investigación y ciencia - junio de 2011

5/9/2018 Investigación y Ciencia - Junio de 2011 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/investigacion-y-ciencia-junio-de-2011 1/98

I N V

E S T I G A C I Ó N Y

C I E N C I A

J U N I O 2

0 1 1

N . o 4

1 7

L A I N F L A C I Ó N A D E B A T E | R E D E S

D E A L E R T A S Í S M I C A

| U S O J U D I C I A L D E N E U R

O I M Á G E N E S

Lainflacióna debate

9 7 7 0 2 10 1 3 6 0 0 4

0 0 4 1 7

6,00 EUROS

9 2 0 3 0

0 4 1 7

,00 EUROS

Junio 2011 InvestigacionyCiencia.es

Profundas grietasen sus cimientos lógicoscuestionan la validezde la cosmología moderna

NEUROCIENCI

Uso judiciade escánere

cerebraleSERPIENTE

Estrategia

avanzadade cazaTERREMOTO

Redede alerta

sísmica

S ECI L

ARTÍCULOSESCRITOS

POR PREMIOSNÓBEL EN IYC



Junio 2011, InvestigacionyCiencia.es 1

K E N N E T H

C .

C A T A N I A

Junio 2011, Número 417

76

BIOLOGÍA CELULAR

60 El caos ordenado de las proteínas

En contra de lo aceptado, las proteínas no necesita-rían adoptar formas rígidas para llevar a cabo susfunciones en la célula. Por A. Keith Dunker y Richard

W. Kriwacki

ARQUEOLOGÍA

68 La dama de CaoEl descubrimiento de una tumba de la civilizaciónmochica abre un nuevo capítulo en la arqueologíaprecolombina: la mujer que la ocupaba gobernóese pueblo a comienzos de nuestra era. Por Régulo

Franco Jordán

ETOLOGÍA

76 Un depredador natoLetal desde el primer día, la serpiente tentaculadaemplea tácticas taimadas para capturar peces,de los que se alimenta de modo exclusivo. Por Kenneth

C. Catania

ASTROFÍSICA

80 La ormación de estrellas masivasLas estrellas mucho mayores que el Sol desempeñanun papel fundamental en la génesis y evoluciónde las galaxias. Su nacimiento, sin embargo,se encuentra aún envuelto en numerosas incógnitas. Por María Teresa Beltrán

ARTÍCULOS

COSMOLOGÍA

16 La infación a debate¿Es correcta esta teoría fundamental de la cosmología

moderna? Por Paul J. Steinhardt

NEUROIMAGEN

24 La neurociencia en el sistema judicialLos escáneres cerebrales quizá transformen nuestras

nociones legales de responsabilidad o credibilidad.

Por Michael S. Gazzaniga

MEDIOAMBIENTE

30 ¿Sobrevivirá el mar Muerto?El riego y la minería están secando el lago, pero la cola-

boración entre Israel, Jordania y la Autoridad Palestina

podrían salvar este mar sagrado. Por Eitan Haddok

SISMOLOGÍA

36 Segundos antes del gran temblorUn sistema propuesto para California permitiría alertar

de un terremoto con antelación suficiente como para

salvar vidas. Por Richard Allen

BIOLOGÍA

50 Conmemoración de los NobelCon motivo de la reunión entre laureados y jóvenes

investigadores que se celebrará este mes en Lindau,

reproducimos fragmentos de artículos publicados por

nóbeles en nuestra revista. Recopilación de Ferris Jabr



E N P O R T A D A

2 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, junio 2011

La teoría de la inflación cósmica, uno de los pilares de la cosmología

moderna, afirma que la homogeneidad del universo a gran escala

se debe a un período de expansión hiperacelerada que habría

«estirado» el cosmos justo después de la gran explosión. Ahora,

algunos expertos refieren profundas inconsistencias lógicas en los

cimientos de la teoría. Ilustración de Malcolm Godwin.

6

44

92

SECCIONES

3 Cartas de los lectores4 Apuntes

Genómica microbiana. Las primeras grabacionessonoras. Sinapsis en 3D. ¿Se detendrá la Red el 8 de

junio? Daphnia, una pulga de agua. El nido de amorde las cacerolas. Epidemiología financiera.

5 Agenda

8 PanoramaUn detector de partículas en el espacio. Por Manuel

Aguilar Benítez de Lugo

La avutarda. Por Juan Carlos Alonso

La diversidad de las campanillas. Por Cristina

Roquet

Debajo de la zona del mínimo de oxígeno. Por David

Serrano y Michel E. Hendrickx

42 De cercaBatea: un arrecife flotante. Por C. G. Castro,

F. G. Figueiras, U. Labarta, M. J. Reiriz y D. Zúñiga

44 Historia de la cienciaEl señor de la física. Por Simon Scha ff er

47 Foro científcoJuro decir la verdad. Por Hank Greeley

48 Ciencia y gastronomíaLa destilación llega a la cocina. Por Pere Castells

89 Curiosidades de la ísicaDel principio de incertidumbreal color del tomate. Por Norbert Treitz

92 Juegos matemáticos¿Qué es la probabilidad? Por Agustín Rayo

94 LibrosTodo sobre César. Por Francisco Rodríguez Adrados

La técnica en la vida diaria. Por Luis Alonso

96 Hace...50, 100 y 150 años.




Cartas de los lectores

[email protected]

GEÓFITOS EN EL CABOEn el artículo «Cuando el mar salvó a la

humanidad» [I a C a ,

octubre de 2010], Curtis W. Marean des-

cribe las investigaciones que, junto a su

grupo, llevó a cabo en Pinnacle Point, en

Sudáfrica. Señala que la vegetación actual

de esa región es muy variada e incluye un

gran número de especies caracterizadas

por tubérculos y bulbos comestibles, esto

es, geófitos.

La vegetación en cualquier zona de la

Tierra es dinámica, no estática. Cambia

a medida que lo hacen el clima y otros

factores que no comprendemos. ¿Por qué,

habida cuenta de ese dinamismo, pode-

mos suponer que los geófitos también

abundaban en la región hace 200.000

años?

F a R a

Scottsdale, Arizona

R o M a a : La presencia de una

planta geó fita suele asociarse con una

adaptación a veranos secos y cálidos, así como a climas áridos. Pero ese no es el

caso de los geófitos de la región de El

Cabo, ya que su centro se encuentra do-

minado por lluvias invernales. Toda la

zona, lo que incluye el área de fynbos y

el Karoo interior, presenta una variedad

de geó fitos extremadamente rica. A par-

tir de otros indicadores, como la fauna

de grandes mamíferos, la de micromamí-

feros o los espeleotemas, podemos a fir-

mar con seguridad que durante los últi-

mos 200.000 años el clima de El Cabo ha

sido propicio para los geó fitos, incluso

bajo las condiciones glaciales más seve-

ras. De hecho, El Cabo fue con toda pro-

babilidad más seco durante las glacia-

ciones, por lo que los geó fitos se habrían

visto incluso más favorecidos que en la

actualidad.

POLIESTIRENO Y DIAMANTEEn el apunte «El diamante, ¿joya o mine-

ral?», de Michael Moyer [I a

C a , marzo de 2011], me ha sorpren-

dido y desconcertado la equiparación del

poliestireno (material orgánico, sintético,

relativamente blando, degradable y com-

bustible) con el diamante, el zafiro y la sí-

lice, todos ellos materiales inorgánicos,

muy duros y prácticamente indestructi-

bles. El autor debería explicar qué propie-

dad del poliestireno le permite comparar-lo con los minerales citados.

R a a Oo

Monzón, Huesca

R o Mo : La línea en cuestión

(«Un diamante es para toda la vida. Igual

que el za firo, la sílice y el poliestireno ex-

truido») pretendía llamar la atención so-

bre el hecho de que el mensaje principal

empleado por la industria del diamante

bien podría aplicarse a materiales muy

diversos. Es cierto que el poliestireno ex-

truido representa un elemento curioso en

la lista; aun así, tarda cientos de miles de

años en descomponerse. Espero que fue-

sen más quienes encontraron la compa-

ración divertida que quienes la hallaron

problemática.

UN LENGUAJE,MUCHOS IDIOMASEn el artículo «Lenguaje y pensamien-

to», de Lera Boroditsky [I a

C a , abril de 2011], parece haber un

importante error de traducción. En la

versión publicada, los términos «lengua»,

«idioma» y «lenguaje» aluden indistin-

tamente a un mismo concepto que, correc-

tamente, solo puede ser llamado «len-

gua» o «idioma», pero en ningún caso

«lenguaje». Lera Boroditsky se refiere

en todo momento a los sistemas lingüís-

ticos (lenguas) como estimuladores de

la cognición humana, pero no a la capa-

cidad comunicativa (lenguaje) que, como

se sabe, es universal. Si se trata de un

error de traducción, tal vez se haya debi-

do a que en la lengua inglesa no hay dis-

tinción terminológica entre ambos con-

ceptos (language), mientras que en las

lenguas románicas, y en particular en el

español, esta sí existe.

O a I a o a

Salamanca

Octubre 2010

Marzo 2011

Abril 2011

C A R T A S D E L O S L E C T O R E S

INVESTIGACIÓN Y C IENCIA agradece la opinión de suslectores. Le animamos a enviar sus comentarios a:

PRENSA CIENTÍFICA, S.A.Muntaner 339, Pral. 1a, 08021 BARCELONA

o a la dirección de correo electrónico:[email protected]

La longitud de las cartas no deberá exceder los 2000caracteres, espacios incluidos. INVESTIGACIÓN Y C IENCIA

se reserva el derecho a resumirlas por cuestionesde espacio o claridad. No se garantiza la respuesta

a todas las cartas publicadas.



Apuntes

W A L T E R H O D G E S ,

C O R B I S ( a r r i b a ) , G R A N G E R C O L L E C T I O N ( a b a j o )

Las bacterias y las arqueas, conocidas enconjunto como procariotas, viven casi entodas partes; se dividen sin ningún pro-

blema en lugares que van desde el medioácido del estómago hasta las fuentes ter-males de las profundidades marinas. Pros-peran en sitios tan diversos gracias a laextraordinariaflexibilidad de su genoma:pueden perder genes, alterarlos o dupli-carlos casi a voluntad. Se sabe desde hacetiempo que los procariotas adquierentambién genes de sus vecinos (una medi-da que contribuye a la resistencia a losantibióticos). Pero se consideraba que esaestrategia para obtener ADN nuevo, de-nominada transferencia horizontal de ge-

nes, sucedía escasas veces, solo bajo fuer-tes presiones ambientales, como laexposición a antibióticos potentes.

Un estudio reciente publicado en PLoS

Genetics ha revelado, en cambio, que losprocariotas adquieren genes de microor-ganismos cercanos con bastante frecuen-cia. La transferencia, que puede tener lugarcuando un microbio obtiene la informa-ción genética de otro a través de un inter-mediario o un virus, se produce inclusoentre procariotas de diferentes especies.

Al compilar una basede datos de 110 genomas deprocariotas distintos, Todd

J. Treangen y Eduardo P. C. Ro-cha, del Instituto Pasteur de París,calcularon el número de genes que habíansido adquiridos mediante transferenciahorizontal. Sabían que los genes que evo-lucionan dentro del genoma de un proca-riota suelen localizarse cerca de genessimilares y presentan funciones parecidasa otros. Sin embargo, los genes que lleganpor transferencia horizontal aparecen alazar por todo el genoma y a menudo de-sempeñan funciones muy diferentes. Me-diante el análisis de estos dos marcadores

importantes, Treangen y Rocha calcula-ron que los procariotas estudiados habíanadquirido entre el 88 y el 98 por cientode los nuevos genes a través de la trans-ferencia horizontal.

«El estudio demuestra que, en las bac-terias, la mayor parte de los genes nuevosproceden de fuentes externas», afirmaHoward Ochman, microbiólogo de la Uni-

versidad de Yale que no participó en lainvestigación. Según él, los investigadoresdebieron obtener la secuencia completa

MICROBIOLOGÍA

Compartir por igual

de varios genomas y emplear una buenadosis de sentido común para seleccionarlos datos, gracias a lo cual extrajeron con-clusiones realmente sólidas.

Cuando alcanzan su nuevo hogar, losgenes transferidos siguen un camino evo-lutivo diferente al de los genes del genomaque los acoge. Los recién llegados evolu-cionan más deprisa y son más duraderos;Treangen sospecha que esa conducta sedebe a que los genes proporcionan una

funcionalidad totalmente nueva y útil.La transferencia horizontal de genespermite a los procariotas adquirir adapta-ciones preexistentes de otros microorga-nismos, según Treangen, lo que les facilitael establecimiento en nuevos ambientes.Su estudio, afirma, demuestra que la trans-ferencia horizontal constituye la fuerzadominante en la evolución de los proca-riotas y ayuda a explicar la rápida apari-ción en las bacterias de resistencias a an-tibióticos. —Carrie Arnold

En el siglo IX, unos sabios persas inven-taron el primer instrumento mecánico co-nocido: un órgano que, movido por agua,reproducía la música impresa en un cilin-dro giratorio. Habrían de pasar 1000 añoshasta que alguien alumbrase el procesoinverso: transcribir sonidos sobre una su-perficie.

La primera máquina que registró músi-ca del aire fue el fonoautógrafo, creado en1857 por Édouard-Léon Scott de Martinville.El aparato empleaba un cuerno para con-centrar el sonido y dirigirlo hacia un peque-ño diafragma, desde el que una aguja regis-traba las ondas sonoras sobre un cilindrode vidrio giratorio recubierto de hollín.

Aunque el dispositivo demostró la posibili-dad transcribir señales acústicas, no servíapara reproducir los sonidos grabados. (Almenos hasta 2008, cuando investigadoresdel Laboratorio Nacional Lawrence, en Ber-keley, descifraron el rayado y resucitaron

un registro de 1860 en el que una voz feme-nina cantaba Au clair de la lune.)

El fonoautógrafo de De Martinville que-dó como una pintoresca curiosidad histó-rica, pero su diseño de bocina, diafragma,aguja y cilindro supuso el fundamento detoda grabación durante los 70 años siguien-tes. En 1874, Alexander Graham Bell expe-rimentaba con un sistema muy parecido alde De Martinville, pero que empleaba laoreja de un cadáver. Después, sus esfuerzosse dirigieron al teléfono, ingenio que paten-tó en 1876. Un año después, Thomas A.Edison ( fotografía) investigaba la posibili-dad de registrar los sonidos del teléfono deBell cuando se interesó por la posibilidadde grabar el sonido del aire. Su dispositivo,casi idéntico al de De Martinville, registra-

ba las ondas acústicas en papel de aluminio,lo que sí permitía su reproducción poste-rior. En diciembre de 1877, el mismo mesen que lo patentó, llevó el fonógrafo a lasoficinas de Scienti fic American y escribió:«No importa lo familiarizado que puedaestar alguien con las máquinas modernas

y sus maravillosas prestaciones... le seráimposible escuchar el habla mecánica sinque le asalte la idea que sus sentidos lo es-tán engañando». —Michael Moyer

HISTORIA DE LA TÉCNICA

Las primeras grabaciones sonoras





Si pudiésemos detener el tiempo por uninstante y hacernos lo suficientemente pe-queños como para poder distinguir lasmoléculas cuando una neurona se comu-nica con otra a través de una sinapsis (elpunto de contacto entre ambas) aprecia-ríamos lo que se observa en la parte de-recha de la imagen. La forma en que el

cerebro siente, piensa, aprende y expresalas emociones depende del modo en quese transmiten señales las neuronas. Deahí que numerosos laboratorios trabajenfebrilmente para comprender el funcio-namiento de las sinapsis y la manera enque los medicamentos psiquiátricos, queactúan sobre ellas, mejoran la vida de lospacientes.

Sin embargo, los avances de los neu-rólogos se topan con grandes dificultadesa causa de la enorme complejidad de lassinapsis, de un tamaño inconcebiblemen-

te pequeño y una rapidez extrema. Gra-cias a los esfuerzos coordinados de másde 1400 tipos de moléculas, una neuronase comunica con otra mediante la libera-ción de neurotransmisores. Estos atravie-san el estrecho espacio hasta llegar a lasuperficie receptora de la célula vecina.La única forma de conocer en profundi-dad lo que sucede en una sinapsis consis-te en desarrollar un modelo por ordena-dor lo más realista posible. Se confía enque al ejecutar una simulación momentoa momento y molécula a molécula se ob-tengan nuevos datos que, posteriormente,

se puedan comprobar de forma experi-mental.

La imagen generada por ordenador dela figura, creada por el grupo de Tom Bar-tol, del Instituto Salk de Estudios Biológi-cos, constituye un primer paso. Represen-ta una pequeña parte de una reconstruccióntridimensional, realizada durante cuatro

años, de un minúsculo cubo de tejido nervioso perteneciente a un cerebro de rata. Además de la estructura, la imagen recogeel momento en que una neurona se comu-nica con otra (derecha). Las moléculas deneurotransmisor (amarillo) irrumpen enel espacio de sinapsis, el punto de contac-to entre un axón de la célula señalizadora( gris) y una dendrita de la célula recepto-ra (azul ). (La estructura de color verdeazulado corresponde a una célula que ayu-da a que las neuronas desempeñen sufunción normal).

La simulación de Bartol ha permitidorealizar una importante observación: unaquinta parte del volumen de esa regióndel cerebro corresponde a todo el espacioque separa las células vecinas entre sí; unespacio por el que, según parece, los neu-rotransmisores se propagan extensamen-te. Esta vasta difusión contradice la ima-gen estándar de la sinapsis como un lugardonde únicamente se comunican dos neu-ronas y podría alterar nuestros conoci-mientos sobre el modo en que se trans-mite la información en el cerebro.

—Carl Schoonover I M A G E N G E N E R A D A P O R T O M B A R T O L ,

I N S T I T U T O D E E S T U D I O S B I O L Ó G

I C O S D E S A L K E N C O L A B O R A C I Ó N C O N J U S T I N K I N N E Y ,

D A N K E L L E R ,

C H A N D R A B A J A J ,

M A R Y K E N N E D Y ,

J O E L S T I L E S ,

K R I S T E N H A R R I S Y T E R R Y S E J N O W S K I ; D A V I D R U A N O / T N C ( C o p e n h a g u e n )

A GE N D A

CONFERENCIAS

17 de junio

Lenguaje y cerebro:

¿de dónde vienen las palabras

cuando hablamos?

F. X. Alario, Laboratorio de PsicologíaCognitiva del CNRSCiclo «Desafíos del siglo »Residencia de Investigadores del CSICBarcelona www.residencia-investigadors.es

24 de junio

Avances en biología molecular

Rafael Yuste, Universidad Columbia(Nueva York)Centro de Biología MolecularSevero OchoaMadrid www2.cbm.uam.es

EXPOSICIONES

El cuerpo humano. Como soy yo

Museo de la Ciencia y de la Técnicade CataluñaTerrassa (Barcelona) www.mnactec.cat

Del 3 al 26 de junio

FOTCIENCIA8

Palacio Abacial Alcalá la Real (Jaén)museoalcalalareal.com

OTROS

Hasta el 5 de junio - Teatro

Copenhaguen, de Michael FraynTeatro Nacional de CataluñaBarcelona www.tnc.cat/es/copenhaguen

Del 20 al 25 de junio

Festival STARMUS de astronomía

y música

En honor a Yuri GagarinTenerife www.starmus.com

Del 27 de junio al 1 de julio

4º Campamento internacional

de cielos oscuros

Parque Astronómico MontsecCellers (Lérida) www.darkskyparks.org

NEUROCIENCIA

Señales en una tormenta



Apuntes


J E N C H R I S T I A N S E N ( g r á f i c a ) , F U E N T E : G E O F F H U S T O N A P N I C ; K E V I N M A C K E N Z I E ,

U N I V E R S I D A D D E A B E R D E E N ( p u l g a d e a g u a )

Lo que a simple vista aparenta una mota de

polvo, bajo un microscopio resulta mucho más

interesante. A cincuenta aumentos, la casi invi-

sible Daphnia, una pulga de agua, aparece con

«cabellera», grandes ojos y «labios» rojos. Ke-

vin Mackenzie, director del departamento demicroscopía e imágenes de la Universidad de

Aberdeen, en Escocia, fotografió este inverte-

brado de charca de dos milímetros de longitud,

cuya cabellera corresponde, en realidad, a an-

tenas. El lunar situado debajo de su ojo com-

puesto (negro) es un ocelo, un órgano sensible

a la luz. El cuerpo transparente de la pulga tam-

bién revela su última comida: algas (verde).

En febrero, un grupo de cientí ficos afirma-

ron haber secuenciado el genoma de una es-

pecie de pulga de agua, Daphnia pulex. La se-

cuenciación ayudará a estudiar la forma en que

el entorno influye sobre el funcionamiento de

los genes, según el director del proyecto, John

Colbourne, de la Universidad de Indiana. Hace

tiempo que las autoridades municipales moni-

torizan el tamaño de las poblaciones de Daph-

nia con el fin de identificar una posible conta-

minación del agua, porque la especie exhibe

una sensibilidad extrema a la contaminación.

El estudio de las alteraciones de la función gé-

nica, señala Colbourne, también proporciona-

ría nuevos indicios sobre el efecto de ciertos

productos químicos en la salud humana.

— Ann Chin

¿ Q U É E S E S T O ?

Cada ordenador, módem, servidor o teléfono que se conecta a la Red cuentacon una dirección de protocolo de Internet (IP) que permite localizarlo. El for-mato de esa dirección, conocido como IPv4, fue tipificado en 1977 como unnúmero binario de 32 dígitos. Ello permitía casi 4300 millones de direcciones

(232), una cifra que en aquel momento se antojaba ilimitada. Ahora, las direcciones IPv4 disponibles están a punto de terminarse. En

los últimos años, las empresas del sector han comenzado a adquirir direccio-nes IPv6, un protocolo de 128 dígitos que aún no ha sido puesto en práctica.Pero eso cambiará el 8 de junio: ese día, Google, Comcast y otras compañíasactivarán las direcciones IPv6 durante una prueba de 24 horas.

Es probable que la transición no ocasione problemas. Todos los orde-nadores, salvo los más antiguos, se encuentran configurados para poderemplear ambos protocolos. Pero los módems por cable o DSL quizá noestén preparados, afirma Geoff Huston, director científico del Centrode Información de Red de la región Asia-Pacífico. En tal caso, losintentos para conectarse a una dirección IPv6 resultarían infructuo-sos o sufrirían retrasos. Durante algunos años, las empresas debe-

rán emplear ambos formatos, lo que podría enlentecer el servicio. «Antes o después, el IPv6 llegará a ser el formato do-minante», señala Huston. Sin embargo, cuándo llegará esedía es algo que aún no sabemos. —Mark Fischetti

INTERNET

¿Se detendrá la Red el 8 de junio?

1990

Mayo de 2011 Agosto de 2012

Diciembre de 2011Mayo de 2014Enero de 2016

Fechasprevistas deagotamiento

Tasa de asignación diariade direcciones IPv4,

por regiones

46.000 direcciones

1995 2000 2005 2010




I N G O A R N D T ,

M I N D E N P I C T U R E S ( a r r i b a ) ; P H O T O R E S E A R C H E R S ,

I N C .

( a b a j o )

Carmela Cuomo pensaba que tenía el se-creto al alcance de la mano, escondido en unacuario negro y somero del Laboratorio de Pes-querías Marinas de la Administración Nacional de laAtmósfera y el Océano de EE.UU., en Milford, Connecti-cut. Los xifosuros, o cacerolas de las Molucas, que había reco-lectado del puerto de New Haven en 2000 se apresuraban en su ri-tual primaveral: excavaban agujeros en la arena, ponían huevos ylos fecundaban. Intentaba conocer la combinación de luz, alimento y propiedades químicas que favorecían la cría en esos animales de500 millones de años de antigüedad. Pero al año siguiente, antesde poder averiguarlo, los xifosuros dejaron de aparearse y el secre-to se le escapó.

Cuomo, ambientóloga de la Universidad de New Haven, conti-nuó buscando la respuesta durante diez años en los acuarios deMilford, en laboratorios de su universidad y en una serie de acua-rios en el sótano de su casa. Ahora,finalmente, ha empezado a de-sentrañar el misterio.

La resolución de esa incógnita tendrá implicaciones prácticasimportantes. Nadie, como no sea por accidente, ha conseguido quelas cacerolas de las Molucas se apareen en cautividad. Si se idearauna manera de criarlos, las poblaciones naturales de estos arácni-dos, distribuidas a lo largo de la costa atlántica de los Estados Uni-dos y en Asia oriental, se verían libres de la presión que sobre ellasse ejerce. Las industrias farmacéuticas y de productos médicos va-loran estos artrópodos acorazados porque una sustancia coagulan-te que extraen de su sangre representa el estándar mundial para

detectar las mortíferas bacterias gramnegativas. Sus huevos sontambién una fuente de alimento vital para las aves litorales migra-torias. Y una enorme industria pesquera los utiliza como cebo.

Cuando las cacerolas de Cuomo no se aparearon en 2001, la in-vestigadora se dedicó a reproducir las mareas, alterar el ángulo de

sus playas artifi

ciales y cambiar el alimento de los animales. Cadaaño modificaba los parámetros, pero nada funcionaba. Después, en2007, en una conferencia internacional sobre cacerolas de las Molu-cas, Cuomo oyó que un anciano investigador japonés hablaba decriar a xifosuros en tierra extraída de la playa en la que se habíanpuesto los huevos. Se dio cuenta entonces del error de sus experi-mentos: no había empleado arena natal. El único año que habíaconseguido que los xifosuros se reprodujeran había tomado para suacuario la arena y los arácnidos del mismo lugar. Lo intentó de nue-vo... y las cacerolas se aparearon, no solo en la estación habitual, afinales de primavera, sino hasta el mes de octubre. La investigadoraha repetido el proceso, con igual éxito.

Ahora, impulsada por su curiosidad innata, Cuomo intenta des-velar otras incógnitas: ¿Qué hay en la arena que resulte tan impor-

tante para la reproducción de los xifosuros? ¿Cómo lo notan losanimales? Y, por último, ¿puede ella ayudar a salvar a la especie?

—David Funkhouser

BIOLOGIA MARINA

El nido de amor de las cacerolas

¿Qué puede enseñarnos la epidemiología sobre la crisis finan-ciera de 2008? Muchas cosas, según Robert M. May,

ecólogo de la Universidad de Oxford, y Andrew G.Haldane, director ejecutivo de estabilidadfinan-ciera del Banco de Inglaterra. En un artículoreciente, han comparado los grandes bancos,como Lehman Brothers, con lo que los epide-miólogos llaman «superdiseminadores», per-sonas u organismos infectados que ponen enpeligro a poblaciones enteras.

Para evitar otro cataclismo bancario, losreguladores financieros podrían tener que dirigirsu atención hacia la salud de las redes y no solohacia la de cada uno de los bancos, señala May. Alpreocuparse por el conjunto de conexiones que emana de lasactividades financieras, los banqueros estarían siguiendo una

senda que, entre otros, ya abrieron los informáticos para lograrsistemas modulares (en los que, gracias a la ayuda de

cortafuegos, se evita que la infección en un elementose propague por todo el sistema). Según Philip H.Dybvig, economista de la Universidad de Washing-ton en San Luis, lo que proponen es, en realidad,una versión de la ley Glass-Steagall, una ley queseparó los bancos de inversiones de los comer-ciales en EE.UU. y que fue revocada en 1999.¿Toman nota los banqueros? May cita la llamada

regla Volcker —propuesta hace poco a fin de blin-dar los fondos de alto riesgo y de capital privado

con respecto a otras actividades bancarias— como unaseñal de que los banqueros pueden estar empezando a

pensar como epidemiólogos.—Carla Power

ECONOMÍA

Demasiado contagioso como para permitirse quebrar



Panorama

Detector de radiación de Cherenkov RICHFinalidad: Medir la velocidad y carga eléctrica de las partículas cargadDiseño: Aerogel de silicio y fluoruro de sodio (radiador), plano de 680fotomultiplicadores (10.880 fotosensores), reflector cónico.Funcionamiento: La velocidad de la luz es un 5 por ciento menor en e

aerogel que en el vacío y, en el fluoruro de sodio, un 23 por ciento másCuando una partícula atraviesa un medio a una velocidad superior a laluz en dicho medio, emite un cono característico de radiación azulada,conocida como radiación de Cherenkov.

Detector de radiaciónde transiciónFinalidad: Distinguir entre partículas cargadaselectromagnéticas y hadrónicas (electrones frea antiprotones, o positrones frente a protones).Diseño: 20 capas de tubos de deriva intercaladcon 20 capas de fibras de polietileno y polipropleno (radiador).

Funcionamiento: Cuando una partícula de masbaja atraviesa las fibras, emite rayos X; estos sodetectados por la fila de tubos llenos de gas quse encuentran debajo.

Contador de anticoincidenciasFinalidad: Identificar las partículas que entran desde el lateral.Diseño: Cilindro formado por 16 placas de un plástico centelleadorque emite luz al paso de partículas cargadas.Funcionamiento: Las partículas deben recorrer toda la longituddel instrumento para que todos los detectores reúnan los datosnecesarios. Este dispositivo registra las par tículas que entran desdeun lado, de manera que el sistema de control pueda eliminar la señal

que dejen en los restantes detectores.

Calorímetroelectromagnético

Finalidad: Medir la energía y direcciónde las partículas electromagnéticas(electrones, positrones, fotones).Diseño: Capas de láminas de plomounidas con resina epoxi y con fibrasópticas incrustadas.Funcionamiento: Cuando una partículagolpea contra el material, produce unacascada de partículas cuyo estudiopermite identificar la partícula original.

Al contrario que otros instrumentos, elcalorímetro también registra partículassin carga, como los fotones.

Contador de tiemde vuelo 2

Partículas

con carga negativa

Partículascon carga positiva




I L U S T R A C I Ó N D E D O N F O L E Y

, F U E

N T E P A R A E L M O D E L O D E L A I S S :

N A S A

ImánFinalidad: Curvar la trayecto-ria de las partículas cargadas.Diseño: Imán permanentecon un campo de 0,15 tesla.Sustituye al imán supercon-ductor criogénico del diseñooriginal, lo que dotará alinstrumento de un tiempode vida mucho mayor.Funcionamiento: Al pasar,las partículas se desvían hacia

un lado u otro según el signode su carga eléctrica.

Detector de trazasde silicioFinalidad: Medir la carga

y el momento de las partículas.Diseño: Nueve planos dedetectores de partículas.Funcionamiento: Los detecto-res rastrean la trayectoria delas partículas cuando atraviesanel campo magnético.

Contador de tiempode vuelo 1Finalidad: Medir la velocidad

y carga de las partículas.Diseño: Láminas de unpolímero transparente quebrilla al paso de una partículacargada.Funcionamiento: Los detec-tores miden el tiempo quetarda una partícula en recorrerla longitud del instrumento.

El pasado 16 de mayo partió desde Cabo Cañaveral con rumbo a la Estación Espa-cial Internacional (ISS) la misión STS-134 de la NASA, la última del transbordador

espacial Endeavour . A bordo viajaba el Espectrómetro Magnético Alpha (AMS-02).Tres días después, el dispositivo era instalado con éxito en la ISS (abajo), donde per-manecerá hasta que esta se retire de su órbita, en 2028.

El AMS-02 es un detector de partículas —un dispositivo como los empleados en elGran Colisionador de Hadrones del CERN— adaptado al agresivo entorno espacial.Con un tamaño de 5 × 4 × 3 metros, unas 7,5 toneladas de peso y un consumo superiora los 2000 vatios (proporciones gigantescas para los estándares del programa espacial),

su objetivo consistirá en estudiar los rayos cósmicos durante un largo período detiempo. La ausencia de contaminación atmosférica de la que se beneficia la órbitade la ISS y la avanzada tecnología de los detectores del AMS-02 harán posible estudiar,con un detalle sin precedentes, la masa, carga eléctrica y energía de las partículas y núcleos atómicos que llegan a la Tierra desde el espacio exterior. Gracias a ello, seespera que el instrumento detecte trazas de antimateria cósmica primaria, señales demateria oscura y, tal vez, fenómenos nuevos, como la existencia de la denominadamateria extraña.

Equipado con 300.000 canales electrónicos y 650 microprocesadores, el AMS-02contará con una resolución espacial de 10 micrómetros y una resolución temporal de150 picosegundos (150·10–12 segundos). El elemento principal del detector es un imánpermanente, el cual envuelve a un avanzado detector de trazas compuesto por variosplanos de sensores de silicio. La fiabilidad de los componentes y la redundancia delos elementos críticos son esenciales en todo instrumento espacial. En el AMS−02,

diversos subsistemas complementarios, basados en principios físicos diferentes (ra-diación de transición, efecto Cherenkov, calorimetría, etcétera) proporcionarán me-didas redundantes de las características de los rayos cósmicos que lo atraviesen.

La construcción del AMS−02 ha corrido a cargo de una colaboración internacionaldirigida por el premio nóbel Samuel C. C. Ting, del Instituto de Tecnología de Massa-chussets. El proyecto, en el que han participado unos 600 expertos procedentes de60 institutos y centros de investigación de 16 países, ha sido liderado por EstadosUnidos, Italia, España, Alemania, Suiza, Francia, Taiwán y China.

La participación española ha sido coordinada por el Centro de InvestigacionesEnergéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT); en ella han tomado parte,además, el IAC, CEDEX e INTA, y las empresas CRISA-EADS e IberEspacio. Susobjetivos han sido varios. Por una parte, el diseño, construcción y validación deldetector de radiación de Cherenkov RICH, encargado de medir con precisión la

velocidad y la carga eléctrica de las partículas y núcleos atómicos. Nuestro grupodel CIEMAT dirigió todas las fases del proyecto; en particular, la integración con elresto del instrumental y las pruebas de funcionalidad y verificación de prestaciones.Nuestra colaboración también se encargó del diseño, construcción y validación delsistema electrónico de control del imán superconductor, la opción contempladacuando el proyecto AMS fue aprobado en 1995. Ello limitaba tres años el tiempo depermanencia del instrumento en la Estación Espacial, por lo que después se optaríapor el imán permanente. No obstante, la experiencia acumulada en criogenia y

ALTAS ENERGÍAS

Un detector de partículas

en el espacioEl experimento AMS estudiará los rayos cósmicos en buscade antimateria cósmica primaria, materia oscura y nueva física




Panorama


N A S A

superconductividad será de gran utili-dad para el desarrollo de futuras misio-nes espaciales tripuladas de larga dura-ción. Por último, nuestro grupo hacontribuido a la gobernanza de la cola-

boración AMS al asumir la responsabi-lidad de las relaciones con otras institu-ciones, en particular con el CERN, lo que

permitió su integración en este organis-mo, la construcción del centro de ope-

raciones y control, así como el del equi-pamiento de un centro de operacionescientíficas.

El Espectrómetro Magnético Alphapermitirá investigar cuestiones científicasde máxima relevancia, algo solo posiblegracias a su potente y robusta instrumen-tación y a las condiciones experimentales

óptimas que ofrece el entorno de la Esta-ción Espacial Internacional. Con él se

inicia una nueva era en el estudio de laradiación cósmica cargada que, confia-mos, conducirá a la obtención de resulta-dos científicos tan relevantes como loshallados con la componente neutra de lamisma.

—Manuel Aguilar Benítez de Lugo

y grupo AMS del CIEMAT

Departamento de investigación básica

CIEMAT, Madrid

Junto a la avutarda Kori, su parienteafricana, y seguida de cerca por el cis-

ne común y el cóndor de los Andes, la avu-tarda común es el ave voladora de mayorpeso del planeta. Especies mayores, comoel avestruz, ñandú, emú y casuario, sobre-

viven aún en las llanuras de Africa, Suda-mérica y Australia, aunque, debido a sugran tamaño, han perdido ya la capacidadde vuelo. La avutarda común es ademásel ave de mayor dimorfismo sexual en

peso: los machos alcanzan entre 11 y 12 ki-logramos (en algunos casos superan los15 kilogramos); las hembras no suelen pa-sar de los 5 kilogramos.

El gran tamaño de los machos de avu-tarda es el resultado de una intensa se-lección sexual, proceso evolutivo que lesha llevado a crecer hasta el límite de lo

viable para poder seguir disfrutando dela posibilidad de volar y evitar así ser

víctimas de sus grandes depredadores:

las águilas, los lobos y el hombre. Meca-nismos biológicos como la gran compe-tencia entre rivales, o la cuidadosa elec-ción de pareja por las hembras, hanfavorecido a lo largo de millones de añosa los machos de mayor tamaño. Sin otrocometido que el de acaparar el mayornúmero de apareamientos con las hem-

bras de la zona en la que viven, y enausencia de defensas como las cuernasde los ciervos o los colmillos de focas y

FAUNA

La avutarda Evolución y limitaciones de un peso récord entre las aves voladoras

L A J O Y A D E L A C O R O N A D E L A E S T A C I Ó N E S P A C I A L

Construir el detector de rayos cósmicos más avanzado del mundo ha

costado 16 años y unos 1500 millones de euros. Sin embargo, hasta hace

no mucho parecía que acabaría olvidado en un almacén: la NASA, que

tenía en mente terminar la construcción de la Estación Espacial Interna-

cional (ISS) y jubilar el transbordador hacia finales de 2010, sostuvo en

un principio que no había hueco en el calendario para acomodar el lan-

zamiento del detector. Fue necesaria una campaña de presión por parte

de los físicos y la intervención del Congreso estadounidense para exten-der el programa del trasbordador.

Ningún otro instrumento cuenta con una combinación de detectores

que permita medir todas las propiedades de las partículas: masa, veloci-

dad, tipo y carga eléctrica. Su predecesor es el experimento PAMELA,

puesto en órbita en 2006 por un consorcio europeo. PAMELA ha detec-

tado lo que podrían constituir indicios de materia oscura y otros fenóme-

nos exóticos, pero sus descubrimientos adolecen de cierta ambigüedad,

ya que el experimento no logra distinguir entre antipartículas de poca

masa, como los positrones, y partículas ordinarias de masa elevada pero

con la misma carga eléctrica, como el protón.

En un caso extraño de simbiosis, el AMS y la ISS han acabado por jus-

tificarse el uno al otro. La ISS proporcionará la gran potencia que requie-

re el instrumento y los desplazamientos orbitales necesarios. El espectró-

metro, por su parte, aunque nunca podrá aplacar el escepticismo que

muchos sienten hacia la estación, garantizará que gracias a ella se consi-

gan resultados cientí ficos de primer orden. Al igual que el Gran Colisio-

nador de Hadrones del CERN sondea las profundidades de la naturaleza

desde la Tierra, a partir de ahora el AMS hará lo mismo en órbita.

—George Musser

El pasado 16 de mayo, el transbordador espacial Endeavour

ponía rumbo hacia la Estación Espacial Internacional con el

experimento AMS a bordo. Entre los objetivos del detector

de rayos cósmicos más avanzado del mundo se incluye

confrmar la existencia de materia oscura.




C .

P A L A C Í N

elefantes, los machos de avutarda handesarrollado como única arma su propiopeso, crítico en los combates cuerpo acuerpo que tienen lugar en primavera,que pueden llevar al agotamiento físico,e incluso a la muerte, de uno de los con-tendientes. Menos de la mitad de los ma-chos de un grupo reproductivo logrará

fecundar alguna hembra; la mayor partede estas serán cubiertas por solo unospocos machos. Estos machos dominantesconservarán su rango de un año a otro,hasta que sus fuerzas flaqueen y algúnindividuo mejor preparado les arrebateel puesto en el grupo.

Como la naturaleza no acostumbraderrochar energía, ha provisto a los ma-chos de avutarda de unas plumas espe-ciales, las barbas, que crecen a amboslados de la base del pico. La cantidad y longitud de las barbas informan a otros

individuos del grupo acerca del peso y,por tanto, del poderío físico de su porta-dor, lo que contribuye a evitar más com-

bates de los estrictamente necesarios.Otras plumas de la base del cuello o golason indicadoras de la edad, carácter apa-rentemente muy valorado por las hem-

bras a la hora de elegir al que será padrede sus hijos. Padre solo biológico, ya quelos cuidados de la prole recaerán exclu-sivamente en ella, sin participación algu-na del macho, que abandonará la zona dereproducción tras las cópulas para repo-ner energías y prepararse para el siguien-

te ciclo reproductor.Sin embargo, no todo podían ser ven-

tajas. Un tamaño grande implica tam- bién inconvenientes, ya desde el naci-miento. El rápido crecimiento necesariopara asegurar de adulto un tamaño máxi-mo supone unas necesidades alimenta-rias que muchas veces la hembra nopuede asegurar al polluelo. Ello determi-na una mayor mortalidad en los machos

jóvenes respecto a las hembras jóvenes,una diferencia que se sigue manteniendoa lo largo de toda la vida, de entre ocho

y diez años en promedio. A la madre lecuesta mucho más criar a un hijo que auna hija, pero el mayor coste de sacaradelante a un macho puede verse recom-pensado por un mayor número de nietos,si el macho resulta ser uno de los pocosexitosos.

El mayor tamaño de los machos tam- bién los obliga a abandonar en veranolos lugares de cría excesivamente caluro-sos de la España mediterránea, para di-rigirse a lugares más frescos y tranquilosdel norte peninsular, con los riesgos quedichas migraciones conllevan. Tales ries-

gos quedan patentes en la mayor morta-

lidad del sexo masculino a lo largo detoda su vida, lo que determina que entodas las poblaciones de avutardas hayamás hembras que machos. Entre las cau-sas de mortalidad destaca la producidapor choque contra tendidos eléctricos,hoy por hoy la causa de muerte más im-portante que amenaza a la especie. Lasaves en vuelo no ven los cables, o los vendemasiado tarde, y colisionan contraellos, quebrándose alas, patas o cuello,lo que finalmente les ocasiona la muer-te. De nuevo, esta falta de maniobrabili-

dad resulta también más patente en losmachos, debido a su mayor peso e inerciadurante el vuelo.

Amenazas y conservación

El tamaño de los machos los ha conver-tido desde antaño en apetecida presa deuno de sus principales depredadores, elhombre. Al principio, solo para aprove-char su abundante carne, como atesti-guan las representaciones de esta especieentre las pinturas rupestres del gaditanoTajo de las Figuras, o los restos de hace300.000 años hallados en Atapuerca. Más

tarde, desde la aparición de las armas de

fuego hasta la total veda de la especie afinales del siglo pasado, como trofeo ci-negético. Ha sido la caza selectiva de losmachos más grandes, los barbones, la queprobablemente ha contribuido en nume-rosos casos no solo a una eliminación delos adultos más vigorosos y de mayoredad, los preferidos por las hembras, sinoa la total extinción de grupos enteros. Enla actualidad, el relevo de esta antiguaamenaza lo han tomado las transforma-ciones agrícolas y los abusos del mediopor parte del hombre, en su desmedida

expansión urbanística. A pesar de estasagresiones, que en Europa y Asia hanacabado con muchos núcleos avutarde-ros, en España contamos aún con unapoblación saludable (unos 30.000 indivi-duos) que esperamos pueda sobrevivir apesar del desarrollo humano.

Esos y otros datos sobre la biologíade esta majestuosa especie son el resul-tado de un proyecto de investigación(www.proyectoavutarda.org) que vienedesarrollándose desde hace dos décadasen el departamento de ecología evolutivadel Museo Nacional de Ciencias Natura-

La compleja exhibición del plumaje durante el celo permite al macho de avutarda

mostrar a los competidores su poderío ísico. Las hembras valoran la calidad del

macho basándose en el aspecto de su plumaje.



Panorama


les, del Consejo Superior de Investigacio-nes Científicas. El marcaje, a lo largo deestos años, de varios cientos de polloscon pequeños emisores de radio ha per-mitido el seguimiento de sus historias de

vida y la obtención de valiosa informa-ción sobre su comportamiento social,

migraciones, éxito reproductivo y causasde mortalidad.

La avutarda ha dejado de ser un co-diciado trofeo de los cazadores de me-diados del siglo pasado para constituirhoy una de las especies mejor conocidasde nuestra fauna. Confiemos en que este

conocimiento sirva para garantizar lasupervivencia de esta emblemática re-presentante de nuestras llanuras cerea-listas.

— Juan Carlos Alonso

Museo Nacional de Ciencias Naturales

Madrid

Las Campanuláceas, popularmenteconocidas como campanillas, son

una familia de plantas extendidas portodo el mundo. Habitan sobre todo en las

regiones de clima frío y árido del hemis-ferio norte, y proliferan especialmente enlas áreas montañosas. En primavera re-sulta habitual encontrar campanillascuando caminamos por algún macizoibérico. La mayoría de estas plantas sonherbáceas o arbustivas. Se reconocen fá-cilmente por susflores con forma de cam-pana de color lila azulado, aunque hay algunas excepciones.

Linajes evolutivos

Un estudio reciente, basado en la compa-ración de secuencias de ADN, ha desen-trañado las claves de la evolución de esta

familia, que hoy presenta una notablediversidad y una amplia distribución. Elorigen de las Campanuláceas se hallaríaen Asia, donde habrían empezado a di-

versificarse durante el Mioceno, hace másde 20 millones de años, época con un cli-ma más frío y seco que el actual. Poste-riormente, hace 16 millones de años, sehabrían extendido hacia las praderas es-teparias del continente africano, aprove-

chando una nueva ruta de dispersióncreada por la colisión de la placa conti-nental Eurasiática con la Arábiga.

Uno de los géneros más antiguos de las

Campanuláceas, Canarina, presenta unadistribución muy disyunta: por un lado,crece en las islas Canarias; por otro, en eleste de África, en la región del Gran Valledel Rift. Esta curiosa distribución, que serepite en otras familias dispares de plan-tas, podría deberse a que los ancestros deestas especies ocuparon en el pasado unterritorio mucho más extenso en África. Suárea de distribución se habría reducido de

BOTÁNICA

La diversidad de las campanillasLa diversificación de estas plantas se halla ligada a los desplazamientos continentales

y cambios climáticos sucedidos en el pasado

C O R T E S Í A D E C R I S T I N A R O Q U E T

Campanula alpestris, especie endémica de los Alpes que crece solo

en pedregales calcáreos de alta montaña.

