaUna primera aproximacin visual a la ornamentacin arquitectnica toraja per-mite analizar los grabados con relacin a los grupos de isometra en friso (uni-dimensionales) y en mosaico (bidimen-sionales). Hallamos diseos correspon-dientes a los siete grupos posibles de simetra en friso. Existen fachadas en las que encontramos los siete. De los 17 grupos de isometra plana, se distinguen 12. La ausencia de grabados con los cin-co grupos de simetra restantes obedece a causas culturales, pues los toraja tie-nen predileccin por el ngulo recto y no realizan diseos o guras con sime-tra de giro de 60 o 120 grados.

Contemplando las figuras talladas (rectas, segmentos, circunferencias, crcu-los, sectores circulares, rectngulos, cua-drados y espirales), se advierte que estn guiados por leyes y procedimientos que garanticen su paralelismo, perpendicula-ridad y equidistancia. Qu piensa el ar-tesano toraja cuando trabaja? Qu quie-re hacer? Cul es su mtodo para garantizar el resultado deseado?

La obra en cursoLa observacin del proceso muestra que los grabados se tallan directamente so-bre las fachadas de la casa y el granero ya montados, por lo que el plano de trabajo es vertical. Todos los diseos se realizan, o bien sobre una retcula en la mayora de los casos, o bien sobre un esquema geomtrico. Las lneas e in-tersecciones de uno y la otra sirven de

referente para las guras labradas. En la construccin de esas retculas y es-quemas el artesano debe resolver una serie de problemas geomtricos: trazar un segmento por un punto dado; pro-longar un segmento en una recta; tra-zar una circunferencia; determinar el centro de un rectngulo; trazar las me-diatrices a los lados de un rectngulo; inscribir un crculo en un cuadrado; trazar una paralela; trazar la tangente comn a dos circunferencias; trazar una voluta autoparalela; construir una ret-cula ortogonal sesgada, y determinar el simtrico de un punto con respecto a un segmento.

A sos hay que aadir el que es sin duda el problema principal: dividir un segmento en partes iguales.

Los medios empleados para resolver los problemas indicados se reducen a l-piz, listones de bamb, compases (me-tlico estndar, comps de bamb, tije-ras), mazo, gubia y navaja. No se emplean reglas; las distancias no se miden, pero s se toman y trasladan. Tampoco se uti-lizan calculadoras, pese a que podra dis-ponerse de ellas. El comps de bamb consiste en un lpiz y un listn de bam-b perforado por sus dos extremos. Se clava en la tabla por uno de ellos y por el otro se introduce la punta del lpiz. El radio del arco circular trazado con l es visible en todo momento.

La obra explicadaInterpelando a los artesanos podemos averiguar qu piensan, qu quieren ha-cer y cmo lo explican. Slo as pue-den conrmarse los procedimientos ob-servados durante el proceso de talla.

Entonces sabemos que algunas resolu-ciones tienen un marcado carcter vi-sual, como la seguida para determinar las mediatrices de los lados de un rec-tngulo (el quinto problema de la lis-ta). Primero se determina su centro (cuarto problema) en el punto de in-terseccin de las diagonales. Luego, se trazan por ste, y a ojo, una vertical y una horizontal.

Otras soluciones son ms rigurosas. Para trazar un segmento paralelo a otro (sptimo problema) se aplica el proce-dimiento siguiente: eljanse dos puntos distintos del segmento dado; con el mis-mo radio, trcese un pequeo arco cir-cular centrado en cada punto y hacia el mismo lado del segmento; trcese la tan-gente comn a ambos arcos.

La ortogonalidad sesgada de algunos diseos (dcimo problema) proviene de la que poseen las diagonales de un rom-bo o un cuadrado inscrito en el recinto del grabado.

A la hora de trazar la retcula de un grabado, el artesano ha de dividir los lados del recinto en partes iguales (duo-dcimo problema). Las divisiones sue-len hacerse en 2, 3, 4, 6 y 8 partes. La divisin de un segmento S en tres par-tes iguales se hace del modo siguiente: tmese un listn de bamb y mrque-se sobre l una estimacin visual del tercio del segmento S a dividir; desde un extremo del segmento S, hganse sobre l tres marcas consecutivas del tercio estimado si la ltima marca coin-cide con el otro extremo de S, la esti-macin es correcta y el problema est resuelto; de lo contrario, hgase una es-timacin visual del tercio del error co-metido, que se marcar sobre el listn de bamb a la derecha o izquierda de la marca anterior segn el error come-tido haya sido por defecto o por exce-so; aplquese de nuevo el paso 2 con la ltima marca e itrese el proceso hasta que el resultado sea exacto (error vi-sualmente imperceptible).

Esta divisin de un segmento en par-tes iguales es recurrente y no euclidia-na. No es as como Euclides resuelve el problema en Los Elementos. Ni la proposicin 10 del Libro I, ni las pro-posiciones 9 y 10 del libro VI siguen tal procedimiento. El mtodo toraja es un algoritmo de la divisin que garan-tiza la disminucin progresiva del error cometido, el resto de la divisin. El re-sultado es exacto cuando el resto se

2. Pa Bulingtong (diseo toraja).


hace nulo, es decir, visualmente imper-ceptible.

El caso n = 4 se resuelve dividiendo primero en dos y luego cada mitad en otras dos. Este es el llamado Mtodo Ki-ra-kira por los artesanos toraja. Kira-ki-ra signica aproximadamente. Y, en efecto, se trata de una divisin aproxi-mativa, pero cuyo error no slo se con-trola, sino que se reduce muy rpida-mente. Un anlisis matemtico detallado demuestra que la convergencia es expo-nencial y que su rapidez depende de la nura con que se realiza la primera es-timacin. El hombre posee una gran ca-pacidad visual para estimar mitades y tercios de segmentos como los que de-ben dividir los artesanos toraja (en tor-no a los 30 cm o 40 cm). Si aadimos la experiencia que da la prctica, com-prenderemos que no necesiten ms de dos iteraciones para lograr una divisin exacta.

