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6 Laedad oscura deluniverso

NCIA Edici6n owñolo

Abraham loeb Faltan hojas delálbum deimágenes primigenio. Losastrónomos deluniverso seafanan enencontrarlas.

de

SCIENTIFIC

AMERICAN Número 364

3 Hnc¡... 50,100y 150años.

4

Apurur¡s

3B paramóvil Virus MikkoHypponen porradio. Losvirus informáticos sepropagan ahora Infectan a teléfonos móviles entodoelmundo. Lasempresas informática, deseguridad y losfabricantes lasoperadoras móvil detelefonía deequipos seaprestan que a erradicar estas amenazas antes de campen sincontrol.

30 Cr¡trrcrR YsocrEDAD

Recuperación dezonas muertas Laurence Mee

Proteínas SNARE... Ladinámica dela Bolsa.

podemos restaurar losmares costeros ¿Cómo por incontrolable devastadoselcrecimiento y plantas queprov0ca dealgas laactividad humana?

¡ii:|: ,tl j,: -!:i

,''':: ) : , , ; ¡: ' : ' , 1

34 D¡crncR Saetas demar.

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54 Verconsuperconductores KentD.lrwin Conmaterial superconductor se y construyen minúsculos magníficos y otras partículas. sensores defotones Están revolucionando lainvestigación y latécnica.

62

Sistemas cuas¡b¡d¡mens¡onale JordilgnésMullol

36 D¡s lR n o T TSO O S T E N IB L E Estados debienestar, másalládela ideología, porJeffrey D.Sachs

Laagregación delamateria enunnúmero restringido impide dedimensiones laexistencia deorden Encambio, favorece cristalino. la parciar. aparición deestructuras conunorden paralafabricación Podrían resultar muyútiles denanodispositivos.

37

Fonuvr

Laevolución futura, delaprosperidad porStuart A. Kauffman

14 Neuronas espejo Leonardo Fogassi Giacono Bizzolatti, y Vittorio Gallese Untipoespecial decélulas cerebrales reflejan exterior. Vehiculan nuestr+ elmundo y comprende-r: capacidad deimitar, aprender lasacciones ajenas. e intenciones

22 Espejos rotos: unateoria delaut¡smó y Vilayanw S.Banachandran IindsayM. 0bernan Losestudios del podrían ayudar a delautismo. Con,ello y tratamiento. víasdesudiagnosis denuevas

88 DELAFísrcA CunrosronoEs Elcalorquevinodelfrí0, porJean-Michel Courty y Edouard Kierlik

90 JurcosMATEMÁTIctls Loslogaritmos deBriggs, porJuanM.R.Parrondo

g2 IO¡nsAPLICADAS Reciclado depapel, porMarkFischetti

72 Elorigen gr¡egas delasconstelaciones BradleyE. Schaefer y arqueología, Astronomía coordinadas, handescifrado origen el delasfiguras y establecido deestrellas suusopor distintas culturas a travésdelostiempos.

78 planetarios Sistemas extrasolares Gregory P.Iaughlin Gracias a laobservación deestos mundos lejanos vamos conociendo y evolución mejor laformación planetarios. delossistemas

94 LrsRos Historia delaanatomía 0ptica medieval.

COLABORADORES

DE ESTE NUMERO

Asesoramiento y traducción: M.a Rosa Zapafero:La edad oscura del universoy Sistemasplanetarios extrasolareslLuis Bou: Vrus para móvilesi JoandoménecRos: R¿czperación de zonas muertasi Ramón Pascual:Uer con superconductoresi I. Nadal: El origen de las constelacionesgriegasi J. Yilardell: Hace..., Apuntes, Curiosidades de Ia física e ldeas aplicadas; Marián Beltrán: Desarrollo sostenibLe

DrREcroR cENERAL tosé M.a ValderasGallardo DrREcroRA FTNANCTERA Pilar Bronchal Garfella EDrcroNEs Juan Pedro CamposGómez Laia TorresCasas pnoouccrór.r M.a Cruz IglesiasCapón Albert Marín Garau sEcRETARfA PurificaciónMayoral Martínez ADMINrsrRAcróN Victoria Andrés Laiglesia suscRrrcroNEs ConcepciónOrenesDelgado Olga Blanco Romero sprm PrensaCientffica,S.A. Muntaner,339 pral. 1." 08021 Barcelona(España) Teléfono 934 143 3¿[4 Telefax 934 145 413 www.investigacionyciencia.es SCIENTIFIC

AMERICAN

¡orron r¡l csrer John Rennie ExEcurrvEEDrronMariette DiChristina MANAcTNc eprronRicki L. Rusting NEwsEDrroRPhilip M. Yam sPEcrAL PRoJEcrs eorronGary Stix sEN¡oR EDrroRMichelle Press sr¡r¡onwnrtrn W. Wayt Gibbs eononsMark Alpert, StevenAshley, GrahamP. Collins, SteveMirsky, GeorgeMusser y Christine Soares PRoDUcrroN eorronRichard Hunt MANAGTn Michael Florek cENERAL