Campanula glomerata, especie común que se encuentra

en bosques y praderas de gran parte de Europa

y se extiende hasta el centro de Asia.




forma progresiva debido a la aridificaciónde la zona donde medran actualmente, elSáhara (según estudios recientes, las con-diciones desérticas en esta región datancomo mínimo de 7 millones de años).

Motores de diversi ficación

Desde el norte de África, las Campanulá-

ceas continuaron su expansión hacia laregión mediterránea, la península de

Anatolia y el Cáucaso. Los estudios indi-can que un acontecimiento geológicodrástico en la región mediterránea resul-tó clave en la aparición de nuevas espe-cies de Campanula, el principal génerode la familia: la crisis salina del Mesinien-se, hace unos 6 millones de años. Estefenómeno consistió en la desecación casicompleta del mar Mediterráneo duranteunos 700.000 años, debido al cierre tem-poral del estrecho de Gibraltar. Al supe-

rar la evaporación a la precipitación y alagua recogida por los ríos que desembo-caban en el mar, el Mediterráneo, sinconexión con el océano Atlántico, se fuesecando progresivamente. Durante esteperíodo, los procesos de sequía y erosiónen la región mediterránea se intensifica-

ron y promovieron la aparición de nuevasespecies, adaptadas a las condiciones ári-das y a los hábitats perturbados. En elgénero Campanula, el aumento de la di-

versificación asociada a esa época fuenotorio.

Por otro lado, la intensa actividad oro-génica en los últimos 10 millones de años

en la región oriental de la cuenca medi-terránea (península Balcánica) y la regióndel sudoeste asiático (península de Ana-tolia, Cáucaso) ejerció un efecto impor-tante en la diversificación. Tan solo enestas dos regiones existen cerca de 280especies de campanuláceas, con un grannúmero de endemismos.

En conclusión, los cambios climáticospasados y las expansiones de las regionesmontañosas en los últimos 20 millones deaños han desempeñado una función claveen la diversificación de las Campanulá-

ceas, familia con un gran número de es-pecies adaptadas a hábitats fríos, áridoso perturbados.

—Cristina Roquet

Dpto. de biología animal, vegetal

y ecología

Universidad Autónoma de Barcelona

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IGNACIO UGARTE

A una unidad astronómica

Las zonas profundas (por debajo delos 200 metros) representan más del

90 por ciento de la superficie total de losmares y océanos. Sin embargo, son las me-nos exploradas. Ello se debe, sobre todo,a la dificultad técnica y al costo que entra-ña la realización de muestreos a estas pro-fundidades.

En este mundo profundo, a veces lla-mado la «última frontera en la Tierra», lapresión es muy elevada (puede llegar a200 veces la presión atmosférica a 2000metros), la luz natural totalmente ausen-te, las temperaturas muy bajas y la fuentede alimento principal consiste en la «nie-

ve marina», materia orgánica que se hun-de lentamente desde la zona fótica [véase «Vida en los abismos», por Craig McClain;I a C a , marzo de 2011].No obstante, en algunas regiones del mun-do, lo que limita la presencia de fauna esla ausencia o falta de oxígeno. La reduc-

ción de la concentración de oxígeno di-suelto puede conducir a condiciones deanoxia (concentración inferior a 0,1 mili-litros por litro de agua, o ml/l), hipoxiasevera (entre 0,1 y 0,5 ml/l) o hipoxia mo-derada (entre 0,5 y 1,0 ml/l). A pesar deello, este medio adverso ha sido coloniza-do por una rica macrofauna, que incluye

la mayor parte de todos los grupos faunís-ticos que conocemos de las aguas mássomeras, cerca del margen continental.

El Pací fico oriental

La zona del mínimo de oxígeno (ZMO)corresponde a las regiones oceánicas endonde la concentración de oxígeno disuel-to es inferior a 0,5 ml/l. Suelen ser áreascon una productividad elevada en la su-perficie; los organismos al morir se hun-den y degradan, con lo que se agota eloxígeno a lo largo de la columna de agua.El consumo de oxígeno por factores bio-

OCEANOGRAFÍA

Debajo de la zona

del mínimo de oxígenoA pesar de su hostilidad, este medio ha sido colonizado por casi

todos los grupos faunísticos que conocemos del margen continental



Panorama


D A V I D S E R R A N O ( g r á f i c a ) , M I C H E L H E N D R I C K X ( m o l u s c o s y c r u s t á c e o s ) ;

lógicos y su degradación por fac-tores bioquímicos, asociado a laescasa circulación y al largo tiem-po de residencia que presentan lasaguas intermedias, constituyen lascausas principales para la forma-ción de la ZMO.

En el Pacífico Oriental, la ZMO

es extensa. Ello se debe a que lasaguas profundas intermedias pre-sentan una movilidad escasa, no sehan renovado por procesos de cir-culación y poseen una baja concen-tración de oxígeno en comparacióncon otras masas de agua que se ori-ginan cerca de la superficie. Se ex-tiende de los ≈ 45o latitud norte alos ≈ 30o latitud sur; abarca casi ensu totalidad la costa occidental de

América. Se considera la ZMO másextensa del mundo. Su profundidad

varía según la latitud. En el nortede California y Oregón se encuentraentre 500 y 600 metros; en México,en la zona central del golfo de Cali-fornia, a unos 250 metros; hacia elsur, frente a la costa de Acapulco, a50 metros.

El espesor de la ZMO varía se-gún la circulación y renovación delas aguas intermedias. En el litoralchileno, es inferior a 400 metros; en elPacífico mexicano, excede los 1100 me-tros. De acuerdo con algunos autores, elespesor es mayor hacia el Pacífico Noro-

riental debido a que las masas de aguason «viejas» y presentan poco oxígeno encomparación con las del Pacífico Sur. Porarriba de la ZMO, el incremento de oxí-geno se explica por el intercambio de

gases con la atmósfera. Por debajo de laZMO, el aporte de oxígeno se debe a lapresencia de masas de agua frías que seorigina-

ron en la vecindad de los polos y cercade la superficie, llevando consigo (debi-do a la circulación termohalina) impor-tantes cantidades de oxígeno a grandesprofundidades.

Fauna por debajo de la ZMOLas aguas del Pacífico mexicano noescapan a este fenómeno. La ZMOrepresenta un problema ecológico y económico de magnitud mayor. Porun lado, solo las especies que de-sarrollaron adaptaciones específicaspara tolerar concentraciones bajasde oxígeno logran colonizar las fran-

jas hipóxicas. Por otro lado, la ex-tensión vertical de la ZMO (particu-larmente grande en el Pacíficomexicano) genera la existencia de

una enorme zona prácticamenteazoica (sin fauna) donde no hay ca- bida para la presencia de recursospesqueros, sobre todo en el golfo deCalifornia y a lo largo de la costa delsuroeste de México. En los años no-

venta, el Laboratorio de Invertebra-dos Bentónicos de la Unidad Acadé-mica Mazatlán dio comienzo alproyecto TALUD, el primer esfuerzo

sostenido realizado por una instituciónmexicana para estudiar la biocenosis enaguas profundas del Pacífico oriental. Conun total de 13 cruceros efectuados entre

1990 y 2008, se recorrieron las zonas pro-fundas del golfo de California y el litoralde los estados de Jalisco, Colima, Mi-choacán y Guerrero. Para el registro detemperatura, salinidad y oxígeno en la

vertical se empleó una sonda de conduc-tividad, temperatura y profundidad (CTD,por sus siglas en inglés) con sensor deoxígeno integrado. Para la recolección deorganismos se emplearon redes de pati-nes y trineos bentónicos, nucleadores decaja, trampas y redes pelágicas.

Durante las 13 campañas se captura-

ron más de 250 especies de la macrofaunaque medran justo por debajo de la ZMO:entre ellas 4 del orden Lophogastrida, 53crustáceos decápodos, 56 moluscos y porlo menos 66 equinodermos. Dentro deestos tres últimos grupos se hallaron 11

Perfl promedio de oxígeno

disuelto (OD) obtenido a partir de

las mediciones realizadas en doce

estaciones del proyecto TALUD

ubicadas entre 26o00’ N y 23o03’ N

del Pacífco mexicano.

200

400

600

800

1000

1200

1400

1538 m

1270 m

928 m

91 m70 m56 m46 m

0 1 2Oxígeno disuelto (ml l–1)

P r o

f u n

d i d a

d ( m )

3 4

0,0 = < OD < 0,1 (Anoxia)

0,1 = < OD < 0,5 (Hipoxia severa)

0,5 = < OD < 1,0 (Hipoxia moderada)1,0 = < OD < 1,5 (Hipoxia leve)

1,5 = < OD (Franja de recuperación)

Especímenes capturados en las

campañas TALUD: (a) Bathybembix

bairdii (Gastropoda); (b) Heterocarpus

afnis (Caridea); (c) Pandalopsis ampla

(Caridea); (d ) Nephropsis occidentalis

(Astacidea).

a

c

b

d



X X X X X X X X


especies nuevas, de las cuales seis ya estándescritas: Odontozona foresti; Synallactes

virgulasolida; Glyphocrangon taludensis; Bathione magnafolia; Mitsukuriella sp.nov.; Ypsilocucumis sp. nov. Además, se

consiguió una amplia serie de nuevos re-gistros para México y el golfo de Califor-nia, lo cual reviste un particular interéspara estudios biogeográficos de estas co-munidades. Se confirmó la presencia y abundancia de algunas especies de las queanteriormente se habían identificado unoo pocos especímenes. Se encontraron tam-

bién especies de interés comercial: crus-táceos decápodos como los camaronesrojos Heterocarpus a ffinis y Pandalus am-

plus, la pequeña langosta Nephropsis

occidentalis, el molusco Bathybembix

bardii y la myxina ( Myxina circifrons). Algunas especies ( H. a ffinis y P. amplus)fueron capturadas también mediantetrampas, un arte de pesca menos invasivoque los instrumentos de arrastre, que sonpoco selectivos y dañan los fondos.

A partir de las variables ambientalesmedidas (salinidad, temperatura, oxígenodisuelto, materia orgánica y composiciónde los sedimentos) se analizaron las rela-ciones entre el medio y las comunidadesnaturales. Se observó una fuerte depen-dencia de estas últimas con la profundi-dad y los niveles de oxigenación.

Los resultados generados por el proyecto TALUD se complementaron con losdatos existentes en la bibliografía. Se con-formó así la base de información más

importante del país para este tipo de eco-sistema.—David Serrano

Facultad de ciencias del mar

Universidad Autónoma de Sinaloa

México

Michel E. Hendrickx

Unidad Académica Mazatlán, Instituto

de Ciencias del Mar y Limnología

Universidad Nacional Autónoma

de México

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Las cuestiones sobre la estructura y la transformación de la materia subyacen bajo losmayores retos cientí ficos de la humanidad. La química es, por ello, una de las ciencias mástransversales y con mayor impacto en nuestra sociedad.

Con motivo del AñoInternacional de la Química,

INVESTIGACIÓN Y CIENCIA regalacada mes, durante todo el 2011,

artículos relacionados conel desarrollo y las aplicaciones

de la química.

Este mes:

GASTRONOMÍA

La destilación llega a la cocina,por Pere Castells

BIOQUÍMICA

Proteínas escurridizas,por Santi Esteban Martín,Carlos W. Bertoncini

y Xavier Salvatella

2011 AÑO INTERNACIONAL DE LA QUÍMICA

Recuperación de una sonda de

conductividad, temperatura y proun-

didad (CTD, por sus siglas en inglés,

derecha) a bordo de El Puma (arriba),

el buque oceanográfco en el que se

realizaron las campañas del proyecto

TALUD.

U N A M ( E

l P u m a ) ; C A R L O M .

Z Á R A T E ( s o n d a )




X X X X X X X X

¿Es correcta esta teoría fundamentalde la cosmología moderna?

Paul J. Steinhardt

COSMOLOGÍA




X X X X X X X X

¿Cosmología defacionaria? Los cosmólogos están reconside-

rando si el universo realmente sufrió un espectacular «estirón»

durante su juventud (región amarillenta), poco después de la

gran explosión.

H a a a o, A a H. G,por aquel entonces un afanosoestudiante postdoctoral en el

Acelerador Lineal de Stanford,impartió una serie de charlas enlas que introdujo la palabra «in-flación» en el diccionario de la

cosmología. El término hacía referencia a un breve período deexpansión hiperacelerada del universo que, según él, pudo ha-

ber ocurrido durante los primeros instantes tras la gran explo-sión. Uno de esos seminarios tuvo lugar en la Universidad deHarvard, en la que también yo trabajaba como postdoctorado.

La idea me cautivó de inmediato y, desde entonces, apenas hedejado de pensar en ella. Lo mismo le sucedió a un gran núme-ro de astrofísicos, expertos en gravitación y físicos de partícu-las. Hasta hoy, el desarrollo y la verificación de la teoría infla-cionaria del universo han constituido una de las áreas másactivas y exitosas de la investigación científica.

La propuesta inflacionaria nació para solucionar cierto de-fecto en la teoría original de la gran explosión. Según esta, eluniverso se ha ido expandiendo y enfriando poco a poco des-de su comienzo, hace 13.700 millones de años. La teoría dacuenta de muchas de las características que observamos en eluniverso actual. Sin embargo, existe un problema. Para quetodo funcione, el cosmos tendría que haber comenzado en un

estado muy particular: debería haber sido extremadamenteuniforme, con ínfimas variaciones en la densidad de materia y energía; además, su geometría inicial tendría que haber sidoplana, lo que quiere decir que la curvatura del espaciotiempono combaba las trayectorias de los rayos de luz ni las de los ob-

jetos en movimiento.

Paul J. Steinhardt es director del Centro de Ciencia Teórica dela Universidad de Princeton. Es miembro de la Academia deCiencias y en 2002 fue galardonado con la Medalla P. A. M.Dirac del Centro Internacional de Física Teórica Abdus Salampor sus contribuciones a la teoría inflacionaria. También esconocido por haber introducido el concepto de cuasicristal,un nuevo estado de la materia.




P Á G I N A S A N T E R I O R E S : M A L C O L M G O D W I N

La inflación cósmica goza de tal aceptación que, amenudo, se la considera como un hecho establecido.Según ella, a la gran explosión siguió un breve períodode expansión descomunal, el cual habría sido el res-ponsable de la planitud y uniformidad del universo.

Algunos de los padres de la teoría, entre quienes seincluye el autor, han comenzado a poner la en tela de

juicio. Profundas grietas en sus cimientos lógicosapuntan a que la teoría original debería ser reformu-lada o reemplazada por otra.

Hacen falta unas condiciones altamente improba-bles para desencadenar la inflación. Aún peor, la in-flación debería continuar por toda la eternidad yengendrar infinitos universos, por lo que no realizaninguna predicción observacional firme.

E N S Í N T E S I S

Pero ¿por qué el universo tendría que haber partido de unestado tan uniforme y plano? En principio, tales condicionesiniciales se antojan bastante improbables. Es aquí donde entraen escena la idea de Guth: según él, aunque el cosmos hubiesecomenzado en el caos más absoluto —con una distribución deenergía extremadamente inhomogénea y con una geometríamuy retorcida—, un espectacular «estirón» en sus inicios ha-

bría dispersado la energía hasta distribuirla de modo uniforme

y habría suavizado las irregularidades del espaciotiempo. Trasese período inflacionario, el cosmos habría continuado expan-diéndose al ritmo más moderado que predice la teoría originalde la gran explosión. Solo que, ahora, las condiciones ya seríanlas necesarias para que las estrellas y las galaxias evolucionenhacia su estado actual.

La idea resulta tan atractiva que los cosmólogos —yo inclui-do— la explicamos a estudiantes, periodistas y al público en ge-neral como si se tratase de un hecho establecido. Sin embargo,algo muy extraño le ha ocurrido a la teoría inflacionaria desdeque Guth la introdujese: a medida que han aumentado las prue-

bas a su favor, también lo han hecho los argumentos en contra.Estas dos posturas no gozan del mismo reconocimiento. Si bien

las tesis a favor de la infl

ación resultan familiares para un grannúmero de físicos, astrofísicos y aficionados, somos muy pocosquienes nos hallamos al tanto de sus defectos y nos esforzamospor afrontarlos. La mayoría de los cosmólogos se ha dedicadoa comprobar las predicciones del modelo inflacionario que apa-recen en los libros de texto, pero han ignorado sus profundosinconvenientes con la esperanza de que, tarde o temprano, se

verán resueltos. Por desgracia, los problemas del modelo infla-cionario continúan sin desaparecer.

Como alguien que ha contribuido a la teoría inflacionaria[véase «El universo inflacionario», por Alan H. Guth y PaulJ. Steinhardt; I a C a , julio de 1984] y tambiéna sus alternativas, me encuentro dividido al respecto. Y tengola impresión de que muchos de mis colegas de profesión tam-

poco saben a qué atenerse. Para escenificar nuestro extraño di-lema, a continuación someteré a juicio a la cosmología infla-cionaria. Actuaré primero como ferviente abogado defensor y presentaré las principales virtudes de la teoría. Después, conigual fervor, haré las veces de fiscal y expondré sus inconve-nientes más serios.

EN DEFENSA DE LA INF LACIÓN

La teoría inflacionaria goza de tal popularidad que su defensapuede permitirse el lujo de ser breve. Apenas unos detalles más

bastarán para apreciar por completo todas sus ventajas. La in-flación se basa en un ingrediente particular: la energía inflacio-naria. Combinada con la gravedad, esa energía provoca una ex-

pansión asombrosa del universo en un brevísimo lapso detiempo. Durante ese período, la densidad de energía inflaciona-ria ha de alcanzar valores muy elevados y ha de permanecer casiconstante. Su propiedad más insólita radica en que su gravedad

ha de ser repulsiva, en lugar de atractiva. Es esa repulsión laque provoca que el espacio se hinche con tanta rapidez.

Lo seductor en la idea de Guth residía en que los físicos teó-ricos ya habían concebido múltiples posibilidades para esa cla-se de energía. El ejemplo principal lo proporciona un hipotéti-co campo escalar (de espín cero), pariente lejano del campomagnético, que en los modelos inflacionarios recibe el nombrede in fl atón. El bosón de Higgs, que en estos momentos se bus-

ca en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, deriva deotro campo escalar.

Como todo campo, el inflatón adquiere cierta intensidad encada punto del espacio, la cual determina la fuerza que ejercesobre sí mismo y sobre los otros campos circundantes. Duran-te la fase inflacionaria, la intensidad del inflatón es aproxima-damente constante en todas partes. Por otro lado, la cantidadde energía que posee el campo (su energía potencial) dependede la intensidad. La función que determina la relación entrela energía potencial y la intensidad puede representarse en unagráfica. En el caso del inflatón, se supone que la curva se ase-meja al perfil de un valle que yace al pie de una meseta de pen-diente suave (véase el recuadro «El gran estirón»).

Como todo sistema físico, el infl

atón tiende por sí solo a al-canzar el estado de menor energía potencial. Por tanto, si la in-tensidad inicial del campo se corresponde con uno de los pun-tos de la meseta, el inflatón perderá poco a poco intensidad y energía, al igual que si se deslizase por la pendiente hacia el va-lle. De hecho, las ecuaciones que rigen la evolución del inflatónresultan similares a las que dictan el movimiento de una bolaque rueda por un terreno cuyo perfil coincide con el de la cur-

va de energía potencial.La energía potencial del inflatón puede provocar una expan-

sión acelerada del cosmos. En el proceso, suavizaría y aplana-ría el universo siempre y cuando el campo se mantuviera sobrela meseta el tiempo suficiente (unos 10–30 segundos) como paraque el cosmos se expandiese, al menos, un factor 1025 en cada

dirección. La inflación termina cuando el campo llega al finalde la meseta y se precipita hacia el valle. En ese momento, suenergía potencial se convierte en otras formas de energía másfamiliares —la materia oscura, la materia ordinaria y la radia-ción que llenan hoy el universo—. El cosmos entra entonces enun período de expansión modesta y decelerada, durante el quela materia se agrega para formar estructuras cósmicas, comolas galaxias.

La inflación suaviza el universo del mismo modo en que alestirar una sábana elástica se alisan sus arrugas. Sin embargo,el resultado no es perfecto: quedan pequeñas irregularidades,debidas a efectos cuánticos. Las leyes de la mecánica cuánticadictan que un campo como el inflatón nunca puede adquirir

exactamente la misma intensidad en todos los puntos, sino quedebe experimentar fluctuaciones aleatorias. Estas provocan quela inflación termine en momentos ligeramente distintos en di-ferentes regiones del espacio, lo que se traduce en leves varia-




M A L C O L M G O D W I N ; J E N C H R I S T I A N S E N ( g r á f i c a s

u p e r i o r )

El inflatón (un campo escalar, pariente lejano del campo magnético) habría generado unafuerza repulsiva que estiró el espacio con suma rapidez durante unos instantes. Para que esoocurriera, la curva que determina la energía potencial del campo en función de su intensidaddebe parecer una meseta a energías elevadas y un valle a energías bajas. El campo evoluciona-ría de igual manera que una bola que rueda cuesta abajo. En la meseta, ejercería una fuerzarepulsiva; la inflación terminaría al llegar al valle.

El radio del universo era 1017 veces más pequeño que elde un átomo cuando empezó la inflación. Durante laépoca inflacionaria, creció hasta alcanzar el tamaño deuna moneda. En los miles de millones de años quesiguieron, el cosmos ha continuado expandiéndose, peroa un ritmo más pausado. Ello ha permitido la formaciónde estructuras cósmicas, como las galaxias.

I M A G E N C L Á S I C A D E L A I N F L A C I Ó N

La tasa de expansión es impresionante incluso para los estándares astronómicos: en 10–30 segundos,el universo aumentó su tamaño en un factor 10 25 en cada dirección. Dicha expansión fue acelerada yapartó entre sí a regiones del espacio a velocidades muy superiores a las de la luz.

Tiempo

D e n s i d a d d e e n e r g í a d e l i n fl a t ó n

Alta

AltaBaja

BajaIntensidad de campo del inflatón

Valle(fin de la inflación)

Hoy

Tiempo

Meseta(inflación)

EL ORIGEN DE LA INFLACIÓN

El gran estirónLas observaciones astronómicas indican que el universo se ha estado expan-

diendo durante 13.700 millones de años. Pero ¿qué ocurrió en sus primeros ins-

tantes, inaccesibles a la observación directa? La idea predominante, conocida

como inflación cósmica, afirma que el universo aumentó bruscamente de tamaño

durante sus inicios. Semejante «estirón» habría alisado las irregularidades delespaciotiempo, lo que explicaría su geometría actual. Solo habrían sobrevivido

pequeñas inhomogeneidades, las cuales habrían engendrado las galaxias.

EFECTOS DE LA INFLACIÓN

10–30 110–20 10–10 1010 1020

1015

105

10–5

10–15

10–25

10–35

T i e m p o d e s d e l a g r a n e x p l o s i ó n ( s e g u n d o s )

Gran explosión

Hoy

Límite de la observación directa

Límite de la observación indirecta

Escala del universo (centímetros)

Época inflacionaria




M A L C O L M G O D W I N

ciones de temperatura entre unas zonas y otras. Esas inhomo-geneidades habrían dado lugar a los primeros «grumos» que,después, evolucionaron hasta convertirse en estrellas y galaxias.

Además, la teoría predice que esas variaciones han de seraproximadamente invariantes de escala: no dependen del ta-maño de la región, sino que ocurren con igual proporción acualquier escala.

Los argumentos en defensa de la inflación pueden resumir-

se en tres dictámenes. Primero, la inflación resulta inevitable.Desde que Guth la propusiese, los avances en física teórica nohan hecho más que alimentar la hipótesis de que el universoprimitivo hubo de contar con el tipo de campos necesarios parala inflación. En las teorías unificadas, como la teoría de cuer-

das, aparecen de manera natural cientos de candidatos para de-sempeñar el papel del inflatón. Y, en el caos primigenio, tuvoque haber alguna región en la que se dieran las condiciones ne-cesarias para que la inflación comenzase.

Segundo, la inflación explica por qué el universo actual semuestra tan uniforme y plano. Nadie sabe qué aspecto tenía elcosmos tras la gran explosión, pero la inflación nos dice que nohace falta saberlo: con independencia de su estado inicial, el pe-

ríodo de expansión acelerada lo estiró hasta que adoptó la apa-riencia correcta.

Tercero —y con toda probabilidad, el argumento más convin-cente—, la teoría inflacionaria realiza predicciones de gran al-cance. Por ejemplo, los estudios sobre la radiación de fondo cós-mico de microondas o sobre la distribución cósmica de galaxiashan confirmado que las variaciones espaciales de energía en eluniverso primitivo fueron, en esencia, invariantes de escala.

CARGOS EN CONTRA

Cuando una teoría falla, los primeros síntomas suelen prove-nir de ligeras discrepancias entre sus predicciones y las obser-

vaciones. Sin embargo, este no es nuestro caso: todos los da-

tos se hallan en el más exquisito acuerdo con las prediccionesinflacionarias formuladas a principios de los años ochenta. Ensu lugar, las acusaciones contra la inflación se dirigen contrasus fundamentos lógicos. ¿Funciona la teoría según lo prome-tido? ¿Son las predicciones de los años ochenta las mismas quelas de los modelos inflacionarios tal y como los entendemoshoy? Puede argumentarse que la respuesta a ambas preguntases «no».

El primer dictamen afirma que la inflación es inevitable.Pero, entonces, aparece un corolario muy incómodo: una infla-ción mala resulta mucho más probable que una buena. Por «in-flación mala» entendemos un período de expansión aceleradacuyo resultado no concuerda con las observaciones; por ejem-plo, uno que genera fluctuaciones de temperatura demasiado

acusadas. Que la inflación resulte buena o mala depende de laforma precisa que adopta la curva de energía potencial del in-flatón. El perfil de esa función queda determinado por un pa-rámetro numérico que, en principio, puede adoptar cualquier

valor. El problema reside en que solo un minúsculo intervalode valores reproduce las variaciones de temperatura observa-das en el universo. En un modelo inflacionario típico, el pará-metro debe ser del orden de 10–15; esto es, cero hasta la decimo-quinta cifra decimal. Una elección menos afinada, como cerohasta solo diez o doce cifras decimales, daría lugar a una malainflación: el mismo grado de expansión acelerada (o mayor),pero con grandes variaciones de temperatura, incompatiblescon las observaciones.

Podríamos ignorar la mala inflación si esta resultase incom-patible con la existencia de vida. En tal caso, aunque semejantes variaciones de temperatura pudieran ocurrir, jamás las obser- varíamos. Este tipo de razonamiento se conoce bajo el nombrede principio antrópico. Sin embargo, aquí no se aplica: variacio-nes de temperatura más acusadas engendrarían un mayor nú-mero de estrellas y galaxias. El universo sería, si acaso, aún máshabitable.

No solo resulta la mala inflación más probable que la bue-na, sino que una ausencia de inflación se antoja más probableque ambas. Roger Penrose, de la Universidad de Oxford, ya apun-tó esta posibilidad en los años ochenta. A partir de principiostermodinámicos —análogos a los que se emplean para descri-

bir los estados de los átomos y moléculas en un gas—, contabi-

P R O B L E M A 1 : I N F L A C I Ó N « M A L A »

Difícil que acabe bienSe supone que la inflación tendría que crear un volumen enor-

me de espacio que exhibiese de manera natural los rasgos de

nuestro universo. Pero, a no ser que la curva de energía po-

tencial del inflatón tenga una forma muy especí

fica (la cualdepende de varios parámetros, simbolizados aquí por λ), el

resultado es «malo»: un volumen enorme, demasiado denso

y con una distribución de galaxias errónea. Dada la gran posi-

bilidad de valores de λ, una mala inflación se antoja mucho

más probable que una buena.

É p o c a i n fl a c i o n a r i a



Inflación «buena»: La densidadde galaxias observada solo seobtiene para unos pocos valoresde λ.

Inflación «mala»: Un valor típico de λ produce unadensidad de galaxias más alta y posiblemente más espacio.





lizó las configuraciones iniciales posibles del inflatón y del cam-po gravitatorio. Algunas de ellas dan lugar a la inflación y, portanto, a una distribución de materia muy uniforme y a una geo-metría muy plana. Pero otras producen un universo uniforme

y plano sin necesidad de inflación. Ambos tipos de configura-ciones son bastante excepcionales, por lo que un universo pla-no resulta, en general, improbable. Pero la impactante conclu-sión de Penrose fue que obtener un universo plano sin inflación

era muchísimo más probable que con ella... ¡por un factor de10 elevado a la gugolésima (10100) potencia!

LOS PELIGROS DE U NA INFLACIÓN ETERNA

Una conclusión similar se obtiene al extrapolar la historia deluniverso desde su estado actual hacia atrás en el tiempo, em-pleando para ello las leyes f ísicas que conocemos. No existe unaextrapolación única: dadas las condiciones actuales, gran can-tidad de historias podrían haberlas precedido. En 2008, Gary

W. Gibbons, de la Universidad de Cambridge, y Neil G. Turok,del Instituto Perimeter de Física Teórica, en Ontario, demos-traron que un número abrumador de extrapolaciones condu-cían a una inflación insignificante, una conclusión compatible

con la de Penrose. Ambas parecen poco intuitivas, puesto queun universo plano y uniforme se muestra muy improbable, y la inflación proporciona un mecanismo muy poderoso para ob-tenerlo. Pero esa ventaja se desvanece frente a lo complicadoque resulta conseguir las condiciones necesarias para desenca-denar la inflación. Una vez se tienen en cuenta todos los facto-res, es más fácil obtener un universo como el actual sin infla-ción que con ella.

Para gran cantidad de físicos, argumentos teóricos como losanteriores palidecen ante el magnífico acuerdo entre las predic-ciones de la teoría inflacionaria de los años ochenta y las obser-

vaciones cosmológicas actuales. La verificación experimentaltriunfa sobre cualquier razonamiento teórico. Pero lo curiosode la situación reside en que las predicciones de los años ochen-

ta se basaban en una comprensión ingenua de la inflación; unaque se ha mostrado errónea por completo.

El cambio de perspectiva empezó con la constatación de quela inflación es eterna: una vez iniciada, no se detiene jamás[véase «El universo inflacionario autorregenerante», por An-drei Linde; I a C a , enero de 1995]. Que la in-flación se perpetúe a sí misma aparece como una consecuenciadirecta de la mecánica cuántica unida a una expansión acelera-da. Recordemos que las fluctuaciones cuánticas podían retra-sar ligeramente el final de la inflación. Allí donde las fluctua-ciones sean pequeñas, también lo serán sus efectos. Pero, dadosu carácter completamente aleatorio, habrá lugares en los quelas fluctuaciones se tornen importantes y den lugar a retrasos

sustanciales.Esas regiones procrastinadoras resultan tan excepcionalesque podríamos pensar en ignorarlas. Pero no podemos: esas zo-nas continúan expandiéndose al descomunal ritmo caracterís-tico de la inflación, por lo que, en cuestión de un instante, so-

brepasan en volumen a la región en la que la inflación acabó atiempo. Emerge así un océano de espacio que se infla en tornoa una isla diminuta de materia y radiación. Es más: las regio-nes procrastinadoras engendran a su vez otras y nuevas islas demateria —cada una de ellas, un universo autocontenido—. Elproceso continúa hasta el infinito y crea un número ilimitadode islas rodeadas de un espacio cada vez más hinchado. Si estaidea no le provoca desasosiego, no se preocupe. Las noticiasdesagradables vienen ahora.

No todas las islas son iguales. La naturaleza aleatoria de lamecánica cuántica nos garantiza que algunas de ellas resulta-rán muy inhomogéneas o muy curvadas. Esta falta de unifor-midad recuerda al problema de la mala inflación, pero su ori-gen es bien otro. La mala inflación aparecía debido a que elparámetro que controlaba la curva de energía potencial del in-flatón contaba con una alta probabilidad de alcanzar un valordemasiado elevado. Ahora, la falta de uniformidad se debe a lainflación eterna y las fluctuaciones cuánticas, lo cual ocurre paracualquier valor del parámetro.

Para ser exactos, en el párrafo de arriba, la palabra «algu-nas» debería sustituirse por «un número infinito». En un uni-


P R O B L E M A 2 : C O N D I C I O N E S I N I C I A L E S

Difícil de obtenerSe supone que la inflación debería ocurrir con independencia

de las condiciones iniciales del universo. Pero un análisis más

profundo indica que no es así. De todas las maneras en que

podría haber comenzado el universo, solo una minúscula frac-

ción acabaría en el estado uniforme y plano observado en laactualidad. Además, una abrumadora mayoría de ellas alcan-

zaría ese estado sin inflación significativa: solo una fracción

infinitesimal de comienzos posibles produce un período de

inflación.

Con

inflación

Sin inflación

Estados que dan lugar a ununiverso plano y uniforme

Posiblesestados iniciales





verso con inflación eterna, infinitas islas se asemejarán a la nues-tra, pero otro número infinito de ellas, no. El verdadero resul-tado de la inflación fue muy bien resumido por Guth: «En ununiverso con inflación eterna, todo lo que pueda llegar a ocurrirsucederá; de hecho, sucederá un número infinito de veces».

Así las cosas, ¿es nuestro universo la excepción o la regla?En un conjunto infinito de islas, resulta difícil de decir. Comoanalogía, imagine un saco lleno de monedas de oro y de plata.Si extrae una moneda al azar, podrá determinar con exactitudla probabilidad de que se trate de una de oro o una de plata.Pero, si el saco contiene un número infinito de monedas de cadatipo, ya no podrá calcular nada. Para evaluar las probabilida-des, imagine que agrupa las monedas en dos montones: pongaprimero una de plata en un montón; después, una de oro en el

otro; luego, una de plata en el primero, etcétera. Tendrá la im-presión de que el saco contiene el mismo número de monedasde cada tipo. Pero existe también la opción de ordenarlas de ma-nera diferente: colocar diez monedas de oro en el primer mon-tón, una de plata en el segundo, otras diez de oro en el prime-ro, etcétera. Ahora le parecerá que hay diez monedas de oro porcada una plata.

¿Qué método cuenta las monedas de manera correcta? Nin-

guno. En un conjunto infinito, existen infinitas elecciones paraordenarlas y, por tanto, no hay forma legítima de juzgar quétipo de moneda es más probable. De igual modo, resulta impo-sible decidir qué tipo de isla, uniforme o no, ocurre con mayorprobabilidad en un universo con inflación eterna.

Ahora sí debería sentirse mal. ¿Qué significa que la inflaciónrealiza una serie de predicciones —por ejemplo, sobre la unifor-midad del universo o la invariancia de escala de sus fluctuacio-nes— si todo lo que puede ocurrir sucede un número infinitode veces? Y si una teoría carece de predicciones verificables,¿cómo puede sostenerse, como suele hacerse, que se halla enacuerdo con las observaciones?

UNA MEDIDA DE NUEST RO FRACASO

Los físicos teóricos se hallan al tanto del problema. Sin embar-go, confían en que podrán resolverlo y volver a la imagen in-genua de la década de los ochenta, que fue la que despertó suinterés por la teoría. Numerosos expertos conservan esa espe-ranza, por más que, tras veinticinco años de lidiar con la cues-tión, nadie haya aportado ninguna solución verosímil.

Algunos creen en la posibilidad de desarrollar teorías que,de algún modo, excluyan la inflación eterna, lo que atajaría elproblema de raíz. Pero la eternidad aparece como una conse-cuencia de la inflación unida a la mecánica cuántica. Para evi-tarla, el universo tendría que haber comenzado en un estadomuy especial, con una energía inflacionaria tal que la inflaciónterminase en todo punto del espacio antes de que las fluctua-

ciones cuánticas lograsen reavivarla. Sin embargo, en tales mo-delos el resultado depende de manera crucial de las condicio-nes iniciales, lo que contraviene el propósito original de la teo-ría: explicar el universo actual fuese cual fuese el estado en elque comenzó.

Una estrategia alternativa se basa en suponer que las islassimilares a nuestro universo representarían el resultado másprobable de la inflación. Los defensores de esta idea imponenlo que en jerga técnica se conoce como una medida: una reglaque pondera la probabilidad de cada tipo de isla, algo así comoaseverar que lo correcto es apilar tres monedas de oro por cadacinco de plata. No obstante, el concepto de medida supone unañadido ad hoc, una confesión pública de que, por sí sola, la teo-

ría inflacionaria no explica ni predice nada. Aún peor: se han propuesto diversas medidas igual de razo-nables pero con implicaciones diferentes. Un ejemplo lo encon-tramos en la medida de volumen, según la cual el peso relativode cada isla debería corresponderse con su tamaño. A primera

vista, la idea tiene sentido. A fin de cuentas, la idea de la infla-ción consiste en explicar la uniformidad y planitud observadasen el universo mediante un mecanismo que genere grandes

volúmenes de espacio con esas propiedades. Por desgracia, lamedida de volumen falla. Ello se debe a que favorece a las re-giones procrastinadoras. Consideremos dos tipos de regiones:islas como la nuestra y otras que se formaron más tarde. De-

bido al crecimiento exponencial, estas últimas ocuparían un volumen total mucho mayor que las primeras y, por tanto, se-

P R O B L E M A 3 : I N F L A C I Ó N E T E R N A

Nuestro universo

Cuando todo es posibleLa inflación goza de fama por efectuar predicciones muy pre-

cisas que han sido verificadas por las observaciones. Pero ¿es

en verdad así? Una vez que la inflación empieza, las fluctua-

ciones cuánticas la mantienen viva en la mayor parte del espa-

cio. Allí donde acaba, condensa una burbuja de materia y ener-gía. Nosotros vivimos en una de ellas, pero es atípica. De

hecho, se forman infinitas burbujas con una infinita variedad

de propiedades. Cualquier cosa que pueda ocurrir sucederá

en alguna burbuja. Una teoría que predice cualquier cosa no

predice nada.

Espacioeternamenteen expansión

Otras burbujas




rían muchísimo más comunes. Según esta medida, nuestramisma existencia sería harto improbable.

Los partidarios de introducir una medida adoptan una tác-tica de ensayo y error. Inventan y someten a prueba nuevas me-didas con la esperanza de que, en algún momento, darán conaquella que produzca el resultado deseado: que nuestro uni-

verso cuenta con una gran posibilidad de existir y de ser comoes. Pero supongamos que semejante empresa tiene éxito algún

día. Entonces hará falta algún principio que justifique el em-pleo de esa medida frente a cualquier otra. Y después otro prin-cipio que justifique el anterior, y así sucesivamente.

Otra posibilidad consiste en acogerse al principio antrópi-co. Mientras que el concepto de medida intenta demostrar que

vivimos en una isla típica, el principio antrópico supone que lanuestra constituye una isla excepcional, una en la que se danlas condiciones mínimas e indispensables para la vida. Otrasislas más comunes no exhibirían las propiedades necesariaspara formar estrellas, galaxias, ni ningún otro requisito para la

vida tal y como la conocemos. Aunque esas islas típicas ocupenun espacio mayor que las similares a la nuestra, podríamos ig-norarlas, ya que solo nos interesan aquellas con potencial para

albergar vida.Por desgracia, las condiciones que vemos en nuestro univer-so no son mínimas: este se muestra más plano, uniforme e in-

variante de escala de lo que sería imprescindible para permitirla aparición de vida. Islas más típicas, como aquellas más jóve-nes que la nuestra, resultan casi igual de habitables y abundanmucho más.

PENALIZAR LA PROCRAST INACIÓN

A la luz de los argumentos anteriores, la tan manida pretensiónde que los datos cosmológicos verifican las predicciones de lateoría inflacionaria resulta, cuando menos, engañosa. Lo máxi-mo que podemos afirmar es que los datos han corroborado laspredicciones de una teoría inflacionaria ingenua, aquella ante-

rior a 1983. Pero esa teoría no coincide con la cosmología infla-cionaria de hoy. Una interpretación ingenua concluye que la in-flación lleva a un resultado predecible, gobernado por las leyesde la física clásica. Pero, en realidad, es la mecánica cuánticaquien rige la inflación, con la consecuencia de que cualquiercosa que pueda suceder ocurrirá. Y si la teoría inflacionaria norealiza predicciones, ¿para qué sirve?

El problema de fondo radica en que carecemos de un me-canismo que penalice la procrastinación; antes bien, todo jue-ga en favor de las regiones que posponen el final de la infla-ción. Estas continúan creciendo a un ritmo acelerado, por loque resulta inevitable que acaben tomando el control. En unasituación ideal, dichas regiones deberían expandirse con ma-

yor lentitud o, mejor aún, encoger. Así, la inmensa mayoría deluniverso se compondría de zonas en las que la fase inflaciona-ria termina a tiempo y nuestro universo no constituiría una ex-cepción incómoda.

Una alternativa, propuesta junto a otros colaboradores y co-nocida como teoría cíclica, exhibe justo esa propiedad. Segúnesta, la gran explosión no habría supuesto el principio del es-pacio y el tiempo [véase «El universo antes de la gran explo-sión», por Gabriele Veneziano; I a C a , julio de2004], sino un «rebote» desde una fase previa de contracciónhacia otra de expansión, el cual se habría visto acompañado porla creación de materia y energía. La teoría es cíclica porque, un

billón de años después, el universo comienza a contraerse denuevo y el proceso se repite. La clave reside en que el «suaviza-

do» del universo ocurre antes del rebote, durante la época decontracción. Así, las regiones procrastinadoras continúan enco-giendo, pero las normales rebotan y comienzan a expandirse.En comparación, el volumen que ocupan las zonas perezosasresulta pequeño y sus efectos pueden desestimarse.

Un suavizado durante el período de contracción tendría unaconsecuencia observable. Durante cualquier fase de suavizado,tanto en la teoría inflacionaria como en la cíclica, las fluctua-

ciones cuánticas generan ondas gravitacionales (pequeñas per-turbaciones que se propagan a través del espaciotiempo) quedejan una huella característica en la radiación de fondo de mi-croondas. La amplitud de esas ondas resulta proporcional a ladensidad de energía. Sin embargo, la inflación tiene lugar enun momento en que la densidad del universo es muy elevada,mientras que el proceso equivalente en el modelo cíclico ocurrecuando el universo se encuentra casi vacío, por lo que las se-ñales predichas por ambos modelos difieren por completo. Porsupuesto, la teoría cíclica se halla en sus comienzos y puedeque adolezca de sus propios problemas, pero pone de manifies-to que existen alternativas concebibles que no sufren de unainflación descontrolada. Además, nuestro trabajo preliminar

apunta a que el modelo cíclico evitaría también los otros problemas expuestos arriba.Bien es cierto que aquí hemos presentado los argumentos

a favor y en contra de la inflación sin conceder derecho a ré-plica y sin entrar en matices. En un encuentro celebrado el pa-sado mes de enero en el Centro de Ciencia Teórica de Prince-ton, numerosos teóricos de primera línea defendieron la ideade que los problemas del modelo inflacionario apenas repre-sentan algo más que una molestia y que no deberían socavarnuestra confianza en sus ideas básicas. Otros, yo incluido, sos-tuvimos que reflejan inconsistencias graves en los fundamen-tos de la inflación, y que esta debería reformularse o ser reem-plazada por otra teoría.

Al final, el veredicto lo emitirán los datos; en particular, las

próximas observaciones de la radiación de fondo de microon-das. Los experimentos pertinentes (en cimas montañosas, glo-

bos sonda y satélites) ya se encuentran en marcha, y los pri-meros resultados deberían estar listos en dos o tres años. Unadetección de la señal de ondas gravitacionales respaldaría elmodelo inflacionario; su ausencia le asestaría un serio revés.Para que la inflación tuviera sentido a pesar de un resultado ne-gativo, habría que suponer un potencial muy particular para elinflatón, uno con una forma tal que suprimiese las ondas gra-

vitacionales. Ello resultaría muy artificioso. De ser así, muchosdirigirán su atención hacia otras alternativas que, como la teo-ría del universo cíclico, predigan de manera natural una señalinobservable. En todo caso, los datos marcarán un momento

crucial en nuestra comprensión acerca de cómo el universo hallegado a ser lo que es y qué le ocurrirá en el futuro.

P A R A S A B E R M Á S

The inflationary universe. Alan Guth. Basic Books, 1998.Quantum cosmology, inflation, and the anthropic principle. Andrei Linde en Science andUltimate Reality: Quantum Theory, Cosmology and Complexity , coordinado por John D. Barrow,Paul C. W. Davies y Charles L. Harper, Jr. Cambridge University Press, 2004.Endless universe: Beyond the big bang. Paul J. Steinhardt y Neil Turok. Doubleday, 2007.The measure problem in cosmology. G. W. Gibbons y Neil Turok en Physical Review D,vol. 77, n.o 6, artículo 063516, marzo de 2008. Disponible en http://arxiv.org/abs/hep-th/0609095From eternity to here: The quest for the ultimate theory of time. Sean Carroll. DuttonAdult, 2010.




C O R T E S Í A D E L D E P A R T A M E N T O D E P A T O L O G Í A D E L H O S P I T A L D E L A U N I V E R S I D A D D E C O L U M B I A ,

F O T O G R A F Í A D E Z A C H A R Y Z A V I S L A K

NEUROIMAGEN

Hoy en día los escáneres cerebrales rara vez se ad-miten como prueba en un juicio. Sin embargo, con-forme la neurociencia avance, tal vez se reconsideresu importancia a la hora de evaluar el estado mentalde un acusado o la credibilidad de un testigo.

En último término, la influencia de la neurociencia enel sistema legal provendrá de una comprensión másprofunda de las causas neurológicas de las conductasilegales o antisociales. Hallazgos futuros podríanservir como base a nuevas líneas de defensa.

Dichos avances también podrían dar la vuelta anuestras nociones sobre la responsabilidad y el casti-go justo. La sociedad y los tr ibunales habrán de pro-ceder con cautela antes de incorporar al sistema legallos descubrimientos en el campo de la neurociencia.


LA NEUROCIENCIA

EN EL SISTEMA JUDICIALLos escáneres cerebrales podrían transformar nuestrasnociones legales de responsabilidad o credibilidad

Michael S. Gazzaniga

Michael S. Gazzaniga, miembro del panel de asesores de Scientific American, es director del Centro SAGE para el Estudiode la Mente de la Universidad de California en Santa Barbara.Ha dirigido el proyecto Derecho y Neurociencia de laFundación John D. y Catherine T. MacArthur.