Sin embargo, la interpelacin no fue suficiente para saber si el artesano pen-saba lo que el investigador haba inter-pretado. Fue necesario que el investi-gador tomase las herramientas del artesano y se pusiera en su lugar para que aqul le guiase. Unicamente as, inmerso en la situacin, pudo confir-marse la conjetura.

Cultura matemtica extraacadmicaLos artesanos toraja no aprenden lo que hacen en la escuela, sino de otros ms expertos y de la prctica. Su educacin acadmica no pasa, en los casos ms notables, de la escuela elemental. In-cluso se dan casos de algunos que, pese a conocer el modo euclidiano de trazar una perpendicular, no lo aplican en la prctica.

En Indonesia y en Espaa, el mto-do acadmico y educativo para dividir un segmento en partes iguales es el euclidiano. Pero su aplicacin en un contexto como el toraja, en el que se trabaja en planos verticales, resulta im-practicable. Los grabados toraja no se-ran como son sin las matemticas. Di-fcilmente lo seran con las matemticas acadmicas.

Miquel Albert Palmer IES Valls (Sabadell)

Grupo de investigacin EMiCS Universidad Autnoma de Barcelona


El nico cientco y gelogo de campo que ha estado en la Luna ofrece algunas sugerencias a quienes algn da visiten Marte

CONCEPTOS BASICOS

Q Los motivos por los que, hace ms de 40 aos, se emprendi el programa Apolo de explora-cin lunar no eran en primera instancia cientcos. Sin embargo, la ciencia se beneci enormemente. Los astronautas acometieron mediciones y recogieron muestras de roca que acotaron las hiptesis ve-rosmiles acerca de los orgenes de la Luna y proporcionaron un punto de comparacin para las observaciones sobre otros planetas.

Q Con la ltima misin, la Apo-lo 17, de diciembre de 1972, el autor se convirti en el nico cientco que ha visitado la Luna. Tal y como aqu expone, la exploracin de la Luna se mostr similar al trabajo geol-gico de campo en la Tierra. A n de averiguar los tipos de roca subyacente, tuvo que aprender a poner mentalmente en claro los efectos de los impactos metericos. Resultaba difcil estimar las distancias en aquel paisaje extrao, y la rigidez de los guantes del traje espacial li-mitaba la presteza en el trabajo.

Q Problemas similares surgirn en las misiones a Marte.

De la Luna a

1. CON UNA PALA METALICA especialmente diseada, el autor toma muestras del suelo del crter Camelot el 12 de diciembre de 1972. Puede que algn da haya gelogos que hagan el mismo trabajo en Marte; mientras tanto, deben conar en sustitutos robticos como el Mars Pathfinder, que explor Ares Vallis en 1997 (derecha).


Harrison H. Schmitt

Marte En julio hizo cuarenta aos de que en la Luna hubiese vida por primera vez. Qu se podr decir de Marte dentro de cuarenta aos? Obama ha conrmado los grandes objetivos para los vuelos espaciales humanos que su predecesor propuso en 2004: retirada de las lanzaderas en 2010, desarrollo de una lnea de cohetes (de nombre Ares) que sus-tituyan a las anteriores, regreso a la Luna en 2020 y seguir a Marte, qui-zs a mediados de la dcada de 2030 [vase A la Luna y ms all, por Charles Dingell, William A. Johns y Julie Kramer White; Investigacin y Ciencia, diciembre ]. Conste-lacin se llama a este programa.

Por ahora, a los responsables pol-ticos les preocupa menos Marte que el tiempo que transcurra entre el l-timo vuelo de una lanzadera y el pri-mer vuelo de un cohete Ares, tiempo durante el cual EE.UU. depender de Rusia o de empresas privadas para poner en rbita a sus astronautas. Se crea que el lapso sera de dos aos; ahora se piensa que ser de seis. En mayo, la administracin Obama anunciaba que Norman Augustine, antiguo ejecutivo aerospacial, dirigir una revisin del programa para ver el modo de encarrilarlo.

Aunque Marte an queda muy lejos, la nasa est diseando ya astronaves con vistas a un eventual vuelo interplanetario. Las experien-cias que Harrison H. Schmitt relata en este artculo sirven de guas para los planicadores.


Sobre el largo y estrecho valle de Taurus-Littrow descollaban unas montaas ms altas que las paredes del Gran Can del Colorado. Un sol brillante, ms intenso que cualquie-ra que pueda baar la Tierra, iluminaba el suelo del valle, salpicado de crteres, y unas escarpadas laderas montaosas contrastaban marcadamente con un rmamento negro, de boca de lobo. Durante tres das de 1972 al nal del programa Apolo, mi compaero de tripulacin Gene Cernan y yo exploramos aquel valle de casi cuatro mil millones de aos de edad, as como las algo ms recientes rocas de lava volcnica y las cenizas que en parte lo cubran.

Fue aquella la primera, y por ahora la ni-ca, ocasin en que un gelogo ha efectuado estudios sobre el terreno en otro mundo. Actualmente, EE.UU., la Unin Europea y Rusia, con otros socios internacionales, estn considerando la posibilidad de enviar astro-nautas a Marte para realizar all trabajos de campo, que se iniciaran dentro del primer tercio de este siglo. Qu le resultar nuevo y qu familiar al primer gelogo que ponga un pie all?

La mayora de los relatos de las misiones Apolo se centran en sus logros histricos y en sus xitos de tcnicas avanzadas, pero quienes participamos en ellas recordamos tambin los aspectos ms humanos y menos fronterizos: las caminatas por aquel terreno, las tomas de muestras con un martillo de gelogo, el acarreo de las rocas y la orientacin en condiciones extraas. Cualquier gelogo reconocera los principios y tcnicas de exploracin de campo que entonces aplicamos. Los fundamentos eran los mismos.