Portada: Richard Marchand

VICE PRESIDENTAND MANAGING DIRECTOR,INTERNATIONAL

Dean Sanderson

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...cincuenta años

principalmente no.Sucampodeaplicación seencontrará paramisiones resultará inestimable donde enlosejércitos, y para rápidos. reconocimiento el envío de despachos AeuRnt[¡leNro. esta época de de semiautomatismos, "En lo tendrá el principal desarrollo en que no sólo el personalmilitarsino tambiénmu- Contodaprobabilidad, deldeporte, dondepodríadisfrutar de una fabrilestienenpocoen que ocuparse en el ámbito chostrabajadores iguala la delautomóvil., atentosa sus máquinas, salvomantenerse se agudiza popularidad humanaen situaciones el oroblema de la conducta de monotonía. En 1951,el psicólogo de la Universidad de McGillDonaldO. Hebbobtuvouna becadel Comitécapara la Defensapara realizar nadiensede Investigación prolongada un estudiosistemático. La exposición a un entornomonótonoproducesin lugar a dudas efectos nocivos. La personamuestradefectosde raciocinio; exhibe pueriles;su percepción reacciones emocionales visual se perturba;padecealucinaciones; cambiael trazado de sus ondascerebrales.,

Drneno rÉ, "El monetario es el másraroy curiosode los usosoueen Oriente se ha dadoal té en tabletas (hojasde té comprimidas en formade bloque). Circula en lasciudades chinas aúncomomediode intercambio y en los mercados y bazares más interiores de Asia Entrela ciudadmongola de Urgay la siberiana central. porvalorde mediomillóndetaeles Kiatka, dinero circula (unos600.000 dólares). En la últimaesedinerodejade paraentraren el intercambio de tabletas de emplearse té habitual en Siberiay Rusia,dondeel ejércitoruso, *En el últimoañoy medio,la ventacon receta lostopógrafos, y los Arusreoro. lascompañías teatrales ambulantes fármacotranouilizante en general lo practican de formarutinaria." de meorobamato. más conocido turistas como Miltowny Equanil,ha subidohastala cifra de de dólaresanuales. 32,5millones Se han vendidomás de mil millones de píldoras; la producción mensualde no cubrela demanda. 50 millones de toneladas Algunos farmacéuticos de California anuncianen el escaparate cadanuevaremesaconbanderines de coloresouerezan '¡Sí,hoytenemosMiltown!'" . . . c t e na n 0 s

...ciento cincuenta años uLatormentade la tardedel Lr RenuolocoMorEATRo. día 13 del mes pasadosupusouna dura pruebapara la resistencia del puentecolgantesobre las cataratas del Niágara,cuandolos cobradores del peajeabandonaronsus puestosen ambasentradasy se agolpóuna multitudpara verlo desplomarse; sin embargo,resistió COmO UnarOCa.D

Auro cxrc.*Al mejoraspecto de los cochesde este año contribuyeen gran medidael considerableaumentode la distancia entreejes que, en el caso de algunasde las máquinasmás pesadas,supera ya los tres metros.Además,el motorde ha traídoconsigo seiscilindros el aumentode la longituddel capó, lo cual contribuye también al aspectogeneralatrevido y elegante de las máquinas más modernas.Prestandouna juiciosaatencióna esos detalles, inclusolos fabricantes de modelosmenospotentesy más baratoshanconseguido dotara sus productosde un estilodel que carecíanpor completolos modelosanteriores.u Vu¡lo DEPoRTtvo Y vuELoMrLtttn. *Siendoya un hechoconsumadoel vuelodel aviónmecánico,podemos observar ahora oueel interés se desvíadesdeel globodirigiblehaciael aeroplay Cl¡rucln, lruvrsrtenctó¡l enero, 2007

L oú l t i m oe n a u t o m ó v i le ns e , r o1 9 0 7

LosneurosDEL DocroR Ltvll.¡cs. (El afamado ToNE. viajerodoctorLivingstone haestado dando conferencias desdesu regreso Durante a Inglaterra. su inaudita marcha, soloentresalvajes, paraquienesuna carablanca era comoun milagro, el doctor Livingstone sevioobligado a luindescharcontrapenalidades criptibles. Venció la hostilidad de gracias losnativos a suprofundo conocimiento delcarácter de los y de la lengua mismos bechuana, que estáemparentada con la de aquéllos. Vadeóríosa pie; y lodos durmióen lasesponjas de lasciénagas, tan a menudo quese veíaobligado empapado a usarla axilaa modode bolsillo parael reloj.Abundaban los pormuchas leones, adorados tribuscomoreceptáculos delalma difuntade sus jefes;peroopina oueel miedoa losanimales salvajes africanos es mayoren queen Africa." Inglaterra