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o a a a o a , a oo a - ber comenzado a dirigir un proyecto de laFundación MacArthur cuyo objetivo era ana-lizar el papel de la neurociencia en el siste-ma judicial, fui llamado por primera vez enmi vida para formar parte de un jurado po-pular. De entre las ochenta personas convo-cadas, el juez debía elegir a aquellas que ha-

brían de evaluar el caso de una joven acusada de conducir bajolos efectos del alcohol. Muchos quedaron exentos por una ra-zón u otra; la mayoría, por haber conducido alguna vez en es-tado etílico.

Cuando el juez me reclamó y me preguntó a qué me dedica- ba, le respondí que era neurocientífico. «De hecho, he trabaja-do en cuestiones relevantes para el sistema judicial: la forma-ción de falsos recuerdos, la naturaleza de las adicciones o elmodo en que el cerebro regula el comportamiento.» El magis-trado consideró mis palabras. «¿Cree que durante el juicio po-drá dejar de lado cuanto sabe sobre el tema?». Respondí quepodía intentarlo. Tras ello, me declaró no apto.

Me sentí decepcionado, pero no hubiera debido estarlo. En

aras de la ecuanimidad, un jurado no deberíaguiarse sino por lo que oiga durante la vista,por lo que cabe esperar que el juez descarte aaquellos candidatos que, por sus conocimien-tos o experiencia previos, pudiesen influir enexceso sobre los restantes miembros del jura-do. Por otro lado, no deja de ser cierto que, alrecusarme, el juez encarnaba la desconfianza

y el rechazo que el sistema legal contemporá-neo muestra hacia la neurociencia.

Hoy día, merced a las técnicas de forma-ción de imágenes, resulta posible atisbar enel interior del cerebro vivo y elucidar la acti-

vidad neural que subyace bajo determinadas

formas de pensamiento y conducta. Algunosletrados ya han intentado esgrimir escánerescerebrales como pruebas ante un juicio. Lostribunales, por su parte, intentan dilucidarcuándo estos deberían ser admisibles. Con eltiempo, la posibilidad de relacionar los patro-nes de actividad mental con ciertos estadosmentales podría dar la vuelta a las directricespara decidir si un acusado controlaba sus ac-tos o para determinar su pena. Nadie sabe aúnen qué derivarán estos cambios; pero el sistema judicial, la opi-nión pública y los neurocientíficos necesitan entender lo queestá en juego para seguir garantizando una sociedad justa, por

más que este tipo de cuestiones sacudan algunas de las ideastradicionales sobre la naturaleza humana.

PRUEBAS INACEPTABLES... POR AHORA

A medida que aumenta la disponibilidad de imágenes que reve-lan el estado cerebral de una persona, cada vez más letrados so-licitan que estas se admitan como pruebas a fin de demostrar,por ejemplo, la veracidad de un testigo o la inocencia de un acu-sado en razón de su demencia. El juez dará su visto bueno sicuenta con la certeza de que el jurado no verá en los escáneresmás que una prueba adicional, o si estima que las imágenes ayu-darán a analizar mejor alguna cuestión relevante para el caso.Sin embrago, rechazará la solicitud si considera que un escánerresultará demasiado persuasivo, o que se le atribuirá excesiva

importancia solo por su impresionante aspecto científico. Es de-cir, los jueces han de determinar si la admisión de escánerescuenta con valor probatorio o si, por el contrario, puede favore-cer ideas preconcebidas y confundir al jurado. Hasta ahora, deacuerdo con la opinión tradicional de la mayoría de los neuro-científicos y juristas, los jueces han venido fallando casi siempreque los escáneres cerebrales podrían condicionar al jurado y quesu valor probatorio resultaba escaso o nulo.

Asimismo, los escáneres cerebrales han sido excluidos de ma-nera rutinaria ya que se alega que, desde un punto de vista cien-tífico, las únicas afecciones que pueden mostrar son lesiones fí-sicas en el cerebro. Durante un proceso criminal, sin embargo,un abogado puede querer emplearlos para demostrar trastornoscognitivos o emocionales por parte de su cliente (errores de jui-cio, cuestiones morales o de control de sus impulsos). Pero, almenos por ahora, casi todos los jueces e investigadores admitenque tales usos aún no cuentan con fundamento científico.

Las imágenes por resonancia magnética funcional (IRMf)aportan gran cantidad de información científica de calidadque, sin embargo, apenas cuenta con valor legal. Esta técnicase emplea con profusión para investigar la actividad de las re-

giones cerebrales implicadas en procesos que van desde la lectura o el habla hasta soñardespierto. Sin embargo, no mide directamen-te los impulsos eléctricos emitidos por lasneuronas, sino el flujo sanguíneo local, el cualse cree que se halla relacionado con la acti-

vidad neuronal. Además, la manera de deter-minar qué señal se corresponde con ciertaactividad cerebral consiste en promediar losescáneres de un grupo de probandos, perolos patrones pueden diferir bastante entre unindividuo y otro. Durante un juicio, el escá-ner del acusado puede desviarse en gran me-dida de los valores medios y, aun así, hallar-

se dentro de los márgenes estadísticos quedefinen dicho promedio.

Por otra parte, no siempre se conoce la pre- valencia de ciertas variaciones en la anatomía y la actividad cerebral dentro de una pobla-ción. Mostrar el escáner cerebral de un acu-sado sin cotejarlo con el grupo de referenciaadecuado podría desorientar gravemente al

jurado. Ya resulta problemático para un juez valorar si debe admitir como prueba escáne-

res indicativos de problemas neurológicos o psiquiátricos sus-ceptibles de atenuar la culpabilidad de un individuo. En el fu-turo, las dificultades podrían aumentar si hubiese que decidir

acerca de imágenes relativas a estados mentales complejos, comola credibilidad o la veracidad de un testigo.Desde que, a principios del siglo , el psicólogo e inventor

William Moulton Marston proclamase que un polígrafo que re-gistrase la tensión arterial, el ritmo cardíaco, la conductividadde la piel y otros parámetros fisiológicos permitiría averiguarcuándo miente una persona, los detectores de mentiras han sidoobjeto de vivos debates en el ámbito legal. En EE.UU., buenaparte de los tribunales han desestimado los resultados de lospolígrafos. No obstante, otras técnicas se encuentran en desarro-llo y, antes o después, los tribunales deberán pronunciarse alrespecto. Entre ellas se cuentan las imágenes cerebrales que as-piran a determinar qué estados mentales reflejan la veracidadde un sujeto.

El concursode la neurociencia

para evaluar la honestidadgeneral de un

individuo podríaabrir las puertas

a su uso parasondear

su sinceridadcon respecto

a una cuestiónconcreta

P




D E « P A T T E R N S O F N E U R A L A C T I V I T Y A S S O C I A T E D W I T H H O N E S T A N D D

I S H O N E S T M O R A L D E C I S I O N S » ,

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3 0 ; 2 8 D E J U L I O D E 2 0 0 9

MENTIRAS Y CREDIBILIDAD

Investigaciones recientes de Anthony D. Wagner y colaborado-res de la Universidad Stanford han demostrado que, bajo con-diciones controladas, las técnicas de IRMf, combinadas con cier-tos algoritmos analíticos complejos denominados clasificadoresde pautas, consiguen determinar con precisión si una personaestá recordando algo. Sin embargo, la técnica no permite averi-guar si el contenido de tales recuerdos es real o imaginario. Portanto, resultaría posible emplear la IRMf para saber si un indi-

viduo cree estar evocando algo, pero no para evaluar la exacti-tud de esos recuerdos. Wagner opina que los métodos de IRMf quizá lleguen a ser eficaces en la detección de mentiras, peroque, por ahora, se necesitan estudios adicionales.

Otros experimentos con IMRf ayudan a mostrar la natura-leza de la honradez. ¿Se debe esta a la ausencia de tentación, o

a la fuerza de voluntad para resistirla? En 2009, Joshua D.Greene y Joseph M. Paxton, de la Universidad de Harvard, ofre-cieron dinero a sus probandos si exageraban el número de losaciertos obtenidos al lanzar una moneda. Los investigadoresrealizaron escáneres de los individuos en el momento en quedebían decidir si mentían o no. Observaron una correlación en-tre una conducta deshonesta y una mayor actividad en algunasregiones cerebrales implicadas en el control de impulsos y latoma de decisiones. Sin embargo, observaron los mismos patro-nes en algunos de los individuos que habían dicho la verdad,por lo que cabía la posibilidad de que las imágenes reflejasenlos esfuerzos de los probandos para resistirse a la tentación, y no su veracidad. Por tanto, los expertos instan a los magistra-

dos a proceder con cautela antes de admitir este tipo de datoscomo prueba en un juicio.Pero esa opinión no es universal. Frederick Schauer, profesor

de derecho en la Universidad de Virginia y experto en informespericiales, señala que, en la actualidad, los tribunales aceptangran cantidad de indicios que resultan mucho menos fiables quelas técnicas de detección de mentiras. Hoy en día, la manera de

valorar la veracidad de un sujeto adolece de imprecisiones y se basa en ideas falsas sobre el comportamiento deshonesto. El por-te o la manera de actuar de una persona no siempre proporcio-nan indiciosfiables sobre su honradez. Para determinar qué prue-

bas son admisibles en un juicio, la justicia emplea criterios quese muestran más laxos que los estándares científicos. Schauersostiene que debería permitirse que un jurado tome en conside-

ración los resultados de un detector de mentiras con una tasa

de acierto del 60 por ciento, ya que ello podría suscitar dudasrazonables sobre la culpabilidad o inocencia del acusado.En EE.UU., uno de los primeros casos en los que fue necesa-

rio considerar la licitud de las técnicas de escáner cerebral parala detección de mentiras tuvo lugar en 2010, cuando un magis-trado de Tennessee desestimó los resultados de un detector dementiras comercial que empleaba técnicas de IRMf. Su decisiónse basó en parte en la Ley Federal 403, la cual establece que uninforme debe ser aceptado si cuenta con carácter probatorio,pero debe rechazarse si puede fomentar prejuicios. El juez ar-gumentó que este era el caso, ya que el experto encargado dellevar a cabo el test no podía determinar la veracidad de cadauna de las respuestas del acusado; según explicó, solo podía es-tablecer si estaba respondiendo con sinceridad al conjunto de

preguntas que componían el interrogatorio.Resulta forzoso preguntarse si, en el futuro, deberían admi-

tirse como pruebas informes que se limiten a certificar la hon-radez general de un acusado. El concurso de la neurocienciapara evaluar la honestidad general de un individuo podría abrirlas puertas a su uso para sondear su sinceridad con respecto auna cuestión concreta. La Ley Federal 608(b) estipula que, una

vez que se cuestione la honradez de un testigo, los letrados pue-den aportar pruebas basadas en las opiniones de terceros so-

bre la «honestidad o falsedad» de la persona. En nuestros días,este tipo de informes consisten en las declaraciones de otraspersonas sobre la honradez del testigo. Pero ¿qué ocurrirá enel futuro? ¿Deseará un jurado saber qué puntuación obtiene un

acusado en un test de sinceridad? ¿Perderá legitimidad dichaevaluación si procede de una máquina extravagante? Presumoque, con el tiempo, aumentará el uso de este tipo de técnicas

y que, conforme la sociedad se habitúe a ellas, disminuirá elrechazo inicial que susciten.

ESCÁNERES Y PS ICOPATÍAS

Jueces y letrados están empezando a verse en la necesidad dedecidir sobre el papel de los escáneres cerebrales en un pro-ceso judicial. No obstante, a largo plazo, el máximo impactode la neurociencia sobre el sistema legal llegará, sin duda, deuna comprensión profunda sobre la manera en que el cerebrodetermina la conducta. Ya desde la infancia, las personas ma-nifestamos un sentido innato de justicia y reciprocidad, así

E L S I G N I F I C A D O D E U N E S C Á N E R

La lucha neuronal contra la tentaciónUn estudio reveló uno de los escollos a la hora deemplear los escáneres cerebrales como detectoresde mentiras. Al evaluar la honestidad de una persona,las imágenes por resonancia magnética funcional

mostraron que, en comparación con sujetos que siem-pre decían la verdad (izquierda), aquellos que en oca-siones mentían (derecha) exhibían una mayor activi-dad neuronal (rojo) en algunas de las regiones queintervienen en el control cognitivo. Pero esta activi-dad se daba con independencia de que los probandosmintiesen o no en un caso concreto, por lo que elresultado no permitía averiguar si alguien estabadiciendo la verdad. Tan solo parecía indicar los pro-cesos de control cognitivo que se dan en un individuoque se halla ante la oportunidad de mentir.

Baja actividad (sujeto veraz)

Mayor actividad(sujeto no siempre veraz)




I L U S T R A C I Ó N D E B R O W N B I R D D E S I G N

como el deseo de consolar al maltratado y castigar al transgre-sor. Somos jueces y jurados desde la cuna. A partir de tales ins-tintos hemos racionalizado la forma en que nuestra cultura hade examinar y penalizar las conductas antisociales. Algún día,la neurociencia podría imponer una revisión de las normasprocesales a la hora de determinar la culpabilidad de un indi-

viduo y decidir su pena. Quizá también eche por tierra lo quela sociedad entiende por libre albedrío, así como los procedi-

mientos para responsabilizar a una persona de sus actos anti-sociales.

Consideremos la situación psiquiátrica y legal de los psicó-patas, quienes, sin llegar al uno por ciento de la población, in-tegran el 25 por ciento de los reclusos. Aunque en el lenguajecoloquial el término «psicópata» se aplica a gran cantidad dedelincuentes, violentos o no, en un sentido técnico se reserva aaquellos con un cuadro clínico bien definido de trastornos psi-

quiátricos, diagnosticados mediante la Lista de Chequeo de Psi-copatía Revisada de Hare (PCL-R, por sus siglas en inglés).

Con frecuencia, los psicópatas exhiben cierto grado de en-canto superficial y resultan egocéntricos, grandilocuentes, em-

busteros y faltos de sentimientos de culpa o empatía, aspectosque evalúa la PCL-R. No obstante, las pruebas psicométricas deeste tipo representan solo indicadores estadísticos de disfuncio-nes neurológicas. Las técnicas de neuroimagen deberían, al me-

nos en teoría, diagnosticar con mucha mayor eficacia los rasgospsicópatas.

Hasta la fecha, numerosos estudios han asociado las psico-patías con anomalías en la actividad cerebral. Los psicópatasparecen mostrar reacciones neurológicas anormales ante es-tímulos que requieran gran atención y ante palabras de signifi-cado emotivo, ya sean concretas o abstractas. Sin embargo, ta-les respuestas también se han observado en personas que hansufrido lesiones en el lóbulo temporal medial, por lo que noconstituyen una prueba indiscutible de psicopatía. Otros resul-tados preliminares apuntan a que los psicópatas acusarían le-siones en el sistema límbico, el cual contribuye a generar lasemociones.

Se buscan también anomalías en las conexiones cerebrales.Marcus E. Raichle, Benjamin Shannon y colaboradores de laUniversidad Washington en St. Louis, junto a Kent Kiehl, de laUniversidad de Nuevo México, han analizado escáneres cere-

brales de presos adultos y delincuentes menores de edad, todosellos diagnosticados como psicópatas según la PCL-R. Se obser-

vó que los adultos exhibían una variedad de conexiones inusi-tadas entre ciertas regiones cerebrales, aunque ninguna de lasalteraciones exhibía una predominancia clara. Los menores, encambio, mostraban de manera más sistemática una serie de ano-malías sorprendentes, las cuales aumentaban con su grado deimpulsividad. Una interpretación posible sostiene que los jóve-nes impulsivos carecen de algunas de las restricciones neuralesque, en condiciones normales, intervienen al elegir la manera

de actuar. Es posible que, en delincuentes juveniles no someti-dos a tratamiento, una anomalía cerebral que promueva la con-ducta impulsiva se extienda y acabe por provocar los patronesinusuales observados en adultos. Ello podría explicar por quélos tratamientos psiquiátricos se muestran más eficaces en los

jóvenes que en los mayores, quienes con frecuencia no respon-den a ellos.

Si bien se trata de un asunto controvertido, hoy por hoy lapsicopatía no constituye un eximente. Antes bien, se consideraque un delincuente psicópata resulta más peligroso que otroque no padezca el trastorno, por lo que recibirá una pena ma-

yor. Una técnica de neuroimagen que permitiese identificar confiabilidad a los psicópatas ayudaría a fi jar la sentencia, puesto

que podría determinar si el acusado requiere reclusión hospita-laria y tratamiento. Quizá cueste convencer a la opinión públi-ca de que un delincuente psicópata no debe acabar en la cárcel,pero, si se contasen con pruebas suficientes, tal práctica podríaacabar constituyendo doctrina legal. Es de esperar que, para en-tonces, la neurociencia haya dado con mejores procedimientospara sanar o rehabilitar a estas personas.

LA NEUROCIENCIA Y LA DEFENSA

Las normas procesales vigentes admiten solo un repertorio li-mitado de posibles líneas de defensa. ¿Aportará la neurocien-cia otras nuevas? Por ejemplo, los tribunales han rechazado demanera sistemática las defensas que alegan el «síndrome de lamujer maltratada» en casos en los que una mujer había agre-

Antes de admitirun escáner como pruebaComo todo informe cientí fico, los escáneres cerebrales han

de superar al menos dos fases de revisión antes de ser emplea-

dos en un juicio. Los abogados solo pueden recurrir contra la

decisión de admitir un escáner si consideran que el juez se ha

extralimitado en sus competencias.

P R O C E D I M I E N T O S

Por la defensaUn abogado puedesolicitar a un expertoque efectúe un exa-men neurológico del

acusado o de un tes-tigo. Si el resultadono es favorable, no loda a conocer.

Por el tribunalDurante la vista pre-liminar, el juez deter-mina si los escánerespresentados cumplenlos requisitos para ser considerados proba-torios y si resultan

informativos o si, por elcontrario, puedenfortalecer ideas pre-concebidas en el jurado.

En la vistaEn su caso —lo que noocurre a menudo—, losletrados se hallan auto-rizados para mostrar al jurado los escánerescerebrales aprobadospor el juez.

S R . J U E Z

PRUEBA 1




dido con medios letales a un cónyuge que la golpeaba con asi-duidad. No obstante, en algunos estados de EE.UU. sí se admi-ten en un juicio las declaraciones de expertos que afirman queel síndrome constituye un caso de trastorno de estrés postrau-mático, lo que puede tomarse en consideración a la hora de eva-luar la credibilidad de una mujer que afirma haberse visto obli-gada a actuar en defensa propia. Tales precedentes abren lapuerta a un uso legal más amplio de la neurociencia.

La determinación del estado mental de un acusado resultacrucial a la hora establecer su grado de responsabilidad. ReadMontague, de la Escuela de Medicina Baylor, y Gideon Yaff e,profesor de derecho de la Universidad de California del Sur, es-tudian si algunos adictos padecen una variante de la «cegueraal riesgo». Una persona normal aprende que atracar un comer-cio pone en peligro su posibilidad de disfrutar de la familia y los amigos, sus oportunidades de realizar una carrera produc-tiva, etcétera. Montague y Yaff e creen que algunos adictos sonincapaces de apreciar las ventajas de un proceder recto. En prin-cipio, sus hallazgos podrían emplearse como argumento paramodificar la definición de «persona razonable» en derecho pe-nal. En ese caso, un adicto podría acabar siendo juzgado sobre

la base de lo que se esperaría de un «adicto razonable» ante lamisma situación, lo que quizá derivase en una absolución o enuna reducción de pena.

Los ejemplos anteriores cuestionan la manera en que nues-tra cultura y los tribunales han de gestionar las conductas an-tisociales. Como ha planteado el neurocientífico William T.Newsome, de la Universidad Stanford, ¿acaso se nos asignaráuna «clasificación de responsabilidad» personalizada que pu-diera ser esgrimida en caso de infracción criminal? Si, comopronostican algunos expertos, a no tardar todos llevaremosnuestro historial médico grabado en una memoria digital, ¿in-cluirá este un perfil cerebral y conductual que determine cuánrazonables o responsables somos? ¿Supondría ello un avancesocial y judicial, o resultaría contraproducente? ¿No sufrirían

las nociones de libre albedrío y de responsabilidad personal unenorme desgaste si todo comportamiento antisocial pudieraexplicarse en términos neurológicos?

A mi entender, los avances científicos sobre la forma en queel cerebro da paso a la mente deben mantenerse separados delas discusiones sobre la responsabilidad individual. Como he ex-plicado en otras ocasiones, el concepto de responsabilidad per-sonal surge a partir de las interacciones sociales. Forma partede las reglas de intercambio social, no del cerebro.

CAUTELAS

A pesar de la gran cantidad de conocimientos que la neurocien-cia nos ha brindado, estudios recientes sobre el cerebro de indi-

viduos jóvenes muestran la necesidad de proceder con cautela ala hora de incorporarlos a la jurisprudencia. En 2005, el Tribu-nal Supremo estadounidense falló que la ejecución de un reo quehabía cometido un asesinato con menos de 18 años de edad cons-tituía un castigo cruel e inusitado. El tribunal basó su veredictoen tres diferencias entre los delincuentes adultos y los menoresde edad: una carencia notable de madurez y responsabilidad;una mayor susceptibilidad ante las malas influencias y una me-nor independencia para evitarlas, y un carácter menos formadoque en el caso de un adulto. Aunque el tribunal era conscientede que con ello trazaba una línea arbitraria, falló que nadie queen el momento de cometer el delito fuese menor de edad podríaser condenado a la pena capital. En mayo de 2010, el tribunalamplió esa limitación al decidir que, salvo en casos de homici-

dio, condenar a un menor a cadena perpetua sin posibilidad delibertad condicional vulneraba la prohibición constitucionalde infligir castigos crueles y desacostumbrados. El tribunal, ci-tando fuentes de la Asociación Médica Americana, determinóque la psicología y la neurociencia mostraban diferencias fun-damentales entre la mente de un adulto y la de un menor.

Pero ¿hasta qué grado se sostiene la afirmación anterior? Unestudio realizado por Gregory S. Burns, Sara Moore y C. Moni-

ca Capra, de la Universidad Emory, exploró la propensión de los jóvenes a implicarse en conductas de riesgo; el objetivo consis-tía en determinar si semejante proceder derivaba de una inma-durez en los sistemas cognitivos que regulan las respuestas emo-cionales. Los investigadores emplearon la técnica de formaciónde imágenes por tensor de difusión (ITD) para examinar lostractos de sustancia blanca que conectaban varias regiones decontrol en la corteza cerebral de 91 menores de edad. Para susorpresa, hallaron que, en aquellos jóvenes que incurrían enconductas de riesgo, las zonas estudiadas exhibían un aspecto«más adulto» que en el resto.

Vemos pues que, en este caso, las imágenes cerebrales apun-taban en sentido contrario a los planteamientos tradicionales,

tanto legales como científi

cos, relativos a las capacidades de losmenores de edad. Si las conclusiones anteriores se viesen con-firmadas por otros estudios, la ley, según su propia lógica, de-

bería juzgar a los delincuentes menores de edad de acuerdo conlos mismos criterios que a los adultos. O bien podría exigirse delos acusados que se sometan a exámenes de ITD o de otro tipopara determinar si su sustancia blanca se asemeja a la de unadulto, con miras a que los resultados sirvan como guía a lahora de fallar la sentencia. El alcance de las consecuencias mues-tra cuán peligroso puede resultar adoptar modificaciones lega-les basadas en datos científicos antes de que exista una canti-dad suficiente de estudios que avalen sus conclusiones.

Por impresionantes que se muestren los avances en neu-rociencia, hemos de considerar con cautela la manera en que

estos deberán incorporarse a nuestra cultura. Sus implicacio-nes legales no constituyen sino uno de sus muchos aspectos.¿Querremos algún día disponer del escáner de nuestra pareja,de nuestros socios o de los políticos, aunque sus resultados nose acepten en un tribunal? Conforme evolucione la compren-sión científica de la naturaleza humana, nuestra actitud moralacerca de cómo deseamos gestionar una sociedad justa se adap-tará a los descubrimientos. Nadie desea apresurarse a adoptarreferentes nuevos sin antes dedicar el máximo cuidado y aten-ción a cada hallazgo. Sin embargo, tampoco nadie puede igno-rar los cambios que asoman en el horizonte.


Patterns of neural activity associated with honest and dishonest moral decisions. JoshuaD. Greene y Joseph M. Paxton en Proceedings of the National Academy of Sciences USA , vol.106, n.o 30, págs. 12.506-12.511, 2009.

Adolescent engagement in dangerous behaviors is associated with increased white mat-ter maturity of frontal cortex. Gregory S. Berns, Sara Moore y C. Monica Capra en PLoS ONE ,

vol. 4, n.o 8, e6773, 2009. Altered functional connectivit y in adult and juvenile psychopathy: A rest-state fMRI analy-sis. Benjamin Shannon et al. Resumen del XVI encuentro anual de la Organization for HumanBrain Mapping. Barcelona, 2010.Detecting individual memories through the neural decoding of memory states and pastexperience.Jesse Rissman, Henry T. Greely y Anthony D. Wagner en Proceedings of the Natio-

nal Academy of Sciences USA , vol. 107, n.o 21, págs. 9849-9854, 2010. Who’s in charge? Free will and the science of the brain. Michael S. Gazzaniga. Ecco Har-per-Collins, 2011.Proyecto Derecho y Neurociencia: www.lawandneuroscienceproject.org



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MEDIOAMBIENTE

¿Sobrevivirá el mar Muerto?El riego y la minería están secando el lago, pero la colaboración entre Israel, Jordania y la Autoridad

Palestina podrían salvar este mar sagrado

E a Mo a oo: a oo a a a del planeta, considerada la tierra de Sodoma y Gomorra, una supuesta fuentede aguas terapéuticas y, a pesar del nombre, un v alioso tesoro con una vida mi-cro biana inusual. En cambio, su futuro resulta del todo previsible. Tras siglosde esta bilidad mantenida por el delicado equilibrio entre el aporte de agua dul-

ce del río Jordán y la ev aporación ba jo el incesante sol de Oriente Medio, en la actualidadel lago está desapareciendo.

Jordanos al este, israelíes al oeste y sirios y libaneses al norte están extra yendo tanta can-

tidad de agua dulce de la cuenca fluvial que apenas llega agua al mar. Paralelamente, Israel y Jordania bombean agua del lago para extraer minerales de interés, con lo que aceleran sudeterioro. En las orillas de este lago en retroceso se han originado miles de dolinas, con elconsiguiente hundimiento del terreno. Este fenómeno ha afectado al turismo y al desarro-llo costero, y a que no puede predecirse el lugar donde colapsará la siguiente dolina, que po-dría engullir edificios, carreteras o personas.

Preocupados por la pérdida de un v alioso recurso natural y cultural, dirigentes de Israel,Jordania y la Autoridad Palestina han propuesto una enorme canalización para traer agua desde el mar R o jo, situado al sur del mar Muerto. Los científicos investigan los posibles efec-tos de la mezcla de aguas en las propiedades químicas y biológicas del lago y debaten si elnuev o aporte de agua teñirá el mar de ro jo. Por otro lado, los políticos analizan la disposi-ción de todas las naciones a financiar esta medida de salv ación que costará 10.000 millonesde dólares, mientras los expertos en medioambiente se oponen al f araónico pro yecto. Entre

tanto, los go biernos al cargo de otros cuerpos de agua salada, como el mar de Aral, el marCaspio o el Gran Lago Salado en Utah, esperan aprender lecciones que les puedan servir enun futuro. Nuestro artículo ofrece una visita por este mar agonizante y los esfuerzos que sededican a resucitarlo.

La super ficie del mar Muerto se sitúa a –424 metros ysu nivel desciende un metro al año a medida que lasaguas de aporte se utilizan para labores de riego y sehace evaporar el agua del lago para extraer minerales.Miles de dolinas se forman como consecuencia de laretirada del agua salada subterránea y su sustitución

por agua menos salada, lo que provoca el colapso delmaterial suprayacente.Un sistema de conductos de 180 kilómetros de longi-tud podría suministrar el agua salada necesaria desdeel mar Rojo. Se está estudiando el modo en que estamezcla de aguas alteraría la vida marina.


Texto y otografías de Eitan Haddok

Eitan Haddok es fotógrafo y periodista. Posee un másteren geofísica y ciencias planetarias.





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El mar Muerto se sitúa a 424 metros por debajo

del nivel del mar, y la superfcie de sus aguas

desciende a razón de un metro por año. En algunas

áreas, el límite del lago ha retrocedido hasta un

kilómetro. A lo largo de su perímetro han colapsado

más de 3000 dolinas. En los últimos años se ha

abierto una dolina cada dos días, aproximada-

mente. Algunas se rellenan de salmuera; otras no.




1




Las dolinas (1) pueden alcanzar 25 metros de diámetro y 15 me-tros de profundidad. Pueden a brirse de manera brusca, engu-llendo excursionistas, edificios o carreteras (3).

La ma y oría de los expertos apunta a los procesos de disolu-ción como causa de este fenómeno: conf orme el agua del lago se retira, el agua salada subterránea también lo hace; su lugarlo ocupa agua subterránea menos salada, que al entrar en con-tacto con las capas salinas subsuperficiales del material supra-

y acente, las disuelve y pro v oca su hundimiento. Algunos de estos grandes huecos se rellenan de salmuera;

otros no. En ocasiones, las alineaciones de dolinas originan f a-llas geológicas superficiales ( 2) que f acilitan la intrusión deagua dulce a medida que el agua salada se retira. Entender el

funcionamiento de estos mecanismos a yudaría a explicar la f or-mación de misteriosas dolinas en Florida, Guatemala, Alema-nia y España.

La razón principal por la que el mar está menguando es queel aporte de agua del río Jordán, procedente del norte, ha dis-minuido desde 1300 hasta 30 millones de kilómetros cúbicos alaño. En consecuencia, la ev aporación del mar supera a la entra-da de agua dulce; el lóbulo sur del lago ha desaparecido.

El aporte del río se ha reducido debido a los bombeos reali-zados en Israel, Jordania, Siria y Líbano, que extraen agua para el consumo agrícola y humano (4); algunos conductos quedanfuera de uso a medida que se drena el río ( primer plano en la

fotografía).

2

3 4

HUNDIMIENTOS DE TIERRA




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C O R T E S Í A D E N A S A

Y

U S G S ( a r r i b a

a

l a

i z q u i e r d a )

3

1

Áreaampliada

Mar Muerto

Mar Rojo




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POSIBLE RECUPERACIÓN

El mar está menguando, además, debido a que lasempresas químicas Dead SeaW orks, en Israel, y Ara bPotash Company, en Jordania, canalizan el agua denorte a sur. Allí desemboca en enormes lagos artifi-

ciales en cascada, donde anteriormente existía el ló- bulo sur del mar (1, azul; 2, visto desde cerca). Como resultado de la ev aporación, se concentran minera-les como bromo, magnesio y potasa, así como sa-les (3), que son explotados por las empresas. El airede esta enorme área presenta uno de los v alores demercurio oxidado más elev ados del planeta, conse-cuencia de la alta concentración de bromo.

De continuar la situación actual, en el año 2200el nivel del mar Muerto podría descender hasta los–550 metros. El retroceso cesaría si se construyeran180 kilómetros de canales y conductos, de acuerdo con la propuesta de trasv ase desde el mar R o jo. Las

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la

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liza

ciónproducirían 900 millones de metros cúbicos deagua dulce al año. La ma y oría se destinaría al río Jordán.Los 1100 millones de metros cúbicos de salmuera re-sidual se inyectarían en el mar Muerto. El desnivela lo largo del tra yecto de la canalización podría serapro vechado por centrales hidroeléctricas. El Ban-co Mundial tiene previsto terminar un estudio de

via bilidad de 17 millones de dólares en julio del pre-sente año. Si llega a construirse, la canalización con-seguiría esta bilizar el nivel del mar entre los –410 y los –420 metros en el año 2050.

Sin embargo, puede que la salmuera procedentede la desalinización no represente un sustituto ade-

cuado del agua del río Jordán. La salmuera y elagua salada del mar podrían estratificarse y disponerseen capas separadas. Es posible que proliferen algas

y bacterias que cambien el color del mar de turque-sa a ro jo. Los experimentos en tanques realizadospor micro biólogos indican que, en efecto, podríanaparecer floraciones de algas (4), aunque los ensa-

y os toda vía no son concluyentes ni se han duplica-do de f orma independiente.

La salv ación del mar Muerto conllev aría benefi-cios de diversa índole. Los biólogos han descubier-to hace poco una nuev a f orma de meta bolismo endeterminados microorganismos que ha bitan en sus

aguas. Igualmente, se ha logrado trasplantar genesde un hongo endémico en una cepa de lev adura que,como resultado, ha mostrado una alta resistencia a la salinidad, así como al calor y a la oxidación. Elgen permitiría el desarrollo de plantas en suelos sa-linos no aptos para el cultiv o, lo que aseguraría ela bastecimiento de alimentos a millones de ha bitan-tes de países con suelos salinos.

2

4


Más información sobre la canalización entre el mar Rojo y el mar Muerto en: www.foeme.org y www.worldbank.org



X X X X X X X X

SEGUNDOS

SEGUNDOS

Richard Allen

S I SMOLOGÍA

Las redes de alerta sísmica detectanlas primeras fases de un terremoto yemiten una alarma con decenas desegundos de antelación, tiempo sufi-ciente para tomar una serie de medi-das clave.

La mayoría de los sistemas se basanen que un seísmo acontece en dosetapas: una sacudida que avanza conrapidez tras la que sobreviene unaonda lenta, la cual provoca la mayor parte del daño.

Una red de sismógrafos permitedeterminar en muy poco tiempo elepicentro del seísmo, predecir conmayor exactitud su intensidad y re-ducir la incidencia de alarmas falsaso fallidas.

Ya existen redes semejantes en va-rios lugares del mundo. El sistemapropuesto para California podríaestar listo en cinco años, y la inver-sión quedaría amortizada con crecestras el primer terremoto.



ANTES DEL GRAN TEMBLORANTES DEL GRAN TEMBLORUn sistema propuesto para Caliornia, similar a los existentes

en México, Japón y otros lugares, permitiría alertar de un terremotocon antelación sufciente como para salvar vidas



E o a a a , o o o a o o: o a tipo de a viso previo. El terremoto de Loma Prieta, por ejemplo, sacudió la bahía de San Fran-cisco el 17 de octubre de 1989, justo cuando la ciudad se prepara ba para el encuentro de la Serie Mundial de béisbol entre los Gigantes de San Francisco y los Atléticos de Oakland.

A las 17:04, un deslizamiento de la f alla de San Andrés provocó el desplome de más de doskilómetros de una autopista de dos niveles, así como el de parte del Puente de la Bahía, en-tre Oakland y San Francisco. Perecieron más de 60 personas. Durante años, los expertos han

intentado dar con alguna señal que, por débil que fuera, permitiese predecir con exactitud el lugar y elmomento en que se desata un gran terremoto. Tras decenios de esfuerzos infructuosos, muchos dudande la existencia de tales signos.

Richard Allen es profesor de geofísica y director adjunto delLaboratorio de Sismología de la Universidad de California enBerkeley. Actualmente trabaja en el prototipo de un sistema dealerta sísmico que abarque toda California.

I L U S T R A C I Ó N D E T O M W H A L E N





Sin embargo, aún quedan esperanzas. Un terremoto co-mienza con leves sacudidas que, hasta cierto punto, anunciansu intensidad y alcance. Unidos a los sistemas modernos detelecomunicaciones, los nuevos hallazgos en sismología pue-den proporcionar un a viso con algunas decenas de segundosde antelación. Aunque no parece gran cosa, ese margen permi-te desconectar centrales eléctricas, paralizar redes ferrovia-rias, a brir de manera automática las puertas de los ascenso-

res y alertar a los bomberos.El seísmo de Loma Prieta tuvo su epicentro al sur de la ba-

hía, en las montañas de Santa Cruz. Desde que la tierra co-menzara a agitarse, las vibraciones tardaron más de 30 segun-dos en recorrer los 100 kilómetros que dista ban hasta SanFrancisco y Oakland, donde la catástrofe se cobró el 80 porciento de las víctimas. De ha ber existido un sistema de a viso,este podría ha ber llegado 20 segundos antes que el terremoto.Un tiempo así basta para decelerar y detener trenes, frustrarel aterriza je de los a viones en aproximación final o poner enrojo los semáforos urbanos para impedir el acceso a puentes

y túneles. Los tra ba jadores de riesgo tendrían una oportuni-dad para ponerse a salvo, el instrumental delicado podría lle-

v a

rsea

modo de suspensión pa

ra

reducir da

ños y pérdida

s, y en escuelas y oficinas daría tiempo a guarecerse ba jo las me-sas. En definitiv a, la región quedaría mejor preparada para afrontar el desastre.

Se están instalando redes de este tipo por todo el mundo,en lugares tan diversos como México, Taiwán, Turquía y Ru-manía. El sistema más a v anzado del mundo se encuentra enJapón. Por todo el país, una red envía a visos a tra vés de lasemisoras de radio y televisión, los operadores de telefonía mó-

vil y los sistemas de megafonía de centros comerciales y otrosespacios públicos. En sus casi cuatro años de funcionamiento,más de una docena de terremotos han disparado la alerta y han dado a tra ba jadores, escolares y via jeros unos instantespreciosos para prepararse. Tras los a visos, no se han referido

ataques de pánico ni accidentes de tráfico. Si bien EE.UU. nocuenta con un sistema tan a v anzado, en California, donde hace

y a tiempo que se espera un seísmo de enormes proporciones,se están tomando medidas para disponer en breve de un sis-tema de alarma.

ONDAS SÍSMICAS

La tierra ba jo nuestros pies se mueve. A medida que las placastectónicas se deslizan, los continentes se rozan y colisionan. La corteza terrestre exhibe algún grado de elasticidad, pero solohasta cierto punto. En los bordes de las placas, la corteza secomba hasta que la tensión se hace insoporta ble; en ese mo-mento, la energía acumulada durante decenios se libera, irrum-

pe en la superficie y sacude todo lo que encuentra a su paso. A diario ocurren cientos de terremotos. Por fortuna, la ma- yoría resultan tan débiles que jamás los percibiríamos si no fue-ra gracias a los sismógrafos más precisos. Durante un temblorcotidiano apenas se desplazan uno o dos metros de f alla, algoimperceptible para una persona. Un seísmo de intensidad 5,0en la escala de Richter, que implica un desgarrón de entre dos

y tres kilómetros, provoca una sacudida que y a se deja sentir,pero las edificaciones modernas la resisten con f acilidad. A una magnitud de 8 grados o más, el desgarrón se propaga cientosde kilómetros a tra vés del plano de la f alla, puede alcanzar la superficie y partir en dos un edificio.

Al cuantificar la tensión acumulada entre un terremoto y otro, resulta posible sa ber qué zonas de la corteza se hallan

A S Í F U N C I O N A

Detección sísmicaLos sistemas de alerta detectan los primeros temblores de

un seísmo y activan alarmas que se anticipan a las sacudidas

posteriores, mucho más violentas. El sistema ShakeAlert,

propuesto para California, utilizaría una red de sismógrafos

digitales distribuida por todo el estado (derecha, arriba) paraenviar a las zonas pobladas un aviso que, según la ubicación

del epicentro, podría llegar con hasta un minuto de antelación.

En ese tiempo, ciudadanos, empresas y servicios públicos

podrían tomar medidas preventivas clave.

Temblor débil

Temblor fuerte

Llegadade la onda S

A m p l i t u d d e l a o n d a

Tiempo

Onda P(longitu-dinal)

Onda S(transversal)

Dirección de propagación

Dirección de propagación

S PS PEpicentro

SeñalesSensor

Llegadade la onda P

I L U S T R A C I O N E S D E E M I L Y C O O P E R Y T O M W H A L E N ( i c o n o s )

Todo terremoto consta de dos tipos de onda. Las ondas P comprimenel terreno a medida que avanzan, al igual que una onda acústica. Sepropagan con rapidez, pero no provocan un daño excesivo. Despuésllegan las ondas S, cuya perturbación es transversal, como la de unaola. Son estas las que liberan la mayor parte de la energía del seísmo.

A diario se producen cientos de seísmos débiles. Los sistemas de alertaidentifican los de mayor intensidad a partir del per fil de la onda P:los temblores menores producen un impulso corto y agudo (flecha azul);los de mayor intensidad se anuncian por una sacudida de gran amplitud y baja frecuencia (flecha roja).

Señales que anticipan un terremoto

Los sistemas de alerta combinan las señales procedentes de una redde sismógrafos para correlacionar las sacudidas y localizar el epicen-tro. El sistema envía entonces una alerta electrónica que se adelantaa la onda S. A mayor número de estaciones, más refinadas resultanlas predicciones sobre la magnitud y ubicación del epicentro.




Sonar la alarmaCuando el sistema detecta un fuerteseísmo, la alarma se dispara. En elejemplo que consideramos aquí, sila falla de San Andrés detonase unterremoto con epicentro al sur de labahía, los habitantes en las regionesmás pobladas dispondrían de hastaun minuto para ponerse a salvo.

San José

San

Francisco

Oakland

San Mateo

Santa CruzGilroy

Salinas

Fremont

Epicentro

Teléfonos móviles y ordenadores

personales emitiríanlos avisos

correspondientes

Modesto

Los avionesen aproximación final

recibirían la ordende «motor y al aire»

para frustrar el aterrizaje

Los ascensoresse detendrían

y abriríansus puertas

En las escuelas,los alumnos tendríantiempo de refugiarse

bajo los pupitres

En las construcciones, los obreros

dispondrían de tiempode ponerse a salvoLas fábricas

se detendrían y pondrían su equipo

en modode suspensión

Sin aviso

Tiempo de aviso:10 segundos

20 segundos

30 segundos

40 segundos

El sistema ShakeAlert propuesto para CaliforniaCalifornia, una de las regiones con mayor actividad sísmica del planeta, carece de unsistema de alerta básico. Universidades y otros organismos han formado un consorcio quepropone extender la red sísmica hasta que cubra todo el estado. El coste del programa nosuperaría los 55 millones de euros, una inversión que quedaría amortizada tras el primer gran terremoto.

Áreaaumentada

(debajo)

Riesgo de terremoto

Bajo Alto

Sensores instalados

Sensores propuestos

Los trenesfrenarían

automáticamentepara evitar

descarrilamientos




F U E N T E : « T H E S T A T U S O F T H E E A R T H Q U A K E E A R L Y W A R N I N G A R O U N D T

H E W O R L D : A N I N T R O D U C T O R Y O V E R V I E W » ,

P O R R I C H A R D M .

A L L E N ,

próximas a sufrir el colapso. Pero, en la aparición y propagación

de una ruptura sísmica, juega un papel fundamental la estruc-tura de la f alla muchos kilómetros ba jo tierra, la cual no puedeexplorarse de manera directa. Por ello, la ma yoría de los exper-tos no creen f actible diseñar un sistema que alerte con días nihoras de antelación. Por el momento, lo máximo a lo que pode-mos aspirar es a detectar un terremoto con la ma yor rapidezposible y hacer sonar la alarma.

A ello nos a yudan algunas características singulares de losseísmos. Lo que percibimos como una sacudida prolongada sobreviene en realidad en etapas. La energía liberada se pro-paga de dos maneras: en forma de ondas P y en forma de on-das S. Ambos tipos de onda a bandonan al mismo tiempo la su-perficie de la f alla, pero ahí termina toda semejanza. Las P

(primarias) son ondas de presión. Al igual que las acústicas,comprimen el medio en la dirección longitudinal a su a v ance y se propagan con rapidez, pero no poseen excesiv a energía.Durante un terremoto, se perciben como un golpe repentino.Las ondas S, en cambio, se asemejan a las olas del mar: sontransversales a la dirección de propagación, a v anzan con len-titud y acumulan la ma yor parte de la energía. El terreno os-cila y pueden zarandear un edificio como si se tratase de un

bote a merced del olea je.Pero el perfil de esas ondas no es siempre el mismo; depen-

de de cuánto se deslice la f alla. En un desplazamiento menor,las ondas P presentan una amplitud ba ja y una frecuencia ele-

v ada; es decir, un impulso débil y agudo. Durante un temblormás intenso, las ondas P poseen una amplitud ma yor, pero su

frecuencia es inferior. Vendría a ser como la diferencia entre

el piar de un pájaro y el rugir de un oso. Gracias a esas carac-terísticas, un solo sismómetro serviría para estimar la mag-nitud de un temblor: la detección de ondas P de gran ampli-tud y ba ja frecuencia dispararía la alarma. Un sistema basadoen una única estación constituye el método de detección másrápido en las proximidades del epicentro. Sin embargo, lasirrupciones sísmicas difieren unas de otras —no todos los terre-motos de grado 5 resultan iguales— y los sedimentos subterrá-neos pueden modificar el aspecto de las ondas P. Esa v aria bili-dad aumenta el riesgo de f alsas alarmas, así como el de a visosf allidos.

Para aumentar la fia bilidad de la detección, pueden combi-narse los datos de v arios sismógrafos separados unos kilóme-

tros. Los sedimentos ba jo cada uno no serían siempre los mis-mos, lo que permitiría promediar la magnitud estimada. El mé-todo requiere una red de detectores conectados a una estacióncentral. El problema reside en que, durante los escasos segun-dos que llev a la transmisión y análisis de los datos, las destruc-tiv as ondas S pueden a v anzar entre tres y cinco kilómetros. Portanto, la mejor solución consiste en combinar la detección porparte de una sola estación con la obtenida por una red. Ellopermitiría disponer de a visos rápidos en la región cercana alepicentro y, al mismo tiempo, de alertas fia bles pero, asimis-mo, anticipadas en las áreas más distantes.