El propsito segua siendo documentar y representar grcamente la estructura, la edad relativa y las alteraciones de los rasgos natu-rales, al objeto de deducir sus orgenes y los recursos que algn da podran brindar a la

civilizacin. Tampoco salir de la Tierra supuso ningn cambio en los principios de la plani-cacin y ejecucin de la expedicin, tales como recoger y documentar muestras; ms bien, esos principios ganan en importancia cuanto ms improbable sea que se vuelva a ese mismo lugar. Particularmente inalterada quedaba la necesidad del toque, la experiencia, la imagi-nacin humanas a la hora de comprender el valor cientco y humano de la exploracin.

En cada cuerpo nuevo que se explora hay que recurrir a la experiencia adquirida en el ltimo lugar que se haya estudiado, tal y como los gelogos llevan haciendo en la Tierra du-rante ms de doscientos aos. Continuamente debemos preguntar qu puede haber de nuevo y qu de diferente. En qu se parecen la geo-loga de Marte, su accesibilidad, la estrategia de exploracin y la composicin ptima de la tripulacin a las correspondientes de las misiones Apolo?

Campos lunaresCiertas inuencias complicadsimas afectan a las caractersticas geolgicas de la Tierra. La corteza, el magma, el agua y la atmsfera interactan entre s; las placas ocenicas y los continentes se fracturan y colisionan; sobre la supercie impactan objetos celestes; y la biosfera, seres humanos incluidos, altera el paisaje. En la Luna, las inuencias durante los ltimos cuatro mil millones de aos han sido externas, reducidas a los efectos de los impactos y de las partculas energticas que constituyen el viento solar [vase La nueva Luna, por Paul D. Spudis; Investigacin y Ciencia, febrero 2004].

La ausencia de atmsfera expone los ma-teriales de la supercie al vaco extremo del espacio. Meteoros y cometas, algunos de la insignicancia de las motas de polvo, inciden en la supercie a velocidades de decenas de miles de kilmetros por segundo y modi- PAG

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2. ESTE PANORAMA DEL LUGAR DE ALUNIZAJE de la misin Apolo 17 muestra algunos de los efectos visuales que compli-caron la exploracin lunar. La retrodifusin creaba un halo alrededor de la som-bra del astronauta Eugene Cernan el que toma la fotografa, y la falta de aire o de referencias familiares determinaban que los objetos pareciesen ms cercanos de lo que en realidad estaban. El mdulo lunar se hallaba a una distancia de unos 150 metros, y el cerro que se ve ms all, el llamado Macizo Sur, se encontraba a unos ocho kilmetros. El astronauta que se ve es el autor. Estaba instalando el instrumento para medir las propiedades elctricas de la supercie; tena que ven-cerse hacia la derecha porque la rigidez del traje le impeda doblarse.

Harrison H. Jack Schmitt fue el piloto del mdulo lunar en la misin Apolo 17, la ltima y la ms larga de aquellas misiones a la Luna. Desde 1977 a 1982 fue senador por Nuevo Mxico en el Congreso de EE.UU. Antes de ser seleccionado para el programa de astronautas, estudi en el Ins-tituto de Tecnologa de California, se doctor en geologa por la Uni-versidad de Harvard y trabaj con Eugene Shoemaker en la Agencia de Estudios Geolgicos de EE.UU. Desde 1994 ha enseado en la Universidad de Wisconsin en Madison y prest servicio en el Consejo Asesor de la NASA de 2005 a 2008.

El autor


can las rocas, los fragmentos de roca, el vidrio y el polvo. Ese proceso ha producido el suelo de la Luna: el regolito lunar, una capa de residuos fragmentados, parcialmente vtreos, que cubre la mayora de los ujos volcnicos y otras formaciones ms antiguas generadas por impactos bajo un espesor de varios metros.

Por tanto, en la Luna la exploracin de campo requiere unos gelogos dotados de una especie de visin de rayos X. Para identicar las zonas de contacto entre las masas ptreas mayores, tuve que imaginar de qu modo la formacin y expansin graduales del regolito merced a los impactos haban difuminado y atenuado los contactos originales entre mi-nerales distintos, los colores y la textura de las rocas.

Por ejemplo, en el valle de Taurus-Littrow examin los contactos entre unos ujos de basalto, oscuros y de grano no, y unas rocas grises fragmentadas, de ms edad, denomi-nadas brechas de impacto. Cuando se form ese contacto deba de ser ntido, una juntura abrupta entre los tipos de roca. Pero al cabo de 3800 millones de aos de exposicin al espacio se haba extendido y ocupaba ahora algunos centenares de metros. En el resto del entorno, un contacto entre el depsito de un alud de polvo y el negro regolito se haba expandido escasas decenas de metros desde que sobrevino el alud hace 100 millones de aos. Conocer los procesos que modicaron activamente aquellos contactos hizo que me fuese posible determinar sus posiciones originales. Anlogamente, un gelogo en la supercie de nuestro planeta debe descubrir de qu modo la erosin terrestre en-mascara u oculta las estructuras y los contactos rocosos subyacentes.

En la supercie lunar, la identicacin sobre el terreno de los distintos tipos de roca en la piedra expuesta requera desentraar los efectos del bombardeo micrometeortico continuo.

Cuando las partculas chocan a una velocidad enorme con la supercie, crean un plasma local a muy alta temperatura y funden la roca en el punto de impacto. El plasma eyectado y la piedra fundida vuelven a depositarse en las supercies cercanas; se crea as una na ptina parduzca y vtrea contiene partculas de hierro pequesimas que cubre toda la roca.

Igual que, en la Tierra, los gelogos deben ver qu hay bajo el barniz del desierto una capa de xidos metlicos que se forma en las supercies ptreas expuestas a la intemperie de las zonas ridas, yo tena que escrutar e interpretar rpidamente lo que haba bajo la ptina hasta poder desportillar o romper la roca con un martillo.

La ptina lunar est marcada por peque-os hoyos de impacto que contienen vidrio de colores distintos, en consonancia con las variaciones en la composicin qumica de los minerales impactados. Donde el hoyo se form en un mineral blanco (como el feldespato de plagioclasa, un importante componente de las rocas volcnicas), los resultados son un vidrio gris claro y una mancha blanca caracterstica, producida por suras en forma de tela de araa muy nas en el grano del mineral. En el caso de un impacto en un mineral rico en hierro o en magnesio, se origina un vidrio verde. Conocer esos procesos me permita determi-nar la composicin de una roca por simple inspeccin.

Qu hallarn en Marte los exploradores?En Marte, se esperan unas inuencias en las que se combinan las que afectan a la Tierra y a la Luna, ya que es de tamao intermedio. Ciertamente, nuestros conocimientos cada vez mayores sobre Marte ya conrman esa combi-nacin de procesos. Desde las primeras foto-grafas proporcionadas por cmaras orbitales y CO

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3. EN ESTA VISTA DE CERCA de polvo lunar recogido por la Apolo 11 aparece material vtreo. Probablemente sea suelo que se fundi durante el impacto de un meteoro, sali proyectado y volvi a solidi-carse. Muchas rocas lunares estn revestidas de una ptina vtrea que les conere un aspec-to diferente del de sus anlogas terrestres.


los aterrizadores Viking, hemos llegado a saber que las caractersticas geolgicas marcianas de-penden de inuencias internas y externas.

A diferencia de la Luna, Marte posee una atmsfera tenue cuya presin a nivel del suelo es del orden del 1 por ciento de la presin en la Tierra a nivel del mar. La existencia de esa atmsfera cambia la sobreimpresin geolgi- ca que los exploradores tendrn que evaluar y penetrar para identicar, analizar e interpretar las rocas subyacentes. Esa atmsfera ltra e impide el paso a los meteoros y cometas ms pequeos, los que forman crteres de dimetro inferior a unos 30 metros. Por consiguiente, la supercie ya no est cubierta, como en la Luna, por un pulverizado creado por los im-pactos. All, el material predominante es polvo arrastrado por el viento. Es de origen vario: rocas erosionadas por el viento, desprendi-mientos de tierras, impactos y reacciones qu-micas. Forma unas dunas blandas que acaso los exploradores tendrn que evitar, muy parecidas a los ventisqueros que se forman en la Tierra en llanos y pasos montaosos.

Pese al efecto de ltrado de la atmsfera, en la estructura de la supercie y subsupercie de la mayora de las formaciones marcianas an predomina la geologa de impacto. Los primeros gelogos tendrn que descifrar las modicaciones que por eyeccin, fractura o choque sufren las rocas. Pero no todas las rocas tienen que ver con los impactos. En muchos valles fallados, as como en otras zo-nas, predomina la roca estraticada semejan-te a estratos sedimentarios o volcnicos. El regolito por impacto no es continuo y, tal como ha quedado patente con los vehculos Spirit y Opportunity, abundan aoramientos de formaciones de lecho de roca accesibles para su examen geolgico normal o toma de muestras.

Mientras que la Luna es seca, en Marte el agua lquida tall formas y cre nuevos minerales. El examen de laboratorio de las

muestras lunares no identic en ellas ningn mineral acuoso, pero los sensores orbitales y los anlisis robticos de los minerales marcianos han detectado toda una variedad de arcillas que contienen agua, as como sales de azufre que seguramente se precipitaron desde agua. Ms an, a diferencia de la Luna, cuyas rocas contienen hierro metlico no oxidado, Marte posee extensos depsitos de hierro oxidado (hematita, Fe2O3), otro indicio de reacciones con agua [vase Agua en Marte, por Jim Bell; Investigacin y Ciencia, febrero 2007; y Estratigrafa y relieve de Marte, por Philip R. Christensen; Investigacin y Ciencia, septiembre 2005]. En el caso de Marte, los gelogos deben prepararse para interpretar un espectro de minerales mucho ms amplio que el que encontramos en la Luna. El agua aca-rrea materiales. Abri valles. Algunos impactos parecen haber fundido el hielo subsupercial y generado as corrientes de lodo.

En resumen, el regolito marciano se com-pone por lo general de eyecciones de impacto y residuos de corrientes de fango o riadas, interestraticados con polvo arrastrado por el viento. En las regiones polares contiene, asimismo, agua y dixido de carbono en forma de hielo o escarcha, tal como conrm re-cientemente el aterrizador Phoenix. El regolito lunar no era ni con mucho tan complejo.

A consecuencia de esas diferencias con la Luna, en Marte al gelogo de campo le aguar-dan nuevas dicultades. Los exploradores an seguirn necesitando una vista con rayos X; pero se parecer ms a la que precisan en la Tierra, donde hay que tener en cuenta el efec- to del viento, de la gravedad o de los materiales arrastrados por el agua. En otros aspec-tos, la exploracin podra ser ms sencilla que en la Luna. Las imgenes de Marte muestran que, aunque sobre muchas rocas un polvo no arrastrado por el viento forma un revestimiento poco grueso, a modo de ptina, el polvo limpia a menudo las supercies; las capas de polvo CO

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LAS DECADAS PERDIDASHarrison H. Schmitt lleva aos soste-niendo que la cancelacin del progra-ma Apolo en 1972 fue un error gravo-so; Michael Grifn, ex administrador es decir, ex director de la NASA, sostuvo la misma opinin en un texto de 2007. Si la NASA hubiera seguido con los medios creados por el progra-ma Apolo y no hubiera optado por de-sarrollar un sistema completamente nuevo la lanzadera espacial, incluso los magros presupuestos de la poca habran dado para cuatro vue-los orbitales terrestres al ao, ampliar la estacin espacial Skylab e ir a la Luna dos veces al ao. Con mejoras graduales, se podra haber llegado as a Marte. De haber procedido de ese modo, escribi Grifn, hoy estara-mos en Marte en vez de tener que estar diciendo ahora que ser un asunto para los prximos 50 aos.

4. LOS EXPLORADORES DE MARTE padecern algunas de las mismas desorientaciones visuales que los astronautas Apolo. Esta vista del crter Gusev, tomada por el vehculo Spirit en el 147o da mar-ciano de su misin muestra luz retrodifusa en torno a la sombra del mstil de la cmara. Los cien-tcos a cargo del vehculo ar-man que el polvo de la atmsfera marciana atena la luz y permite estimar las distancias mejor que en la Luna. La base de las colinas Columbia, que se ven al fondo, se halla a unos 500 metros.


no constituirn, pues, ningn impedimento de importancia para la identicacin visual de rocas y minerales.