Todo sistema de alarma ha de llegar a un compromiso en-tre la precisión de la señal y el tiempo de a viso disponible.Cuantos más datos acumule una estación sísmica, más exac-

O T R O S C A S O S

Riesgo de terremoto

Bajo Alto

Sistemas de alerta instalados

Sistemas en pruebas

Centro de Alertade Tsunamisdel Pací fico

California

México

Suiza

Italia

RumaníaTurquía

China

Japón

Taiwán

Sistemas de alerta sísmica en el mundoEn la actualidad, existen cinco sistemas de detección temprana

en el mundo, cada uno de ellos adaptado a la topografía de la

región en la que se encuentra. En México, una serie de sensores

sobre la costa del Pací fico detectan los seísmos que nacen en la

zona de subducción de placas mar adentro y disparan la alarmaen Ciudad de México, una metrópolis de 20 millones de habitan-

tes que se alza sobre un terreno que amplifica los temblores. En

Rumanía, el sistema está diseñado para alertar en Bucarest de

los temblores con origen en los Cárpatos, a 160 kilómetros de

distancia. En Japón, toda la super ficie es susceptible de sufrir

terremotos. Este país posee hoy en día el sistema de alarma másavanzado del planeta.




tas resultarán sus estimaciones, pero mástardarán en procesarse. En algunos casosresultará preferible tolerar un ma yor nú-mero de f alsas alarmas a cambio de contarcon más tiempo de prevención. En las es-cuelas, por ejemplo, sería desea ble una an-ticipación ma yor a fin de que los niños dis-pongan de un margen suficiente para po-

nerse a salvo. Además, unas cuantas f alsasalarmas al año servirían para entrenar la reacción ante una amenaza real. Una cen-tral nuclear, en cambio, solo necesita un se-gundo para detener el reactor; sin embar-go, la operación implica un coste elev ado.En tales casos puede esperarse algo más y asegurarse de que la alarma cuenta confundamento.

DE MÉXICO A JAPÓN

En una forma u otra, los sistemas de alar-ma sísmica existen desde hace décadas. Y a

en losa

ños sesenta

, Ja

pón insta

ló sismógra

-fos en los raíles de los trenes bala Shink an-sen a fin de que el conductor pudiese ami-norar la velocidad ante la detección de untemblor. Con posterioridad, se diseñaronsistemas que emplea ban sismógrafos remo-tos para alertar en caso de terremotos dema yor magnitud.

México dispone de una red que detecta seísmos próximos a la costa y a visa en la ca-pital federal, una metrópolis de más de 20 millones de ha bitan-tes y edificada sobre un lecho arcilloso que amplifica las ondassísmicas. La distancia que media entre el litoral y la ciudad per-mite disparar la alarma con más de 60 segundos de antelación.

La puesta en servicio del sistema se remonta a 1993. Dos añosdespués, pasó su primera prueba importante: el 9 de octubrede 1995, un terremoto de intensidad 8,0 sacudía la costa de Man-zanillo. La alarma llegó a Ciudad de México a tra vés de las emi-soras de radio y televisión, así como gracias a un canal radiofó-nico especializado similar al de algunos servicios meteorológi-cos. El metro de la ciudad pudo detenerse 50 segundos antes deque llegase la onda sísmica y las escuelas se ev acuaron confor-me a lo previsto.

El sistema de Japón, activo desde 2007, utiliza con profu-sión la tecnología personal. Las alertas no solo se reciben portelevisión y radio, sino en receptores especiales en hogares, ofi-cinas y escuelas. En los ordenadores se a bren ventanas que

muestran un mapa con la situación del epicentro y la propaga-ción de las ondas sísmicas en tiempo real. Un temporizadormide cuánto queda hasta que lleguen las sacudidas e indica la intensidad estimada. Los operadores de telefonía móvil envíanun texto que advierte a los usuarios, al tiempo que emite una señal sonora característica. Las localizaciones críticas (centra-les nucleares, ferrocarriles, aeropuertos y f actorías de produc-tos de riesgo) disponen de sistemas de comunicación a justadosa sus necesidades.

La experiencia japonesa demuestra que los sistemas de pre- vención sísmica no se limitan a proteger vidas humanas, sinoque también proporcionan una a yuda enorme en otros aspec-tos. Desde su puesta en funcionamiento, los a visos y planes dealerta en caso de terremoto han llegado a reducir las pérdidas

económicas de algunas empresas hasta enmás de un 60 por ciento.

LA MALDICIÓN DE CALIFORNIA

California es tierra de terremotos. En 2006,un consorcio de universidades, agenciasestatales y federales nació con el objetivode desarrollar en aquel estado el sistema

de prevención ShakeAlert. A día de hoy, unprototipo conecta cerca de 400 estaciones;pronto enviará señales de alerta a un pe-queño grupo de usuarios a modo de prue-

ba. Una vez finalizado, el sistema no soloproporcionará a visos inmediatos desdeuna sola estación a aquellos que se encuen-tren en las inmediaciones del epicentro,sino también a quienes se hallen muchomás lejos, gracias a una red. En caso de éxi-to, se emitirán alertas durante los prime-ros cinco segundos tras la sacudida de una onda P.

No obsta

nte, queda

mucho ha

sta

que Ca

-lifornia disponga de una cobertura tan com-pleta como la de Japón. Las 400 estacionessísmicas actuales se concentran en las áreasmetropolitanas de la bahía de San Francis-co y Los Ángeles, lo que deja una extensa área sin monitorizar. Aun cuando la ma yo-ría de los californianos reside en esas zonas,los v acíos de cobertura enlentecen el siste-ma y reducen su precisión, y a que llev a más

tiempo detectar ondas P en ciertos lugares. Japón cuenta conun detector cada 25 kilómetros a lo largo de todo el país. En Ca-lifornia, semejante espaciado proporcionaría un rendimientoóptimo del sistema, con menos alarmas f alsas o f allidas y una

anticipación ma yor. Al igual que en el país nipón, las alarmas activ arían los

dispositivos electrónicos que la ma yoría de la población llev a consigo a diario. Una alerta en el teléfono móvil anticiparía la intensidad del seísmo, el tiempo que la sacudida tardaría en lle-gar y quizá proporcionase indicaciones sencillas, como refugiar-se ba jo lamesa o dirigirse a una zona segura. Los complejos cuy a infraestructura a barque zonas extensas podrían beneficiarse deun mapa que indicase el a v ance de la onda en tiempo real y la distribución de la sacudida sobre el terreno.

La inversión que requiere un sistema semejante es modesta en comparación con los riesgos. El coste de 100 sismógrafos adi-cionales y de las mejoras en la infraestructura ascendería a unos

55 millones de euros. Con ello, dentro de cinco años el sistema se hallaría operativo, y puede que dentro de seis muchos se ale-grasen de contar con él.

México dispone

de un sistema

que detecta

los seísmos

en la costa y dala alerta en la

capital federal.

En el terremoto

de 1995, el metro

pudo detenerse

50 segundos

antes de la llegada

de la onda sísmica y las escuelas

se evacuaron

conforme a lo

previsto


New methods and applications of earthquake early warning. R. M. Allen, O. Kamigaichi y P. Gasparini en Geophysical Research Letters , vol. 36, n.o 5, 2009.Earthquake early warning. Richard M. Allen, Paolo Gasparini y Osamu Kamigaichi en Seis-mological Research Letters, vol. 80, n.o 5, septiembre/octubre de 2009.The status of ear thquake early warning around the world: An introductor y overview.Richard M. Allen et al. en Seismological Research Letters , vol. 80, n.o 5, págs. 682-693, septiem-bre/octubre de 2009.Red Sísmica Integrada de California: www.cisn.org




Batea: un arrecie fotante

El cultivo del mejillón conlleva cambios en el ecosistema marino

Desde su comienzo en 1946, el cultivo del mejillón Mytilus

galloprovincialis en las rías Baixas (Galicia) ha experi-mentado un crecimiento espectacular; hoy día es la región másproductiva de Europa y una de las más importantes a escalamundial. El número total de bateas en Galicia es de 3337, conun 97 por ciento de ellas situadas en las rías Baixas y una pro-ducción media anual de 250.000 toneladas. El número de me-

jillones en cultivo suspendido en el ecosistema de las rías al-canza los 18.000 millones de individuos. Estas cifras ponen demanifiesto la gran importancia socioeconómica de dicha acti-

vidad para Galicia. En este contexto se enmarcan los diversosproyectos científicos llevados a cabo por los departamentos deoceanología y ecofisiología y cultivo de moluscos del CSIC en

Vigo. Dentro de sus objetivos destaca el estudio de la interac-ción del cultivo del mejillón con la biogeoquímica de la colum-na de agua y el efecto de la deposición de heces del mejillón so-

bre la diversidad biológica de las comunidades bentónicas delfondo marino de las Rías.

Los diferentes estudios ponen de manifiesto que el cultivode mejillón provoca en la columna de agua una fuerte disminu-ción del seston, material en suspensión, con vida o sin ella, fil-trado por el organismo. Se observa además un incremento enla concentración de amonio, producto de excreción del mejillón.Las altas tasas de material sedimentado, asociado a la deposiciónde heces, origina un aumento en la densidad de individuos epi-

bentónicos (organismos que habitan en la superficie del fondomarino) en comparación con las zonas sin bateas. Así pues, através de su actividad digestiva, el mejillón desvía una fracción

importante de su producción primaria y energía hacia la cade-na trófica bentónica. Ello conlleva cambios en el reciclado denutrientes en la columna de agua y en los flujos de nutrientesen la interfase entre agua y sedimento, además de alterar laestructura de las comunidades que habitan el fondo marino.

D I A

N A Z Ú Ñ I G A

G A R C Í A ( b a t e a ,

c á m r a b e n t ó n i c a y m e j i l l ó n ) ; D A V I D V

I L L E G A S R Í O S

( c u e r d a s )

Batea para el cultivo del mejillón

en la Ría de Vigo.

Fondeo de una cámara bentónica bajo

una batea de cultivo de mejillón con la

ayuda de un buzo proesional. Este

instrumento oceanográfco permite

determinar las características ísicoquími-

cas de la columna de agua.

De cerca

por C. G. Castro, F. G. Figueiras, U. Labarta, M. J. Reiriz y D. Zúñiga




Cuerdas de una batea sobre las que crecen los mejillones,

además de otros organismos, como anémonas ( Actinothoe sphyro

deta y Corynactis viridis), estrellas de mar ( Marthasterias glacia

y diversos tipos de algas ( Saccorhiza polyschides)(imagen de fondLa especie cultivada es Mytilus galloprovincialis, característica d

las rías gallegas (abajo).




Simon Schaff er es profesor del departamento

de historia y filosofía de la ciencia de la

Universidad de Cambridge.

Historia de la ciencia

por Simon Schaff er

El señor de la física Los trabajos sobre electromagnetismo que James Clerk Maxwell llevó a cabo

en 1861, y que tanto hicieron por la unificación de distintos campos cientí ficos,

debían tanto a la tecnología como a la abstracción teórica

Hace ciento cincuenta años JamesClerk Maxwell, físico escocés de 30

años, publicó la primera parte de un do-cumento extraordinario: On physical lines

of force («Sobre líneas de fuerza físicas»),un trabajo sobre la física matemática delelectromagnetismo. Sería tentador ras-trear hasta él muchos de los elementosque integran el mundo moderno, desde lastelecomunicaciones a la microelectrónica,pasando por las tecnologías de la informa-ción; pero el camino recorrido desde en-tonces es más tortuoso de lo que parece.Para los admiradores de Maxwell, su tra-

bajo demuestra que la ciencia desintere-sada acaba siempre teniendo un gran ren-dimiento económico y práctico. En elReino Unido, por ejemplo, se ha propues-

to la denominación «Clerk Maxwell» paralos centros públicos regionales de tecno-logía e innovación, que tienen el ambicio-so objetivo de reducir la brecha entre launiversidad y la industria.

Los partidarios de invertir más enciencia recurren con frecuencia a estemodelo lineal, en el que la teorizacióngenera desde el aislamiento nuevas tec-nologías y beneficios prácticos. Sin em-

bargo, un informe de la Royal Society británica titulado El siglo de la ciencia apuntaba en 2010 que «el modelo lineal,

en el que la investigación fundamentalprecede a la innovación, guarda escasarelación con la realidad». El informe aña-día que la persistencia del modelo respon-día en parte a suposiciones históricas y mitos comunes que raramente son cues-tionados. El magnífico trabajo queMaxwell llevó a cabo en los años sesentadel siglo constituye un ejemplo exce-lente: lejos de representar la progresiónmajestuosa desde una teoría abstracta auna aplicación sólida, fue el producto deuna red de mercados, tecnologías, labo-

ratorios y calculadores en el taller delmundo.Mitos y matemáticas

Preguntémonos para empezar por qué

trabajaba Maxwell en electromagnetismo.En los años cincuenta no era común queun matemático formado en la Universidadde Cambridge lo hiciera. El currículum dela universidad estaba centrado en cienciasmás asentadas, como la mecánica celeste,la óptica ondulatoria o la hidrodinámica.Las universidades británicas ni siquieracontaban con laboratorios para la ense-ñanza de la física. Es significativo que elmás conocido de los pioneros británicosdel electromagnetismo, el profesor de laReal Institución londinense Michael Fa-raday, fuera un químico experimental

prodigioso, un autodidacta que apenassabía matemáticas superiores.

A diferencia de Faraday, su héroe,Maxwell podía parecer un ermitaño. Confrecuencia se retiraba a su finca escocesade 1800 acres, donde le absorbían las ta-reas rurales. Llegó a ser descrito como un«señor del país del norte». Esta imagen,cultivada a conciencia por Maxwell, refor-zaba la creencia en el científico brillantedivorciado de los asuntos mundanos.

Sin embargo, desde su adolescencia enGalloway, en el sudoeste de Escocia,

Maxwell había mostrado predilección porconvertir los principios teóricos en apa-ratos prácticos, llegando a construir telé-grafos eléctricos. Su padre le acompañóde buen grado a observar las máquinasexpuestas en las ciudades industriales y en la Gran Exposición de los Trabajos dela Industria de todas las Naciones cele-

brada en el Palacio de Cristal de Londresen 1851. Su inventiva llamó la atención de

William Thomson (futuro Lord Kelvin),por entonces un joven profesor de la Uni-

versidad de Glasgow. Se conocieron en1850, y Thomson animó a Maxwell a fa-

bricar cristales magnéticamente sensiblesen su casa de Galloway.

Tras completar su educación matemá-tica en Cambridge, Maxwell se veía aún

como un «principiante eléctrico». Contodo, le llamaron la atención los fascinan-tes estudios de Faraday sobre corrienteseléctricas y polos magnéticos, de modoque recurrió a Thomson, que había abor-dado previamente estas cuestiones, paraque él y otros graduados pudieran por fin«atacar la electricidad». El momento nopodía ser más oportuno.

Problemas de comunicación

Los problemas que Maxwell y sus aliadosquerían resolver eran los mismos que losde un proyecto lanzado en los años cin-

cuenta para conectar el Imperio Británicomediante un sistema telegráfico global:la propagación de señales a través de cir-cuitos electromagnéticos, la fiabilidad delos instrumentos de medida, el análisis dela fuerza, la resistencia y la corriente. Nodeja de ser significativo que la teoría delcampo electromagnético surgiera en lanación más preocupada por la telegrafíasubmarina. En el continente europeo, don-de abundaban las líneas de superficie, losproblemas de distorsión y retraso de laseñal causados por el agua de mar no

eran evidentes.En 1853, Faraday presenció el retrasocatastrófico de la señal en los cables queunían Londres y Manchester, y vio en esteproblema una oportunidad para difundirsu teoría de la inducción electromagnéti-ca. En una conferencia impartida en laReal Institución pocos meses después, Fa-raday usó su teoría para demostrar que elagua de mar actuaba sobre un cable sub-marino de modo análogo a la armaduraexterna de un condensador: aumentandosu capacitancia, frenando la inducción y,por tanto, retrasando aún más la señal.




W E I D E N F E L D Y N I C O L S O N

Maxwell y Thomson estudiaron cuida-dosamente la conferencia de Faraday y sus implicaciones para la telegrafía sub-marina. En pocos meses, Thomson habíacalculado la relación entre la longitud delcable y el retardo de la señal, y halladouna fórmula de sumo interés para los in-

versores del ambicioso proyecto para ten-der un cable submarino de 5000 kilóme-tros hasta América del Norte. En 1856Thomson era ya una autoridad en siste-mas electromagnéticos, director de unade las grandes empresas de telegrafíatransatlántica y de un nuevo laboratoriode física en Glasgow. En los próximosaños iba a ganar miles de libras con pa-tentes telegráficas y trabajos de consulto-ría, más que suficiente para costearse un

yate, construir una mansión señorial y dotar su universidad con becas y equipa-

miento. Maxwell admiraba la forma enque Thomson hacía que «su prominenteciencia contara para los ingenieros».

Convertido entretanto en profesor defilosofía natural en Aberdeen,Maxwell había reelaboradosin complejos el modelo deinducción electromagnéticade Faraday. Para él era claroque Faraday había destruidolos modelos electromagnéti-cos prevalentes en el conti-nente europeo, que suponíanla existencia de corpúsculos

aislados que interactuabaninstantáneamente a distanciaa través del espacio vacío.Maxwell vislumbró que lasacciones electromagnéticasdependían de algún tipo demedio fluido, un éter o campoque llenaba el espacio y eracapaz de almacenar energía y transmitir las interacciones auna velocidad finita. Le llevócuatro años de arduo trabajo,a partir de la primavera de

1857, conseguir que este mo-delo del electromagnetismoencajara con los mejores da-tos disponibles; lo empezó enEscocia y lo completó en Lon-dres, como profesor de filoso-fía natural en el King’s Colle-ge. A diferencia de sus colegasen Francia o Alemania, losfilósofos naturales británicospensaban la física en térmi-nos de poleas, bombas, gela-tina o caucho, nociones quehacían extensivas al universo.

Así había abordado Maxwell en Cambrid-ge el estudio de la mecánica de fluidos.Su artículo de la primavera de 1861 en The

London, Edinburgh and Dublin Philoso-

phical Magazine and Journal of Science representaba el espacio de las líneas defuerza magnéticas de Faraday como una

gran matriz de engranajes giratorios se-parados por largas hileras de rodamientosde bolas.

Ecuaciones mecánicas

El mismo artículo contiene las primeras versiones de las ecuaciones que caracteri-zan el campo electromagnético, distribui-das en las distintas secciones del argu-mento. Pero pasaría mucho tiempo antesde que fueran reconocidas como las ecua-ciones fundamentales de un nuevo siste-ma electromagnético. Las ecuaciones re-

sumían los principios establecidos por losexperimentadores europeos en las déca-das anteriores: el flujo eléctrico a travésde una superficie cerrada es proporcional

a la carga eléctrica que encierra; no exis-ten polos magnéticos aislados; la corrien-te eléctrica en un circuito cerrado estárelacionada con el campo magnético al-rededor del circuito, y la inducción elec-tromagnética varía con el tiempo. Max-

well añadió una noción propia, la de la

corriente de desplazamiento generadapor la variación en el tiempo de la fuerzaeléctrica, aun en el espacio aparentemen-te vacío.

Mediante su modelo de 1861, Maxwelldemostró que era posible ajustar un me-canismo complejo, formado por engrana-

jes y ruedas, de modo que se comportaracomo el electromagnetismo. La energíamagnética era almacenada en forma deenergía cinética de los engranajes girato-rios, que a su vez, al girar, representabanla generación de corrientes por los cam-

pos magnéticos. Satisfecho con la publi-cación de estos resultados, Maxwell pasóel verano de 1861 en su finca rural. A lolargo de los próximos meses, sin embargo,

su valoración del significadode su propio trabajo iba acambiar sustancialmente.

Ese verano, los problemasdel telégrafo preocupaban alos físicos británicos. A raízdel fracaso del primer intentode tender un cable trasatlán-tico, la Asociación Británicapara el Progreso de las Cien-

cias había asignado a un co-mité la tarea de determinarlos estándares de resistenciaeléctrica que permitieran fun-cionar al sistema telegráfico.Maxwell se incorporó entu-siasmado al comité. En menosde un año, las medicioneselectromagnéticas predomi-naban en los nuevos labora-torios de enseñanza del ReinoUnido, entre ellos el de Thom-son en Glasgow y, más adelan-

te, el Laboratorio Cavendishde Cambridge, dirigido porMaxwell.

En Escocia, durante el ve-rano de 1861, Maxwell nodejó de reflexionar sobre sumodelo fluido de engranajes

y ruedas. Las mediciones téc-nicas de precisión dictabanalgunos de los parámetros desu estructura. Maxwell se diocuenta de que su medio flui-do debía transmitir accionesmediante ondas transversa-

Caricatura de 1883 en la que aparecen físicos, ingenieros

y banqueros codo con codo.




les, igual que lo hacían el caucho o lagelatina. Podía calcular la velocidad delas ondas a partir de la densidad y la ri-gidez del medio, que a su vez podíandeterminarse en el laboratorio midiendolas fuerzas electrostática y electromag-nética. De vuelta en Londres, obtuvo las

más recientes medidas electromagnéti-cas realizadas en Alemania y las introdu-

jo en sus ecuaciones. Evidentementesorprendido, descubrió que la razón en-tre las unidades electrostática y electro-magnética no difería en más del 1 porciento del valor de la velocidad de la luzmedida en París una década antes. «Lacoincidencia no es meramente numéri-ca», le dijo a Faraday ese otoño. Todoindicaba que la luz era una vibración delmedio responsable del electromagnetis-mo. Esta intuición permitió a Maxwell

unifi

car los fenómenos aparentementedistintos de la luz y el electromagnetis-mo, y cambiar la física para siempre.

Las cuestiones prácticas relacionadascon la comunicación telegráfica condicio-naron asimismo la recepción de los des-cubrimientos de Maxwell. Hasta su tem-prana muerte en 1879, en un período desu vida extremadamente fértil y creativo,Maxwell intentó convertir su modelo me-cánico del campo electromagnético enuna teoría dinámica generalizada de laacción electromagnética. Pero a pesar desu importancia para la física y la com-

prensión moderna de todos los tipos deradiación, la teoría de Maxwell no se im-puso sin dificultades.

Uno de sus críticos más severos no fueotro que Thomson, que nunca llegó aperdonar a Maxwell el que hubiera aban-donado el lenguaje de los mecanismoscomplejos en favor de una notación alge-

braica abstracta. El electromagnetismode Maxwell era para Thomson «un granpaso atrás», por no decir una forma de«nihilismo». Una de las razones de susdiscrepancias era que, de entrada, habían

concebido de manera muy distinta lasseñales telegráficas. Maxwell sostenía quelas investigaciones iniciales de Faraday sobre la distorsión de la señal precisabanun tratamiento unificado de la inducción,la conducción y el medio circundante; losmodelos telegráficos de Thomson, encambio, analizaban por separado la con-ducción a través del cable y la induccióna través del aislante que lo recubría.

En 1884, cinco años después de lamuerte de Maxwell, Thomson llegó a afir-mar públicamente que había descubiertola teoría electromagnética de la luz antes

que él, refiriéndose a su análisis de lapropagación de la señal en cables subma-rinos. Al parecer, Thomson confundía la

velocidad de la luz en el campo electro-magnético, la especialidad de Maxwell,con la velocidad de la señal en un cablesubmarino, su propia especialidad. El fí-

sico irlandés George Francis Fitzgerald,uno de los jóvenes discípulos de Maxwell,se sintió obligado a protestar en Nature «para evitar un error» que le parecía «muy común. El vínculo entre la ingeniería te-legráfica y la teoría electromagnéticasobrevivió a Maxwell.

En el prefacio a su obra maestra de1873, el Tratado sobre electricidad y mag-

netismo, Maxwell reconoció su deudacon la telegrafía, al argumentar que daba«un valor comercial a las medidas eléc-tricas de precisión» y permitía realizar

experimentos «a una escala que trans-ciende en mucho la de un laboratorioordinario», ya sea público o privado. Latelegrafía proporcionó efectivamente unapoyo crucial a la teoría de Maxwell, através de la medición de las unidadeselectrostática y electromagnética reali-zadas entre 1868 y 1869.

Maxwell aceptó dirigir el nuevo labo-ratorio de física de Cambridge movido enparte por la necesidad de recursos propiosde la ingeniería. Afortunadamente, en losaños setenta, los profesores de matemá-ticas de Cambridge incluían la telegrafía

submarina en su nueva asignatura sobreelectromagnetismo maxwelliano.

Crecimiento ordinario

Debemos concluir que On physical lines

of force tal vez no sea el texto más apro-piado para ejemplificar la pureza inque-

brantable de la ciencia física. Las fórmu-las de Maxwell no adoptaron su formaactual sino 25 años después de su publi-cación. Las cuatro célebres ecuacionesque relacionan las fuerzas y flujos elec-tromagnéticos deben su formulación vec-

torial, simple y elegante, a un brillantetelegrafista londinense, Oliver Heaviside,que en 1885 las publicó en The Electri-

cian, una revista dirigida a empresariose ingenieros telegráficos.

Heaviside era un veterano de las cam-pañas del cable submarino de los añossesenta que necesitaba herramientas ma-temáticas para gestionar la transmisiónde energía sin distorsiones o pérdidas.Independientemente del telegrafista so-litario, un joven físico alemán, HeinrichHertz, estableció de forma simultánea lasmismas expresiones simplificadas de las

ecuaciones de campo. Los problemasprácticos contribuyeron a dar a estas be-llas expresiones su forma matemáticamás común y, en apariencia, más abstrac-ta. Por un tiempo no se las conoció comolas ecuaciones de Maxwell, sino de Hertz-Heaviside.

El físico francés Pierre Duhem vio enesta nueva física el signo del utilitarismoindustrial de los rosbifs. Ante un manualmaxwelliano, Duhem se quejó de que«creíamos entrar en el hogar ordenado y tranquilo de la razón, pero nos encontra-mos en una fábrica». Pese a la sátira, Du-hem había acertado: los intereses de lainvestigación científica guardaban unaestrecha y compleja relación, como biensabían los victorianos, con el comercio, laindustria y la tecnología.

Una caricatura de 1883 aparecida en

una popular revistafi

nanciera muestraa los físicos británicos marchando codocon codo con banqueros, ingenieros, edi-tores y agentes de bolsa. La leyenda,«magnates del telégrafo y el teléfono»[en el original con el juego de palabrasmagn(et)ates], hacía referencia a la ame-naza que el teléfono de Thomas Edisonrepresentaba para el cable telegráfico. Ensu última conferencia pública, Maxwellpresentó el teléfono a su audiencia de laUniversidad de Cambridge, haciendo quetransmitieran una interpretación de lacanción Men of Harlech desde el Museo

Sedwick de Geología, a través de la ciu-dad, hasta la Casa del Senado. Y conclu-

yó que el vínculo entre «las corrientesen el teléfono que producen un efectoaudible» y el electromagnetismo de pre-cisión respondía «al crecimiento ordina-rio de los principios científicos». Lostriunfos de Maxwell de hace 150 añostodavía tienen mucho que enseñarnossobre el funcionamiento de este «creci-miento ordinario».

© Nature Publishing Group

Artículo original:Nature 471, págs. 289-291, marzo 2011

Historia de la ciencia


Victorian metrology and its instrumentation: a manufac-tory of ohms. R. Bud y S. Cozzens, eds. en Invisible connexions:

instruments, institutions and science , SPIE Press, págs. 23-56;Bellingham, 1992. Reimpreso en The Science Studies Reader ,Mario Biagioli, ed., págs. 457-78, Routledge; Londres, 1999.Escritos cientí ficos. James Clerk Maxwell. Edición de JoséManuel Sánchez Ron. CSIC; Madrid, 1998.Materia y movimiento. James Clerk Maxwell. Edición de JoséManuel Sánchez Ron. Crítica; Barcelona, 2006.Trabajos de cristal. Ensayos de historia de la ciencia, 1650-1900. Simon Schaff er. Recopilación dirigida por Juan Pimentel.Marcial Pons; Madrid, 2010.




Foro cientí fico

por Hank GreeleyHank Greeley ocupa la cátedra de derecho

Deane F. y Kate Edelman Johnson y es profesor

de genética en la Universidad Stanford.

Está especializado en cuestiones éticas, legales

y sociales derivadas del avance de las biociencias.

Los neurólogos utilizan desde hace

tiempo los escáneres cerebrales para

aprender a leer la mente. Esta investiga-

ción está aumentando nuestra compren-

sión básica del cerebro humano y nos ofre-

ce la esperanza de conseguir nuevos

avances médicos. Todos deberíamos reco-

nocer la importancia de este trabajo. Sinembargo, algunas empresas están empe-

zando a aplicar los resultados de esta in-

vestigación a la detección de mentiras,

vendiendo sus servicios. La técnica resul-

ta tentadora, pero, antes de aceptarla, de-

beríamos pensar mucho sobre ello... e ir

más despacio.

El problema no reside en la velocidad

de la investigación. Los neurólogos llevan

casi diez años publicando artículos sobre

la detección de mentiras mediante reso-

nancias magnéticas funcionales. Unos 25

estudios han hallado correlación entre las

ocasiones en las que los sujetos experi-

mentales mentían y el patrón del flujo de

sangre en su cerebro. El problema estriba

en que los diversos estudios, utilizando

métodos diferentes, han sacado conclu-

siones basadas en la actividad de regiones

cerebrales distintas. Y, además, todos los

estudios realizados hasta la fecha han te-

nido lugar en el entorno artificial del la-

boratorio, con personas que sabían que

estaban participando en un experimento

y que mentían porque se les había pedido

que lo hicieran. Ninguno de los trabajos

examinó la detección de mentiras en si-tuaciones del mundo real. Ninguna agen-

cia gubernamental ha encontrado que el

método funcione y ningún organismo in-

dependiente ha comprobado este enfo-

que. Sin embargo, hay gente que encarga

informes sobre detección de mentiras,

envueltos en el glamour de la ciencia,

para intentar demostrar su sinceridad. En

mayo de 2010, dos casos terminaron en

los tribunales estadounidenses.

Uno de los casos dependía de si la téc-

nica se consideraba fiable o no. En un

tribunal federal de distrito de Tennessee,

el demandado en un caso de fraude del

sistema Medicare de sanidad pública que-

ría que se admitiera como prueba un in-

forme de detección de mentiras mediante

resonancia magnética funcional, para de-

mostrar que no había tenido la intención

de cometer un fraude. Después de más de

doce horas de declaraciones de testigosexpertos, el juez decidió que el informe

no debía ser admitido como prueba. En-

contró, con razón, que no se conoce la

precisión del método en un entorno real,

que no hay estándares que establezcan

cómo utilizar el método y que la comuni-

dad científica no acepta en general esta

aplicación de la técnica.

En el otro caso se debatía si deberíamos

utilizar la técnica de marras, supuesto que

funcione. El demandante en un caso civil

ante un tribunal estatal en Brooklyn, Nue-

va York, quería que se aceptase como prue-

ba un informe basado en resonancias mag-

néticas funcionales, para mostrar que su

testigo principal estaba diciendo la verdad.

El juez dictaminó, en ese caso, que la cre-

dibilidad de un testigo de los hechos solo

debía ser determinada por el jurado; las

declaraciones de testimonios expertos so-

bre la credibilidad de un testigo eran in-

admisibles, fueran fiables o no.

Esos jueces tomaron buenas decisio-

nes. Sin embargo, decenas de miles de

jueces estadounidenses podrían tener que

tomar sus propias decisiones sobre esta

técnica, en ocasiones después de escuchara buenos abogados y a testigos expertos,

pero en otras sin ningún tipo de ayuda. Y

lo que reviste mayor importancia, millo-

nes de personas podrían verse afectadas

por el uso de estos informes de detección

de mentiras al margen de los tribunales:

en investigaciones penales, en tratos co-

merciales, quizás en el ejército o en las

agencias de inteligencia e incluso en el

amor y el matrimonio.

Antes de que la técnica empiece a im-

plantarse en nuestra sociedad, debemos

responder, con mayor profundidad, a las

cuestiones a las que se enfrentaron esos

jueces. Deberíamos prohibir el uso ajeno

a la investigación de las neuroimágenes

para la detección de mentiras hasta que

se haya demostrado, mediante pruebas

rigurosas, independientes y científicas,

que el método es eficaz. De otro modo,

corremos el riesgo de perjudicar a muchas

personas y de empañar el buen nombre

de la neurología [Véase «La neurociencia

en el sistema judicial», por Michael S.

Gazzaniga, en este mismo número].

No sé si la resonancia magnética fun-

cional conseguirá superar alguna vez esas

pruebas. Si lo hiciera, ¿cómo y cuándo la

usaríamos? ¿Obligaríamos a los demanda-

dos a someterse a ella? ¿Y a sospechosos,terroristas, estudiantes con mala conduc-

ta, adolescentes o pasajeros problemáticos

para la seguridad de los aeropuertos? La

detección de mentiras no constituye el

único uso de los escáneres cerebrales en

relación con la lectura de la mente que

podría resultar útil para los profesionales

del Derecho. Los científicos están traba-

jando en formas de detectar el dolor, los

prejuicios y los recuerdos. Al final, podría-

mos tener que decidir si rechazar o acep-

tar estas técnicas. En cualquier caso, de-

bemos prepararnos para ellas. A N N C

U T T I N G / G E T T Y I M A G E S

Juro decir la verdadLos escáneres cerebrales no deberían utilizarse como detectores de mentiras

mientras no se demuestre su fiabilidad




Pere Castells es el responsable

del departamento de investigación

gastronómica y cientí fica de la Fundación

Alicia.

Ciencia y gastronomía

por Pere Castells

Entre los cocineros siempre ha existi-do la incógnita de cómo conseguir

retener los aromas que se desprenden dedeterminados productos o elaboraciones,como unas fresas recién recogidas, el café,el cacao o, por qué no, de unas gambas ala plancha...

Una de las propuestas que permiten

resolver esa cuestión consiste en utilizarun aparato que técnicamente recibe elnombre de rotavapor. Se trata de un des-tilador que suele emplearse en los labo-ratorios de química para recuperar di-solventes aplicados en procesos deextracción. Su versión culinaria sedenomina «rotaval» (nombre quenace de la fusión de los términosrotavapor y Alicia, el centro de inves-tigación sobre alimentación y cien-cia en donde se ha desarrollado). Elaparato consiste en un destilador enrotación acoplado a una bomba de

vacío. Tras un proceso de evapora-ción y posterior condensación seobtiene un líquido, el destilado, endonde se han concentrado los aro-mas frescos. En el balón queda lasustancia remanente, o reducción,que ve aumentada su viscosidad de-

bido a la pérdida de disolvente.El punto de ebullición de una

sustancia varía con la presión. A me-nor presión, menos energía (calor)necesita esta para evaporarse y, portanto, menor es la temperatura a la

cual se produce su ebullición. A presiónatmosférica, un líquido acuoso presentael punto de ebullición a unos 100 oC. Enlas condiciones de depresión del rotava-por (vacío continuo), en cambio, la ebu-llición se produce a temperaturas nota-

blemente inferiores. Ello permite extraersustancias aromáticas sin que estas sedegraden por la acción del calor. Líquidosmuy acuosos, como zumos de fruta, porejemplo, destilan a entre 25 y 40 oC.

En la cocina, tan interesante puede serel destilado como la reducción. En el des-tilado van a parar los aromas más voláti-

les, las moléculas que se evaporan conmayor facilidad y que, refrigeradas con-

venientemente, permanecen en el aguadel destilado. En la reducción se obtienenlos componentes con mayor punto de ebu-llición, moléculas que hacen espesar laelaboración reducida. A partir de frutaslicuadas se obtienen reducciones viscosas

de sabor muy fresco y, en general, ácidas,que guardan semejanza con las mermela-das; sin embargo, su elaboración no re-quiere la aplicación de altas temperaturasni la adición de azúcares.

El uso culinario de destilados y reduc-ciones obtenidos mediante rotavapor seinició en 2004, cuando los hermanosRoca, en su restaurante de El Celler, seempeñaron en obtener aromas de cacao,café, fresas y muchos otros productos ali-mentarios. Se les ocurrió entonces la ideade introducir en el aparato tierra de bos-que con agua. El destilado resultante:agua con sabor a tierra. Tras analizar elproducto y comprobar que era comestible,prosiguieron la adaptación a la cocina delaparato de destilación. En 2005 se sirvie-ron ostras con destilado de tierra, un

«mar y montaña esencial», puesto queunía, mediante ingredientes básicos, elfuerte sabor a mar de la ostra con el de latierra del bosque —máxima representati-

vidad con los mínimos componentes—.Lo más interesante es que, sin haberlodegustado nunca, todo el mundo identi-fica el sabor a tierra. Esta idea abrió el

camino de los aromas del paisaje que lle- vó a la destilación de alfalfa, que se com- binó con caracoles.

Técnica y aparato se han ido expan-diendo desde entonces. En 2006 empezó

a comercializarse el «rotaval», queha dado lugar a elaboraciones míti-cas como la ya mencionada Ostra con

destilado de tierra de sotobosque (2005). Se trata, simplemente, de unaostra bañada con destilado de tierraespesado en frío con xantana. O el Dry gambini (2007), elaborado condestilado, reducción y desecado de

gambas junto con ginebra.El estudio sobre la aplicación

gastronómica del rotavapor se en-marca dentro de proyectos comoFutural (contribución de las nuevastecnologías a la obtención de nuevosalimentos). Esta iniciativa, en la queparticipan varias empresas del sec-tor alimentario, institutos de inves-tigación y universidades, se proponesentar las bases científicas para laaplicación de nuevas técnicas en laelaboración de alimentos del futuro

y así adaptarlos a las nuevas necesidadesde consumo.Es pronto todavía para saber si algu-

nas de las ideas surgidas desde la cocinasobre destilados y reducciones a baja tem-peratura llegarán a la población en gene-ral. Con todo, ya han sido motivo de co-mentarios en publicaciones de alcanceinternacional, como el artículo publicadoel 1 de diciembre de 2009 por el expertoen gastronomía y química culinaria Ha-rold McGee en su sección «The curiouscook» del New York Times, en el que ofre-ce una disertación sobre esta técnica. E

L C E L L E R D E C A N R

O C A Y

F U N D A C I Ó N A

L I C I A

La destilación llega a la cocina El vacío permite destilar a bajas temperaturas y con ello preservar los aromas

La destilación a bajas temperaturas permite

elaborar platos con un gran protagonismo

aromático, como esta colección titulada Otoño

(2007), a base de regaliz, trufa, remolacha y setas.



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FÍSICAFronteras de la física, El tiempo,Fenómenos cuánticos

CIENCIAS DE LA TIERRA Volcanes, La superficie terrestre,Riesgos naturales

GRANDES CIENTÍFICOSEinstein, Newton, Darwin

MEDICINAEl corazón, Epidemias,Defensas del organismo

CIENCIAS AMBIENTALESCambio climático, Biodiversidad, El clima

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de la neurodidácticaMyC 45: Biología de la religiónMyC 46: ¡A jugar!MyC 47: Neurobiología de la lecturaMyC 48: Redes sociales

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desarrollo de la menteT-50: NewtonT-51: El tiempoT-52: El origen de la vidaT-53: PlanetasT-54: DarwinT-55: Riesgos naturalesT-56: Instinto sexualT-57: El cerebro, hoyT-58: Galileo y su legadoT-59: ¿Qué es un gen?T-60: Física y aplicaciones del láser T-61: Conservación de la biodiversidadT-62: Alzheimer T-63: Universo cuánticoT-64: Lavoisier, la revolución química

TEMAS dePROMOCIONES

Ejemplares atrasadosde Investigación y Ciencia: 6,00€

LA DIVERSIDAD HUMANA

RICHARD LEWONTIN

EL SISTEMA SOLAR

ROMAN SMOLUCHOWSKI



B IOLOGÍA

C O N M E M O R A C I Ó ND E L O S N O B E LUnos veinte premios nóbel se vana reunir este mes para compartir

su saber con jóvenes investigadores.Para resaltar el acontecimiento,reproducimos aquí fragmentos

de artículos publicados por nóbelesen nuestra revista

Recopilación de Ferris Jabr

T

oo o a o, o a a o a o o oNo bel se reúnen en la villa alemana de Lindau para de-

batir en grupo, presentar ponencias o conversar en tér-minos inf ormales (www.lindau-no bel.org). Este año,desde el 26 de junio al 1 de julio, v an a participar unos

20 laureados por sus tra ba jos de fisiología o medicina, junto conotros 550 talentos en alza, seleccionados en más de 60 países. Para celebrar el acontecimiento, reproducimos extractos de algunos ar-tículos memora bles escritos en nuestra publicación por nóbeles de

biología o ciencias afines (en I a C a desde 1976 y en Scienti fic American antes de esa fecha). Estos extractos esta ble-cen vínculos, en parte superpuestos, entre los descubrimientos

y a v ances logrados en biología celular, medicina, etología y neuro-logía desde mediados del siglo xx. Para f acilitar la lectura, no se in-dican las partes de texto eliminadas de los artículos.


Ganadores de premiosNobel de fisiología o medici-na se van a reunir, a finalesde junio, en Lindau, con va-rios centenares de jóvenescientí ficos.

Para honrar este aconteci-miento, publicamos extrac-tos de artículos que escribie-ron para nuestras páginascientí ficos laureados con elNobel.

Los extractos dedicados ala célula se ocupan del ori-gen y estructura de molécu-las orgánicas cruciales, así como de la aparición de lascélulas complejas.

Otros temas tratados sonla causa de las enfermeda-des, el comportamiento ani-mal y el modo en que el ce-rebro opera y da lugar a lamente.


I L U S T R A C I O N E S D E M O N T S E B E R N A L




B E T T M A N N / C O R B I S ( W a l d )

Publicado en agosto de 1954Las moléculas orgánicas constituyen unconjunto enorme y formidable, infinitoen sus variedades y de una complejidadapabullante. Para comprender el modoen que se generaron los organismos,antes de nada debemos explicar elorigen de esas complicadas moléculas.La formación de un organismo no soloexige una tremenda variedad de esassustancias, en las cantidades y pro-porciones correctas, sino también unaorganización apropiada de las mismas.

Aquí la estructura resulta tan impor-

tante como la composición, ¡y quécomplicada es la estructura! La má-quina más compleja diseñada por elhombre —consideremos un cerebroelectrónico— representa un juegode niños en comparación con el orga-nismo vivo más sencillo.

En tiempo reciente, Harold Urey,premio Nobel de Química, se hainteresado por el efecto de las des-cargas eléctricas de las capas altasde la atmósfera sobre la formaciónde compuestos orgánicos.

Uno de sus estudiantes, S. L. Miller,llevó a cabo un sencillo experimento:

durante una semana hizo circular sinparar una mezcla de vapor de agua,metano (CH

4), amoníaco (NH

3) e

hidrógeno —gases que supuesta-mente existían en la atmósfera primi-tiva de la Tierra— en torno a un dis-positivo que producía descargaseléctricas. La circulación se manteníahaciendo hervir agua en un extremodel aparato y condensándola en elotro. Al finalizar la semana se analizóel agua con el minucioso método de lacromatografía en papel. Se descubriócon sorpresa que se había formado

una mezcla de aminoácidos. En ladisolución se identificaron claramentela glicina y la alanina, los aminoácidosmás sencillos y más abundantes en lasproteínas, y había indicios de lapresencia de ácido aspártico y otrosdos aminoácidos. El rendimiento de lareacción fue extraordinariamenteelevado. Ese asombroso resultadocambió de golpe nuestras ideas sobrela probabilidad de la formaciónespontánea de aminoácidos.

Hace poco se han publicado variostrabajos destacables sobre la produc-ción espontánea de varios tipos de

estructuras biológicas a partir demoléculas proteicas. El cartílago y elmúsculo representan algunos de lospatrones estructurales más complejos

y regulares que hallamos en losorganismos. Cuando se observa almicroscopio electrónico una fibrade esos tejidos, se descubre una belladisposición de estr ías entrecruzadas,con diversas anchuras y densidades,espaciadas de forma muy regular.Las proteínas que componen estasestructuras pueden disolverse enmedio acuoso, que luego se agita para

que se orienten de manera aleatoria.Sin embargo, al precipitar en lascondiciones adecuadas, las moléculasse van alineando una tras otra pararegenerar con extr aordinariafidelidadla configuración original identificadaen los tejidos.

Disponemos, por tanto, de unabase genuina para pensar que lasmoléculas presentes en el caldooceánico primitivo no solo seagruparon espontáneamente paraformar agregados sino que, al hacerlo,también adquirieron diversos tipos

y niveles de orden.

El origende la vida

Por George Wald ( premio Nobel en 1967 )

La célula vivaLa ascinación que despiertan la evolución y el uncionamiento de las célulases infnita, como se pone de manifesto en los párraos que describenla aparición de las moléculas orgánicas, el eecto de la estructura del ADNen su unción y el origen de las células complejas.

CONMEMORACIÓN DE LOS NOBEL




G E T T Y I M A G E S ( C r i c k ) ; C O R T E S Í A D E L A U N I V E R S I D A D R O C K E F E L L E R ( d e D u v e )

Publicado en junio de 1996Hace unos 3700 millones de años aparecieron sobre laTierra los primeros seres vivos. Eran microorganismos

equeños, unicelulares, no muy distintos de las bacter iasactuales. Los procariotas alcanzaron pleno éxito en sudesarrollo y multiplicación. Gracias a su notable c apaci-dad de evolución y adaptación, dieron origen a una amplia

diversidad de especies e invadieron cuantos hábitats e l planeta podíaofrecerles. La biosfera es taría repleta de procariotas si no se hubiera dado el

avance extraordinario del que surgió una célula perteneciente a un tipo muydistinto: eucariota, es decir, que posee un núcleo genuino. En nuestros días,todos los organismos pluricelulares están constituidos por células eucariotas .Las células eucariotas surgieron con toda probabilidad de antepasadosprocariotas. Pero, ¿cómo?

Para poder apreciar esa asombrosa trayectoria de la evolución necesita-mos conocer, siquiera en grandes líneas, las diferencias fundamentales entreambos tipos de células. Las eucariotas tienen un tamaño mucho mayor quelas células procariotas (en términos de volumen, unas 10.000 veces). En lascélulas procariotas todo el acervo genético se halla constituido por un solocromosoma, formado por una ristra de ADN circular que está en contactodirecto con el resto de la célula. En las células eucariotas la mayor parte del

ADN se almacena, de un modo mucho más estructurado, en los cromosomas.Estos se agrupan a su vez dentro de un recinto central bien definido, el núcleo.