Una semejanza con la exploracin lunar podra ser la distorsin visual. En el vaco, o en una atmsfera enrarecida, nuestro cerebro tiende a subestimar las distancias. Experimen-tamos el mismo fenmeno bajo la atmsfera ntida de los desiertos y montaas; la ausencia de objetos familiares, de casas, rboles, matas, postes elctricos empeora las cosas. El primero en notar este efecto fue Neil Armstrong tras el aterrizaje de la Apolo 11. Aprend a compen-sarlo comparando la longitud conocida de mi sombra con la que pareca ser y aumentando luego las distancias estimadas por m en un 50 por ciento aproximadamente.

El polvo supercial le hace tambin jugarre-tas a la vista. En la Luna produca una intensa retrodifusin de la luz cuando se miraba dando la espalda al Sol. Este efecto, llamado de oposicin, que parece una mancha difusa y brillante, es el mismo fenmeno que vemos al mirar nuestra propia sombra sobre la nieve, o la sombra del avin en que viajamos sobre un bosque frondoso o un trigal. Lo vern los astronautas a Marte.

La retrodifusin arroja algo de luz sobre las sombras, mientras que las sombras que se ven mirando en la direccin del Sol slo estn iluminadas por un poco de luz que llega difusa desde otros elementos superciales. Para cada fotografa tenamos que ajustar la apertura del diafragma con respecto a la lnea de la posicin solar. En las exploraciones futuras, las cmaras y sistemas de vdeo debern poder ajustarse automticamente a las condiciones de iluminacin.

Dificultad de accesoMe sent muy relajado en la Luna, cosa que atribuyo a mi fuerte motivacin y a estar muy entrenado, sin olvidar la conanza en el equipo de apoyo en la Tierra. Pero nuestro satlite esta-

ba a una distancia de slo tres das y medio. Si se emplean cohetes qumicos ordinarios, Mar- te se encuentra, en el mejor de los casos, a una distancia de ocho a nueve meses. Incluso con propulsin elctrica o de fusin, que abrevia el viaje acelerando y decelerando continuamente la nave, el viaje durar meses [vase Cmo ir a Marte, por George Musser y Mark Alpert; Investigacin y Ciencia, mayo ]. Se-mejante aislamiento obligar a la tripulacin marciana a desenvolverse con ms indepen-dencia que las tripulaciones lunares.

Dicho esto, dudo que las cuestiones psico-lgicas llegaran a ser un problema grave. Un regreso a casa que dure un mnimo de varios meses, y no de dos a tres das, podra afec-tar de varios modos adversos a determinadas personas, pero los que exploraron la Tierra superaron pruebas peores. Histricamente, los aventureros sufrieron separaciones de su pas equiparables a las de los primeros viajeros a Marte; adems, carecan de todo medio de comunicacin. Su motivacin, preparacin, conanza en el grupo e instinto de supervi-vencia sern prcticamente los mismos que los de los viajeros de las misiones Apolo. Todos estarn ms que ocupados con el manejo y mantenimiento de la astronave, tareas cien-tcas, ejercicios fsicos, entrenamientos de simulacin para tareas futuras, actualizacin de los planes de exploracin y muchas otras obligaciones. De hecho, si la historia hasta hoy de los vuelos espaciales revela algo sobre este extremo, es que el mayor problema psi-colgico que aguarda a la tripulacin sera el de disponer de tiempo personal para relajarse. Es algo que los planicadores debern tener presente.

Lo mismo que lo fue en la Luna, la limi- tacin primordial para la eciencia de la exploracin de Marte ser el ineludible traje espacial presurizado. El traje Apolo 7LB que usamos en la exploracin de Taurus-Littrow nos permiti ejecutar una notable cantidad

5. LAS ROCAS MARCIANAS, como las lunares, estn re-vestidas de polvo y minerales erosionados. Hay que inspec-cionar lo que hay debajo para identicar el tipo de roca. En el 99o da marciano de su misin, el vehculo Spirit emple su til abrasivo para raspar el revesti-miento de esta roca, a la que se ha dado el nombre de Ruta 66.


de trabajo de campo en un entorno muy hostil. El traje estaba presurizado a 0,26 kilogramos fuerza por centmetro cuadrado, aproximada-mente la cuarta parte de la presin atmosfrica terrestre a nivel del mar. Con l habra podido correr a poco menos de diez kilmetros por hora a ritmo regular a lo largo de varios ki-lmetros, con un paso similar al de esqu de fondo. Con los tiles de que disponamos y tra-bajando en equipo, pudimos recoger muestras, documentarlas fotogrcamente y empaquetar-las a un ritmo razonable. En unas 18 horas de exploracin reunimos unos 115 kilos de rocas y regolito. Desde luego que me habra gustado disponer de mejor movilidad en piernas, brazos y muecas, pero la que nos proporcion el A7LB result apropiada.

Lo que casi no funcion, o al menos cre una fatiga y un trauma considerables en las manos, fueron los guantes del traje. Algo deber hacerse con los guantes cuando re-gresemos a la Luna y sigamos hacia Marte. La exibilidad de los dedos estaba limitada y el antebrazo se me cansaba al cabo de unos 30 minutos. Era como estar apretando sin cesar una pelota de tenis. Tras un perodo de descanso de ocho horas, no me quedaban trazas de dolor muscular, una seal de la mejor circulacin cardiovascular bajo una gravedad de un sexto. Pero despus de tres excursiones presurizadas de ocho a nueve horas, no estoy seguro de cuntas ms habran permitido las escoriaciones en las manos y los daos en las uas que causaban aquellos guantes.