Además, la mayoría de las células eucariotas se distinguen de las procariotaspor la existencia, en su citoplasma, de varios millares de estructuras orga-

nizadas, los orgánulos, cuyo tamaño viene a ser el de una célula procario-ta. Entre los orgánulos, destacan los peroxisomas (que realizan diversasfunciones metabólicas), las mitocondrias (centrales energéticas de lascélulas) y, en las algas y células vegetales, los plastos (donde acontecela fotosíntesis).

Desde hacía más de un siglo, venían los biólogos sospechando que lasmitocondrias y los plastos descendían de bacterias adoptadas por algunacélula hospedadora como endosimbiontes (etimológicamente, «vivir juntosen el interior»). Los datos más convincentes son la presencia en estosorgánulos de un sistema genético vestigial, aunque funcional. Ese sistemaabarca genes vinculados al ADN, los medios necesarios para replicar el ADN ylas herramientas moleculares requeridas para la construcción de proteínas apartir de los planos escondidos en el ADN. A menudo, se presenta la adopciónendosimbiótica cual si se tratara del resultado de algún tipo de encuentro—predación agresiva, invasión pací fica, asociación o fusión mutuamentebeneficiosa— entre dos procariotas típicos. Hay una explicación mucho másdirecta, que la propia naturaleza sugiere. De acuerdo con ella, los endosim-biontes fueron engullidos para alimentación de una célula de dimensionesmucho mayores, que había adquirido ya muchas de las propiedades que hoydefinen a las células eucariotas. Muchas células eucariotas actuales —losleucocitos, por ejemplo— engullen procariotas. A veces escapan a ladestrucción, continúan dañando a los captores y llegan incluso a causarles lamuerte. En alguna rara ocasión, captor y víctima sobreviven en un estado demutua tolerancia, que puede tornarse después en asistencia recíproca y, por último, incluso en dependencia. Mitocondrias y plastos podrían así haber sidohuéspedes permanentes de una célula que los albergó.

Otros artículos de C. de Duve en IyC Las restricciones del azar 2/1996.

Publicado enoctubre de 1954Hoy en día sabemos

que el ADN consisteen una cadena muylarga formada por azúcares y grupos

fosfato que se van alternando. El azúcar es siempre la desoxirribosa. Mientrasque la cadena azúcar-fosfato esperfectamente regular, la molécula ensu conjunto no lo es porque cada azúcar lleva una «base» unida a ella. Por logeneral se identifican cuatro tiposdistintos de bases: dos de ellas sonpurinas, la adenina y la guanina, y lasotras dos son pirimidinas, la timina y lacitosina. Se sabe hasta ahora que lasbases siguen un orden irregular a lo

largo de la cadena, que probablementevaría de un fragmento de ADN a otro.

Aunque la fórmula química del ADN nosindica que se trata de una cadena, esedato por sí solo no nos informa sobre laforma de la molécula, porque la cadena,con múltiples enlaces sencillos en tornoa los cuales gira, puede enrollarse yadoptar todo tipo de configuraciones.

J. D. Watson y yo, por entonces enla unidad del Consejo Británico deInvestigación Médica en el laboratorioCavendish de Cambridge, estábamosconvencidos de que podríamosaproximarnos a la estructura del ADN.

Pretendíamos hacerlo mediante laconstrucción de modelos a escalabasados en los patrones de difracciónde rayos X obtenidos por el grupo deM. H. F. Wilkins y Rosalind Franklinen el King’s College de Londres. Peroantes debíamos hacer algunas supo-siciones. La más importante, que larepetición cristalográfica no coincidíacon la de los componentes químicosde la cadena, sino que se producíaa intervalos mucho más largos. Unaposible explicación sostenía que todoslos enlaces de la cadena eran igualespero que los rayos X solo detectaban

un enlace de cada diez cuando seobservaban desde un determinadoángulo y que los otros enlaces solo seidentificaban desde ángulos distintos.¿Qué tipo de cadena podría dar lugar a ese patrón? La respuesta era sencilla:la cadena debía estar enrollada for-mando una hélice. En ese caso, ladistancia entre las repeticiones crista-lográficas correspondería a la distanciaque hay en la cadena entre una vueltade la hélice y la siguiente.

En ese modelo, un par de cadenasde ADN se hallan enrolladas en tornoa un eje común. Las dos cadenas se

juntan entre sí por medio de sus bases.Una base de una de las cadenas se unemediante enlaces muy débiles a unabase situada a la misma altura en laotra cadena, y todas las bases seemparejan de esta forma a lo largode la estructura. Paradójicamente,

para que la estructura presentara lamáxima simetría debíamos hacer quelas dos cadenas se orientaran ensentidos opuestos.

Entonces nos dimos cuenta de queno podíamos colocar las bases en unorden cualquiera; las cuatro bases soloencajarían en la estructura si formabanciertos emparejamientos. En cualquierade ellos siempre debía existir una basegrande (una purina) y otra peque-ña (una pirimidina). La unión de dospirimidinas resultaría demasiadopequeña como para rellenar el huecoentre las dos cadenas, mientras que lade dos purinas sería demasiado

voluminosa como para encajar en eseespacio. Además, la adenina debíaemparejarse con la timina, y la guanina,con la citosina.

Lo fascinante del modelo es quepermite imaginarse enseguida el modoen que el ADN producirá una copiaexacta de sí mismo. La estructuraconsta de dos partes, cada una de ellascomplementaria de la otra. Por tanto,cualquiera de las cadenas podría actuar como un molde sobre el que sesintetiza la cadena asociada. Supon-gamos que las dos partes de una mo-lécula de ADN se desenrollan y se

separan. Cada una empieza a fabricar una nueva cadena complementariasobre sí misma. Cuando se completa elproceso, existen dos pares de cadenasdonde antes solo había uno. Además,gracias al emparejamiento especí ficode las bases, la secuencia de los paresde bases se habrá duplicado de formaexacta; en otras palabras, el molde nosolo habrá ensamblado los materialesde construcción, sino que también loshabrá colocado en el orden correcto.

Otros artículos de F.H. C. Crick en IyC ADN superenrrollado, 9/1980.

La estructura

del material

hereditario

Por F. H. C. Crick( premio Nobel en

1962)

El origen de lascélulas eucariotas

Por Christian de Duve( premio Nobel en 1974)




A P P H O T O ( B u r n e t )

Las raíces de la enfermedad Algunos premios Nobel que han escrito para nuestra revista nos han ayudadoconocer mejor algunos microorganismos y moléculas responsables de terriblesenermedades.

Virus

Por F. M. Burnet

( premio Nobel en 1960)

Publicado en mayo de 1951Se puede definir un virus como unmicroorganismo, más pequeño que lamayoría de las bacterias, que semultiplica únicamente en el interior delas células vivas de un huéspedvulnerable. Para detener unaenfermedad vírica casi siempre resultanecesario conocer el equilibrio naturalentre el virus y el huésped y el modo enque se puede desplazar ese equilibrioen una dirección u otra, bien mediante

un accidente biológico o la intervenciónhumana. En los esfuerzos por aproximarse a ese conocimiento hansurgido dos importantes conceptosrelacionados entre sí: la «infecciónsubclínica» y la «inmunización».

Una infección subclínica es aquellaen la que el paciente no manifiestaningún signo de la enfermedad. En unapoblación afectada por unaenfermedad infecciosa, el número decasos con infección subclínica suelesuperar ampliamente el de los casosmás graves, con síntomas inequívocosde la enfermedad. Así, cuando un niño

padece un ataque paralizante depoliomielitis, un examen cuidadoso delresto de la familia revelará la presenciadel virus en el intestino de los demásniños durante una o dos semanas. Peroen ellos no aparecerá ningún síntoma,o solo sufrirán una enfermedad levee indefinida. Por fortuna, una infec-ción subclínica aumenta la resistenciao inmunidad hacia los virus durantealgún tiempo después de la exposición.Que las infecciones leves o subclínicas

confi

eran inmunidad representa tal vezel factor más importante a la hora demantener un equilibrio tolerable entreel hombre y las enfermedades víricasfrecuentes. Sin embargo, los virus sonseres volubles, propensos aexperimentar mutaciones en variasdirecciones, y un virus que únicamenteprovoca una infección leve puedeevolucionar y convertirse en otromucho más letal.

Aunque no exista un acuerdo sobrela naturaleza de la inmunidad hacia losvirus, sí podemos presentar unadescripción simplificada de la misma,

aceptada por la mayoría de losvirólogos. Según esta interpretación,cualquier inmunidad hacia los virusestá mediada por anticuerpos. Losanticuerpos se pueden definir comoproteínas sanguíneas modificadas concapacidad de unirse a un virusconcreto o a cualquier otro ser extraño que haya provocado susíntesis en el organismo. Si un númerosuficiente de moléculas de anticuerpoconsigue unirse a una partícula vírica,

forman a su alrededor una suerte deenvoltura que evita que el virus seadhiera a la célula huésped y semultiplique en el interior de ella. Losanticuerpos aparecen en la sangreunos pocos días después de lainfección y alcanzan su nivel máximoal cabo de dos o tres semanas. Tras larecuperación, el organismo sigueproduciendo anticuerpos durantemucho tiempo, en cantidades que vandisminuyendo lentamente; en algunasenfermedades, como el sarampión y lafiebre amarilla, el cuerpo los sintetizael resto de la vida.





U L F S I R B O R N , A P P H O T O ( P r u s i n e r ) ; C O R T E S Í A D E L A U N I V E R S I D A D J O H N S H O P K I N S ( G r e i d e r ) ; E L I S A B E T H F A L L / F A L L F O T O . C O M (

B l a c k b u r n )

Publicado en marzo de 1995Hace quince años provoqué una ola de escepticismo cuandopropuse que los agentes infecciosos que causan ciertasenfermedades degenerativas del sistema nervioso central enanimales y, más raramente, en el hombre podrían ser merasproteínas. Una afirmación de ese tenor caía de plano en laherejía. De acuerdo con el dogma imperante, los agentes de

enfermedades transmisibles requerían material genético, compuesto por ácidonucleico (ADN o ARN); era este imprescindible para que la infección se asentaraen el huésped. Los propios virus, ínfimos entre los agentes infecciosos, precisanese material para dirigir la síntesis de las proteínas que necesita su replicación.

Más tarde, se pondría en cuestión otra conclusión a la que habíamos llegado enmi laboratorio: estas «partículas proteicas infecciosas» —o «priones»— podríanser el sustrato de enfermedades, hereditarias o contraíbles. Este comportamientodual era un fenómeno desconocido. Volvimos a encontrar resistencia cuandoavanzamos otro paso más y adujimos que los priones se multiplican por una víaincreíble: convierten proteínas normales en moléculas peligrosas sin más que

modificar su forma. La acumulación de datos experimentales y clínicos nos hadado la razón.

Las enfermedades de origen priónico son letales. Suelen recibir la denomina-ción común de encefalopatías espongiformes, porque producen en el cerebroabundantes oquedades. Permanecen latentes durante años (decenios en elhombre) y se hallan muy extendidas entre los animales. La forma más comúnes el scrapie o prurito lumbar, que se da en la oveja y en la cabra. La conocidapopularmente como «enfermedad de las vacas locas» es la más preocupante.

[Entre las enfermedades humanas de origen priónico se incluye la enfermedadde Creutzfeldt-Jakob, que suele manifestarse como demencia.]

Además de demostrar que una proteína puede multiplicarse y producir laenfermedad sin la ayuda de ácidos nucleicos, hemos ahondado en los mecanis-mos de la propagación de la PrP [«proteína del prion»] del prurito lumbar en lascélulas. Son muchos los detalles que quedan aún por desentrañar, pero unaspecto parece estar ya bastante claro: la diferencia básica entre la PrP normal

y la PrP del prurito lumbar es conformacional. Evidentemente, la proteína delprurito lumbar se propaga al entrar en contacto con moléculas normales de PrP,deshace el plegamiento de estas e insta la transformación de la configuraciónoriginal en otra propia del prurito lumbar. Este cambio inicia una cascada en laque las moléculas recién transformadas inducen el cambio de forma en otrasmoléculas normales de PrP, y así sucesivamente.

Los estudios apuntan de modo convincente a que el prion constituye una clasetotalmente nueva de patógeno infeccioso y que las enfermedades priónicas sedeben a anomalías en la conformación de las proteínas. Todavía queda por demostrar si esas alteraciones dan lugar a enfermedades neurodegenerativasfrecuentes, como el alzhéimer, pero esa posibilidad no debería descartarse.

Otros artículos de S. B. Prusiner en IyC Priones, 12/1984.Detección de la enfermedad de las vacas locas , 9/2004.

Publicado enabril de 1996Durante los últimos

uince años, la

investigación haermitido identi-car una enzima

extraordinaria, la telomerasa, queactúa sobre los telómeros [los extre-mos de los cromosomas] y que se lasupone necesaria para el manteni-miento de muchos cánceres hu-manos. Los cánceres surgen cuando

na célula acumula muchas muta-ciones genéticas que, en conjunto,

rovocan que la célula escape de loscontroles normales sobre la replica-ción y los movimientos migratorios.

uando las células y sus descendien-

tes se multiplican sin control, puedennvadir los tejidos vecinos y dañarlos.

Algunas pueden también escapar yviajar hasta zonas del organismo que

no les corresponde, estableciendonuevos focos malignos (metástasis)n sitios distantes.

La posibilidad de que la telomerasa jerza una función importante en elmantenimiento de los cánceres huma-nos fue ya objeto de debate en 1990.Pero los indicios no han adquirido

eso suficiente hasta hace muy pocotiempo. Estos descubrimientos condu-

jeron a un modelo, tan atractivo cuanhipotético, sobre la activación de latelomerasa en humanos, en losstados normal y maligno. Según ese

modelo, las células de la línea germi-

nal sintetizan de modo rutinario latelomerasa durante el desarrollombrionario. Una vez que el cuerpostá totalmente formado, la

telomerasa queda bloqueada enmuchas células somáticas [nogerminales], y los telómeros se vanacortando a medida que tales célulase reproducen. Cuando el tamaño de

los telómeros alcanza cierto umbral,e emite una señal que impide que lasélulas sigan dividiéndose.

Sin embargo, si las mutacionesgenéticas que promueven el cáncer

bstaculizan la emisión de esaseñales de seguridad, o dejan que lasélulas las ignoren, las células con-

tinúan dividiéndose, obviando la

enescencia. Presumiblemente, con-tinuarán también perdiendo secuen-ias teloméricas y sufrirán alteracio-

nes cromosómicas que harán queurjan nuevas mutaciones, tal vezarcinogénicas. Cuando los telómerose han reducido a la mínima expre-ión, las células mueren. Ahora bien,i como consecuencia de los trastor-

nos genéticos del período de precrisise vuelve a fabricar telomerasa, lasélulas no perderán completamenteus telómeros, sino que se salvarán

y mantendrán su tamaño. De esa ma-nera, las células alteradas genética-

mente adquieren las característicasinmortales del cáncer.

Aunque, en general, los resultadosexperimentales apoyan esta visión del

roceso, de nuevo las cosas puedeue no sean como parecen. Algunos

tumores avanzados carecen de telo-merasa, y ciertas células somáticas,así macrófagos y linfocitos, sintetizanla enzima, como se ha comprobadohace poco. Mas, en conjunto, losindicios sugieren que muchas célulascancerosas necesitan la telomerasa

ara dividirse indefinidamente. Laresencia de telomerasa en diversos

tipos de cánceres humanos y suausencia en muchas células normalesignifica que la enzima puede ser un

buen blanco de fármacos anticancero-os. Los agentes capaces de obstacu-lizar la telomerasa podrían destruir lascélulas tumorales (haciendo que lostelómeros desaparezcan) sin alterar el funcionamiento de muchas célulasnormales. La mayoría de las terapiasanticancerosas actuales no solo alte-ran las células malignas, sino tambiénlas normales. Suelen ser, pues, bas-tante tóxicas. Además, como se

etecta telomerasa en muchos tipose cáncer, tales agentes podrían

ntervenir contra tumores muyispares.

El prion en la patología

Por Stanley B. Prusiner ( premio Nobel en 1997 )

Telómeros, telomerasay cáncer

Por Carol W. Greider y Elizabeth H. Blackburn ( premios Nobel en 2009)




G O D F R E Y A R G E N T S T U D I O ( T i n b e r g e n )

Publicado en noviembre de 1954

En comparación con otros comportamientos de motivaciónclara, como la nutrición o la huida de los depredadores, lasposturas del cortejo en los animales son sumamenteenigmáticas. Resulta difícil comprender a primera vista lascircunstancias que las suscitan, así como las funciones que de-sempeñan. Cabe suponer que las exhibiciones y actividades

del macho buscan estimular a la hembra para la cooperación sexual, peroincluso esta elemental hipótesis ha de ser demostrada. Y hemos de preguntar-nos: ¿por qué ha de ser la hembra estimulada de forma tan elaborada, y quéfactores intervienen e n la actuación del macho? Nuestro trabajo propone queel cortejo sirve no solo para estimular la conducta sexual en la pareja, sinotambién para suprimir tendencias antagónicas, esto es, conduct as de agresióno de fuga.

Esbocemos sucintamente lo que ocurre cuando las gaviotas cabecinegrasbuscan pareja, al principio de la estación de cría. Un macho se asienta en un

El mundo animal Mientras algunos biólogos desarrollaban métodos para comprender elcomportamiento celular, otros estudiaban animales vivos e intentabanconocer sus curiosas actividades y sus rituales de apareamiento.

El cortejode los animales

Por N. Tinbergen( premio Nobel en 1973)





A P P H O T O ( L o r e n z )

Publicado

en diciembre

de 1958

Los estudiososel comporta-

miento animal,siguiendo el

ejemplo de los zoólogos, quedesde antiguo han sacadopartido del método comparativo,comienzan ahora a plantearseuna profunda cuestión. Todosconocemos la enorme varia-bilidad del comportamientoanimal, especialmente bajola influencia de un proceso

de aprendizaje. Pero ¿no seríaposible que todas las variacio-nes de conducta individualrespondieran a una estructurainterna de comportamientoheredado, que caracterizaría

a los miembros de una especie,de un género o incluso de ungrupo taxonómico superior, deigual modo que el esqueleto de

n ancestro primordial determi-na la forma y estructura de losmamíferos actuales?

En efecto, sí es posible.Expondré un ejemplo que, si biende apariencia trivial, viene alcaso. Quien haya observadoa un perro rascarse la quijadao a un ave atusarse las plumasde la cabeza, puede atestiguar que lo hacen de la misma forma.El perro se sostiene sobre eltrípode formado por sus ancas

y las dos patas delanteras; ade-lanta una de las patas traseras,que lleva ante el omóplato.

Ahora bien, sorprende que casitodas las aves (así como prác-ticamente todos los mamíferos

y reptiles) efectúen para rasc ar-se este preciso movimiento.Para hacerlo, bajan un ala yllevan una pata trasera (esto es,

na garra) hacia delante, frenteal hombro.

Se podría pensar que al avele resultaría más sencillo llevar la pata directamente hasta lacabeza, sin mover el ala, man-teniéndola replegada sobre sulomo, donde no estorba. No se

uede explicar de otro modo unaacción tan desmañada, a menosque se admita que es innata.

El ave, para rascarse, ha dereconstruir previamente laarcaica relación espacial de lasextremidades de su antepasadotetrápodo, del que desciendentambién los mamíferos.

El estudio comparativo delas pautas motoras innatasconstituye una parte importan-te del programa de investigacióndel Instituto Max Planck deEtología Comparada. Los suje-tos de nuestro estudio son las

diversas especies de patosnadadores, que se alimentan ensuper ficie. Esperamos describir la filogenia de su comporta-miento a partir de la observa-ción de diminutas variacionesde rasgos conductuales, entreespecies, por una parte,e híbridos, por otra.

Primero deseábamos ave-riguar el modo en que se esta-blecieron los rituales de cortejode los patos. ¿Qué ocurre cuan-do los patos se cruzan entre sí?Mediante hibridaciones delibe-radas hemos obtenido nuevascombinaciones de pautas mo-toras, que a menudo conjugancaracterísticas de ambos pro-genitores, a veces carecen delas peculiaridades del uno odel otro, y en otras ocasionesexhiben rasgos no manifiestosen ninguno de los dos. Hemosreproducido incluso algunasde las combinaciones de pautasconductuales que se dan enespecies distintas de las delos progenitores del híbrido.

Así pues, hemos demostradoque es posible remedar, mediante

hibridación, las pautas motorasinnatas que distinguen a unasespecies de otras. Ello hace pensar que esas conductas dependen deconjuntos relativamente simplesde factores genéticos.

Quienes hayanobservado

a un perrorascándoseunamandíbula,o a un aveatusándoselas plumasde la cabeza, puedenatestiguarque lo hacende igual manera

Laevolucióndel compor-

tamiento

Por Konrad Z. Lorenz ( premio Nobel en 1973)

territorio de apareamiento y, ante cualquier gaviota que se le aproxime, reaccio-

na con la emisión de un «canto largo» y la adopción de una postura inclinada.Tal acción, que ahuyenta a los machos, atrae en cambio a las hembras, y anteso después, alguna de ellas se posa en su proximidad. En cuanto lo ha hecho,ambos realizan la «postura hacia adelante». A veces, tal vez hagan un movi-miento conocido como «atragantamiento» o «ahogo». Por último, tras pocossegundos, estas aves adoptan de forma casi simultánea la «postura alzada»

y sacuden sus cabezas en direcciones opuestas. Ahora bien, la mayoría de estosmovimientos se observan también en enfrentamientos claramente hostiles e ntremachos. También estos pueden emitir el canto largo, exhibir la posturaadelantada y realizar las posturas de ahogo y alzada.

Los gestos finales de la secuencia de cortejo —cuando las parejas vuelven lacabeza, separándola del otro en un giro horizontal— difieren de los anteriores.

A veces, en las peleas entre dos de las aves se observa ese mismo gesto decabeza en la gaviota que obviamente lleva las de perder, pero que por algunarazón no puede huir, sea porque está arrinconada o por alguna otra motivación.

Este movimiento ejerce un peculiar efecto sobre la agresora: en cuanto la gaviota

atacada vuelve la cabeza, apartándola, la otra cesa en su ataque, o lo moderaconsiderablemente. Se trata de un «gesto de paz», como si la víctima estuviera«presentando la otra mejilla». Nos vemos llevados a concluir que esas gaviotascomienzan su cortejo amenazándose y acaban apaciguándose mutuamente conun gesto tranquilizador.

La gaviota cabecinegra no constituye un caso aislado. Hemos visto quenuestra teoría del cortejo es aplicable a muchas otras especies de aves y pájaros(entre ellas, diversos pinzones, cormoranes, alcatraces, patos), así como enanimales de grupos totalmente diferentes, como los peces.

Está por elucidar el problema de si este cambio gradual en la situaciónmotivadora está mediada por cambios endocrinos, como el crecimiento degónadas. La cuestión habrá de resolverse e n investigaciones futuras. Nuestrateoría, tan sucintamente esbozada aquí, no es sino un primer paso paradesentrañar las complejas relaciones causales que subyacen a los enigmáticos,pero fascinantes, fenómenos del cortejo.




P H O T O R E S E A R C H E R S , I N C . ( K a t z )

En la mente y en el cerebroLa complejidad del cerebro amedrenta. No obstante, con el tiempose han ideado estrategias ingeniosas para averiguar su uncionamiento.

El impulsonervioso

Por Bernhardt Katz ( premio Nobel en 1970)

Publicadoen noviembrede 1952

Algunos de los másdistinguidos neu-rofisiólogos handestacado el interés

de estudiar y analizar las propieda-des de las fibras nerviosas desde la

óptica de la ingeniería de comunica-ciones. En efecto, la fibra nerviosapuede considerarse una cadena deestaciones repetidoras, sistema quelos ingenieros conocen muy bien.Cada punto en la fibra recibe unaseñal eléctrica procedente del pun-to anterior, la refuerza para querecupere toda su potencia y la haceavanzar un poco más. Ello equivalea una combinación peculiar de ca-ble eléctrico (de muy deficientespropiedades) y sistema automáticode relevos, distribuido a lo largo dela línea de transmisión. Antes de que

la señal eléctrica pierda fuerza, estaestimula la fibra, libera recursosenergéticos locales y se regenera.La diferencia de potencial eléctricoa uno y otro lado de un punto de lafibra sirve para excitar la regiónsituada por delante, con el resulta-do de que esa región aporta, a ex-pensas propias, una señal eléctricamuy amplificada, capaz de pro-pagarse hasta la región siguiente

y excitarla. La explicación del mo-do de transmisión de la señal hasido plenamente confirmada en ex-perimentos.

Cuando una corriente atraviesa lamembrana, se produce una descargaparcial en la super ficie y se reduceel campo eléctrico, con lo que lamembrana se vuelve más permeableal sodio. Comienza un flujo de ionesde sodio hacia el interior que mitigala carga negativa de la parte interna.En consecuencia, el campo eléctrico

a través de la membrana se reducemás todavía, la permeabilidad alsodio sigue aumentando y penetramás sodio; se tienen así los ele-mentos de una reacción en cadenaque se refuerza por sí misma. El flujode sodio hacia el interior de la fibraprosigue hasta que este adquiereuna carga positiva de tal magnitudque los iones sódicos son ahorarepelidos electrostáticamente. Estenuevo equilibrio es precisamenteel reverso del potencial de potasioremanente. Podemos ahora com-prender el fundamento de la reac-ción «todo o nada» de las célulasnerviosas: las neuronas no generancorriente hasta que se acercan al«punto de ignición». Una vez reba-sado este, la producción de «corrien-te sódica» prosigue hacia la satu-ración y recorre un ciclo propio,que ya no se halla sometido al con-trol del estímulo original.





J E T B U D E L M A N R e d u x P i c t u r e s ( K a n d e l ) ;

G E T T Y I M A G E S ( C r i c k )

Publicado en noviembre de 1992Hay psicólogos que opinan que, para que seasatisfactoria, una teoría sobre la conscienciahabrá de explicar el mayor número posible

e aspectos de la misma. Nos parece más

rudente comenzar por el aspecto de laonsciencia que es probable que nos ceda

más fácilmente su secreto. Hemos elegido el sistema visualde los mamíferos. En nuestra opinión, cuando vemos algoclaramente, ha de haber neuronas que, disparándose con granintensidad, representan lo que vemos.

¿Cómo podemos descubrir las neuronas cuya descargasimboliza un determinado percepto? El grupo de WilliamT. Newsome, de la Universidad Stanford, ha acometido unaserie de brillantes experimentos sobre neuronas del áreacortical MT del cerebro del macaco. Estudiando una neuronadel área MT, podríamos hallar que responde óptimamentea rasgos visuales muy especí ficos, relacionados con elmovimiento. Una neurona, por ejemplo, podría emitir unadescarga vigorosa en respuesta al movimiento de una barraen un lugar determinado del campo visual, pero solo cuandoese proyecto está orientado en cierto ángulo, moviéndoseen una de las dos direcciones perpendiculares a su longituddentro de cierto intervalo de velocidades.

Sin embargo, tales experimentos no prueban, de formatajante, que el disparar de esas neuronas sea el exactocorrelato neural del percepto. El correlato podría ser solo unsubconjunto de las neuronas activadas. O quizás el auténticocorrelato sea la descarga de neuronas que, en otro escalónde la jerarquía visual, estén condicionadas fuertemente por las neuronas activadas en el área MT.

La siguiente cuestión clave sería, pues, cómo forma elcerebro sus representaciones generales o de conjunto a partir de las señales visuales. De resultar la atención indispensablepara la consciencia visual, el cerebro podría formar las repre-sentaciones fi jándose solo en un objeto por vez, y pasando

rápidamente de un objeto al siguiente. En este orden, lasneuronas que representan todos los aspectos del objetoatendido podrían descargar todas juntas con mucha rapidezen un intervalo cortísimo, quizás en r ápidas ráfagas.

Esta descarga, rauda y simultánea, podría no solo excitar las neuronas que simbolizaban las implicaciones de eseobjeto, sino también reforzar transitoriamente las sinapsisconcernidas, de suerte que esta pauta particular de descargapudiese recordarse ense guida: una modalidad de la memo-ria a corto plazo.

Otros artículos de F.H.C. Crick en IyC Reflexiones en torno al cerebro, 11/1979.

Publicado en julio de 1970Los progresos en losconceptos y técnicasde estudio de neuro-nas individuales y degrupos interconecta-

dos de tales células han empujado a losneurocientí ficos a aplicar dichos méto-dos al estudio de manifestacionescompletas de una conducta, así comode las modificaciones de comporta-miento inducidas por aprendizaje.Lo cual ha hecho despertar el interéspor ciertos invertebrados, entre ellos,cangrejos, sanguijuelas, diversosinsectos y algunos gasterópodos, queofrecen la gran ventaja de que sussistemas nerviosos están compuestospor conjuntos menos numerosos de

neuronas (tal vez, entre 10.000 y100.000, frente al billón o más de los

animales superiores). En esos animalesse está empezando a distinguir, a nivelcelular, no solo la información sensorialque ingresa en el sistema nervioso y lasacciones motoras que emanan de él,sino también la secuencia completa defenómenos implícitos en una respuestaconductual.

Los datos más indicativos proce-den de estudios de habituación

y deshabituación en la médula espi-nal del gato y e n el ganglio abdomi-nal de Aplysia (una babosa marinagigante, que llega a alcanzar unos30 centímetros).

La habituación consiste en laatenuación de la conducta reflejaprovocada por la presentaciónreiterada de un estímulo que era, alprincipio, novedoso. Una vez que elestímulo se ha tornado habitual, dosprocesos permiten restaurar larespuesta refleja inicial. Uno es la

recuperación espontánea, que resultade la supresión del estímulo al que elanimal se ha habituado. El otro es ladeshabituación, que se produce por cambios en la pauta de estimulación;por ejemplo, por la presentación de unestímulo más vigoroso en otra víanerviosa.

Aplysia exhibe una respuesta deretracción defensiva [ante una leveestimulación]. La branquia, el órganorespiratorio externo de este gaste-rópodo marino, se halla parcialmentecubierta por el manto, que contienela delgada concha residual. Cuando seroza ligeramente esa región del manto

o el sifón anal (continuación carnosadel manto), el sifón se contrae y labranquia se retrae a una cavidadubicada bajo el manto.

Podemos ahora proponer unesquema simplificado del circuito parailustrar la localización y el mec anismode los diversos cambios plásticos queacompañan a la habituación y desha-bituación del reflejo de retracciónbranquial. La reiterada estimulaciónde receptores sensoriales lleva a unahabituación mediante la producciónde un cambio plástico en la sinapsisque media entre la neurona sensorial

y la motora. La estimulación de lacabeza lleva a la deshabituación, por facilitación heterosináptica en lamisma sinapsis.

Cabe pensar que se podrían apli-car ahora metodologías celularesa procesos de aprendizaje máscomplejos, orientadas a elucidar eldiagrama de conexiones correspon-diente a respuestas en la conducta.

Otros artículos de E. R. Kandel en IyC Microsistemas de neuronas, 11/1979.Bases biológicas del aprendizaje

y de la individualidad, 11/1992.

Neuronasy compor-tamiento

Por Eric R. Kandel ( premio Nobel en 2000)

Se estánempezandoa distinguir,a nivel celular,

los sucesosimplícitosen larespuestaconductual

El problemade la consciencia

Por F.H.C. Crick( premio Nobel en 1962)

y Christof Koch



X X X X X X X X

B I O L O G Í A C E L U L A R

El caos ordenadode las proteínasEn contra de lo aceptado, las proteínas no necesitarían adoptarformas rígidas para llevar a cabo sus funciones en la célula

L a o a o a a ria de la vida. Representan los o jos,los brazos y las piernas de las células viv as. Incluso el ADN, elicono supremo de todas las moléculas biológicas, resulta im-portante so bre todo porque contiene los genes que especificanla síntesis de proteínas. Y las células de nuestro organismo —como las neuronas, los leucocitos o las células olf atorias—se diferencian unas de otras en gran medida porque acti-

v an distintos conjuntos de genes y, en consecuencia, producen diferentesgrupos de proteínas.

Dada la importancia de esas moléculas, muchos podrían pensar quelos aspectos básicos de su morf ología y funcionamiento se conocen des-de hace tiempo. Sin embargo, durante decenios los científicos aceptaronuna idea que resultó incompleta. Dedujeron, acertadamente, que las proteínasse halla ban compuestas por aminoácidos unidos entre sí como las cuentas de uncollar. Además, para que una proteína ejerciera su función, su cadena de ami-noácidos debía primero plegarse y adoptar una configuración precisa y rígida.No o bstante, ho y se hace cada vez más evidente que ciertas proteínas desempe-ñan sus funciones biológicas sin ha ber llegado nunca a plegarse por completo,mientras que otras se pliegan solo cuando se las necesita. De hecho, quizás una tercera parte de las proteínas humanas son «intrínsicamente desordenadas» y poseen al menos algunas regiones desplegadas o desordenadas.

Desde hace tiempo se sa bía que las polimerasas (enzimas que copian el ADNo lo transcriben a ARN) representan complicadas nanomáquinas constituidas por

Según el conocimiento tradicional, lasproteínas deben adoptar una configu-ración rígida para desempeñar tareastales como la unión a determinadasmoléculas diana. Pero trabajos recien-tes indican que una tercera parte de

las proteínas humanas se hallan totalo parcialmente desestructuradas. Aunque durante mucho tiempo lafalta de plegamiento se considerabauna patología, se sabe ahora que eserasgo no impide necesariamente laoperatividad de la proteína. De hecho,a menudo resulta crucial para su fun-cionamiento.Las proteínas desestructuradas pue-den haber desempeñado un papel im-portante durante la evolución. Un mejor conocimiento de su naturaleza contri-buiría al diseño de nuevos fármacos.


A. Keith Dunker y Richard W. Kriwacki




X X X X X X X X

La proteína fexible p27 (verde), al plegarse

en múltiples formas, puede enrollarse en

torno a distintas moléculas asociadas, algo

que las proteínas con una estructura

tridimensional única no pueden hacer.

A. Keith Dunker es biofísico de la facultad de medicina de la Universidadde Indiana, donde dirige el Centro de Biología Computacional y Bioinformática.Investigó los virus durante treinta años antes de adentrarse en el estudiode las proteínas desestructuradas en 1995.

Richard W. Kriwacki es biólogo estructural en el Hospital deInvestigación Pediátrica St. Jude de Menfis. En 1996, cuando trabajabaen el Instituto Scripps de Investigación en La Jolla, C alifornia,descubrió, junto con otros, uno de los primeros ejemplos de proteínas

desordenadas.





P Á G I N A S A N T E R I O R E S : A X S B I O M E D I C A L A N I M A T I O N S T U D I O

numerosas partes móviles; gracias a una suerte de bisagras, losdistintos segmentos proteicos piv otan unos en torno a otros.Pero a menudo uno se imagina esas moléculas como combina-ciones de piezas rígidas, de modo similar a las secciones de una silla plega ble. Las proteínas intrínsicamente desordenadas separecen más bien a unos espaguetis revueltos en un puchero deagua hirviendo.

Hace quince años esa afirmación se hubiese considerado una

herejía. Ho y en día, se reconoce que ese carácter amorf o y flexible pro ba blemente contribuyó al origen de la vida so bre la Tierra y que la flexibilidad sigue desempeñando un papel crucial enlas células, en concreto, durante la división celular y la activ a-ción génica. Esta reciente perspectiv a proporciona conocimien-tos nuev os y asombrosos so bre la biología básica de las células

y apunta hacia f ormas no vedosas de tratar las enfermedades,entre ellas el cáncer.

ENCAJES PERFECTOSLa idea de que una estructura tridimensional rígida determina-

ba la función de una proteína se planteó en 1894. Emil Fischer,químico de la Universidad de Berlín, propuso que las enzimas

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química

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- ban con otras moléculas al unirse a contornos específicos de susuperficie externa; en cambio, las enzimas no reconocerían otrasmoléculas con características superficiales ligeramente distin-tas. En otras pala bras, una enzima y la molécula a la que se uneenca jan entre sí como una lla ve y una cerradura.

En la época en que Fischer f ormuló su modelo se desconocía la naturaleza de las proteínas. Durante los 60 años siguientes,se descubrió que las proteínas esta ban f ormadas por cadenas deaminoácidos y se concluyó que, para funcionar correctamen-te, debían plegarse y adoptar una f orma precisa. En 1931, el bio-químico Hsien Wu proporcionó un sólido respaldo a esa idea aldemostrar que la desnaturalización de las proteínas (la elimina-ción de su estructura tridimensional natural) da ba lugar a una

pérdida total de su función. Tras determinar la estructura tridi-mensional de la mioglo bina de cachalote en 1958, se ha analiza-do la arquitectura de más de 50.000 tipos de proteínas. Para talfin, primero se pro v oca la transf ormación de las estructuras rí-gidas en cristales; posteriormente, estos se irradian con ra y os X

y se estudia su difracción.Pero ese mundo estructurado de las proteínas, basado en el

modelo de lla ve y cerradura, no resulta ba en realidad tan está-tico. A principios del siglo y a se sa bía que muchos anticuer-pos se unían a diversas moléculas diana, o antígenos, una o b-serv ación que contradecía el modelo de lla ve y cerradura. Enlos años cuarenta, el célebre químico Linus Pauling sugirió queciertos anticuerpos podían plegarse de distintos modos y que

las diversas configuraciones adoptadas dependían del a justeentre anticuerpo y antígeno. A partir de los años cuarenta, otras o bserv aciones indicaron

que no todas las proteínas se atenían al dogma según el cual la función era consecuencia de una estructura tridimensional rí-gida. Pero, por lo general, aquellas que no lo hacían se conside-ra ban un caso aislado, insólitas excepciones a la norma. Uno delos autores (Dunker) describió v arios de esos ejemplos y se dio cuenta de que tal vez debía reexaminarse el dogma. En 1953, sedescubrió que la caseína (la proteína de la leche) se halla ba de-sestructurada en su ma y or parte; esa flexibilidad pro ba blemen-te f acilita ba su digestión en los mamíferos lactantes. A princi-pios de los setenta, se o bservó que la proteína fi brinógeno con-tenía una región de gran tamaño sin una estructura fi ja; esa

región, junto con otras de menor tamaño descubiertas poste-riormente, desempeña ba un papel crucial en la coagulación dela sangre. Más tarde, en ese mismo decenio, la proteína de la env oltura externa, o cápside, del virus del mosaico del ta baco ofrecía otro ejemplo revelador. Cuando la cápside se halla v a-cía, la proteína presenta grandes regiones desestructuradas quecuelgan en la ca vidad; esa laxitud permite que el ARN reciénsintetizado, f ormado durante la reproducción vírica en una cé-

lula infectada, se empaquete en su interior. Pero a medida queel ARN v a entrando, la proteína se une a él y adopta una estruc-tura rígida.

Mientras tanto, la imposibilidad de inducir experimental-mente el plegamiento de determinadas proteínas hacía su-poner que se cometía algún error: seguramente las cadenasde aminoácidos solo podrían adoptar una f orma plegada «correcta» en el ambiente interno de la célula. Así, cuando losinvestigadores coloca ban disoluciones de proteínas purifica-das en viales para examinarlas con un espectrómetro de reso-nancia magnética nuclear (RMN) —una de las técnicas másutilizadas para estudiar proteínas— o btenían a veces datos bo-rrosos, algo que interpreta ban como un f allo en el plegamien-

to

de la

s mo

lécula

s.Pero esos resultados encerra ban una inf ormación mucho más interesante. La espectroscopia de RMN exige la aplicaciónde potentes pulsos de radiofrecuencia para inducir el giro sin-cronizado de los núcleos atómicos de determinados elementos,como el hidrógeno. Los ligeros cambios de frecuencia en la res-puesta de los núcleos guardan una estrecha relación con la po-sición de los átomos en el interior de los aminoácidos y con la ubicación de un aminoácido respecto a otro. Así, a partir de loscambios de frecuencia se suele esta blecer la estructura de una proteína rígida. Pero si los aminoácidos se mueven mucho —como sucedería en una proteína desestructurada— los cam-

bios de frecuencia se vuelven borrosos.En 1996, uno de los autores (Kriw acki, a la sazón en el Ins-

tituto Scripps de Investigación) examina ba la proteína p21,implicada en el control de la división celular, cuando se dio cuenta de un hecho sorprendente. Según los datos de RMN, la proteína presenta ba una desorganización casi total. Los ami-noácidos rota ban libremente en torno a los enlaces químicosque los mantenían unidos, nunca permanecían en una conf or-mación determinada durante más de una fracción de segundo.

Y sin embargo —y este fue el aspecto que le chocó—, p21 seguía ejerciendo su indispensa ble función reguladora. Constituía la primera prueba convincente de que la f alta de estructura enuna proteína no inutiliza su función.

La espectroscopía de RMN sigue representando la principaltécnica para determinar si una proteína se halla plegada o

desordenada. Gracias a ella, junto con otros métodos, se ha con-firmado que numerosas proteínas son intrínsecamente desor-denadas. Esas moléculas cambian constantemente de f orma como consecuencia del mo vimiento bro wniano y de sus pro-pias fluctuaciones térmicas y, sin embargo, son perfectamentefuncionales.

MARAÑA PROTEICAEsta visión nuev a y más amplia queda muy bien reflejada enla proteína p27, presente en la ma y oría de los vertebrados. Aligual que p21, p27 es una de las proteínas fundamentales queregulan la división celular para que las células no se multipli-quen de manera descontrolada. La RMN muestra que p27 esmuy flexible, con regiones que se pliegan y despliegan rápida-




mente para dar lugar a estructuras lábiles con f orma de saca-

corchos o de lámina. En la ma y oría de las células cancerosashumanas la cantidad de p27 se reduce, y cuanto menor sea el

v alor, peor resulta el pronóstico para el paciente.La molécula p27 frena la división celular al unirse al menos

con seis tipos de enzimas quinasas e inhibir su actividad. Lasquinasas son las principales reguladoras de la replicación del

ADN y de la división celular. Añaden grupos f osf ato (PO3–

4 ) a otras proteínas (las «f osf orila»), una reacción que poneen marcha una cascada de sucesos. Para llev ar a ca bo su tarea,la dinámica molécula p27, con f orma de cordón, se enrolla alre-dedor de una quinasa —que posee una estructura básicamenterígida— y recubre una parte importante de su superficie, entreellos los lugares químicamente reactiv os, o «centros activ os».

Ese bloqueo impide la f osf orilación y, por tanto, detiene la di- visión celular. Gracias a su flexibilidad, p27 puede amoldarse a distintos tipos de enzimas, enrollándose en torno a ellas e inhi-

biéndolas. Cuando una proteína posee esta característica se diceque es promiscua o que está pluriempleada.

En una escala que a barcara desde un estado de máximo desorden (sin ninguna estructura) hasta otro de máximo or-den (plegamiento rígido), la proteína p27 se situaría cerca delprimer extremo, y las quinasas, del extremo opuesto. Muchasotras proteínas ocupan alguna posición intermedia, y a queposeen unas regiones estructuradas y otras desestructuradas.La calcineurina, que interviene en la respuesta inmunitaria (por lo que constituye la diana de los fármacos antirrechazo),actúa al revés que una quinasa. Posee una región organizada,

el centro activ o de la enzima, que funciona según el modelo

clásico de lla ve y cerradura para retirar los grupos f osf ato deotras proteínas que han sido f osf oriladas. Pero también cuen-ta con una región desordenada que se une al centro activ o dela propia enzima y lo anula cuando no ha y necesidad de reti-rar grupos f osf ato. Por tanto, la calcineurina puede conside-rarse como dos proteínas en una: la región estructurada lle-

v a a ca bo la catálisis y la región desestructurada regula esa función catalítica.

Los ejemplos mencionados hasta aquí hacen referencia a proteínas que se pliegan —bien so bre sí mismas o en torno a otras— para realizar su función. Pero a menudo el desordenf orma parte del mecanismo operativ o de una proteína. En uncaso conocido, la longitud de una región desestructurada ac-

túa a modo de mecanismo temporizador, al controlar la velo-cidad a la que dos lugares de unión se acercan entre sí: cuan-do la región desorganizada es más larga, los dos puntos deunión emplean más tiempo en reconocerse que cuando esa región es más corta. En otro caso, la desestructuración per-mite a la proteína colarse a tra vés de una estrecha a bertura y atra vesar la membrana celular. Y también existen proteínasdesordenadas en los axones de las neuronas, donde f ormanestructuras con f orma de cepillo que evitan el colapso de losaxones.

Al contrario de lo que podíamos esperar, algunas proteí-nas permanecen desestructuradas incluso después de unirse.En el Hospital para Niños Enfermos de Toronto, Tanja Mittag(que tra ba ja en la misma f acultad que Kriw acki), descubrió

ARN ADN

Orden frente a desorden

La proteína se pliega

Visión clásica de la actividad proteica

Proceso descubierto recientemente

Unión del tipollave-cerradura

Al disociarse,la proteína sigue plegada

La proteínapermanece extendida

La proteína se puedeunir a diversas dianas

La proteína se pliega y se une(asumiendo formas distintas en función

de la estructura de la diana)

Al disociarse,la proteínase extiende

Ribosoma

Proteína incipiente

ARN

U N A V I S I Ó N M Á S A M P L I A

La maquinaria molecular de las células transcribe la

información codificada en las secuencias de ADN

(los genes) en moléculas de ARN y traduce el ARN

en las largas cadenas de aminoácidos que com-

ponen las proteínas. Los libros de texto de bio-logía afirman que, a continuación, una proteína

debe plegarse y adoptar una forma peculiar

( secuencia superior ) para desempeñar su función; por

ejemplo, para unirse a una molécula específica del

mismo modo en que una llave encaja en una cerradura.

Sin embargo, muchas proteínas permanecen desplega-

das, al menos en parte. Esta flexibilidad las capacita paraunirse a distintas moléculas ( secuencia inferior ) o para

realizar otras funciones.




D E T E R M IN A C IÓ N D E L A E S T R U C T U R A

Existen solo veinte aminoácidos naturales para la biosíntesis de pro-

teínas de acuerdo con las instrucciones codificadas en el genoma.

Siendo tan simples en su composición química, ¿cómo es posible que

estas macromoléculas puedan ejecutar funciones de suma diversidad

y complejidad? Ello se debe a que la actividad biológica de cada pro-

teína no depende tanto de la naturaleza de los aminoácidos que la com-

ponen como del modo en que se combinan y, por tanto, de la estruc-

tura tridimensional que esta adopta al plegarse —para una proteína

mediana, de unos 200 aminoácidos, el número de combinaciones posi-

bles para los veinte aminoácidos disponibles asciende a 20200.

La estrecha relación entre la estructura y la función en las proteí-

nas ha originado programas de investigación que tienen por objeto la

determinación sistemática de la estructura de todas las proteínas del

genoma. Estos estudios han revelado, sorprendentemente, que existeun número elevado de proteínas que, aunque no adoptan estructuras

tridimensionales definidas, llevan a cabo importantes funciones bio-

lógicas. Esta nueva clase de proteínas, que desafían en parte el dogma

central de la biología molecular formulado por Francis Crick en 1958

(a cada secuencia aminoacídica le corresponde una estructura tridi-

mensional), recibe el nombre de proteínas intrínsecamente desorde-

nadas (IDP, por sus siglas en inglés).

Las IDP no pueden ser descritas por una sola conformación, puesto

que adoptan múltiples estructuras. Deben representarse como un con-

junto de estas —algunas compactas, otras extendidas— de estabilidad

similar y que se intercambian a una gran velocidad: más de un millón

de veces por segundo.

Dado que estas macromoléculas desempeñan funciones impor-tantes y se hallan implicadas en enfermedades neurodegenerativas

(alzhéimer y párkinson), reviste suma importancia conocer sus pro-

piedades estructurales. Existe por ello un gran interés en averiguar

si presentan patrones estructurales de baja estabilidad, es decir, ple-

gamientos adoptados por una pequeña fracción de las estructuras

que colectivamente las describen y que, por lo tanto, no se pueden

estudiar con las técnicas de determinación estructural usuales. Carac-

terizar a resolución atómica cada una de estas estructuras constituye

uno de los principales retos de la biología estructural moderna. Debido

a su complejidad, esta cuestión solo puede abordarse desde una

aproximación interdisciplinaria, que combine el uso de mediciones

experimentales con modelos teóricos basados en el análisis de estruc-

turas de proteínas depositadas en bases de datos.

Un paso importante en esa dirección fue descubrir que las prefe-

rencias estructurales de cada uno de los veinte aminoácidos naturalesen proteínas desordenadas son en gran medida independientes del

contexto (la secuencia); asimismo, guardan una estrecha semejanza

con las preferencias observadas en las regiones flexibles de proteínas

ordenadas, tales como los bucles que conectan elementos de estruc-

tura secundaria.

Modelos refinados

Ese condicionante (preferencias estructurales) permite generar mode-

los para proteínas desordenadas que, pese a contener notables aproxi-

maciones, presentan un elevado grado de acuerdo con las mediciones

experimentales de resonancia magnética nuclear (RMN) y de disper-

sión de rayos X a ángulo pequeño. Sin embargo, estos modelos preli-

minares, aproximados, carecen de la resolución necesaria para estu-diar la presencia de patrones de baja estabilidad, posiblemente

Proteínas escurridizasAnte la imposibilidad de conocer su estructura por los medios usuales,

debe recurrirse al refinado de modelos estadísticos

SANTI ESTEBAN MARTÍN, CARLOS W. BERTONCINI Y XAVIER SALVATELLA

Estructura primaria

Modelo computacionalaproximado

Proteínaintrínsecamente

desordenada

Secuenciación

1 2

Modelo

E x p e r i m e n t o

Modelo


Proteína

nética nuclear (RMN). El método se basa en comparar los valores experimentales de esosparámetros con los valores teóricos (calculados a partir del modelo) correspondientes (1)Según el grado de coincidencia, se modifica el modelo inicial. Se obtiene entonces unsegundo modelo, mejorado (hebra granate) y se procede a una segunda comparación

Descripción estructural de proteínas intrínsecamente desordenadas. A partir de laestructura primaria de la proteína (cadena de aminoácidos), se propone un conjunto deestructuras tridimensionales basadas en las preferencias que presenta cada uno de los 20 aminoácidos naturales en las regiones flexibles de proteínas conocidas. Se obtiene así un primer modelo teórico aproximado (hebras verdes). Para refinar esta descripción dela proteína, se recurre a parámetros estructurales obtenidos mediante resonancia mag-




hace poco la proteína inhibidora Sic1 en la lev adura. La mo-lécula se mantiene unida a su compañera a tra vés de v ariossegmentos cortos que se juntan y separan continuamente enun único punto, mientras que el resto de Sic1 permanece de-sestructurado.

El desorden también se da en las proteínas de organismosmás sencillos, e incluso en virus. Los f agos, virus especializadosen infectar bacterias, se adhieren a la membrana de una célula

huésped mediante proteínas que se mantienen unidas al cuer-po principal del f ago por medio de conectores flexibles. A con-tinuación, la proteína de adhesión, de menor tamaño y ma y ormo vilidad que el f ago entero, puede reorientarse con rapidez y optimizar su alineamiento durante el acoplamiento.

PROMISCUIDAD GENERALIZADAHasta la fecha, se han identificado unas 600 proteínas to-tal o parcialmente desestructuradas y se ha descrito su fun-ción en la boratorios de todo el mundo. Pero sospechamos queexisten muchas más. Después de todo, hasta ho y tan solo se ha descifrado la estructurade unapequeñaparte de las 100.000 pro-teínas que se estima que ha y en el cuerpo humano. Además,

recientes estudio

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bo

po

rDunker y sus cola boradores apuntan en esa dirección.El enf oque bioinf ormático se basa en los primeros estu-

dios teóricos de proteínas individuales. Estos sugerían que,después de que una célula sintetiza una cadena de aminoáci-dos para f a bricar una proteína, la cadena se pliega de una manera que depende de su composición. En concreto, los ami-noácidos v oluminosos e hidrofóbicos (los que repelen las mo-léculas de agua que, de f orma natural, rodean a las proteínas)tienden a situarse en la parte interior de la molécula. Por elcontrario, los aminoácidos que aca ban localizándose so bre la superficie de una proteína plegada suelen ser pequeños e hi-drofílicos (tienden a interaccionar con las moléculas de agua circundantes).

La idea de Dunker consistía en comparar las secuencias deaminoácidos de proteínas que se sa bía eran intrínsecamente de-sordenadas con las que presenta ban f ormas plegadas rígidas.Mediante el empleo de algoritmos de computación, su equipo descubrió en 1997 que las proteínas intrínsecamente desorde-nadas presenta ban más aminoácidos hidrofílicos que las pro-teínas rígidas. Por tanto, el balance entre aminoácidos hidrofí-licos e hidrofóbicos permitiría pronosticar el grado de plega-miento o desorganización de una proteína concreta.

Para explorar las implicaciones biológicas de sus hallazgospreliminares, el equipo de Dunker realizó en el año 2000 una comparación entre los diversos reinos de la vida. Se examina-ron los genomas de v arios organismos mediante algoritmos que

busca ban segmentos de ADN que codifica ban largas cadenas deaminoácidos hidrofílicos. Las proteínas correspondientes resul-tarían las más idóneas para presentar, al menos, cierto grado de desorganización. En los organismos más sencillos, las bacte-rias y las arqueo bacterias, se previó que muy pocas proteínasexhibirían un desorden intrínseco. Pero en eucariotas (organis-mos más complejos con células nucleadas, como lev aduras, mos-cas de la fruta y seres humanos) las proteínas desestructuradasserían mucho más frecuentes.

Esos resultados fueron ampliados en 2004 por un equipo liderado por Da vid T. Jones, de la Universidad de Londres, querealizó comparaciones con datos relativ os a seres humanos.De modo sorprendente, se descubrió que hasta el 35 por cien-to de todas las proteínas humanas contendrían amplias regio-

implicados en la función de las IDP. Es necesario, pues, mejorar los

modelos actuales a través de técnicas de refinado estructural.

La RMN es una técnica particularmente adecuada para el refi-

nado estructural, dado que algunos de los parámetros experimenta-

les accesibles, como los acoplamientos dipolares residuales (RDC,

por sus siglas en inglés), dependen tanto de la estructura local ysecundaria como de la topología de la proteína. Los métodos de refi-

nado corrigen la posición de los átomos de cada una de las estruc-

turas hasta que estas reproducen, en conjunto, los datos de RMN

obtenidos experimentalmente.

En nuestro laboratorio hemos desarrollado una herramienta que

permite mejorar la precisión de modelos aproximados para el estu-

dio de IDP. A partir de valores de RDC obtenidos mediante RMN,

hemos determinado un modelo estructural de la proteína ubiquitina

en su estado desordenado. El conjunto refinado obtenido reproduce,

además de los datos de RDC, otros parámetros de RMN medidos

de forma independiente, lo que valida el cálculo estructural llevado

a cabo. La característica más importante de este conjunto es, sin

embargo, que reproduce los patrones estructurales de baja estabi-

lidad de la molécula en estudio.Los resultados, que se publicaron en marzo de 2010 en el Journal

of the American Chemical Society , indican que el refinado de mode-

los estadísticos a partir de datos de RMN, como los acoplamientos

dipolares residuales, abre las puertas a la caracterización de las pro-

piedades estructurales de IDP a alta resolución. Ello permitirá ahon-

dar en el conocimiento del origen de la actividad biológica de esta

misteriosa clase de proteínas así como en su implicación en enfer-

medades neurodegenerativas con importante impacto personal

y social.

Santi Esteban Martín, Carlos W. Bertoncini y Xavier Salvatella

Laboratorio de biofísica molecular Instituto de Investigaciones Biomédicas de Barcelona

Modelo refinadoConjunto finalde estructuras

...

N

Modelo


con los datos experimentales de referencia ( 2). Y así sucesivamente hasta que los valo-res teóricos coinciden con los experimentales (N). El modelo refinado, de gran precisión,que se obtiene al final del proceso resulta de gran utilidad para estudiar las propiedadesestructurales de la proteína.




nes desestructuradas. Es decir, en un tercio de nuestras pro-teínas el concepto de lla ve y cerradura resultaría, sencillamen-te, irrelev ante.

Las razones de esta discrepancia toda vía no se han aclara-do. Una posible explicación sería que las proteínas con caracte-rísticas estructurales del tipo lla ve-cerradura demostrarían la máxima eficacia en funciones como la actividad enzimática,mientras que las proteínas intrínsecamente desordenadas lo ha-

rían en la señalización y la regulación. Las bacterias sencillasreúnen todos sus elementos constituyentes en un único espa-cio. Los organismos complejos, en cambio, poseen numerososcompartimentos intracelulares como el núcleo, el aparato deGolgi, las mitocondrias, etcétera; por tanto, necesitan una ma-

y or señalización entre sus componentes y una regulación másextensa. Los organismos pluricelulares requieren además es-quemas de señalización para coordinar la actividad de los di- F

U E N T E : « T H E T U M O R S U P P R E S S O R P 5 3 : F R O M S

T R U C T U R E S T O D R U G D

I S C O V E R Y » ,

P O R A N D R E A S C .

J O E R G E R

E N L A C É L U L A

Flexibilidadoperativa

En sus diversas funciones como enzimas, componen-

tes estructurales o máquinas moleculares, las proteí-

nas dirigen casi todas las actividades celulares. Se

ilustran tres ejemplos, en una célula humana, en que

la ausencia de una estructura predeterminada en la

proteína resulta crucial para el funcionamiento de

la misma.

S T R U C T U R E S T O D R U

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E N L A C É L U L A

Flex bilidadoperativa

En sus diversas funciones como enzimas, componen-

tes estructurales o máquinas moleculares, las proteí-

nas dirigen casi todas las actividades celulares. Se

ilustran tres ejemplos, en una célula humana, en que

la ausencia de una estructura predeterminada en la

proteína resulta crucial para el funcionamiento de

la misma.

Protector contra el cáncerCuando una célula resulta dañada por la radiacióno por otros motivos, la proteína p53 entra en acción.Una agrupación de cuatro copias de p53 se adhiere a lugaresespecí ficos del ADN para poner en marcha la producción deenzimas reparadoras del ADN. Las regiones desestructu-radas de p53 permiten al complejo proteico enrollarse entorno a la doble hélice. Aparte del ADN, la proteína puedeinteraccionar con el ARN y con más de 100 tipos deproteínas.

Controlador de acceso al núcleoIncrustado en la membrana nuclear, el complejodel poro nuclear está formado por unos 30 tipos deproteínas ensambladas con una perfecta simetríaoctogonal y regula las moléculas que entran ysalen. La abertura está rellena de un «gel» deproteínas totalmente desplegadas. Las moléculaspequeñas como el agua atraviesan el gel sin ningúnimpedimento, mientras que las moléculas grandes

necesitan de un medio de transporte activo.

Complejodel poro nuclear

Cargamento

Kinesina

Regióndesestructurada

ATP

Microtúbulo

Transportador monorraílUna máquina molecular formada por dos copiasde la proteína kinesina «camina» a lo largo de losmicrotúbulos para arrastrar una vesícula u otro tipode cargamento de una parte a otra de la célula.Cada paso está impulsado por una molécula de ATP,que reacciona con el «pie» adelantado y obliga a queuna región «conectora» desestructurada de la pro-teína se pliegue en torno a ese pie. Al mismo tiempo,el conector también empuja al pie posterior, obli-gándolo a girar hacia delante, donde se vuelvea unir al microtúbulo.

ADN

p53Región

desestructuradade p53

Proteínas desplegadas




versos tipos de células y tejidos. En el ejemplo de la proteína p27 comentado anteriormente, la flexibilidad de la molécula lepermite transmitir mensa jes químicos a lo largo de las rutas deseñalización de una célula: la inf ormación se halla en su confi-guración, en sus modificaciones químicas (como la f osf orila-ción) y en el tipo de unión que esta blece con otras moléculas, a las que inhibe o regula.

EL SECRETO DE LA EVOLUCIÓNLa escasez de proteínas intrínsecamente desordenadas en las

bacterias indicaría que ese tipo de moléculas ha bría surgido tarde en la ev olución. Sin embargo, diversas líneas de investi-gación sugieren lo contrario. Por un lado, numerosos sistemasde señalización importantes en bacterias utilizan proteínas de-sestructuradas, y no proteínas estructuradas. Además, en lasmáquinas moleculares ev olutiv amente antiguas, f ormadas porasociaciones de ARN y proteínas, casi todas las proteínas sehallan total o parcialmente desestructuradas cuando no estánunidas a su ARN correspondiente. Entre estos complejos híbri-dos ca be citar los somites cirujanos (spliceosome, una máquina molecular que mediante diversos cortes y empalmes edita, o

pro

cesa

, el ARN en una

de la

s eta

pa

s intermedia

s de la

síntesisproteica) y el ribosoma (el complejo que enlaza los aminoáci-dos entre sí para f ormar proteínas).

Las investigaciones so bre el origen de la vida también in-dican la antigüedad de las proteínas desestructuradas. Una delas principales hipótesis sostiene que la vida de los primerosorganismos se basa ba en el ARN. La molécula ejercía a la vezuna función catalítica y de almacenamiento de inf ormacióngenética, tareas que en las células modernas desempeñan lasproteínas y el ADN, respectiv amente. Un pro blema importan-te relacionado con esta teoría es que el ARN se pliega de ma-nera muy poco eficiente para adoptar su f orma catalítica y a menudo se queda atascado en conf ormaciones inactiv as. Enlas células actuales, las proteínas chaperonas del ARN a yudan

al ácido nucleico a plegarse correctamente. Otras proteínas es-ta bilizan un ARN determinado en su configuración activ a, lo que sugiere que la aparición de esas moléculas ha bría resuel-to la dificultad de plegamiento del ARN. Tanto las chaperonascomo las proteínas esta bilizantes carecen de estructura antesde unirse al ARN.

Otro dato que respalda la antigüedad de las proteínas de-sordenadas procede del análisis del origen del código genéti-co, el conjunto de reglas que utilizan las células para traducirla inf ormación almacenada en los ácidos nucleicos (ARN o

ADN) en una secuencia de aminoácidos. Se piensa que deter-minados aminoácidos fueron codificados en las etapas inicia-les de la creación de la vida, mientras que otros lo fueron más

tarde. Pro ba blemente, los aminoácidos v oluminosos e hidrofó- bicos que dirigen el plegamiento de una proteína aparecierontarde, de modo que las proteínas sintetizadas a partir de losprimeros aminoácidos muy pro ba blemente permanecerían des-plegadas cuando se halla ban aisladas. De ser cierta la idea so-

bre la ev olución del código genético, las primeras proteínas quese crearon presentarían un plegamiento precario o careceríande él. Sin duda, los aminoácidos que surgieron más tarde per-mitieron que las proteínas adquirieran una estructura; esosaminoácidos sirvieron de base para la f ormación de centros ac-tiv os del tipo lla ve-cerradura en las enzimas y ofrecieron la oportunidad para que, a lo largo de millones de años, las pro-teínas reemplazaran al ARN como centro neurálgico de la ac-tividad catalítica de la célula.

UN ARMA DE DOBLE FILO A la vista de la importancia biológica de las proteínas, no debe-ría sorprendernos que muchas de ellas sean responsa bles de en-fermedades. El nuev o paradigma del desorden intrínseco en lasproteínas cambiará por completo la f orma en que entendemos

y tratamos las dolencias humanas.En algunos casos, la ausencia de estructura en una proteí-

na resultará perjudicial. Si una célula las sintetiza en exceso,

ciertas proteínas desorganizadas tenderán a agregarse y a f or-mar placas. En el cerebro, se piensa que estas placas ocasionanuna serie de patologías neurodegenerativ as dev astadoras, en-tre ellas las enfermedades de Alzheimer, Parkinson y Hunting-ton. Parece que las proteínas desestructuradas deben mante-nerse ba jo un control escrupuloso para evitar que se vuelv andañinas. En 2008, un estudio a gran escala realizado en lev a-duras, ratones y humanos, enca bezado por M. Madan Ba bu, delLa boratorio de Biología Molecular del Medical Research Coun-cil en Cambridge, demostró que las células regulan de f orma más estricta las proteínas desestructuradas que las que se hallanplegadas.

El descubrimiento de la posible implicación de proteínas

intrínseca

mente deso

rdena

da

s en cierta

s enfermeda

des estágenerando nuev as ideas so bre futuros tratamientos. En casi to-dos los procesos biológicos se producen interacciones entreproteínas, por lo que durante mucho tiempo han sido o bjeto de interés en el desarrollo de medicamentos; pero hasta la fe-cha se han o btenido escasos resultados, si se compara con lasestrategias dirigidas contra las interacciones entre enzimas y moléculas más pequeñas. Las proteínas que interaccionan conproteínas desestructuradas a menudo ofrecen a sus compañe-ras puntos de ancla je que los investigadores podrían apro ve-char para introducir nuev os fármacos. En concreto, mediantemoléculas que anulan una interacción entre un gen importan-te para la supresión del cáncer y una de sus parejas regulado-ras, se ha conseguido detener el cáncer de animales de la bora-

torio; en la actualidad, esas moléculas se están ensa y ando enhumanos. El equipo de Kriw acki está desarrollando una línea de ataque parecida para tratar el retino blastoma, un cáncer delo jo que afecta especialmente a los niños. Los ensa y os prelimi-nares en animales han ofrecido resultados prometedores. Otrosla boratorios están tra ba jando en pro yectos similares.

Los investigadores interesados en el modo de acción de lasproteínas están empezando a dejar de lado el antiguo modelo de la lla ve-cerradura. Se están dando cuenta de que algunas fun-ciones biológicas están mejor dirigidas por proteínas rígidas, y otras, por proteínas muy dinámicas. El amanecer de una nue-

v a era en la estructura y función de las proteínas tiene el poten-cial necesario para trasf ormar nuestros conocimientos so bre la

vida, y quizá para salv arla.


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ARQUEOLOGÍA

La dama de

E a o a o P a oo a a a o a a-ción mochica, antes que la chimú y la inca, esta última más ampliamente cono-cida. En cinco siglos (del al ), el pueblo mochica conquistó un territorio de

v arios centenares de kilómetros, donde se encuentran las huacas, pirámides f a- bricadas en ado be de tierra cruda y que fueron sede de centros ceremoniales, del

poder político y del religioso. Constituyó una sociedad muy jerarquizada, con recursos

humanos y técnicos importantes.Los mochicas considera ban la muerte como la prolongación de la vida, de manera quelos numerosos vestigios, en particular los frescos y las cerámicas, presentes en el mundo de los difuntos, son testimonios de la vida de ese pueblo. En 1899, se desenterraron lasprimeras huellas de esa cultura en las huacas del Sol y de la Luna, en el v alle del río Mo-che. Luego, en 1987, se descubrió la sepultura intacta del señor de Sipán, hallazgo queconstituye el apogeo de la arqueología peruana. La reputación de los mochicas como unpueblo particularmente cruel se apo y a en las representaciones de combates, desfiles deprisioneros y sacrificios humanos. Investigaciones complementarias han revelado otrastumbas de dignatarios, como en las huacas del Sol y de la Luna y el complejo arqueoló-gico El Brujo, en el v alle del río Chicama.

En este último emplazamiento descubrimos, en 2004, la tumba de una reina: la seño-ra de Cao. Una tumba es un lugar privilegiado para entrever las creencias de un pueblo li-gadas a la muerte y comprender la antigua función y posición del difunto en la sociedad.

La civilización mochica conoció undesarrollo importante entre los siglosIII y VIII en la costa norte de Perú. Entrelos vestigios que dejó destacan pirámi-des de adobe, tumbas y objetos. Fue elprimer pueblo que practicó el sacrificiohumano.

En la pirámide Cao Viejo, los arqueó-logos han descubierto la primeratumba de una reina: la señora de Cao.La conservación de la sepultura y delcuerpo es extraordinaria.

La dama, a quien se le atribuyen po-deres de curandera, reinaba sobre elpueblo mochica. Merece la pena, por tanto, revisar la función de la mujer enlas culturas precolombinas.


El descubrimiento de una tumba de la civilizaciónmochica abre un nuevo capítulo en la arqueología precolombina: la mujer que la ocupaba gobernóese pueblo a comienzos de nuestra era

Régulo Franco Jordán


T O D A S L A S F O T O G R A F Í A S S O N C

O R T E S Í A

D E L A U T O R



Coronas (a) y otros orna-

mentos en cobre dorado (b),

hallados en las dierentes

capas que cubrían la momia

de la señora de Cao. Esos

objetos son emblemas del

poder que detentaba la dig-

nataria mochica. Tres acom-

pañantes la rodeaban, uno

de ellos en un ardo en exce-

lente estado de conserva-

ción (c).


a

b

c




EL YACIMIENTO DE LA SENORA DE CAO

Presentamos aquí el estado y características del cuerpo de la di-funta, la arquitectura de la tumba y los o bjetos que la acompa-ña ban: todo parece indicar que la señora de Cao fue una diri-gente del pueblo mochica del v alle de Chicama hace 1700 años.

La Fundación Wiese, en cola boración con el Instituto Nacio-nal de Cultura del Perú, dieron a conocer en 2006 el extraordina-rio descubrimiento que cambia la noción del poder en el antiguo Perú, y a que hasta hace algunos años se considera ba que solo loshombres ha bían go bernado las civilizaciones precolombinas. Des-de ma y o de 2006 se han inventariado, analizado y expuesto los

vestigios en el actual Museo Cao del complejo El Brujo.

Lo

s mo

chica

s pueden co

mpa

ra

rse co

n la

cultura

ma

y a

deCentroamérica. En 2004, Eliza beth Benson, de la Universidadde Harv ard, demostró el parecido entre las expresiones artís-ticas de ambas civilizaciones: el arte cerámico, el uso de cara-colas o Spondylus (un tipo de molusco biv alv o) y las repre-sentaciones iconográficas. Pero uno de los principales aspectoscomparativ os de ambas culturas, según Benson, son sus impo-nentes construcciones piramidales: los ma y as, en piedra, y losmochicas, en ado be. Además, en ambos casos, los edificios ce-remoniales se erigieron en diferentes etapas, en niveles con-secutiv os. Cada piso contiene tumbas, ofrendas y murales po-licromos de gran significación religiosa. Pero las semejanzasentre las dos culturas terminan aquí: la civilización mochica duró solo cinco siglos, mientras que los ma y as ha brían apare-

cido algunos milenios antes de nuestra era y se ha brían disper-sado antes de la llegada de los colonos europeos.

El complejo arqueológico El Brujo se ubica unos 60 kiló-

metros al noroeste de Trujillo, cerca del pueblo de Magdale-

na de Cao. Es uno de los y acimientos más completos de la cos-

ta norte de Perú, con una ocupación cultural continua que

a barca 5000 años: desde el precerámico, representado por

Huaca Prieta (contemporánea de la civilización caral, la más

antigua de América), hasta la ocupación colonial en el siglo

, representado por una iglesia colonial fundada por los pa-

dres dominicos y los restos de una po blación indígena de Cao

Viejo.

Sin embargo, en el lapso de tiempo de ocupación de El Bru- jo, la cultura mochica (siglos - d.C.) experimentó un ma-

y o

ra

uge que la

so

tra

s cultura

s. Lo

s mo

chica

del v a

lle de Chica

-ma esta blecieron el poder religioso en el centro ceremonial delcomplejo El Brujo, donde construyeron dos enormes pirámidesde ado be, las huacas Cao Viejo y El Brujo, y diversas construc-ciones de culto y zonas para sepulturas. El plano del complejo El Brujo refleja una intencionada organización espacial, basa-da en los dos templos, sistema que aparece también en las hua-cas del Sol y de la Luna, en el v alle del Moche. La Huaca Cao

Viejo posee la f orma de una pirámide truncada, con una granplaza ceremonial destinada a funciones públicas; representa elma y or templo del centro ceremonial. Uno de los aspectos so-

bresalientes de estas pirámides es la presencia de figuras poli-cromas en la f achada principal orientada al nordeste. Las figu-ras ilustran diversos temas relacionados con la cosmo visión del

mundo mochica, particularidad que se o bserv a también en la Huaca de la Luna.

Régulo Franco Jordán es arqueólogode la Fundación Wiese, en Perú.

a b

El complejo arqueológico El Brujo cubre más de 5000 años de

presencia humana ininterrumpida. Se encuentra a 60 kilómetros

al noroeste de Trujillo, en la costa de Perú (a). En la pirámide Cao

Viejo, los arqueólogos han descubierto un recinto ceremonial de

275 metros cuadrados (b) que alberga la tumba de la señora de Cao.

La achada principal del recinto, orientado hacia el noroeste, exhi-

be numerosos rescos policromos. Los motivos pintados represen-

tan peces de agua dulce (Trichomycterus sp.) y están constituidos

por amplias bandas diagonales policromas con ondos diversos; los

colores predominantes son el rojo, el blanco, el azul y el rosado.

América del sur

Perú

TerritorioMochica

Tumbade la señora de Cao

Fachada principaldel recinto

O c é a n o

P a c í f i c o

El Brujo Trujillo




UN RECINTO SIMBÓLICO

En 2004 y 2005, se descubrió un gra

n recinto

ceremo

nia

l, de275 metros cuadrados de superficie, ubicado en la esquina no-roeste de la plataf orma superior de la Huaca Cao Viejo, con her-mosos murales policromos que representa ban figuras estiliza-das de seres so brenaturales de origen marino y terrestre.

En el interior, en la esquina sudeste se halló un cuarto cere-monial con figuras policromadas en su f achada principal. Se o b-serv a en él la representación en damero de un felino estilizado que muchos investigadores interpretan como el «Animal lu-nar», el «Animal f antástico» o el «Dragón Recua y», debido a que en la iconografía mochica aparece so bre la luna y asociado a las estrellas. Esa figura es una de las más importantes de la iconografía de las etapas iniciales, con frecuencia vinculada a las divinidades o al plano cosmológico.

Otra figura que aparece también en paneles cuadrados enf orma de damero es la de un ser antropomorf o con rasgos feli-nos. Ese persona je representaría una deidad perteneciente almundo de los muertos; su culto se ha bría arraigado en la épo-ca Mochica Temprano, sin lugar a dudas, durante la vida y des-pués de la muerte de la señora de Cao.

El muro lateral este del recinto exhibe representaciones depeces dispuestos en dirección vertical, unos orientados hacia arriba y otros hacia a ba jo. El muro norte, con aca bado almena-do, presenta dos felinos enfrentados separados por un triángu-lo hueco. El muro oeste fue destruido a lo largo del tiempo. Enel recinto se descubrió la tumba de la señora de Cao.

En 2005, las exca v aciones sacaron a la luz una v asija de ce-

rámica de pasta fina en f orma de lechuza y una gran f osa. Enuno de los lados de la f osa se hallaron restos incinerados de o b- jetos diversos: o villos de hilos de color enrollados en husos demadera, restos de tejidos quemados, agujas de co bre, excremen-tos de roedor, huesos de pescado, una pequeña figura de made-ra en f orma de mono y fragmentos de cerámica. Se trata ba sinduda de un espacio funerario.

Las exca v aciones sistemáticas revelaron dos cubiertas decaña bra v a (una herbácea de grandes dimensiones) unidas en-tre sí mediante cuerdecillas de junco, que seguramente se ha-

brían utilizado durante el entierro de la señora de Cao. En la f osa se descubrió el f ardo que contenía el cuerpo de la difunta.Este presenta ba un extraordinario estado de conserv ación, si seconsidera la antigüedad del hallazgo y el clima de la costa nor-

te de Perú. No ha bía sufrido el efecto de la humedad de la llu-

via

o

de la

s infi

ltra

cio

nes, ni deo

tra

f o

rma

dea

gresión externa

, y a que se halla ba enterrada a diez metros de profundidad res-pecto a la superficie actual, en el centro de la pirámide.

Al sur del f ardo, se halló un conjunto de v asijas de cerá-mica, de entre las que destaca ban la figura de un dignatario moche sentado con las piernas flexionadas, con un tocado a modo de sombrero y una v asija de caolín (arcilla blanca) querepresenta ba un curandero. Nos llamó especialmente la aten-ción el hallazgo de los restos de una mujer estrangulada conuna soguilla de fi bra vegetal, recostada a un lado del f ardo.No resulta extraño encontrar, en las tumbas de la élite mochi-ca, restos de personas que han sido sacrificadas para la oca-sión, como en la tumba del señor de Sipán, otro dignatario deesa cultura.

LA TUMBA DE LA REINA

Al sur de la f osa de la señora de Cao se identificó la osamenta de un adolescente en posición fetal que desgraciadamente fuedañada siglos atrás cuando se lev antó el recinto de la dignata-ria. Teniendo en cuenta la ubicación del esqueleto y la ausen-cia de ofrendas que le acompañaran, debía de tratarse del guar-dián de la dignataria (muy parecido al guarda hallado en la tumba del señor de Sipán).

Dentro de f osas alineadas se hallaron otros tres individuos,dos de los cuales presenta ban un buen estado de conserv ación.El persona je más importante, de sexo masculino, correspondía al de la f osa central. A sus pies se descubrieron los restos de una

adolescente estrangulada con soguilla de enea, acompañadosde v asijas de cerámica que representa ban una persona sentada con las manos so bre las rodillas, en postura de adoración.

Otro de los individuos, cerca del muro oeste y en buen es-tado, presenta ba un lazo de estrangulación alrededor del cue-llo. Esta ba acompañado por v asijas de cerámica decorada conpeces, a semejanza de los dibujos murales. Por último, el ter-cer individuo, situado hacia el oeste, se halla ba deteriorado porcarecer de un tratamiento especial en su tumba. Correspondía a una persona que ha bría llev ado como ofrenda un mate (fru-to de una planta de la f amilia de las Cucurbitáceas) pirogra ba-do. Pensamos que esos tres persona jes poseían una relación deparentesco directo con la señora de Cao, hecho que se compro-

bará con futuros análisis de ADN.

Sobre una pared del recinto ceremonial, en paneles en orma de damero (a), está representado un personaje antropomoro con ras-

gos elinos. Se presenta de rente, acompañado de dos cóndores en las manos y de serpientes que fanquean el cuerpo (b). Un oleaje

en orma de cresta ornamenta la cabeza, sin duda para representar el cabello. Se distinguen ranjas, peces o guras geométricas. La

vestimenta y los colores dieren de un dibujo a otro. Este ser simbolizaría una divinidad perteneciente al mundo de los muertos de la

cultura mochica.

a b




La apertura del f ardo funerario estuv o en manos de la ar-queóloga y especialista textil Ara bel Fernández López y el an-tropólogo John Verano, de la Universidad de Tulane, en Nuev a Orleans.

Tras la limpieza superficial del f ardo, se procedió a la toma deplacas radiográficas, lo que permitió identificar en el interior dosporras, platos, pequeñas placas cuadradas de metal, v arillas del-gadas con ca bezas de a ve y numerosas jo y as junto a la ca beza dela dama. El f ardo comprendía además 20 env olturas de tejido.

Procedimos a retirar la primera capa que env olvía todo elf ardo; presenta ba la figura de un rostro bordado, cosido conpuntadas en zigzag. Llamó nuestra atención la distorsión del

o jo izquierdo de la figura bordada, atributo que tienen tambiénlos frisos del decapitador de la Huaca de la Luna en Moche, di-

vinidad importante de la cultura mochica que practica ba sacri-ficios humanos para, según parece, apaciguar el furor de las di-

vinidades y reafirmar la posición de la élite dirigente.La sexta capa comprendía seis niveles de paños cuadrados

so bre los que se ha bía cosido placas metálicas de co bre dorado.Estas presenta ban huellas de chorreras de algún líquido que seha bría derramado durante el rito de la preparación del f ardo de la dignataria.

A continuación, se identificaron dos porras laterales y cua-tro coronas y diademas cerca de la ca beza. La séptima capa consistía en un manto de tela llana que env olvía el f ardo; de

modo sorprendente, presenta ba un nuev o rostro bordado, se-mejante al de un mono, pero embadurnado con más cina brio (sulf ato de mercurio, de color ro jo, con un gran v alor simbóli-co desde épocas muy antiguas de la cultura peruana) que el pri-mer rostro bordado. Asimismo, el segundo rostro llev a ba ani-llos en las orejas y pequeñas placas doradas repujadas con la figura de un felino.

VESTIMENTA EN BUEN ESTADO DE CONSERVACIÓN

Antes de llegar al cuerpo, se identificaron cuatro vestidos con-feccionados con algodón. Dos de ellos se halla ban en buen es-tado, con diseños pintados de v olutas y otros dibujos de peces

bordados. Era la primera vez que se descubrían vestidos casi in-alterados de un persona je tan importante.

Deba jo de los vestidos, apareció una capa de algodón blan-co, lista para la confección. Además, en diferentes capas del f ar-do aparecieron agujas, copos de algodón y husos de madera.Esas materias primas e instrumentos debieron servir para la producción textil; pensamos que se trataría de una de las ocu-paciones principales de la so berana. En las dos últimas capas(la 19a y la 20a), se encontraron insectos, pero estos no ha bíandañado el cuerpo.

El rostro de la dignataria esta ba cubierto por un plato hondo de co bre dorado que contenía en su interior residuos de cina brio,sustancia con la que sin duda se untaría el cuerpo. Cinco capasde tejido comprimidas seadherían al cuerpo de la dama. Nos sor-

prendió descubrir una serie de ornamentos pegados a los tejidos,so bre todo narigueras (jo y as para adornar la nariz o la boca).

La señora de Cao reposa ba so bre la espalda con los brazosextendidos junto al cuerpo y presenta ba la piel conserv ada. Lle-

v a ba puestas sus jo y as personales, en concreto, alrededor delcuello y en las orejas.

Entre las representaciones de los ornamentos, se o bserv ancautiv os desnudos con una soga alrededor del cuello, la figura del decapitador, animales lunares, alacranes con serpientes bi-céf alas, pelícanos, langostinos, arañas, cóndores con la divini-dad, etcétera. Cada nariguera tiene una simbología distinta, lo que indica que la go bernanta las utiliza ba en cada una de suspresentaciones públicas o ceremoniales.

Admira blemente, la difunta conserv a ba el ca bello largo, conun flequillo corto en la frente. Su piel presenta ba tatua jes en losantebrazos, en las manos y en los pies. Las figuras tatuadas re-presentan serpientes, arañas, peces y diseños geométricos a bs-tractos. Pro ba blemente su cuerpo fue limpiado con agua de marantes de ser untado con cina brio, un conserv ante eficaz que sinduda evitó el ataque de los insectos.

Las figuras pintadas en el cuerpo indican el enorme poderque poseía la so berana. Los tatua jes en el antebrazo tienen unalto contenido simbólico: las representaciones de arañas seaso-cian a la inv ocación de las lluvias; las de serpientes, a la fertili-dad de la tierra. Sin duda se le atribuían a la dama poderes so-

brenaturales que le permitían predecir los cambios climáticoso las bondades o fracasos de la agricultura.

Objetos de cerámica hallados en la tumba, al lado del ardo que contenía el cuerpo de la señora de Cao. Uno de ellos representa un dig-

natario sentado con las piernas cruzadas y un tocado a modo de sombrero (a); otro, en caolín (arcilla blanca), representa un curandero

(b). Se cree que el menor que lo acompaña es la señora de Cao, a quien el pueblo mochica atribuiría poderes de curandera.

a b




E L F A R D O F UN E R A R I O

a

f

b d

e

c

Una momia con múltiples capasy en perfecto estado de conservación

En la mayor fosa del recinto principal, los

arqueólogos descubrieron el fardo (a) que

contenía el cuerpo de la señora de Cao. Elfardo, de 181 centímetros de largo, 75 cen-

tímetros de ancho y 42 centímetros de alto,

reposaba sobre troncos de algarrobo y se

hallaba cubierto de una capa de fibras

vegetales; su peso superaba los 100 kilo-

gramos. Alrededor del fardo, se hallaron

diversos objetos calcinados y los restos de

una adolescente sacrificada.

El fardo constaba de 20 capas de tela.

La primera presentaba la figura de un ros-

tro bordado. La segunda era un manto de

algodón de más de tres metros de longitud,

con bordes decorados en tapiz. La tercera,

una tela llana de algodón que daba 48 vuel-

tas alrededor del cuerpo. Las dos siguien-

tes capas estaban formadas por bandas que

envolvían el cuerpo en 13 y 41 vueltas, res-

pectivamente. La sexta capa, comprendía

seis niveles de paños cuadrados con placas

metálicas de cobre dorado cocidas (b).La séptima capa era un manto de tela

llana que envolvía el fardo; presentaba un

nuevo rostro bordado, al parecer, de un

mono. Desde la 8a capa hasta la 16a, se

encontraron bandas y paños en cada uno

de los niveles. El nivel 17o contenía cuatro

vestidos, dos de ellos en buen estado de

conservación, con dibujos pintados de volu-

tas o bordados de peces. Debajo de los ves-

tidos apareció una capa de algodón blanco,

lista para ser utilizada en confección.

La capa 18a correspondía a un manto

de tela muy fina que contenía siete agujas,

seis de oro y una de cobre. Asimismo, for-

maron parte del inventario 13 copos de

algodón y 64 husos de madera. La capa 19a

era un manto de gasa donde se hallaron

insectos que, afortunadamente, no estro-

pearon el cuerpo. La capa 20a estaba cons-

tituida por un manto con 31 placas de cobredorado enlazadas con cintas.

El rostro de la señora de Cao se hallaba

cubierto por un plato hondo de cobre

dorado que contenía cinabrio (c) sustancia

con que se untó el cuerpo para asegurar la

conservación. El cuerpo poseía varios orna-

mentos adheridos a los tejidos, como colla-

res y narigueras.

La piel había perdurado y presentaba

tatuajes en forma de arañas y serpientes

(d y e). El cuerpo conservaba el cabello,

largo y con un flequillo en la frente (f ). Los

tatuajes y los objetos que acompañaban a

la difunta indicaban que se trataba de un

personaje importante en la cultura mo-

chica a quien se le atribuían poderes de

curandera.





The preceramic excavations at the Huaca Pr ieta Chicama valley, Peru. Junius B. Bird y JohnHyslop en Anthropological Papers of the American Museum of Natural History New York, vol. 62,parte 1, 1985.Iconografía mochica. Anne Marie Hocquenghem. Fondo Editorial de la Pontificia Universi-dad Católica del Perú; Lima, 1987.El templo mochica: rituales y ceremonias. Santiago Uceda en Los Dioses del Antiguo Perú,págs. 91-101. Colección Artes y Tesoros del Perú, Banco de Crédito del Perú; Lima, 20 00.Los mayas y los mochicas: expresiones en el arte. Elizabeth P. Benson en Acercarse y Mirar,Homenaje a Beatriz de la Fuente: 283-296. Universidad Autónoma de México, Instituto de Inves-tigaciones Estéticas; México, 2004.

Según Verano, la distensión del vientre hace pensar que sumuerte se produjo después de un parto. Su cuerpo presenta ba ciertas anomalías, incluso se identificó un a bsceso en una mue-la del juicio. Se sa be que algunas po blaciones mochicas sufríandiversas patologías dentarias, aunque por lo general goza bande buena salud. Debió de f allecer entre los 20 y los 25 años deedad. Mediría 148 centímetros de estatura, la talla media de lasmujeres mochicas.

MUJER DE PODER, CURANDERA Y MADRELos testimonios de su envestidura, así como los emblemas depoder, hacen a la señora Cao compara ble con un persona je im-portante del tema iconográfico conocido como «La ceremonia del sacrificio». Ese tema se considera fundamental en la reli-gión mochica, y a que los sacrificios humanos f orma ban partede las prácticas funerarias de esa cultura.

En suma, la señora de Cao fue una go bernante que ostentóel poder a bsoluto en el v alle de Chicama, que además poseía po-deres extraordinarios como sanadora. La tumba real de estamu-

jer influyente de la civilización mochica representa un hito enla historia de la arqueología peruana. Abre un nuev o capítulo de discusión so bre la función que desempeña ba lamujer en épo-

cas precolombinas. No ca be duda de que este hallazgo contex-tual constituye, hasta el momento, una prueba sin precedentesdel importante rol de la mujer en un templo mochica.

Numerosas joyas decoraban el cuerpo de la señora de Cao: 15 co-

llares de oro, cobre y piedras preciosas y semipreciosas, sartas dependientes de cobre con incrustaciones de turquesa, 44 narigueras

en oro y plata, dos de las cuales se encontraron dentro de la boca.

Esta pequeña estatua de madera, cubierta de adornos de cobre,

representa un sacerdote guerrero que debió de pertenecer a la

corte de la dignataria.



Ya disponible el n.o 48

Revista de psicología y neurociencias

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La serpiente tentaculada es unofidio pequeño y acuático quehabita en el sudeste asiático;recibe este nombre por los apén-dices distintivos que sobresalen

de los lados de su hocico.La finalidad de esos tentáculosrepresentaba un misterio desdehacía tiempo. El autor se dispusoa comprobar su función.Mientras investigaba, descubrióque la serpiente poseía un ar-senal de estrategias de cazaextraordinariamente avanzadas,que utilizaba de modo innato.Constituía un ejemplo extremode la supremacía de la herenciasobre el ambiente en el compor-tamiento animal.





ETOLOGÍA

Un depredador natoLetal desde el primer día, la serpiente tentaculada emplea tácticastaimadas para capturar peces

L

o a o o o ooo trogran cerebro y conductas complejas. Pero si ha y algo que he aprendido como biólogo es que nunca ha y que subestimar las capacidades animales, con-

sideradas por muchos primitiv as y simples. Los ma-míferos suelen enseñarme esta lección. Pero recientemente, la complejidad de los comportamientos que observé en un reptil,la serpiente tentaculada, me dejaron boquia bierto.

La serpiente tentaculada, Erpeton tentaculatus , es un ofidioacuático originario de Tailandia, Camboy a y Vietnam del Sur.De tamaño reducido (los adultos miden unos sesenta centíme-tros de longitud), pare crías viv as y se alimenta exclusiv amen-te de peces. El nombre del animal hace referencia a su rasgomás distintivo: el par de tentáculos que surgen de los lados delhocico. Me interesé por primera vez por estos animales hace undecenio, en una nostálgica visita al Zoológico Nacional de W a-shington, D.C., donde ha bía tra ba jado algunos veranos cuando

era estudiante universitario. Mientras pasea ba por la casa delos reptiles descubrí un acuario repleto de vegetación en el queuna serpiente tentaculada aguarda ba al acecho. Colga ba inmó-

vil en el agua, intentando hacerse pasar por una ramita. Su cuer-po se halla ba curv ado en la característica forma de J que lasserpientes adoptan al cazar.

Mientras observ a ba al animal, me pregunta ba sobre la fina-lidad de sus tentáculos. Ninguna otra serpiente dispone de ellos.Puesto que la especie se alimenta de peces, parecía razona blepensar que los tentáculos servirían como detectores de peces.Pero cuando volví a mi la boratorio de la Universidad V ander-

bilt y consulté la bibliografía, descubrí que, a pesar de existirdiversas teorías sobre la función de los tentáculos, además dela mía, nadie las ha bía demostrado de forma experimental. De

modo que me dispuse a resolver, de una vez por todas, el mis-terio de los extraños apéndices de la serpiente.

Mientras me esforza ba en a veriguar el verdadero propósitode los tentáculos, identifiqué otros aspectos que hicieron aumen-

tar mi interés por la especie. La serpiente tentaculada utiliza una serie de estrategias de ataque muy a v anzadas para captu-rar a sus presas. Incluso las crías poseen esas ha bilidades, unejemplo revelador en el que la naturaleza, y no el ambiente, mol-dea el comportamiento.

EN UN ABRIR Y CERRAR DE OJOS

Antes de comprobar la teoría de que los tentáculos funcionancomo detectores de peces debía observ ar con atención los hábi-tos de caza de la serpiente, lo que resulta más difícil de lo quepudiera parecer. Las serpientes tentaculadas atacan con una ve-locidad increíble, y los peces son igualmente rápidos. Toda la contienda entre serpiente y pez se desarrolla en unos 40 mili-

segundos, es decir, 1/25 de segundo. Para distinguir el procesoregistré numerosos ataques de v arias serpientes con una cáma-ra de alta velocidad que dispara ba entre 500 y 2000 imágenespor segundo, y después reproduje el vídeo a movimiento lento.Mientras observ a ba los ataques, advertí algo muy extraño: lospeces parecían suicidas.