La tcnica de los trajes espaciales puede evolucionar en el sentido de que los guantes, o su equivalente, permitan una destreza que se aproxime a la natural de la mano y que el traje mismo conceda una movilidad como la de un traje de esqu de fondo [vase Astronave mo-noplaza, por Glenn Zorpette; Investigacin y Ciencia, agosto ]. Cabe pensar que asistentes de campo robticos podran ayudar a la planicacin previa de los periplos. Ade-ms, con la experiencia de los astronautas que construyen la Estacin Espacial Internacional disponemos ya de tcnicas de preparacin fsi-ca que brindan un mejor acondicionamiento de los msculos de los brazos a unas manos sometidas a esfuerzos continuos. Otros proce-dimientos y equipos nuevos podran mejorar el rendimiento de la exploracin.

Formar una tripulacinLa urgencia poltica y una planicacin y de-sarrollo iniciales del proyecto Apolo basados en los vuelos de prueba dejaron pocos res-quicios para seleccionar gelogos de campo e integrarlos en las tripulaciones lunares. La nasa eligi pilotos profesionales de pruebas y

pilotos militares, y un solo gelogo de cam-po, pero que tena formacin de piloto (el autor). Todos los tripulantes deban poseer habilidad, experiencia y seguridad en el uso de las mquinas y procedimientos de vuelo. No quedaba sitio para un gelogo de campo como pasajero.

Tal situacin debera cambiar cuando se vuelva a la Luna, dentro de un decenio ms o menos. En todos los equipos enviados al satlite deberan gurar exploradores de campo profesionales para que adquieran experiencia con vistas a la exploracin de Marte. Tal como se hizo en las ltimas misiones Apolo, todos los miembros de la tripulacin y sus equipos de apoyo operativo tendran que recibir el mayor entrenamiento de campo posible sobre problemas geolgicos reales. El nmero ptimo de miembros de la tripulacin para la explora-cin inicial parece que es cuatro: dos pilotos profesionales con entrenamiento secundario como exploradores de campo e ingenieros de sistemas, tal y como ocurra en las tripulacio-nes lunares del programa Apolo; un gelogo de campo profesional con formacin comple-mentaria como piloto, ingeniero de sistemas y bilogo de campo; y un bilogo de campo profesional con formacin complementaria como mdico y gelogo de campo.

Con la formacin complementaria, el xito de la misin no depende de una persona con-creta, sino del trabajo en equipo. Adems de estar completamente preparado para contribuir con su especialidad al conjunto del equipo, CO

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Algo debe hacerse con los guantes. Se me cansaban los antebrazos al cabo de unos 30 minutos. Era como mantener continuamente apretada una pelota de tenis.

6. LOS GUANTES que us el autor en la supercie lunar.

Trabajar cuando se lleva puesto un traje espacial es ms que penoso. Para que los astronautas respiren deben estar presuri-zados, pero la presin los rigidiza y restringe la movilidad. Los

PROYECTO GEMINIS T (pruebas en tierra)

UN TRAJE ESPACIAL PARA

PROYECTO APOLO S


cada miembro de una misin marciana debe sentirse total e

inquebrantablemente cmodo y compatible con una estructura jerrquica de mando. His-tricamente, pequeos grupos de exploradores alcanzaron grandes xitos cuando haba inequ-vocamente un lder experimentado.

La exploracin de Marte ser distinta de la lunar en muchos aspectos. Primero, como la travesa se medir en meses y no en das, du-rante toda ella la tripulacin tendr que seguir practicando el aterrizaje y otros procedimientos de vuelo. En las misiones Apolo, el aterrizaje lo ensaybamos con un simulador en tierra; el ltimo ejercicio lo hicimos pocos das antes del lanzamiento, cuando faltaba menos de una semana para nuestro descenso propulsado so-bre la Luna. En los periplos a Marte, el lapso entre el lanzamiento y el aterrizaje sera del orden de nueve meses, demasiado largo sin entrenamiento regular a bordo.

Segundo, el control desde tierra no po-dr llevar a cabo las habituales funciones de control de misin a causa del retardo en las comunicaciones (hasta 22 minutos, en cada sentido). En la Tierra tendrn que realizarse, en cambio, actividades que no requieran in-teraccin directa con la tripulacin; a saber, anlisis y sntesis de datos, planicacin se-manal, monitorizado y anlisis de sistemas y consumibles, planicacin del mantenimiento y estudio de situaciones posibles.

En la realidad, las funciones de control di-recto de la misin tendrn que realizarlas los

propios astronautas. Por ejemplo, la misin podra componerse de dos tripulaciones, una que aterriza y otra que permanece en rbita para actuar como centro de control en rbi-ta de la misin. Cuando la primera vuelve a la rbita, la segunda desciende y explora una nueva zona.

Ese grado de autonoma no carece de pre-cedentes. Incluso durante las misiones Apo-lo, aunque habamos planeado las actividades de exploracin lunar antes del lanzamiento valindonos de las fotografas disponibles, la nasa dejaba bastante iniciativa a las tripula-ciones para que aprovecharan oportunidades inesperadas.

Por ejemplo, a nales del segundo perodo de exploracin del Apolo 17, descubr vi-drio volcnico naranja en la cresta el crter Shorty, con slo un margen de 30 minutos para trabajar en aquel lugar. Sin esperar las sugerencias del control de la misin, Gene y yo empezamos a describir y fotograar el depsito y a recoger muestras. No tenamos tiempo para tratar del asunto con los con-troladores, pero supimos de inmediato lo que deba hacerse.

Exactamente as debern plantearse siempre las cosas las tripulaciones a Marte, con un control de misin en la Tierra que tendr noticia de los hechos al cabo de decenas de minutos.

Una tercera diferencia respecto de las mi-siones Apolo es que, a la luz de los gastos y de la importancia histrica de cada una de las misiones de exploracin a Marte, stas deben encaminarse al xito. Si algo sale mal, los astronautas an deberan ser capaces de proseguir la misin y alcanzar sus objetivos principales.

Lo idneo sera, en efecto, que la nave transporte dos aterrizadores por si uno no pudiera emplearse. Ms an, si durante la secuencia de entrada, descenso y aterrizaje hay alguna incidencia en los sistemas o en los programas informticos, los astronautas deben poder llegar, pese a todo, a suelo, en vez de abortar la operacin y quedarse en rbita, como ocurra en las Apolo. Los problemas pue-den resolverse con tiempo, consultando con la Tierra, una vez que la tripulacin aterrice sin novedad en Marte.