En muchos casos, los peces se desvia ban hacia las mandíbu-las de la serpiente que se acerca ba, y a veces se dirigían directa-mente a su boca. La conducta de los peces carecía de sentido. De-

bido a que constituyen la dieta principal de numerosos depreda-dores, se han convertido en fugitivos expertos: han desarrolladocircuitos neurales rápidos y comportamientos igualmente céle-res para sentir y ev adir a los enemigos. Cuando detectan los so-nidos y el movimiento del agua generados por un depredador,

Kenneth C. Catania

Kenneth C. Catania es profesor de biologíaen la Universidad Vanderbilt. Centra susinvestigaciones en la neurobiología comparada,con énfasis en los sistemas sensoriales animales.


K E N N E T H C .

C A T A N I A




P A T R I C I A J . W Y N N E

pueden iniciar la huida en solo seis o siete milisegundos, me-nos de 1/150 de segundo. Esta reacción de escape, denominada salida en C porque empieza con un pandeo del cuerpo del pezen forma de C, pretende impulsar al pez lejos del depredador.¿Por qué razón, pues, se dirigían los peces hacia la boca de la serpiente tentaculada?

Descubrí que esa conducta guarda ba relación con la insóli-ta postura de caza en J de las serpientes, que representa una

suerte de trampa. Los reptiles se a balanzan sobre los peces quehan penetrado en el área cónca v a de la región en forma de Jformada por su ca beza y la parte anterior del cuerpo. El examendetenido del vídeo en movimiento lento reveló que, justo antesde atacar, la serpiente movía una parte de su cuerpo en el ladodel pez más alejado de la ca beza del reptil, lo que asusta ba alpez y lo hacía dirigirse hacia la boca a bierta del depredador.Cuando filmé las acometidas a 2000 imágenes por segundo y registré a la vez los sonidos en el acuario con un micrófono suba-cuático, determiné que el movimiento del cuerpo de la serpien-te justo antes del ataque crea ba una onda de presión que se pro-paga ba con la suficiente fuerza para asustar a un pez.

La estrategia de fintar de la serpiente es particularmente in-

sidiosa

, porque sea

provecha

de los circuitos neura

les que sue-len operar en f a vor del pez. Los peces poseen un par de célulasgigantes, las neuronas de Mauthner, una a cada lado del cere-

bro. Las prolongaciones neuronales que transmiten señales, losaxones, se extienden hacia el lado opuesto del cuerpo. Una carrera entre estas dos neuronas de conducción rápida determi-na la dirección de la huida. La primera en reaccionar marca elcamino. Así, cuando un sonido se origina en el lado izquierdo,los oídos excitan primero la neurona de Mauthner izquierda, quea su vez transmite una señal a lo largo de su axón y estimula neuronas motrices del lado derecho del cuerpo, lo que causa una contracción muscular generalizada que hace girar al pez a la de-recha. Al mismo tiempo, ciertas neuronas inhibidoras que cru-zan de nuevo a la parte izquierda del cuerpo impiden que los

músculos de ese lado se contraigan, lo que asegura que nada in-terfiera con el giro hacia la derecha. El resultado es una huida increíblemente rápida... amenos que el pez nade demasiado cer-ca de una serpiente tentaculada. En tal caso, la finta de la ser-piente suele desencadenar una cascada de acontecimientosneurales que provocan un giro en la dirección equivocada. Y, des-graciadamente para el pez, la activ ación simultánea del circuitoinhibidor, que por lo general funciona como un seguro, signifi-ca que no ha y vuelta atrás.

El asombroso truco de la serpiente explica algunas observ a-ciones previas intrigantes. En 1999, John C. Murphy, del MuseoField de HistoriaNatural, de Chicago, informó que los peces eraningeridos en pocos momentos. A veces desaparecían por comple-

to durante la acometida de la serpiente, captada en una imagende su vídeo de 30 imágenes por segundo, una acción mucho másrápida de lo esperado. Mis vídeos de alta velocidad revelan queincluso cuando los peces no nadan directamente hacia la boca dela serpiente, el giro que realizan hacia ella a yuda al reptil a cap-turarlos por la ca beza, la manera más rápida que tiene una ser-piente para tragarse un pez. Esta ingestión instantánea no solopermite a la serpiente comer más a menudo, sino que tambiéna yuda a mantener velada su identidad de depredador (es difícilhacerse pasar por un palito inocuo si otros peces han visto devo-rar a un camarada). Además, las serpientes cuentan con sus pro-pios depredadores, que pueden verlas con ma yor f acilidad cuan-do se tragan un pez, de manera que una pitanza rápida reducelas proba bilidades de que el depredador se convierta en presa.

C O M P O R T A M I E N T O C O M P L E J O

Asustar y atacarCuando cazan, las serpientes tentaculadas curvan su cuerpo enforma de J, lo que crea una trampa para los peces confiados.Cuando un pez entra en el área cóncava formada por la cabeza

y la parte anterior del cuerpo, la serpiente mueve la parte desu cuerpo próxima a la cabeza del pez y se genera una onda

de presión que se propaga en el agua. La onda asusta al pez,que sale disparado en la dirección opuesta. Si el pez se hallaalineado en paralelo a las mandíbulas de la serpiente duranteesta finta, nadará hacia la boca abierta de la serpiente sin darsecuenta de ello. Sin embargo, si cuando se produce la finta el pez

ya se halla situado frente a la boca de la serpiente (dibujo), estapredecirá la ruta de huida del pez y, antes siquiera de que estese mueva, arremeterá en la posición futura de la cabeza del pezfugitivo, de manera que sus mandíbulas alcanzarán ese lugar en el momento en que lo hará el pez.

La estrategia de fintar de la ser-piente se aprovecha de los circuitosneuronales del pez que este suele utilizar para evitar la depredación.En respuesta a sonidos, dos grandes células denominadas neuronas deMauthner, una a cada lado del cerebro, transmiten señales a lo largode sus axones hacia el lado opuesto del cuerpo, donde provocan con-tracciones musculares que hacen que el pez gire hacia la izquierda o laderecha. Un sonido generado por un depredador en el lado izquierdoestimulará la neurona de Mauthner izquierda, cuyo axón cruza al ladoderecho del cuerpo y provoca una contracción muscular que hace desviar al animal hacia la derecha. Mientras tanto, ciertas neuronas inhibidorasevitan la contracción de los músculos del lado izquierdo, con lo que seasegura que se produzca el giro adecuado.

Estimulacióndel oído izquierdo

Oído

Neurona de Mauthner

Músculoizquierdo

en reposo

Contraccióndel músculo

derecho: el pezgira a laderecha

Axón




PREDECIR LOS ACONTECIMIENTOS

El psicólogo B. F. Skinner afirmó una vez: «Cuando halles algointeresante, deja todo lo demás y estúdialo». Con ese estado deánimo decidí a bandonar temporalmente el examen de los ten-táculos y concentrarme en el comportamiento depredador dela serpiente, hecho que me permitió revelar nuevos trucos en elrepertorio del reptil.

Aunque asustar a los peces para que cola boren en la arreme-

tida constituye una estrategia impresionante, esta solo funciona cuando el pez se sitúa en el «punto preciso» entre la ca beza y elcuello de la serpiente y en paralelo a sus mandíbulas. ¿Qué ocurrecuando el pez se orienta de otro modo? Debido a que la respues-ta de huida impele al pez hacia la izquierda o hacia la derecha,la serpiente no puede atraer a un pez hacia su boca si este y a sehalla en dicha dirección. En ese caso, emplea otra estrategia aúnmás extraordinaria: predice el comportamiento del pez. Prime-ro realiza una finta para asustar al pez y alejarlo de ella, y haceque adopte una ruta paralela a las mandíbulas de la serpiente.Después, antes incluso de que el pez se muev a, arremete contra la posición futura de la ca beza de este, de manera que sus man-díbulas alcanzan dicho punto en el momento justo en que llega

el ma

lha

da

do pez. Los sucesos se producen con dema

sia

da

ra

pi-dez para que la serpiente pueda utilizar la información visualpara calcular el movimiento de su presa durante el ataque: ha de planear la acción con anterioridad. En algunos experimentosse comprobó que el pez no se aleja ba del cuerpo al fintar —la táctica no es perfecta—, pero aun así la serpiente arremetió enla dirección en la que el pez debería ha berse movido si hubiera reaccionado de lamanera usual. Ese comportamiento confirma-

ba que la serpiente ataca ba sobre la base de una predicción, enlugar de seguir el movimiento del pez.

A veces las serpientes acometían a un pez sin ha ber conse-guido que adoptara una dirección determinada. Pero en su ma-

yor parte, aguarda ban pacientemente a que la presa entrara enla trampa formada por su cuerpo en forma de J. Para mi sorpre-

sa, observé nuevos tipos de arremetidas planeadas con esa pos-tura, que v aria ban en función de la posición del pez. En una v a-riante contorsionista, las serpientes dobla ban la ca beza ba jo elcuerpo para interceptar de frente a un pez que huía. Parece quelas serpientes tentaculadas disponen de una amplia gama deestrategias de ataque, de entre las que eligen según la situaciónque se presente. Las acometidas planeadas hacían formularseuna pregunta interesante. ¿Aprenden a lo largo de la vida lasserpientes tentaculadas a predecir los movimientos de un pezque sale en C, o bien nacen con esa capacidad? Tuve la suertede que v arias de nuestras serpientes se reprodujeran. Cuandosometimos a las crías a pruebas con peces vivos, arremetieronclaramente hacia la posición futura de los peces (cuando estos

se halla ban en la posición adecuada), lo que demostra ba que alnacer y a sa bían el modo en que se mueve un pez y la mejor ma-nera de atraparlo.

Al informar de nuestros hallazgos el año pasado en PLoS ONE ,observ amos que esa capacidad innata atestigua la larga historia evolutiv a de las serpientes tentaculadas depredadoras de peces,hecho relacionado con una de las cuestiones fundamentales dela biología, a sa ber, la importancia relativ a de la herencia y delambiente en el desarrollo del comportamiento. En las serpien-tes tentaculadas, el peso de la herencia es máximo, al menos enlo que se refiere a las arremetidas de las crías. La respuesta pre-

visible de los peces ante una perturbación súbita del agua pro-porcionó un marco para la evolución. Las serpientes adquirie-ron un comportamiento innato (las arremetidas planeadas) al

sacar partido de otra conducta también innata (la reacción dehuida de los peces).

El que los peces no ha y an desarrollado una contraestrategia sugiere que las serpientes tentaculadas actúan como «enemigosraros», según definió Stephen Ja y Gould, y a que se aprovechandel comportamiento normalmente adaptativo de otra especie.Los peces tienen muchos depredadores; lama yor parte del tiem-po su mejor respuesta ante una perturbación repentina del agua consiste en huir en la dirección contraria. Pero el pez infortuna-do se encuentra con esa serpiente, que lo engaña para que se di-rija hacia ella en lugar de adoptar la dirección opuesta.

VER EN LA OSCURIDAD

En cuanto a los tentáculos, junto con mis cola boradores DuncanB. Leitch y Danielle Gauthier, realizamos una serie de investiga-ciones para determinar su función. En 2010 publicamos los re-sultados en el Journal of Experimental Biology. Mediante el exa-men de la anatomía de las terminaciones nerviosas en losapéndices, sus respuestas a diversos estímulos y su trazado en elcerebro, demostramos que los tentáculos son órganos táctiles ex-cepcionalmente sensibles que perciben desplazamientos del agua generados por objetos que se mueven en las inmediaciones. Esdecir, los tentáculos funcionan como ca bría esperar de un órga-no detector de peces en un depredador que utiliza la embosca-da. También filmamos a serpientes ba jo iluminación infrarroja,que no pueden ver, y demostramos que caza ban peces sin usar

la vista. Aparentemente, los tentáculos permiten a las serpientesidentificar y capturar peces de noche o en aguas f angosas. Pro- vista de un detector de movimientos de primer orden y con la capacidad deasustar a su presa para llev arla a una muerte segu-ra, una serpiente tentaculada es la peor pesadilla de un pez.

K E N N E T H C .

C A T A N I A

Los tentáculos escamosos que se ven en esta micrografía elec-

trónica de barrido perciben el menor movimiento del agua, por lo

que constituyen un excelente detector de peces.


Tentacled snakes turn C-starts to their advantage and predict future prey behavior. Kenneth C. Catania en Proceedings of the National Academy of Sciences USA, vol. 106, n.o 27,págs. 1183-1187, 7 de Julio de 2009.Function of the appendages in tentacled snakes (Erpeton tentaculatus). K. C. Catania et al.en Journal of Experimental Biology , vol. 213, n.o 3, págs. 359-367, febrero de 2010.Born knowing: Tentacled snakes innately predict future prey behavior. Kenneth C. Cata-nia en PLoS ONE , vol. 5, n.o 6, e10953, 16 de junio de 2010.




T H O M A S M E G E A T H ,

U N I V E R S I D A D D E T O L E D O ( E E . U

U . ) /

N A S A / J P L - C A L T E

C H

A S T R O F Í S I C A

La formación

de estrellas masivasLas estrellas mucho mayores que el Sol desempeñan un papelfundamental en la génesis y evolución de las galaxias. Su nacimiento,sin embargo, se encuentra aún envuelto en numerosas incógnitas

¿

C

o — o — a a a a- siv as? Estos astros, cuy a masa puede exceder50 veces la del Sol y cuy as temperaturas supe-ran en ocasiones los 40.000 grados (la del Solno pasa de 6000), revisten suma importancia

en astrofísica. En ellas se sintetizan los elementos pesados, a partir de los cuales se forman los planetas y otros cuerpos ce-lestes. Además, inyectan energía en el medio interestelar pormedio de sus vientos estelares y a tra vés de las violentas explo-siones de supernov a que caracterizan el final de sus días, con loque contribuyen a regular la tasa de formación estelar en su en-torno. En definitiv a, son las estrellas masiv as quienes dominanla apariencia y evolución de las galaxias.

Pero, a pesar de su importancia, sus mecanismos de forma-ción han recibido muy poca atención a lo largo de la historia.Ello se debe a las grandes dificultades que suponen su observ a-ción y estudio. Por otra parte, la sola existencia de estrellas muy masiv as plantea una paradoja desde el punto de vista teórico:

en principio, parecería que tales estrellas no deberían existir enel firmamento. A pesar de que aún queda un largo camino porrecorrer, a lo largo de los últimos años se han efectuado a v an-

ces considera bles en nuestra comprensión de los fenómenos quedan origen a las estrellas masiv as. En particular, la detecciónde estructuras aplanadas en rotación y de material en colapsohacia estrellas masiv as jóvenes parece indicar que estas se for-marían por acreción no esférica, una propiedad que podría ex-

plicar la razón de ser de estos astros.

EL DESAFÍO OBSERVACIONAL

En general, el estudio de los procesos de formación estelar reviste grandes dificultades. Toda estrella nace a partir del colap-so de una gigantesca nube de gas y polvo, la cual oculta lo quesucede en su interior en un amplio interv alo de longitudes deonda. Además, las protoestrellas no emiten radiación en longi-tudes de onda visibles, por lo que no pueden observ arse con te-lescopios ópticos.

En el caso de las estrellas de gran masa, la situación se com-plica aún más. Estos astros se forman con suma rapidez, en unos10.000 o 100.000 años —un tiempo muy inferior a los 10 millo-

nes de años que requeriría una estrella como el Sol—, por lo queresulta difícil atraparlas en el momento de su gestación. Ade-más, las estrellas masiv as no a bundan en el firmamento: por

Las estrellas masivas desempeñanpapeles centrales en astrofísica: sinte-tizan los elementos pesados, inyectanenergía en el medio interestelar y con-tribuyen a regular la tasa de formac iónestelar. Sin embargo, es muy poco loque se conoce sobre su gestación.

Esas estrellas plantean una curiosaparadoja: todo apunta a que su igni-ción tiene lugar antes de que hayanagregado su masa final. Una vez en-cendidas, la radiación debería disper-sar el gas y polvo circundantes, lo queles impediría seguir creciendo.

Se desconoce el modo en que conti-núan acumulando masa tras la igni-ción. Se ha propuesto que nacerían apartir de la fusión de estrellas meno-res, pero ello requiere que se formenen cúmulos estelares con densidadesmayores a las que se han observado.

Investigaciones recientes han demos-trado que algunas estrellas acretan elmaterial a través de estructuras discoi-dales. Estas disminuyen la presión deradiación sobre el material en colapso,lo que permite la acreción ulterior demasa.


María Teresa Beltrán

María Teresa Beltrán es doctora en astrofísica por la Universidadde Barcelona. Desde 2009 trabaja en el Observatorio Astrofísico deArcetri, en Florencia, como investigadora del Instituto Nacional deAstrofísica italiano. Su investigación se centra en las primeras fasesde los procesos de gestación estelar, donde destaca por sus trabajossobre la formación de estrellas masivas.




La nebulosa de Orión: Esta imagen en el inrarrojo, tomada con

el telescopio espacial Spitzer, muestra la región de ormación de

estrellas masivas más próxima a la Tierra. La nebulosa, que dis-

ta unos 1500 años luz, contiene unas 1000 estrellas jóvenes (cen-

tro), las cuales iluminan la nube de gas y polvo que las rodea

(rojizo). Sus potentes vientos estelares han barrido parte de la

nube y han abierto en ella una cavidad (región inferior derecha).




M A R Í A T E R E S A B E L T R Á N Y L U C A C A R B O N A R O

cada estrella de diez masas solares nacen unas 100 estrellas del

tamaño del Sol. Ello las convierte en objetos raros y muy dis-persos que, en particular, no a bundan en nuestra vecindad es-telar. Orión, la región de formación estelar masiv a más cercana a nosotros, se encuentra a la nada desprecia ble distancia deunos 1500 años luz.

Otro de los problemas observ acionales que comporta el es-tudio de las estrellas masiv as se debe a que no nacen aisladas,sino en el seno de cúmulos estelares, por lo que el gas, el polvo

y las estrellas circundantes generan una gran contaminación vi-sual. Por último, dado que las estrellas de gran tamaño se ori-ginan a partir de enormes nubes de gas y polvo, las reaccionesde fusión termonuclear que inflaman el astro comienzan cuan-do este aún se halla inmerso en las profundidades de su nubeprogenitora. Ello impide observ ar sus primeros estadios, tanto

en el visible como en el infrarrojo cercano. Se requieren obser-

v aciones de muy alta resolución angular y en longitudes de onda de radio, milimétricas y en el infrarrojo lejano para escudriñarel interior de esas nubes. Solo así resulta posible conocer lascondiciones iniciales y los mecanismos involucrados en su pro-ceso de formación.

Pero no todo son dificultades. Una venta ja obvia de las es-trellas masiv as reside en su gran luminosidad. Las estrellas ma-siv as en proceso de formación se encuentran a temperaturasmuy elev adas, superiores a los 10.000 grados, y emiten radia-ción ultra violeta con energía suficiente como para ionizar elhidrógeno circundante. Esas nubes de hidrógeno ionizado, de-nominadas regiones H , emiten con gran intensidad en unamplio interv alo de longitudes de onda, desde el ultra violeta hasta el radio.

E S T R E L L A S D E M A S A B A J A

De nubes de gas a bolas de fuegoEl proceso de formación de las estrellas de masa baja (hasta ocho masas solares) se conoce con cierto detalle. Se resume en cinco

etapas que comienzan con el colapso gravitatorio de una nube de gas y polvo. La génesis de estrellas masivas, en cambio, sigue

planteando incógnitas.

NUBE DE GAS Y POLVO

Protoestrella

Disco circunestelar

Flujo molecular La nube se hallainicialmente en equilibriohidrostático, en lentarotación y soportadapor campos magnéticos.

1 Cuando es alcanzada poruna perturbación, la nubecomienza a colapsar bajosu propio peso.t = 0

3 Con el paso del tiempo, seensancha la cavidad abierta

por el flujo. Cada vez quedarámenos material por acretar.

t = 100.000 años

4 Finalmente, el flujo dispersalos restos de la nube. El sistemaformado por la protoestrella y el disco se hace visible.t = 1-10 millones de años

5 El material del disco acabará por incorporarseal objeto estelar joven o formará planetas a sualrededor. La estrella en formación continuarácontrayéndose hasta que se alcancen lascondiciones de temperatura y densidad

necesarias para que comiencen las reaccionestermonucleares de fusión del hidrógeno. Habránacido entonces una estrella.t > 10 millones de años

2 Se forma en el centro una protoestrella, que continúaacretando el material de la nube a través de un discocircunestelar, también en rotación. Por conservación

del momento angular, parte del material se expulsahacia el exterior en forma de flujos de gas a lo largo del

eje de rotación del sistema.t ≤ 10.000 años




K R I S D A V I D S O N ,

U N I V E R S I D A D D E M I N N E S O T A / J O N M O R S E ,

U N I V E R S I D A D D E C O L O R A D O / N A S A

Además, en las zonas de formación de estrellas masiv as exis-te una gran v ariedad de elementos químicos. En los denomina-dos núcleos calientes, que son regiones caracterizadas por tem-peraturas superiores a los 100 grados Kelvin (la temperatura dela nube es de unos 10 grados Kelvin) y que emiten en multitudde líneas moleculares, a bundan las moléculas hidrogenadas,como el amoníaco y el sulfuro de hidrógeno; el deuterio; los óxi-dos de silicio, azufre y nitrógeno; el monóxido de carbono, gran

v ariedad de moléculas orgánicas, como metanol, etanol, formia-to de metilo o ácido fórmico, y moléculas prebióticas, como elglicoaldehído. Semejante v ariedad permite estimar y estudiarlos parámetros físicos de estas regiones, como su temperatura,densidad y masa. Además, con a yuda de las líneas espectralespuede estudiarse la cinemática de los objetos estelares más jó-

venes. Como veremos, en algunos casos resulta posible distin-guir movimientos de rotación, de colapso, o de expulsión delmaterial.

ASÍ NACE UNA ESTRELLA

En el caso de las estrellas de masa ba ja, el proceso de gesta-ción se conoce con relativo detalle. Todo comienza con el co-

la

pso gra

vita

torio de una

nube de ga

s y polvo. Según la

teoría

vigente, formulada en los años setenta y ochenta del siglo pa-sado y corroborada por un gran número de observ aciones,esas nubes se encuentran inicialmente en un estado de equi-librio hidrostático, caracterizado por una rotación lenta y so-portadas por campos magnéticos. No obstante, ese equilibrioes inesta ble: una vez alcanzada por una perturbación que sepropague por el medio interestelar (una onda de choque, tur-

bulencias del medio o la influencia de estrellas recién forma-das), la nube se precipitará sobre sí misma por efecto de supropio peso.

El colapso comienza en el interior de la nube, la región dema yor densidad, y se propaga hacia el exterior a la velocidaddel sonido. Primero cae el material que puebla las capas más

internas y, de manera sucesiv a, el de las capas superiores. En elcentro se forma con rapidez un embrión estelar hidrostático,denominado protoestrella, que crece a medida que acreta el gas

y polvo circundantes. Dado que la nube original se halla en ro-tación, la materia se precipita en espiral hacia el interior y for-ma un disco circunestelar. Al tiempo que la protoestrella incor-pora el material del disco, por conserv ación del momento an-gular se genera un potente viento estelar a lo largo del eje derotación del sistema (la dirección perpendicular al disco). Asíse expulsa parte del material circunestelar en forma de chorroso flujos moleculares, los cuales suelen ser muy energéticos, co-limados y, a menudo, bipolares. Esos chorros a bren una ca vi-dad en la envoltura que rodea a la protoestrella y el disco. Con

el tiempo, el ángulo de a bertura de la ca vidad se ensancha, elflujo molecular barre todo el material circundante y el sistema central formado por la protoestrella y el disco queda al descu-

bierto. Los objetos estelares visibles más jóvenes se conocen ba jo el nombre de estrellas T Tauri.

En una etapa posterior el disco desaparece, y a sea porque la materia que contiene se incorpora a la protoestrella, forma unsistema planetario o porque aca ba dispersándose. Después, la protoestrella se contrae aún más. Su temperatura y densidadaumentan y, en cierto momento, se alcanzan las condicionesnecesarias para que se desencadenen las reacciones de fusióntermonuclear del hidrógeno que encienden la estrella. En esemomento, el objeto ha entrado en la f ase conocida como «se-cuencia principal de edad cero».

LA PARADOJA DE LAS ESTRELLAS MASIVASTodo lo anterior sucede de la manera descrita cuando se trata de estrellas de masa ba ja, como el Sol. En el caso de astros mu-cho ma yores, sin embargo, los mecanismos de gestación no re-sultan tan evidentes. La ma yor incógnita procede del hecho deque las estrellas masiv as alcanzan la secuencia principal de edadcero cuando aún se encuentran inmersas en la nube progenito-ra de gas y polvo.

Para entenderlo, notemos primero que en el proceso anteriorintervienen dos escalas de tiempo: el tiempo de acreción, que esel que la protoestrella tarda en incorporar en su seno el materialcircundante, y el tiempo de contracción, que es el que necesita para contraerse y alcanzar la temperatura a la que da comienzo

la ignición. Ambas escalas dependen de manera distinta de la masa del objeto central, por lo que, dependiendo del v alor de di-cha masa, una escala de tiempo predominará sobre la otra.

En concreto, los cálculos indican que ambos tiempos coin-ciden cuando la masa del objeto asciende a ocho masas solares.Para estrellas menores, el tiempo de acreción resulta inferior alde contracción. Por ello, cuando la protoestrella y a ha acretadotodo el material circunestelar y ha alcanzado su masa final, con-tinúa contra yéndose y calentándose, y solo después comienza la ignición del hidrógeno. Sin embargo, cuando la nube proge-nitora es mucho ma yor, la protoestrella crecerá hasta acumularuna masa igual a ocho veces la del Sol. Dado que a partir de esa masa crítica el tiempo de contracción resulta inferior al deacre-ción, el astro colapsará con rapidez y comenzará a quemar hi-

Más de 100 masas solares: El telescopio espacial Hubble captó

esta impresionante imagen en la que se aprecia cómo la estrella

supermasiva Eta Carinae (centro), sita a 7500 años luz de distan-

cia, expulsa nubes de gas y polvo. Con una masa estimada de en-

tre 100 y 150 masas solares, se trata de una de las mayores estre-

llas conocidas. Su luminosidad es unos cuatro millones de veces

superior a la del Sol.




drógeno cuando aún se halla rodeado por los restos de la nube.El problema reside en que, una vez que ha comenzado la ig-nición, el potente viento estelar y la enorme cantidad de radia-ción de alta energía emitida por la estrella recién nacida debe-rían dispersar el material circundante. En principio, la estrella

y a no podría crecer más.De todo lo anterior se deriv a una curiosa paradoja: las estre-

llas con una masa superior a ocho masas solares no deberían

existir en el firmamento. No obstante, basta con mirar a Rigel,Spica, Alnitak, o Eta Carinae (esta última con una masa estima-da de entre 100 y 150 veces la del Sol) para convencernos de locontrario. Hemos de concluir, por tanto, que la teoría de forma-ción estelar que hemos esbozado aquí no puede extrapolarsecon f acilidad al caso de las estrellas masiv as.

Uno de los modelos que evitaría el problema anterior sería el de coalescencia o fusión estelar. Según dicha propuesta, el co-lapso de las nubes solo daría lugar a estrellas menores. Las es-trellas masiv as, por su parte, no se formarían de manera aisla-

da, sino en cúmulos estelares compuestos por numerosas estre-llas de masa ba ja. Estas, al chocar, se fusionarían y aca baríanpor originar estrellas de tamaños ma yores. De hecho, las obser-

v aciones de alta resolución angular sugieren que las estrellasmasiv as nacen en cúmulos. El problema con este modelo resi-de en que requiere densidades estelares muy elev adas, del or-den de 106 estrellas por pársec cúbico (un pársec equiv ale a unos3,3 años luz); un v alor mucho ma yor que el observ ado, por ejem-

plo, en la región de Orión, que no supera las 104 estrellas porpársec cúbico. (En comparación, la densidad media de estrellasen la Vía Láctea es de una estrella por pársec cúbico.)

No obstante, existen propuestas para explicar la formación deestrellas masiv as sin recurrir a la fusión de astros de menor ta-maño. Durante el proceso de acreción de masa hacia la estrella,el obstáculo principal para una acumulación ulterior de materialmás allá del límite de las ocho masas solares proviene de la pre-sión de radiación que la estrella recién inflamada ejerce sobre la nube circundante. Sin embargo, el astro podría continuar agre-

M A R Í A T E R E S A B E L T R Á N Y L U C A C A R B O N A R O

ESTRE LLAS MASIVAS

¿Coalescencia o acreción no esférica?Las estrellas con masas superiores a las ocho masas solares plantean una curiosa paradoja. Dado que han de formarse a partir de

gigantescas nubes de gas y polvo, la ignición del hidrógeno comienza antes de que el astro haya acretado toda su masa final. Pero,

una vez la estrella ha comenzado a radiar, los vientos estelares y la presión de radiación deberían dispersar los restos de la nube cir-

cundante, por lo que, en principio, el objeto no podría agregar más masa. Sin embargo, es un hecho que las estrellas masivas exis-

ten en el firmamento. Para explicarlo se han propuesto varios modelos.

Modelo de coalescencia

Varias estrellas menores pertenecientes a un cúmulo denso se fusionan para dar lugar a una estrella masiva.Su principal problema reside en que requiere densidades estelares superiores a las observadas.

Modelos de acreción no esféricaLas estrellas masivas se formarían gracias a la acreción de material a través de estructuras discoidales circunestelares. Al igual que sucede en laformación de estrellas de masa baja, la conservación del momento angular provocaría la aparición de flujos de expulsión de material a lo largo del eje derotación del sistema. Dichos flujos excavarían una abertura en la nube por la que escaparía una fracción significativa de los fotones estelares. Elloreduciría la presión de radiación en la región ecuatorial de la estrella y facilitaría la agregación del material en colapso.




gando material si, de algún modo, la atracción gra vitatoria fuese ma yor quela presión de radiación. Para que elloocurra, una posibilidad consistiría en al-gún mecanismo que acelerase el proce-so de agregación de material; otra, en la formación de estructuras que amorti-

gua

sen el efecto de la

luminosida

d delastro sobre la nube progenitora.

ACRECIÓN RÁPIDA

Algunos modelos sugieren tasas deacreción del orden de 10–4 o 10–3 masassolares por año, que resultan muchoma yores que las que se han observ adoen las regiones de formación de estre-llas de masa ba ja (del orden de 10–6 o10–5 masas solares por año). Un incre-mento semejante podría tener lugar en núcleos muy turbulen-tos, o también mediante procesos de acreción competitiv a encúmulos estelares densos: en presencia de v arias estrellas, to-

das ellas competirían por el material circundante y algunas aca- barían a bsorbiendo gas y polvo a una velocidad mucho ma yorque el resto. La tasa de acreción de los miembros más masivosdel cúmulo se relacionaría de manera directa con el número decompañeras estelares.

Uno de los problemas a la hora de verificar tales modelosradica en la dificultad de medir las tasas de acreción. Debidoa las grandes distancias a las que se encuentran las regionesde formación de estrellas masiv as, resulta casi imposible con-seguir la resolución angular necesaria para observ ar las inme-diaciones del astro objeto de estudio. Con todo, existen méto-dos indirectos para estimar las tasas de acreción. Uno de ellosconsiste en calcular la cantidad de material que expulsan los

flujos moleculares a lo largo del eje polar de la estrella, y a queambas cantidades se hallan relacionadas. Esa pérdida de masa resulta más fácil de calcular, y a que los flujos moleculares exhi-

ben un gran tamaño y sus propiedades físicas pueden determi-narse con relativ a f acilidad. A finales de los años noventa sedetectaron los primeros flujos moleculares en estrellas masi-

v as y se midieron tasas de pérdida unas 10 veces superiores a las observ adas en las estrellas de masa ba ja. Ese resultado su-giere unas tasas de acreción superiores a las observ adas en lasestrellas de masa ba ja.

A su vez, una acreción rápida resolvería otro de los proble-mas asociados a la formación de estrellas masiv as: al ritmo deacreción observ ado en las estrellas de masa ba ja (unas 10–5 ma-sas solares por año), una estrella de 10 masas solares tardaría

más de un millón de años en formarse. Sin embargo, en esetiempo una estrella semejante y a debería ha berse extinguido(debido a su gran luminosidad, las estrellas masiv as consumen

su combustible nuclear con suma rapidez). Por tanto, a las ta-sas de acreción características de las estrellas de masa ba ja, lasestrellas masiv as morirían antes de ha ber acretado el materialnecesario para alcanzar su masa final.

DISCOS Y TOROIDES

Una posible solución a los problemas anteriores la proporcio-nan los modelos de acreción no esférica con tasas de acreciónelev adas. En ellos, la formación de estructuras discoidales ser-

viría para contrarrestar los efectos de la presión de radiación y acelerar la tasa de acreción de material hacia el astro. Ello sedebe a que, al igual que ocurre en el caso de las estrellas de masa

ba ja, si la acreción tuviese lugar a tra vés de un disco circunes-

telar, deberían aparecer flujos moleculares a lo largo del eje derotación del sistema. Dichos flujos exca v arían una a bertura enla nube por la que escaparía una fracción significativ a de los fo-tones estelares. Ello reduciría la presión de radiación en la re-gión ecuatorial de la estrella y f acilitaría la agregación del ma-terial en colapso. Vemos, pues, que los modelos de acreción noesférica implican la presencia de estructuras discoidales y deflujos moleculares perpendiculares a ellas. A simple vista, estosmodelos parecerían una versión a escala de la teoría de forma-ción de estrellas de masa ba ja. Sin embargo, las propiedades fí-sicas de los flujos moleculares y de las estructuras discoidales(como su geometría, masa, tamaño o temperatura) resultan muy diferentes, lo que crea nuevos problemas. En particular, las ta-sas de acreción del material ha brían de ser mucho ma yores. Se- M

A R Í A T E R E S A B E L T R Á N Y L U C A C A R B O N A R O

–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

0

+1

+2

+3

+4

+5

+6

+7

+8

+9

+10

+11

+12

+13

+14

+15

M a g n i t u d a b s o l u t a

Spica

Vega

SiriusMizar

Algol

Rigel

Capella

Estrella Polar Betelgeuse

Pollux

M Altair

Alcor Proción

SECUENCIA PRINCIPAL

SUPERGIGANTES

GIGANTES

SolEridani

81 del Cisne A

81 del Cisne B

Estrella

de BarnardPróximaCentauri

Estrellade Van Mooren

Proción B

>20.500 945020.500

69309450

Tipo espectralTemperatura superficial en grados Celsius

57006930

44005700

30404400

<3040

ENANAS BLANCAS

Sirius B

O B A F G K M

Diagrama de Hertzprung-Russell: Este tipo de representación muestra la

relación existente entre la temperatura

de una estrella y su magnitud absoluta

(la cantidad de luz que emite). Se em-

plea a menudo para clasifcar las estre-

llas según sus tipos espectrales y para

estudiar la evolución estelar. Se incluyen

aquí algunos objetos representativos decada clase. Las estrellas masivas que nos

ocupan son las pertenecientes a los tipos

espectrales O y B.




M A R Í A T E R E S A B E L T R Á N Y L U C A C A R B O N A R O ( g r á f i c a s ) ; C O R T E S Í A D E N R

A O / A U I / N S F ( f o t o g r a f í a )

gún algunas simulaciones, ello implicaría la inesta bilidad de di-chas estructuras: estas aca barían fragmentándose y la estrella no podría seguir acretando masa.

La presencia de flujos moleculares se ha visto confirmada enobjetos estelares jóvenes de cualquier luminosidad y masa; enparticular, en más del 70 por ciento de las estrellas masiv as es-tudiadas. Durante los últimos años también han aumentado laspruebas relativ as a la existencia de estructuras discoidales, per-

pendiculares a losflujos moleculares. El indicativo de que el movimiento del gas es de rotación (y no de expansión, por ejemplo)proviene de la detección de gradientes de velocidad perpendicu-lares a la dirección del flujo molecular.

Las estructuras discoidales que se han observ ado en estre-llas masiv as jóvenes pueden clasificarse en dos tipos: discos y toroides. Ello depende de la luminosidad y de la masa de la es-trella central. Las estrellas que nos ocupan —aquellas con ma-sas superiores a ocho masas solares— pertenecen a los tipos es-

pectrales B y O. (En orden decreciente de temperatura, las es-trellas se clasifican en siete tipos espectrales principales: O, B,

A, F, G, K y M.) En las estrellas de tipo B, con luminosidades in-feriores a 105 veces la del Sol, se han detectado discos circunes-telares con masas equipara bles a la de la estrella central (entre4 y 20 masas solares) y radios de unas 1000 unidades astronó-micas (1 unidad astronómica equiv ale a la distancia que media entre la Tierra y el Sol). En tales casos, la masa de la estrella

central domina el potencial gra vitatorio del sistema y el discogira en rotación kepleriana. Hasta la fecha, se han encontradopruebas de la presencia de discos en rotación asociados a flujosmoleculares en aproximadamente una docena de estrellas. Elcaso más representativo y mejor estudiado lo proporciona la protoestrella IRAS 20126+4104, una estrella de tipo B de unas104 luminosidades solares.

Por otra parte, en las estrellas de tipo espectral O, aquellascon luminosidades superiores a 105 veces la del Sol, se han ob-

T É C N I C A S I N T E R F E R O M É T R I C A S

La interferometría es una técnica muy utilizada en radioastro-

nomía que consiste en combinar la señal de varios radiotelesco-

pios para aumentar la resolución de la imagen. Cuando se ob-

serva un objeto con varias antenas a la vez, la resolución final se

corresponde con la que se obtendría empleando un único radio-

telescopio cuyo diámetro igualase la separación máxima entre

las antenas. En general, a mayor diámetro (real o efectivo) del

telescopio, mayor resolución angular. Ello se traduce en detalles

cada vez más finos.

En los ejemplos que reproducimos aquí, vemos que la ima-

gen del objeto estelar G24.78+0.08 tomada con un único radio-

telescopio (izquierda) no logra resolver la fuente central; sin

embargo, cuando esta se observa con un interferómetro (dere-

cha), sí se aprecia la estructura de los focos de emisión. Al estu-

diar la formación estelar, una mayor resolución angular permite

distinguir lo que sucede en las inmediaciones de la estrella, el

lugar donde los movimientos de colapso cobran importancia.

El mayor radiointerferómetro del mundo es el Very Large Array

(fotografía), en Nuevo México. Consta de 27 antenas que observan

en longitudes de onda centimétricas y milimétricas, instaladas a lo

largo de tres brazos dispuestos en forma de Y de casi 20 kilóme-

tros de longitud. En el desierto de Atacama, en Chile, se está ter-

minando de construir la batería de telescopios Atacama Large Milli-

meter Array (ALMA), la cual contará con 50 antenas y observará

en el intervalo de longitudes de onda milimétricas y submilimétri-

cas. Se espera que esté totalmente operativa en 2013.

Baterías de telescopios




O B S E R V A T O R I O E U R O P E O A U S T R A L ( E S O )

serv ado toroides (estructuras con forma de rosquilla) circunes-telares masivos. Estos toroides difieren en gran medida de losdiscos observ ados alrededor de las estrellas de masa ba ja, a par-tir de los cuales se forman los sistemas planetarios como el nues-tro. Sus masas ascienden a cientos de masas solares y sus ra-dios alcanzan unas 10.000 unidades astronómicas. Dichas es-tructuras no pueden hallarse en rotación kepleriana, y a que sumasa excede con mucho a la de la estrella central. Además, pa-

rece proba ble que no rodeen a una única estrella, sino a uncúmulo. Hasta la fecha no se han detectado discos circuneste-lares alrededor de estrellas de tipo O. Por ello, algunos modelosteóricos, como el de coalescencia, sugieren que tales discos noexisten y que las estrellas con masas superiores no se formaríanpor acreción. Sin embargo, que no se ha y an detectado no signi-fica que no existan. Los discos podrían hallarse en el interior delos toroides masivos, por lo que resultarían difíciles de detectarcon la instrumentación actual.

UN PUNTO DE REFERENCIA

Hasta la fecha, se han detectado muy pocos toroides en rota-ción alrededor de estrellas masiv as. Los casos más evidentes se

ha

n observ a

do en los núcleos ca

lientes G31.41+0.31 y G24.78+0.08(el nombre de estos objetos viene dado por sus coordenadas ga-lácticas), donde también se han detectado flujos molecularesperpendiculares a dichos toroides. No obstante, la presencia dediscos y toroides en rotación no basta para confirmar el mode-lo de acreción no esférica. Un requisito cla ve consiste en demos-trar que el material está siendo acretado por la estrella; es de-cir, que exhibe un movimiento de caída hacia el astro. Ellosupone una tarea complicada, y a que la velocidad del materialen caída libre solo se torna significativ a en las inmediacionesde la estrella, a unas 1000 unidades astronómicas, distanciasque no pueden resolverse con f acilidad en el caso de objetos tanlejanos como los que nos ocupan. Además, la gran cantidad dematerial existente en esas regiones puede inducir a error a la

hora de interpretar la cinemática del gas.Nuestro grupo de investigación decidió buscar señales de co-

lapso en G24.78+0.08. Esta región, situada a unos 7,7 kilopár-secs de distancia, contiene un cúmulo de objetos estelares muy

jóvenes, algunos de los cuales se hallan en el centro de toroidesen rotación. Uno de tales objetos, G24.78+0.08 A1, ha creado a su alrededor una región H de unas 1500 unidades astronómi-cas de diámetro. Además, exhibe un poderoso flujo molecularen la dirección del eje de rotación del toroide. El espectro en elcontinuo de esta estrella se corresponde con el de una estrella en la secuencia principal de edad cero y de tipo espectral O9,5,lo que permite calcular su masa en unas 20 masas solares. Suluminosidad asciende a unas 33.000 veces la del Sol.

La región H se muestramuy brillante en longitudes de onda centimétricas, en el dominio de las ondas de radio, y su tempe-ratura supera los 2000 grados Kelvin. El gas del toroide, por suparte, se encuentra mucho más frío, a unos 100 grados Kelvin.En consecuencia, la emisión proveniente de la región central,cercana a la estrella, es a bsorbida por el material del toroide, porlo que pueden observ arse las líneas espectrales en a bsorción. Si,además de girar, el gas del toroide se hallase en caída hacia la estrella central, las líneas espectrales de las moléculas del gasdeberían verse desplazadas hacia el rojo a causa del efecto Do-ppler, y a que el gas, situado entre la estrella y la Tierra, se esta-ría alejando de nosotros. Así, decidimos observ ar una de las lí-neas de transición del amoníaco (una de las moléculas presen-tes en el gas) con una longitud de onda de 1,3 centímetros. Para

ello, empleamos el Very Large Arra y, un conjunto de 27 radiote-lescopios pertenecientes al Observ atorio Nacional de R adioas-tronomía de EE.UU., en el estado de Nuevo México.

Nuestras observ aciones pusieron de manifiesto la acreciónde material hacia G24.78+0.08 A1, una de las pocas deteccionesdirectas de colapso en una estrella masiv a joven hasta la fecha.Nuestros resultados indica ban que el gas del toroide caía en es-piral hacia la región H a una velocidad de unos 2 kilómetrospor segundo, lo que confirma ba la acreción sobre la estrella detipo O situada en el centro. Por vez primera, se detecta ban a la

vez estructuras en rotación en torno a una estrella masiv a jo-

ven, el colapso del gas hacia el astro y flujos moleculares de ex-pulsión de material. Estos resultados confirman de manera ine-quívoca los modelos de acreción no esférica en las teorías deformación de estrellas masiv as.

Todo lo anterior sugiere que las estrellas masiv as, al menosaquellas de hasta 20 masas solares, nacerían de manera análo-ga a sus hermanas menores, aunque los parámetros físicos in-

volucrados en el proceso (masa, tamaño, tasas de acreción y ex-pulsión del material, etcétera) serían v arios órdenes de magni-tud superiores. De hecho, en el caso de G24.78+0.08 A1, secalcula una tasa de acreción de hasta 10–2 masas solares por año.Dicho v alor resulta lo bastante elev ado como para que el mate-rial en colapso supere la presión de radiación, se incorpore a la estrella y esta continúe aumentando su tamaño.

Flujos moleculares: La protoestrella Herbig-Haro 34, en la re-

gión de Orión, proyecta dos chorros que expulsan consigo mate-

rial circunestelar en direcciones opuestas a una velocidad de unos

250 kilómetros por segundo. En la imagen, tomada con el Very

Large Telescope del Observatorio Europeo Austral, en Chile, se

aprecia la onda de choque ( shock bow, o «choque de proa») de los

ujos moleculares contra el medio interestelar.

Protoestrella

Choque de proa

Choque de proa




M A R Í A T E R E S A B E L T R Á N ,

F U E N T E : « I N F A L L O F G A S A S T H E F O R M A T I O N M

E C H A N I S M O

F S T A R S U P T O 2 0 T I M E S M O R E

PREGUNTAS SIN RESOLVER

Sin duda, la detección simultánea de rotación, colapso y expul-sión en G24.78+0.08 A1 a v ala los modelos de acreción no esféri-ca con tasas de acreción elev adas. Sin embargo, queda aún pordemostrar que la acreción de material a tra vés de discos y toroi-des supone un fenómeno ha bitual en la formación de estrellasmasiv as; en particular, en el caso de las estrellas de tipo espec-tral O, muy luminosas, en las que la presión de radiación apare-ce como un serio obstáculo a la acreción de material. Por otra parte, aún hemos de comprobar si las estrellas con masas supe-

riores a las 20 o 30 masas solares también se forman mediantemecanismos de acreción, o si tales astros se originan a partir dela fusión de estrellas menores.

Otra cuestión pendiente la plantea la ausencia de discosde acreción alrededor de las estrellas de tipo O. Puede que ta-les discos desaparezcan con rapidez durante el proceso de for-mación de la estrella, o quizá simplemente queden ocultos porlos toroides que se han observ ado alrededor de estos astros.

Además, la presencia de discos circunestelares se encuentraestrechamente ligada a la existencia de planetas extrasolaresalrededor de estrellas de tipo O, y a que, hasta la fecha, no se ha detectado ninguno.

Con todo, y pesar de los grandes a v ances de los últimos años,a día de hoy no existe ningún modelo que explique por comple-

to el proceso de formación de las estrellas masiv as. Los próximosobserv atorios desempeñarán un papel crucial al respecto. En par-ticular, la batería de radiotelescopios Atacama Large Millimeter

Arra y (ALMA), en Chile, comenzará a operar con 16 antenas a fi-nales de este año, y se espera que funcione con 50 hacia 2013. Susensibilidad y resolución de imagen deberían permitir la detec-ción de discos de acreción alrededor de estrellas de más de 10 ma-sas solares situadas a más de 65.000 años luz de distancia, una distancia que cubre toda la galaxia. La búsqueda de discos circu-nestelares en torno a las estrellas de tipo espectral O nos permi-

tirá entender el proceso de formación de estos astros fundamen-tales en la evolución de las galaxias.

Toroides, flujosmoleculares y colapso

La región G24.78+0.08 (el nombre denota sus coordenadas

galácticas) contiene varios objetos estelares masivos jóvenes. Enellos se han detectado flujos moleculares de expulsión de mate-rial (conos grises) y gradientes de velocidad (escalas de color ) per-pendiculares a dichos flujos. Los gradientes reflejan la existenciade una estructura discoidal (un toroide) en rotación en torno alastro, ya que se deben al efecto Doppler en las regiones en lasque el gas se acerca (azul) o se aleja (rojo) del observador.

No obstante, una confirmación definitiva del modelo de acre-ción no esférica requiere demostrar que, además de rotar, el gasdel toroide se incorpora a la estrella. Dado que el toroide se inter-pone entre el astro y la Tierra, un desplazamiento hacia el rojode las líneas espectrales del gas indicaría que este se aleja de noso-tros y, por tanto, cae en espiral hacia la estrella (fi gura central).

En el objeto estelar masivo G24.78+0.08 A1, una estrella en

la secuencia principal de edad cero, de tipo espectral O9,5 ycon una masa unas 20 veces mayor que la del Sol, se observó justamente dicho efecto en una de las líneas del amoníaco, unade las especies presentes en el gas del toroide. El desplaza-miento se correspondía con una velocidad radial de caída librede 2 kilómetros por segundo ( gráfica inferior ). El resultadoimplica una tasa de acreción de hasta 10–2 masas solares por año, un valor lo bastante elevado como para que el mater ial encolapso supere la presión de radiación, se incorpore a la estre-lla y esta continúe aumentando su tamaño. La presencia deestructuras en rotación, la existencia de flujos moleculares yel colapso del material hacia el astro confirman los modelosde acreción no esférica para explicar la formación de estre-

llas de hasta 20 masas solares.

P R U E B A S D E A C R E C I Ó N N O E S F É R I C A


Introducción a la física del medio interestelar. R. Estalella y G. Anglada. Textos Docents, 50.Edicions Universitat de Barcelona, 1999.Infall of gas as the formation mechanism of stars up to 20 times more massive than theSun. M. T. Beltrán et al. en Nature, vol. 443, págs. 427-429, 28 de septiembre de 2006.The critical role of disks in the formation of high-mass stars. R. Cesaroni et al. en Nature,vol. 444, págs. 703-706, 7 de diciembre de 2006.The Formation of Massive Stars. H. Beuther et al. en Protostars and Planets V , dirigido porB. Reipurth, D. Jewitt y K. Keil. University of Arizona Press. Tucson, 2006.Formation of massive stars. M. T. Beltrán en Computational Star Formation, dirigido por J. Alves, B. G. Elmegreen, J. M. Girart y V. Trimble. Proceedings of the International Astrono-mical Union Symposium 270, págs. 33-40, 2011.

adas

es. Enate-) per-

enciarno aln las

.-

–10 –5 0 2 5

0,05

0

–0,05

TOROIDE DE GASEN ROTACIÓN

Flujo molecular(expulsión

de material)

Velocidad de caída libre (km/s)

NH3

Estrella central

TOROIDE EN ROTACIÓN Y COLAPSO

Posición a lo largodel plano del toroide

(pársecs)

ACRECIÓN DEL GAS




Curiosidades de la física

por Norbert Treitz

Del principio de incertidumbreal color del tomateUna demostración sencilla de las longitudes de onda en que absorben

y emiten los colorantes de carbono

En general, no puede determinarse lafrecuencia de un fenómeno vibrato-

rio con una exactitud mayor que la que

resulta de contar las oscilaciones que sesuceden durante un intervalo de tiempoΔt . Dado que dicha cantidad solo puedeser un número entero, el orden de magni-tud del error que cometeremos al contar-las será la unidad, lo que deriva en unerror en la frecuencia dado por Δ f ≈ 1/Δt .Esta relación de incertidumbre se aplicaa todo fenómeno vibratorio u ondulato-rio, y solo se convierte en una expresióncuántica cuando se introduce la fórmula

E = hf , que relaciona la energía de un fo-tón con su frecuencia [véase «De una notadesafinada al principio de incertidum-

bre», por N. Treitz; I a C- a , marzo de 2011].

Posición y momento

Si multiplicamos la velocidad c de unaonda por el tiempo de avance t , obtendre-mos la distancia recorrida por un punto defase constante: x = ct . Por otro lado, el in-

verso de la longitud de onda λ se calculadividiendo la frecuencia entre la velocidad:

1/λ = f /c. Si insertamos estas dos expresio-nes en nuestra relación de incertidumbrepara el tiempo y la frecuencia, obtendre-

mos una relación entre la indeterminacióndel inverso de la longitud de onda y la delcamino recorrido: Δ(1/λ)Δx ≈ 1.

Lo anterior se aplica a todo tipo deondas, también a las clásicas. Considere-mos ahora un fotón. Si dividimos amboslados de la ecuación E = hf entre c (dondeahora c denota la velocidad de la luz), elresultado es p = h/ λ, donde p = E /c secorresponde con el momento del fotón.Louis-Victor de Broglie aventuró en 1924que la ecuación anterior debía satisfacer-se para cualquier partícula, aun cuandosu masa en reposo fuese distinta de cero.

Dicho postulado se mostró correcto: losexperimentos de interferencia y difrac-ción con electrones indican que estosexhiben un comportamiento ondulatorio(similar, por ejemplo, al de los rayos X) y que su longitud de onda asociada secorresponde, precisamente, con la quedicta la relación de De Broglie.

Si ahora insertamos la fórmula de DeBroglie en la relación de incertidumbre

para la posición y la longitud de onda,obtendremos la famosa ecuación de in-certidumbre de Heisenberg: Δ x Δ p ≈ h.

Aquí,Δ x denota la imprecisión a la horade localizar a la partícula sobre cierto eje,

y Δ p expresa la incertidumbre asociada ala componente del momento de la partí-cula sobre dicha dirección.

En términos físicos, lo anterior nosdice que, si una partícula se desplaza conun momento bien definido, resulta impo-sible determinar con total exactitud suposición a lo largo de la dirección de mo-

vimiento. Por otra parte, si la partículaoscila o rota, entonces sí podremos acotarsu posición dentro de cierto intervalo Δ x .Pero el precio a pagar será que su mo-

mento, que fluctúa y cambia de signo, nopodrá determinarse más allá de los valo-res ±Δ p que nos dicta la relación de in-certidumbre.

¿Electrones en el núcleo?

Antes del descubrimiento del neutrón, en1932, se pensaba que los átomos constabande un núcleo compuesto por protones y electrones. La radiación beta, el tipo de

Norbert Treitz es profesor emérito

de didáctica de la física en la Universidad

de Duisburg-Essen.

Las relaciones de incertidumbre comienzan en la mecánica clásica. La precisión a la hora de medir la frecuencia de una

vibración (columna central ) resulta inversamente proporcional al tiempo que invirtamos en la medición. En el caso de un

fenómeno ondulatorio (columna derecha), determinar con precisión la longitud de onda requiere considerar un tren de ondas

lo bastante largo. Solo cuando se emplean las expresiones cuánticas E = hf y p = h/λ, las relaciones anteriores se convierten

en el principio de incertidumbre de Heisenberg.

Expresión clásica:

Relación entre:

Al multiplicar por h:

Relación onda-partícula:

Resultado:

Relación entre:

f t ≈ 1

Incertidumbre en la frecuencia y duración de la medida

(hf )t ≈ h

E = hf (Einstein)

E t ≈ h (Heisenberg)

Energía y tiempo

x(1/ ) ≈ 1

Camino recorrido e incertidumbreen el inverso de la longitud de onda

x(h/ ) ≈ h

p = h/ (de Broglie)

x p ≈ h (Heisenberg)

Posición y momento




Curiosidades de la física

emisión por la que un núcleo atómico ex-pulsa electrones, parecía confirmar dichasuposición. Pero la relación de incertidum-

bre entre la posición y el momento nosdice que los electrones no pueden residiren un núcleo atómico. El radio de un nú-cleo se estima en unos pocos fermis (10–15 metros). A una indeterminación tan pe-

queña para la posición solo puede corres-ponderle una gran incertidumbre Δ p en elmomento. Por su parte, el momento p debealcanzar valores del mismo orden queΔ p,

ya que el valor promedio de p es nulo (elelectrón no se desplaza, sino que perma-nece confinado en el átomo). Ello implicaque un electrón atrapado en el núcleo de-

bería poseer una energía cinética, dadapor E

c= p 2 /(2m), también muy elevada.

Tales energías se muestran mucho mayo-res que las que se han observado en losexperimentos de física atómica.

¿Cómo se explica entonces la radia-ción beta? En la actualidad sabemos quelos núcleos atómicos se componen deprotones y neutrones. Durante la emisión

beta, un neutrón del núcleo se desintegraen un protón, un electrón y un antineu-trino. Por otra parte, la baja energía ob-servada en los electrones emitidos impli-

ca que estos no pueden permanecer largotiempo en el núcleo. Como hemos visto,a una energía baja le corresponde unapequeña indeterminación en el momento

y, en consecuencia, una gran incertidumbre en la posición. Esta resulta ser muchomayor que el tamaño del núcleo, por loque los electrones no pueden permanecerconfinados allí.

Entonces, ¿por qué los protones y neu-trones sí permanecen en el núcleo? Parano escapar, la incertidumbre en el mo-mento debe ser equiparable a la que antes

exigíamos a los electrones. Sin embargo,la masa del protón o el neutrón es unas2000 veces mayor que la del electrón. Enconsecuencia, debido al término 2m enel denominador de la expresión para laenergía cinética, esta será mucho menor;a saber, del orden de algunos megaelec-tronvoltios (MeV). Aquí, al contrario de

lo que ocurría con los electrones, el prin-cipio de incertidumbre implica un valorpara la energía que sí concuerda con elobservado en los protones y neutronesdel átomo.

El radio de un átomo resulta entre10.000 y 100.000 veces mayor que el delnúcleo; la relación de incertidumbre per-mite que electrones con una energía dealgunos electronvoltios queden confina-dos en ese espacio. En los átomos mássencillos, la imprecisión en la posiciónde los electrones es equiparable al radiode su órbita. Por ello, la imagen semiclá-

sica de los modelos de Bohr y Sommer-feld, en la que los electrones se muevenen torno al núcleo en órbitas circulareso elípticas, no deja de ser una metáfora.Si desea entender por qué, intente dibu-

jar una circunferencia con un pincel tangrueso como el pretendido radio de lafigura.

Carreras de electrones

El principio que acabamos de esbozar, queafirma que la incertidumbre en la posi-ción es, en orden de magnitud, similar al

espacio disponible, no solo se aplica a unátomo, sino también a cadenas de ellos.Como veremos, a partir de él puede deri-

varse la siguiente ley empírica de la quí-mica de colorantes:

La longitud de onda de la luz absor- bida por una cadena de carbonoresulta proporcional a la longitudde la cadena.

Los diferentes tipos de carotenoidesconstituyen ejemplos sencillos. Existeincluso una clase de compuestos para losque un cálculo simple proporciona valo-

Para el electrón que ocupa el nivel de energía más alto, la transición hasta el nivel

vacante más próximo ( fecha azul ) resulta tanto menor cuanto más larga es la cadena

de átomos de carbono. En concreto, la diferencia de energía es inversamente

proporcional a la longitud de la cadena.

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3

E n e r g í a

Longitud de la cadena




I M P R O V I Z / D R E A M S T I M E ( p i m i e n t o s ) , M A G D A L E N A Y A R A M O V A / D R E A M S T I M E ( f r e s a s ) , Y A S O N Y A / D R E A M S T I M E ( c h i l e s )

res sorprendentemente precisos: los com-puestos polimetínicos (carbocianinas). Setrata de uno de los pocos ejemplos enmecánica cuántica en los que pueden ob-tenerse resultados correctos con un es-fuerzo razonable.

Dichas moléculas de colorante cons-tan de cadenas de 2 N átomos de carbono

en las que se producen variaciones deenlaces simples y dobles (enlaces doblesconjugados). En el caso extremo, que enlos polimetinos ocurre a menudo, todoslos núcleos atómicos se hallan separadospor la misma distancia, L = 0,14 nanóme-tros, y se encuentran unidos por el mismotipo de enlace. Un total de 2 N electrones ,uno por átomo, se encuentran desvincu-lados por completo de su átomo madre,por lo que pueden desplazarse con totallibertad de un extremo a otro de la cade-na, de longitud 2 NL.

Según la relación de De Broglie, a un

electrón con momento p le correspondeuna longitud de onda igual a λ = h/ p. Enun estado estacionario, esas ondas tienenque «acomodarse» a lo largo de la cadenade carbono. En concreto, su longitud deonda ha de ser tal que, entre los dos ex-tremos de la cadena, quepa exactamenteun número entero de semilongitudes deonda. Se trata del mismo fenómeno porel que la cuerda de una guitarra no puedesonar con cualquier nota, sino solo conaquellas cuya longitud de onda es tal quela oscilación «muere» en los extremos

de la cuerda, que permanecen fi jos. Ennuestro caso, las longitudes de onda per-mitidas para los electrones que se despla-zan por el polimetino vienen dadas porλ

n= 4 NL/n, donde n representa cualquier

número entero.Por tanto, los momentos permitidos

quedan determinados por pn

= hn/(4 NL);es decir, separados por intervalos de mag-nitud h/(4 NL). Según la ecuación de lamecánica clásica —que aquí continúa sien-do aplicable—, a un electrón de momento

pn y masa m le corresponde una energía

cinética dada por E n

= n2h2/(32mN 2 L2).

Vemos, pues, que hay un nivel energéticoposible para cada valor de n, y que elespectro de energías crece con el cuadra-do de n.

Las propiedades de los colorantes

Los electrones se hallan confinados en elpolimetino, por lo que su incertidumbreespacial es finita y, de acuerdo con la rela-ción de Heisenberg, también lo será laindeterminación en el momento. Dadoque el valor medio del momento es cero(van y vuelven a lo largo de la molécula),su valor será del mismo orden que el de laincertidumbre. Por otro lado, cualquiersistema físico tiende con naturalidad aalcanzar su estado de energía más baja,por lo que podemos suponer que nuestra

configuración de 2 N electrones se encuen-tra en su estado fundamental.

Wolfgang Pauli formuló el principiosegún el cual, en un mismo sistema físico,dos electrones (o, en general, dos fermio-nes), nunca pueden hallarse a la vez enel mismo estado cuántico. El estado deun electrón no solo queda determinadopor su energía, sino también por su espín,un número relacionado con la rotaciónde la partícula sobre su propio eje. Paraun electrón, el espín adopta uno de dos

valores posibles. Por tanto, en cada nivel

energético E n podrá haber, como máximo,dos electrones. Cuando el sistema se en-cuentre en su estado fundamental, los 2 N electrones se situarán en los 2 N estadoscuyas energías sumen el valor más bajoposible. Por tanto, habrá una pareja deelectrones en cada uno de los niveles E

n

de menor energía, que no son otros queaquellos en los que n toma los valoresn = 1, 2, ..., N .

Cada uno de los dos electrones delnivel energético superior poseerá unaenergía E

N = h2/(32mL2). Vemos que este

valor no depende de la longitud de la ca-

dena (2 NL). ¿Por qué cambia entonces elaspecto del colorante con el tamaño dela molécula?

Una molécula solo puede absorber

los fotones que posean la energía necesa-ria para promocionar un electrón a unnivel de energía superior. Consideremosel mínimo salto energético posible: aquelentre el nivel más alto ocupado, E

N , y el

primer estado vacante, E N +1. La diferencia

de energía entre ambos viene dada por E

N, N +1 = E N

(( N + 1)2 – N 2)/ N 2 . El factor enel numerador es igual a 2 N + 1, que, paracadenas largas de carbono (donde N esmucho mayor que la unidad), puedeaproximarse por 2 N . Por tanto, la diferen-cia de energía entre el estado fundamentalde la molécula y el primer estado excitado

viene dada por

E N, N +1 = h2/(16mNL2),

luego resulta inversamente proporcionala la longitud de la cadena.

La energía de los fotones absorbidos(y reemitidos después por la moléculacuando esta regrese a su estado funda-mental) ha de ser igual a dicha diferenciade energía. Empleando la relación de Ein-stein para la energía del fotón, podemoscalcular la frecuencia de la luz que inter-

viene en el proceso: f N, N +1 = h/(16 mNL2),

la cual se corresponde con una longitudde onda dada por

λ N, N +1 = 16 mNL2c/h.

Como vemos, la longitud de onda ab-sorbida por el colorante resulta propor-cional a la longitud de cadena, 2 NL.(Siempre dentro de nuestra aproximaciónpara cadenas largas e ignorando los efec-tos de borde en los extremos de la molé-cula.) Así pues, hemos derivado la reglaempírica de la química de colorantes através de consideraciones simples sobrela mecánica de las ondas.

Cuanto mayor es la cadena de carbono de la molécula de un carotenoide, más hacia

el rojo se halla la luz que absorbe el compuesto.




Juegos matemáticos

por Agustín Rayo

¿Qué es la probabilidad?O de cuánta información podemos extraer al cuantificar nuestra ignorancia

Las probabilidades inundan nuestras vidas. Viajamos en avión porque

consideramos que la probabilidad de unaccidente es baja; leemos I a C a porque creemos que la probabili-dad de que sus artículos sean veraces eselevada; contratamos seguros contra in-

cendios porque estimamos que, aunquesu probabilidad sea pequeña, no lo es tan-to como para ignorarla... Pero ¿qué sonlas probabilidades? ¿Qué quiere decirque, al tirar una moneda al aire, la proba-

bilidad de que salga cruz es del 50 porciento?

Resulta tentador pensar que, si la probabilidad de que una moneda caiga cruzasciende al 50%, eso significa que obten-dremos cruz la mitad de las veces que lalancemos. Sin embargo, semejante razo-namiento no puede ser correcto. Imagi-nemos que vamos al banco y conseguimos

una moneda de dos euros recién salidade la fábrica. La tiramos tres veces y ob-tenemos una cara, otra cara y una cruz.Después, la destruimos. ¿Cuál era la pro-

babilidad de que mi moneda cayera cruzen las ocasiones en que se lanzó? Dadoque se trataba de una moneda nueva y sin imperfecciones, quisiéramos creerque esa probabilidad era del 50 %, pormás que en los lanzamientos previos solohayamos obtenido cruz en un tercio delas ocasiones.

Otra posibilidad consiste en afirmar

que, si tirásemos la moneda un númerosuficiente de veces, obtendríamos cruz enla mitad de los casos. Pero esto tampocopuede ser cierto. Incluso con una moneda«justa» —una cuya probabilidad de caercruz es del 50 %— podríamos obtenersiempre cruz. Si bien algo así se antojamuy difícil (la probabilidad de que ocurraes 1/2n, donde n representa el número delanzamientos), no deja de ser posible. Larazón se debe a que las tiradas no depen-den unas de otras: haber conseguido unacruz no torna ni más ni menos probableobtener otra después.

Resulta útil comparar el caso de lamoneda con la siguiente situación: ima-ginemos una urna que contiene cinco

bolas rojas y cinco negras. Si extraemosal azar una de ellas, la probabilidad deque se trate de una roja será del 50%.Supongamos que hemos sacado una bola

roja y que la apartamos del resto. ¿Cuáles la probabilidad de que la siguiente bolasea también roja? Ahora no llega al 50%,sino que se queda en 4/9 (un 44,4 %). ¿Y la probabilidad de que, después, obtenga-mos otra? Menor aún: 3/8 (37,5 %). ¿Y lade que las primeras seis bolas sean rojas?Cero. Sin embargo, en el caso de la mone-da no existe una «reserva de cruces» quese vaya agotando cada vez que obtenemosuna. En cada ocasión, la probabilidad deque caiga cruz será siempre del 50%, contotal independencia de cuántas cruceshayan salido con anterioridad.

La ley de los grandes números

No podemos asegurar que, si una moneda«justa» se lanzase al aire un número su-ficiente de veces, caería cruz en la mitadde los casos. Pero quizá podamos realizaruna afirmación más débil: si efectuásemosun número muy elevado de tiradas, seríamuy probable que cayera cruz aproxima-damente el 50% de las veces.

Lo anterior sí es cierto. Una versiónrigurosa de dicha idea se conoce bajo elnombre de «ley de los grandes números»

y constituye un teorema en teoría de laprobabilidad. Gracias a esta ley, los casi-nos pueden garantizar que, con muy altaprobabilidad, a la larga ganarán dinero.

Aunque de vez en cuando cualquier mesadel casino pierda dinero, si acuden los su-ficientes jugadores durante un período detiempo lo bastante prolongado, quedarágarantizado que —con una probabilidadmuy elevada— las ganancias superarán alas pérdidas.

Por desgracia, la ley de los grandesnúmeros no nos proporciona una respues-ta definitiva a la pregunta que da título a

esta columna, ya que presupone la nociónde probabilidad: nos dice que, si la pro-

babilidad de que una moneda caiga cruzasciende al 50%, es probable que, a la lar-ga, el resultado sea cruz en aproximada-mente la mitad de las ocasiones.

El principio de indiferencia Algunas personas han intentado aclararel concepto de probabilidad utilizandoun principio de indiferencia. La idea bá-sica resulta muy sencilla. Cuando asigna-mos a la moneda una probabilidad del50 % de caer cruz, ello significa que nues-tras razones para pensar que obtendre-mos cruz son exactamente análogas a lasque nos permiten concluir que obtendre-mos cara.

No queda claro, sin embargo, que se-mejante principio arroje conclusiones co-herentes. Imaginemos una fábrica de cu-

bos. Sabemos que la fábrica produce cuboscuyas aristas miden siempre menos de unmetro, pero, por lo demás, desconocemospor completo cómo se escogen los tama-ños. ¿A cuánto asciende la probabilidadde que el próximo cubo que produzca lafábrica sea uno que mida menos de mediometro de lado?

Podemos esgrimir un argumento basa-do en el principio de indiferencia. Dadoque la distancia entre 0 y 1/2 es la mismaque la que existe entre 1/2 y 1, las razonespara pensar que la fábrica producirá un

cubo de menos de medio metro son lasmismas que las que nos pueden hacer creerque será mayor. Del principio de indiferen-cia se sigue que la probabilidad de que elpróximo cubo cuente con menos de mediometro de lado ascenderá al 50%, y lo mis-mo para la probabilidad de que sea mayor.(Ignoramos la posibilidad de un cubo cuyaarista mida exactamente medio metro, unevento de probabilidad cero.)

Hasta ahora, todo va bien. Pero resul-ta que el mismo principio conduce a unaconclusión diferente si consideramos elvolumen de los cubos. Al igual que antes,

Agustín Rayo es investigador en el departamento

de filosofía del Instituto de Tecnología de Massachusetts.




partimos de la observación de que la dis-tancia entre 0 y 1/2 coincide con la quehay entre 1/2 y 1. Así, las razones parapensar que la fábrica producirá un cubode menos de 1/2 metros cúbicos (m3) re-sultan exactamente análogas a las que nosllevarían a predecir un cubo de más de

1/2 m3. Del principio de indiferencia sesigue que la probabilidad de que el próxi-mo cubo no exceda 1/2 m3 asciende al50%. De igual manera, la probabilidad deque su volumen supere 1/2 m3 será tam-

bién del 50%.Pero un cubo con medio metro de aris-

ta no ocupa 1/2 m3, sino (1/2)3=1/8 m3.Los cubos con menos de medio metro delado solo representan una fracción de loscubos cuyo volumen es inferior a 1/2 m3.Por tanto, si la probabilidad de que elpróximo cubo ocupe menos de 1/2 m3 as-

ciende al 50%, la de que su arista no ex-ceda medio metro ha de ser inferior al50%, un resultado que contradice nuestraprimera conclusión.

Quizás exista una versión del principiode indiferencia que nos permita evitarproblemas como el anterior. Pero la mo-raleja de la fábrica de cubos apunta a quelos principios de indiferencia se muestranpeligrosos. Tal vez nos ayuden a aclararel concepto de probabilidad en algunoscasos, pero no parece que nos vayan apermitir llegar al fondo del asunto.

Fuerza y simplicidadCuando nos decantamos por una teoría,perseguimos dos fines al mismo tiempo.Por un lado, deseamos que la teoría sea

fuerte: que nos proporcione la máximainformación posible. Por otro, ha de tra-tarse de una teoría simple: queremos quela información se articule de manera bre-

ve y sistemática.Una teoría que consistiese en una

enorme lista que detallase lo que sucedeen todo momento en cada rincón del uni-

verso sería extraordinariamente fuerte,

pero nada simple. Por su parte, una teoríacuyo único principio fuese «2+ 2 = 4» go-zaría de una enorme simplicidad, peroaportaría escasa información. Nuestrasmejores teorías encuentran un justo com-promiso entre fuerza y simplicidad. Nospermiten obtener gran cantidad de infor-mación a partir de principios simples y,por tanto, manejables.

En mi opinión, la mejor manera deentender el concepto de probabilidad escomo una herramienta para hallar esepunto medio. Imaginemos que alguienlanza una moneda y que deseamos pre-

decir el resultado. Una manera de obte-nerlo sería a partir de una teoría deter-minista. Ello requeriría tomar nota detodas las fuerzas que experimentará lamoneda —el impulso inicial, una peque-ña brisa que entra por la ventana, el re-

bote que resultará del primer impactocontra la mesa— y efectuar el cálculocorrespondiente. En principio, tal proce-dimiento determinaría de manera con-cluyente el resultado (al menos, si igno-ramos los fenómenos cuánticos). Pero, en

la práctica, algo así queda fuera de nues-tro alcance. No disponemos de toda lainformación y, aunque esta obrase ennuestro poder, el cálculo resultaría dema-siado complejo como para llevarlo a caboen un tiempo razonable.

La alternativa consiste en utilizar unateoría probabilista y afirmar, por ejemplo,que la probabilidad de obtener cruz es del50%. Una teoría así resulta mucho menosfuerte ya que proporciona menos infor-mación que la teoría determinista, perogoza de la simplicidad suficiente comopara ponerla en práctica.

Dado que una teoría probabilista nonos informa de manera concluyente acer-ca del resultado, su uso se ve restringido:no nos sirve para predecir si la monedacaerá cruz. Pero eso no la convierte enabsoluto en una teoría inútil. Gracias aella, podemos concluir que sería una bue-na idea aceptar una apuesta en la queganaremos dos euros si la moneda caecara y perdemos uno si cae cruz.

¿Cómo saber si una teoría probabilistaes verdadera? Supongamos que alguien

lanza la moneda 100.000 veces y compro- bamos que solo el 31% de las ocasionesobtenemos cruz. Si la probabilidad de quela moneda caiga cruz fuese del 50 %, algoasí se antojaría extremadamente difícil,por lo que tendríamos muy buenas razonespara dudar de la teoría. En cambio, si ob-servásemos que el 50,023% de las 100.000ocasiones el resultado es cruz, podríamosconfiar en ella.


Philosophical papers (volumen 2). D. Lewis. Oxford UniversityPress, 1987.

¿Y ahora, qué?: Una máquina fabrica cubos cuya arista es inferior a un metro, pero

desconocemos por completo cómo se escogen los tamaños. ¿Cuál es la probabilidad

de que el próximo cubo cuente con menos de medio metro de lado? Parece natural

pensar que la respuesta correcta es el 50 %. Considere ahora la probabilidad de que

el volumen del siguiente cubo sea inferior a medio metro cúbico y razone de la misma

manera. ¿Se muestra el resultado compatible con la respuesta anterior?




Libros

JULIO CÉSAR: TEXTOS, CONTEXTOSY RECEPCIÓN. DE LA ROMA CLÁSICAAL MUNDO ACTUAL.

Dirigido por Antonio Moreno Hernández.Estudios de la UNED. Universidad Nacional

de Educación a Distancia; Madrid, 2010.

Todo sobre CésarObra y fi gura

E ste amplio y complejo volumen reco-ge las ponencias y comunicaciones

de un gran Congreso celebrado en laUNED en 2008 sobre la vida y la figura deCésar. Un gran Congreso por el número decentros, organismos y universidades re-presentados, pero, sobre todo, por la am-

plitud de los temas tocados. «Todo sobreCésar», podrían titularse el simposio y ellibro.

La organización de la obra se explicaen la introducción firmada por AntonioMoreno. De los seis capítulos, el primerocontiene estudios sobre el género de losCommentarii y de elementos de los mis-mos; el segundo se ocupa de la tradicióntextual de los Commentarii; el tercero ha-

bla de «Historia, Política y Derecho», estoes, intenta responder a la pregunta cen-tral, «¿quién fue verdaderamente César?»,

y sobre César en la Literatura latina. Todoello es, en definitiva, un conjunto de estu-dios de base filológica sobre las obras deCésar y el hombre César vistos por noso-tros o visto por los escritores latinos.

Comienzo por el capítulo I, de Eusta-quio Sánchez Salor, referente al génerohistoriográfico de los Commentarii. Sobrela base de textos de Cicerón y Sempronio

Aselión, es un derivado en el siglo a.C.del género de las Historiae; es decir, unaexposición coherente de los hechos y delos planteamientos de los protagonistas,con intención, también, de incitar a los

lectores a la defensa y al apoyo patrióti-co del pueblo romano. La nota distintivadel género es que el escritor es el prota-gonista, lo que lo condiciona todo. Soloecho de menos una referencia a los pre-cedentes griegos, por ejemplo las Efemé-

rides de Ptolomeo Soter, en la que el su-

cesor de Alejandro relataba sus propiascampañas.

Encontramos también en esta parteinformación sobre aspectos concretos, asícomo un estudio de César Chaparro sobrelas arengas militares. Buen estudio deretórica, pero también aquí me gustaríaleer algo sobre los precedentes griegos enTucídides y otros historiadores.

Y reviste importancia el estudio deJesús Luque sobre el septenario trocaico,presente, como se sabe, en los versos sa-tíricos lanzados a César en su triunfo.

Diferente es el tema del capítulo IIsobre la tradición textual de los Commen-

tarii. Aquí encontramos varios estudiossobre las más antiguas ediciones de César:los comentarios de Giovanni Giocondo ala edición aldina de 1513 (por AntonioMoreno), el estudio del Leidensis Voss.

Lat. F 90 (por Ana José García Villena) y el de una familia de manuscritos copiadosen el entorno de Íñigo de Ávalos, en Mi-lán, en la primera mitad del siglo . Sontodos artículos importantes para una par-te de los recentiores de César.

E importantes son los artículos del

capítulo III, entre ellos los dos primeros,de Gregorio Hinojo y Manuel Jesús Gar-cía Garrido sobre, respectivamente, la

visión política de César y su valor en ca-lidad de legislador y orador. Como estosautores y otros más reconocen, resultadifícil o imposible decidir sobre las ideas

y proyectos de gobierno de César, queseguramente estaban sin decidir plena-mente en el momento de su muerte. Aunasí, hay cosas indicativas sobre su modode pensar. Y hay que entender que la pos-tura de Augusto sobre el tema pudo cam-

biar una vez muerto César. En líneasgenerales, puede decirse que su posiciónantisilana y a favor de los populares fuetemperada por su clementia y su pruden-cia política. Creía que optimates y popu-

lares eran más bien coaliciones electora-les que partidos políticos.

No distan mucho las posiciones deGarcía Garrido. Considera a César comoun precursor del principatus, con la ro-tura del antiguo modelo republicano.

Analiza también la importancia de susdefensas y acusaciones en las causas deDolabela y Cayo Rabirio.

Sigue un estudio de Javier Cabrero sobre la política belicista y las campañas deCésar en Hispania durante su cuestura,pretura y el período intermedio. Insiste ensu campaña en el Noroeste y su importan-cia para sus aspiraciones al consulado.

La Parte IV se refiere a César en la Li-

teratura latina. Dos trabajos de José CarlosFernández Corte y de Dulce Estefanía seocupan, respectivamente, de la presenciade César en Catulo y del influjo de este enHoracio; y a la presencia o ausencia deCésar en Aen. I 286-96. Se sabe que Caesar puede referirse ya a César ya a Augusto.Cree que hay primero una referencia aCésar, luego una a Augusto. Hay influjo enHoracio, también en Ovidio.

Cierra esta parte un artículo de JuanLorenzo sobre «la imagen de César defor-mada por Lucano». Versa sobre el trata-

miento usualmente dado a César en lospoetas latinos y se corresponde con laposición antitiránica del poeta y su elogiode Catón. Yo propondría un tratamientode César paralelo al de Alejandro, sobreel cual hay en las fuentes una escisióncomparable. La clementia Caesaris es sus-tituida por la crudelitas.

Las partes quinta y sexta, sobre la re-cepción de César en la Modernidad, serefieren no tanto a la visión de César porfilólogos e historiadores actuales como ala de escritores y poetas que van de Romaal Renacimiento y al mundo contemporá-

neo. Este doble planteamiento es frecuen-te hoy día. Y resulta aceptable siempreque se tenga en cuenta que se trata de doscosas distintas. En la primera, los autoresde cada estudio, amplio o referente a al-gún detalle, exponen lo que consideranque es científicamente cierto, acompaña-do de las dudas que se les presentan; enel segundo, se trata de los que llamaría-mos ensayos literarios o poéticos escritosen determinadas circunstancias. Aunquepueden, por supuesto, ayudar al filólogoo historiador a hallar una idea o interpre-

tación que luego habrá de contrastar. Es-tos también pueden ser influidos porprejuicios o presunciones que le restanobjetividad. En definitiva, ciencia y lite-ratura son cosas distintas. Filólogos ehistoriadores, por un lado, y escritores y poetas, por otro, son personalidades hu-manas diferentes.

La Parte V, del Renacimiento a la Ilus-tración, comienza con un texto de Virgi-nia Brown sobre el Renacimiento en ge-neral. Sigue otro de José Ignacio Veláz-quez sobre la Literatura francesa. Y variossobre temas particulares. Señalo solo el




THE BEST TECHNOLOGY WRITING 2010.

Compendiado por Julian Dibbell. YaleUniversity Press; New Haven, 2010.

La técnica

en la vida diaria Compilación de artículos

magistrales

No son los artículos más sobresalien-tes en el dominio de la técnica, sino

los mejor escritos e inteligibles por ellector común. No están, pues, sacados derevistas especializadas, sino de publica-ciones generalistas. Obra de genuinos pe-riodistas científicos con una pluma biencortada, una mente ágil y rigor en la expo-sición. Comparten el interés humano deltema abordado, más allá de la aplicaciónpráctica en la vida diaria. El compiladorpertenece a la redacción de Wired , ads-cripción que se refleja en la selección de

temas y autores.Detengámonos, por ejemplo, en el ar-tículo «Baby Food», de Jill Lepore. Sobrelas idas y venidas del amamantamiento y la lactación artificial. Cuando Linneo sus-tituyó en su magistral Sistema Naturae de 1758 la tradicional denominación deQuadrupedia por Mammalia, su mujerdaba el pecho a uno de sus hijos. El natu-ralista abanderaba por entonces la defen-sa de la lactación materna que remplaza-ra a la figura extendida de la nodriza. Ensu alegato llegó a considerar el amaman-tamiento por amas de cría un crimen

contra la naturaleza. Otra coincidencia,ahora de sentido contrario, se produjo enlas postrimerías del siglo : corrió laidea de que las mujeres norteamerica-nas tenían problemas de glándula ma-maria en el momento en que aparecieronlos primeros productos comerciales dealimentación infantil. La leche de vaca seconvirtió en la nueva nodriza. Se denostóel amamantamiento, considerado unafunción de mujeres negras. Los teóricosde las razas añadían más pólvora: cuanto

más blanca es la madre, menos nutriti- va es su leche. La primera patente esta-dounidense de botella de leche maternase concedió en 1841. Presentaba forma depecho, que fue cambiando con los años.

Además, se hizo más frecuente el partohospitalario, lo que permitía que los pre-maturos sobreviviesen y se dispusiese deleche suficiente en caso de que la criaturafuera incapaz de succionar. Pero el ama-mantamiento resurgió con la invencióndel succionador. En 1910, Francis Park-man Denny, microbiólogo, demostró lafunción bactericida de la leche materna y

creó un succionador fundado en el meca-nismo del aparato de ordeño. En 1997, la

Academia Norteamericana de Pediatríadeclaraba que la leche materna era «es-pecífica de la especie» y la recomendabacomo alimento exclusivo para los seis pri-meros meses de vida, mezclada luego conalimentos sólidos hasta que el bebé cum-pliera por lo menos un año. El artículoconcluye con una revisión de los últimosmodelos de succionadores.

Espigando otro botón de muestra, lamáquina de pensar, la construcción de

una computación que abarque el caospropio de la mente humana. El protago-nista de la historia es Kwabena Boahen,ghanés de los aledaños de Accra que te-nía 16 años cuando se entusiasmó con elmundo digital, en 1981. Su padre le habíatraído de Inglaterra el primer computa-dor de la familia. El adolescente lo colocósobre una mesa del porche, donde solíadesmantelar radios y construir pistolasde aire. Enchufó el ordenador a un tele-

visor, para aprovechar su pantalla y unregistrador para almacenar programas.Muy pronto creó un programa de ping-

pong. Avanzar la partida un píxel de lapantalla requería miles de unos y ceros,generados por transistores que se abrían

y cerraban 2,5 millones de veces por se-gundo. Boahen esperaba que hubieraelegancia en el corazón de su ordenador

y se había encontrado con una burocracialiliputiense de código binario. Aquello erapura fuerza bruta. Y soñó en dar con unamejor solución. En su logro labora, con-

vertido en científico de prestigio en laUniversidad de Stanford. Se afana por

construir un computador de nuevo cuñoque no se base ya en el orden rígido delos chips de silicio tradicionales, sino enel caos organizado del cerebro humano.Con la ventaja añadida de que nuestrocerebro consume 20 vatios de potencia;el computador de nuestra mesa, un mi-llón de veces más de energía. Boahentrabaja en el perfeccionamiento de unaoblea para un supercomputador neural,el Neurogrid, con millones de transisto-res; contiene un capacitador que rinde almismo voltaje que las neuronas.

Para cerrar la selección, la carrera con-

tra la falsificación de moneda. Albert Tal-ton fue uno de los falsificadores de mone-da más prolíficos de la historia de EstadosUnidos. «Acuñó» millones de dólares conmateriales comprados en el comercio. Ha-

bía estudiado ingeniería eléctrica en laUniversidad de California. Tras varios éxi-tos en productos de ingeniería inversa,cuando un jefe suyo le enseñó un billetefalso de 50 dólares en 2004, con el que lehabían pagado un trabajo, Talton le re-puso: «Yo podría hacerlo mucho mejor».Todas las monedas se fabrican con la in-

tención de que no resulte fácil su copia.Las libras británicas se imprimen en papelelaborado con una mezcla de fi bra de al-godón y tela de lino; los billetes de euros,sobre 100 por cien de algodón; los dólaresamericanos, sobre 75 por ciento de algo-dón y 25 por ciento de lino. Talton descu-

brió un perfecto sustituto en la pulpa delpapel reciclado. Con dos computadoresHP, nueve impresoras y papel. Al alcancede cualquiera. Cuando fue aprehendidohabía ya puesto en circulación casi sietemillones de dólares.

— Luis Alonso

verdaderamente ilustrativo de AntonioBallesteros sobre el Julio César de Shakes-peare, que refleja el convulso ambientesubversivo de la Inglaterra isabelina: Cé-sar sería el equivalente de Essex; pero me

parece un tanto extravagante el «procesode feminización» de César.

Tras el sexto y último bloque, dedicadoa César en el mundo contemporáneo, ellibro termina con un apéndice especial-

mente novedoso, obra de Antonio Moreno,sobre César en España y su recepción tam-

bién en España: manuscritos, estudios,traducciones, etcétera. Excelente libro, ensuma. — Francisco Rodríguez Adrados




Hace 50, 100 y 150 años

Recopilación de Daniel C. Schlenoff

S C I E N T I F I C A M E R I C A N ,

V O L .

C I V ,

N . O 2

4 ; 1 7 D E J U N I O

D E 1 9 1 1

Junio 1961

Máser óptico«Todas las fuentes

luminosas estándarprovocan, en esen-cia, un ruido inade-

cuado para las aplicaciones que no seande señalización tosca. Solo desde haceun año, con la aparición del máser óp-tico, ha sido posible el control precisode la generación de ondas luminosas.

Aunque los máseres ópticos todavía re-presentan una novedad, ya han rendi-do unos haces luminosos muy intensos

y fuertemente direccionales. Esos ha-ces son mucho más monocromáticos

que los de otras fuentes luminosas; enel mejor de los casos, los máseres ópti-cos compiten con los mejores oscilado-res electrónicos como fuentes de mo-nofrecuencias. Su desarrollo avanza tandeprisa que pronto podrían estar listospara las aplicaciones más variadas.

—Arthur L. Schawlow»Este dispositivo se conoce hoy como láser.

Schawlow fue uno de los tres galardonados

con el premio Nobel de Física en 1981.

Genes víricos«Hace menos de un decenio no cabía ninguna duda de que la

genética vírica y la genética celular correspondían a dos disci-plinas diferentes, bien delimitadas. Vemos ahora que es suma-mente difícil establecer una distinción entre la genética vírica

y la no vírica, hasta el punto de que incluso el significado de esadistinción resultaría objetable. De hecho, parece existir toda cla-se de estructuras intermedias entre la estructura genética “nor-mal” de una bacteria y la de un virus bacteriano típico. Descu-

brimientos recientes en nuestro laboratorio han demostrado laenorme identidad de fondo que comparten ciertos fenómenosen otros tiempos considerados inconexos. —Fançois Jacob,

André Lwoff y Jacques Monod»

Junio 1911La ciencia de la ineptitud«Desde que el difunto Sir Francis Galton creóla ciencia de la eugenesia, que, en sentido li-teral, significa “buena crianza”, los estudian-tes de ciencia de la humanidad, los directo-

res de asilos y hospitales para dementes y los criminólogos detodo el mundo han venido recopilando datos estadísticos parademostrar no solo el peligro de permitir los matrimonios entrecriminales, lunáticos e individuos físicamente ineptos, sino elefecto de tales uniones sobre la humanidad. Por fortuna, las aso-ciaciones eugenésicas del país y del extranjero han hecho ungran esfuerzo para despejar los prejuicios populares que inevi-

tablemente se encuentran en tal laboreducativa y preparar el terreno para laacción legal.»

Un país de ferrocarriles«Los primeros ferrocarriles transcon-tinentales que atravesaron los desier-tos y montañas occidentales de EE.UU.se construyeron más por razones mili-tares y políticas que con la esperanzade obtener unas ganancias inmedia-tas y suficientes que compensaran laenorme inversión que supuso su cons-trucción. Dado que los inversores pri-

vados no eran propicios a la filantro-pía, el gobierno tuvo que incentivarlospara que invirtieran su dinero; por elloles ofreció tierras y subsidios, y les ce-

dió la explotación de siete de las líneasmás importantes. Hoy la competenciaentre esas siete líneas, tanto para eltransporte de carga como para el depasajeros, es muy intensa.»

Manto global«Svante Arrhenius ha propuesto unaingeniosa teoría que explica los perío-dos de glaciación que han marcado va-

rias etapas de la historia geológica. Según los experimentos deLangley, el dióxido de carbono y el vapor de agua que contienela atmósfera son más opacos a las rayos calóricos de gran lon-gitud de onda que emite la Tierra que a las ondas de longitudes

diversas que emite el Sol. Deduce Arrhenius que un incremen-to de las concentraciones de dióxido de carbono y de vapor deagua de la atmósfera aumentarán la protección del planeta fren-te al enfriamiento y, por tanto, harán ascender la temperaturade su superficie. La teoría supone que la atmósfera terrestre du-rante los períodos glaciales era pobre en dióxido de carbono y

vapor de agua, mientras que en los períodos cálidos era rica enesos gases.»

Junio 1861

La guerra y el Rey Algodón

«En tiempo reciente publicamos un artículosobre la guerra y el algodón donde exponía-mos nuestra convicción de que, si el conflic-to se prolongaba, marcaría el final del predo-

minio de los estados algodoneros en el abastecimiento de esaimportante materia prima. Por nuestro aserto, uno o dos sus-criptores de esos estados están denunciándonos como enemi-gos del Sur. Al final se evidenciará, cuando los hechos hoy encurso hayan llegado a una solución práctica, que quienes hanempujado al Sur a la revolución habrán hecho más para de-sarraigar sus instituciones que todos los alborotadores abolicio-nistas que pudieran existir en el país. Creemos firmemente quelos intereses de siempre de los estados algodoneros están ase-gurados solo dentro de la Unión.»

El camino de hierro: Construcción de ferro-

carriles para la libre circulación de mercancías

y personas por todo un continente, 1911.



ENERGÍA

Siete soluciones innovadorasVV.AA.

La tasa de fallos podría ser del noventa

por ciento, pero si alguna de estasinsólitas técnicas resultara, mejoraría

la seguridad y la eficiencia energéticas.

En el próximo número . . . Julio 2011

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inmunitario acelera el diseño de vacunas y puede que

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El also mito sobre nuestro origen John J. Shea

No llegó primero la apariencia física y luego el comportamiento.

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