Los ms jvenes disfrutarn en su da del privilegio y de la aventura de la ex-ploracin de Marte si sus padres y abuelos les brindan la oportunidad. No ser fcil. Como en todo lo que algo vale, hay riesgos. La curiosidad, las lecciones de la historia y nuestro propio instinto de conservacin nos demandan que marchemos hacia nuestro exterior.

astronautas del Apolo tuvieron que ejercitarse intensamen-te para acostumbrarse a trabajar con los trajes puestos. Los trajes futuros podran ser ms exibles.

TRAJE DURO AX-5 S

PROGRAMA CONSTELACION S

CADA OCASION

EXPLORING TAURUS-LITTROW (WHAT IS IT LIKE TO WALK ON ANOTHER WORLD?). Harrison H. Schmitt en National Geo-graphic, vol. 144, n.o 3, pgs. 290-307; septiembre, 1973.

A TRIP TO THE MOON. Harrison H. Schmmitt en Where Next, Columbus?: The Future of Space Exploration. Dirigida por Valerie Neal. Oxford University Press, 1994.

APOLLO 17 AND THE MOON. Harrison H. Schmmitt en Encyclopedia of Space Science and Technology. Dirigido por Hans Mark. Wiley, 2003.

RETURN TO THE MOON. Harrison H. Schmitt. Springer-Praxis, 2006.

DECODING THE MINERAL HISTORY OF MARS. Vivien Gornitz en Mineral News, vol. 24, n.o 2, pgs. 12-13; febrero, 2008.

PAPER ASTRONAUT: THE PAPER SPACECRAFT MISSION MANUAL. Juliette Cezzar. Presentacin de Buzz Aldrin. Universe, 2009.

Bibliografa complementaria

LANZADERA ESPACIAL T


S uperbicho ataca. Parece el ttulo de una pelcula infantil de terror. Se trata, en realidad, de un titular del New York Post del 26 de octubre de 2007. Doce das antes, haba muerto en Brooklyn un chico de 12 aos, tras herirse jugando al ba-loncesto, infectado por una cepa de la bacteria Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SARM), uno de los frmacos ms potentes del arsenal antibitico actual.

Diez aos atrs, la posibilidad de que una persona sana contrajese una infeccin bacteria-na letal se hubiera considerado remota. Pero en nuestros das se ha hecho realidad. En 2007, un equipo dirigido por Monina Klevens, de los Centros estadounidenses de Prevencin y Control de Enfermedades, informaba que la cepa SARM era responsable de 19.000 muertes al ao en los EE.UU., mortandad superior a la causada por el sida. La cifra resulta es-pecialmente alarmante debido a que un 20 por ciento de quienes contraen infecciones no localizadas de SARM fallecen por esa cau-sa; asimismo, un nmero cada vez mayor de las vctimas son personas jvenes y sanas que contraen la infeccin durante sus actividades cotidianas. El problema estuvo otrora limitado a hospitales y residencias de ancianos, donde muchas personas eran vulnerables en razn de su debilitado sistema inmunitario. A los que sobreviven al SARM, les sale tambin caro: un enfermo que lo contraiga mientras se

encuentra hospitalizado permanece ingresado 10 das ms por trmino medio, a un coste de unos 25.000 o 30.000 euros.

El gasto anual total correspondiente al trata-miento de infecciones SARM en los hospitales estadounidenses supera los 3000 millones de euros. Y el estalococo ureo es slo uno de los patgenos que estn resultando cada vez ms difciles de doblegar. La medicina moderna est perdiendo la guerra contra bacterias morbosas que en otros tiempos se dieron por vencidas. Para invertir la marea se requieren nuevos m-todos que permitan descubrir y crear nuevos antibiticos.

Resistencia recurrenteLa historia de la SARM nos ensea cun r-pidamente puede presentarse la resistencia a los frmacos. Los mecanismos responsables de la resistencia antibitica de los estalococos y otras bacterias hacen que el problema sea casi inevitable y crean una necesidad incesante de antibiticos nuevos.

La meticilina, un derivado de la penicilina, fue introducida en 1959 para tratar infecciones provocadas por cepas bacterianas que se haban vuelto resistentes a la penicilina (S. aureus y Streptococcus pneumoniae, el estreptococo de la neumona). No obstante, tan slo un ao despus se observaron en hospitales europeos cepas de S. aureus resistentes a la meticilina. En los aos ochenta, las SARM se difundieron

CONCEPTOS BASICOS

Q Hay bacterias que desarro-llan resistencia contra los antibiticos a una velocidad superior a la de creacin o descubrimiento de nuevos frmacos.

Q Para solucionar el proble-ma, se estn adoptando estrategias novedosas; entre otras, la exploracin de ambientes exticos y el anlisis de genomas microbianos.

Q Ciertos mtodos nuevos y especcos contra mi-croorganismos y frmacos que inutilizan el patgeno sin matarlo podran eludir o frenar una espiral de progresiva resistencia.

Se estn aplicando enfoques y tcnicas de nuevo cuo en la bsqueda de antibiticos

Christopher T. Walsh y Michael A. Fischbach

Nuevas tcticas contra bacterias resistentes


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por los servicios de salud de todo el mundo. Hace unos 15 aos surgi una clase nueva de infecciones SARM: infecciones contradas en la comunidad, no slo en hospitales.

El tratamiento de la estalococia resistente a la meticilina (SARM) resulta problemtico debido, en parte, a que puede difundirse con prontitud si penetra en el torrente circulatorio. Pero la cualidad ms perniciosa de la SARM es su resistencia frente a unos de los antibiticos principales, los beta-lactamos (cefalosporinas y variantes de la penicilina, entre otros): los estalococos producen una enzima que escinde y destruye los frmacos. La resistencia a los beta-lactamos limita el arsenal farmacol-gico disponible contra la SARM a un pequeo conjunto de antibiticos con efectos secundarios graves. Ciertas cepas de SARM han adquirido ya resistencia frente a la vancomicina, el ms ecaz de los antibiticos mencionados.

La aparicin de resistencia a la vancomicina en bacterias que ya eran resistentes a la meticilina ilustra un difcil problema al que se enfrentan la medicina y la farmacopea: desde el momento en que se introduce un antibitico en la prctica clnica, empieza la cuenta atrs de su vida til. La responsabilidad recae en la seleccin natural: la mera presencia de un antibitico crea un am-biente donde una cepa bacteriana que por azar sea resistente adquirir sbitamente ventaja sobre sus competidoras para desarrollarse ms.

La vancomicina fue aprobada por la Agencia Federal de Frmacos y Alimentos estadounidense (FDA) en 1958; al presentarse la SARM, la van-comicina se convirti en la fuerza teraputica de reserva para esta clase de infecciones. Pero en 2002 empezaron a aparecer, en los hospitales, cepas de SARM que oponan tambin resistencia a la vancomicina. Las cepas de S. aureus vancomicn-resistentes (SAVR) emergieron de cepas de SARM que haban adquirido un conjunto de cinco genes que viajaban en bloque, los cuales conrieron re-sistencia a la vancomicina. Las enzimas codicadas por esos genes permiten al SAVR reemplazar las dianas de la vancomicina en la pared bacteriana por una estructura variante, a la que la vancomi-cina no puede unirse. El que lleg a denominarse antibitico de ltimo recurso deja entonces de inhibir el desarrollo de SAVR.

La sustitucin de la diana de un antibitico constituye slo una de las tres estrategias principales que las bacterias adoptan para evitar la muerte. Otra estrategia se funda en el ataque del anti-bitico: numerosos genes de resistencia (como el responsable de que SARM se torne resistente a los beta-lactamos) codican una enzima que destruye o altera al antibitico, y lo torna inecaz. Una tercera posibilidad consiste en la expulsin del frmaco: ciertos genes codican las instrucciones para una bomba que se instala en la membrana celular y excreta las molculas de antibitico que penetran en


la bacteria, evitando as que la concentracin de antibitico en el soma celular sea suciente para provocar la muerte de esa clula.

En dnde se originan esos genes de resis-tencia? Algunos son fruto de mutaciones alea-torias. Este es el caso del alelo que reemplaza la enzima diana del ciproaxino y de otros antibiticos basados en uoroquinolonas por una forma resistente de esa misma enzima. Otros se toman de bacterias anes: el conjunto de cinco genes que conere resistencia a la vancomicina procede de una bacteria que fa-brica ese antibitico. Esa bacteria necesita esos genes para protegerse de su propio armamento qumico; es probable que otras hayan adquiri-do esa misma defensa mediante transferencia gnica horizontal (intercambio de genes).

Con frecuencia, dichas transferencias se vehiculan a travs de plsmidos (fragmentos circulares de ADN), que se comportan como virus sin cpside; se transeren de una bacteria a una clula bacteriana hospedadora, que los reconoce como pieza nativa de su ADN y los copia mediante su maquinaria de replica-cin. Para facilitar su difusin, los plsmidos tambin portan genes que promueven la su-pervivencia del husped, entre ellos, genes de resistencia a los antibiticos. En bacterias que moraban en una planta de tratamiento de resi-duos se descubri un plsmido que codicaba nueve genes de resistencia a los antibiticos.

La transferencia horizontal de genes se ha observado tambin al aislarse las cepas SARM,

SAVR y una tercera bacteria, Enterococcus fae-calis, de un paciente de dilisis de Michigan, en 2002. El anlisis gentico de esas cepas hizo ver que un plsmido que contena el conjunto gnico de resistencia a la vancomici-na (as como genes de resistencia a otros tres antibiticos y a cierta clase de desinfectantes) se haban transferido de E. faecalis a SAVR, creando as una cepa nueva de SAVR.

Lamentablemente, no es inslito que un en-fermo crnico se vea coinfectado por dos pat-genos bacterianos que hacen surgir un tercero. Dado que en las unidades de cuidados intensi-vos y en las residencias de tercera edad recalan a menudo pacientes de sistema inmunitario frgil, que reciben tratamientos antibiticos intensos, es all donde ms se desarrollan bac-terias resistentes a los antibiticos. Sin saberlo, el personal sanitario facilita la propagacin de las bacterias al ir de un paciente a otro para cambiar sondas o catteres intravenosos; por esa razn, el cumplimiento de las normas sobre la higiene de las manos del personal hospitalario, mientras pasan de un paciente a otro, reduce el nmero de infecciones.

SAVR, que no ha alcanzado todava una gran difusin, muestra sensibilidad a una cuan-ta limitada de antibiticos de uso clnico; la mortalidad en los infectados es elevada. Est surgiendo otra clase de patgenos, las bacterias gram-negativas panresistentes a frmacos, cuyo perl de resistencias es todava ms amedren-tador. Cuentan con dos membranas celulares; TAM

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Los antibiticos tpicos de la farmaco-pea actual tratan de vencer a las bacterias impidiendo alguna de sus funciones vitales. Las bacterias, a su vez, cuentan con varios medios para destruir los frmacos o eludir su accin.

MECANISMOS ANTIBIOTICOS ACTUALES...

RUPTURA DEL CICLOLos antibiticos actuales se orientan contra actividades celulares vitales para la bacteria: la expansin de su pared externa (crecimiento), la sntesis de protenas y el despliegue del ADN (reproduccin). Sealamos aqu algunas vas de accin de los frmacos, las clases de antibiticos que las utilizan y ejemplos de principios activos.

MECANISMO: Bloqueo de la sntesis de la pared celular

PRINCIPIOS ACTIVOS: Beta-lactamos (meticilina) Glicopptidos (vancomicina) Cefalosporinas (ceftibuteno) Carbapenemos (imipenemo)

Pared celular externa

Ribosoma

ARN

MECANISMO: Inhibicin de la sntesis de protenas

PRINCIPIOS ACTIVOS: Tetraciclinas (minociclina) Ma

investigación y ciencia 396 - septiembre 2009

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