ASTR(]Nf}MIA

Gaslunar de la Lunade cuerpofrÍo y quietopudiera I a reputación l- resullarinmerecida. Un nuevoexamende las fotografías tomadaspor el Apolo15 ha puestode manifiesto, en la formación Ina,elementos del relievecuyanitidezrevelajuventud. La escasezde cráterespor impactode asteroides en el suelode la estructura nos indicaquesu edadno superalos 10 millones de años.Los datosesDectrales tomadospor satélitesmuestran unasbandasde reflexión minerales en uno de los cráteres de Ina.Con el tiempose habríanapagado. Pareceque,entre haceuno y diezmillonesde años,se produjouna liberación de gasesque expulsóel polvode la superficie y dejóal descubierjuvenilesde la formación. to las características PeterSchultz, de la Universidad de Brown,aulordel estudio,sostieneque aun cuandohayacesadola actividad volcánica en el astro,sus subproductos conlinúan llegando a la superficie. -N¡kh¡l Swaminatham

Ina,estructura de la superficie lunaren formade D, presenta pocosimpactos: debióde remodelarla la actividad volcánica. y cascote. Laszonasclarassonfarallones Conluzrasante se manifiesta la depresión de lna (recuadrol

ARMAMENT()

Elensayo fallido deCorea delNorte f n cuantoCoreadel Norteanuncióque habíaefectuado I- un ensayonuclear,los expertospercibieron que la explosiónhabíasido muchomenorde lo esperado. En una orrmera pruebasuelendetonarse bombasde entrecincoy veinticinco (Corea,al parecer,habíadichoa Chinaque la suya kilotones. serÍade cuatrokilotones; veintefueronlos de la primerabomba nuclearde la historia.) Segúnlos cálculosrealizados a posteriori,habríaexplotado sólo un artefacto de mediokilotón.De lo que no cabedudaes de su carácternuclear. Las muestras de aire recogidas dos díasdespuéscontenían isótoposradiactivos de xenón.Poresosy otrosindicios, se suponeque la primera bombaatómicacoreanafracasó.Debatenlos expertossobre el materialfisibleempleado. A tenorde las muestras de aire, debióde ser plutonio, un elementoque Coreadel Nortelo poseeen abundancia. No constaque hayaenriquecido uranio en la medidanecesaria paraun arma.El plutonioha de estar rodeadopor unacombinación de explosivos lentosy rápidos. A ese recubrimiento ha de dárseleunaformamuyprecisapara que genereuna ondade choqueperfectamente esféricaque comprima el plutoniohastaduplicarsu densidad, al menos,o inclusoquintuplicarla. Talcondición se requiereparaque una masasubcrítica de plutoniose convierta en supercrítica (es decir,capazde sustentar una reacciónen cadena).Las desviacionesde la simetríadeformarán la cargay el adensamiento serámenoseficaz.Puedefallartambiénel iniciador, un emisor que cebala reacciónen cadenay que ha de de neutrones

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Lasbarrasde combustible agotadas delreactorde Yongbyon debieron de serla fuentedelplutonio 239 parala explosión porCoreadelNorteel I de octubre nuclear ensayada de 2006

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actuaren el momentopreciso. Si, además,el plutoniocontiene una proporción excesiva del isótopo240,que emitemuchos por segundoque el 239,la sobreabundancia más neutrones de producirá que no desarrollará neutrones una predetonación, toda la capacidad destructiva de la bomba. -Graham P Collins

y CtENctA, lruv¡srtcnclóru enero, 2007

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FISICA

Invisible la viabilidad teóricade la idea, ¡\ los pocosmesesde demostrar Duke,hanconsñl DavidSchurigy DavidSmith,de la Universidad Se tratade unosanillos sistemainvisibilizador. truidoun rudimentario Creadocon metal hechoscon un materialcompuesto. concéntricos y alambreinmersoen fibrade vidriose configura de suertetal, que de insólitas. Los anilloscurvanla radiación impartea la luz propiedades comoel aguaque fluyeen microondas en tornoal anillomásinterno, y reflejalas microondas en lornoa una piedra.El anillocentralabsorbe la re' normales. Se reducen menorcuantíaque lo haríaen condiciones por el objeto(en microondas, no en otras flexióny la sombrageneradas es la característica esencialde un frecuencias). Esa doblereducción ha resultado mássencillo de lo previsto, revestido invisibilizador. Lograrlo perode ahí a una verdadera los objetos de volverinvisibles capacidad hay un muylargotrecho. -J. R. Minkel en formade anilloabsorbe Desaparición: Unrevestimienlo débiles(rolo) unasreflexiones las microondas directaslazuh,produce y creaunassombras mínimas

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SENTIDt)S

Receptores deldolor

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tres moléculas f n el venenode arañase han identificado parasondearel comportamiento l- que podrÍanservirnos de los receptores de las neuronas sensoriales en la generación en las extremide dolor.Trasinyectarlas toxinaspurificadas las patasy los animales dadesde ratones,se les hincharon y lamiéndolas. reaccionaron con contracciones Pero,según que el estudiopublicado en Nature,los ratonestransgénicos, los receptores, indiferentes no expresaban se mostraron a la de la toxina.Los péptidosaisladosde ciertas administración que la capsaicina, tarántulas estimulan el mismoreceptor el que hacepicantesa los chiles.Pero,a diferencia componente las toxinasde la tarántula est¡mulan la zona de la capsaicina, y la sustancia quehacepicantes El veneno de lastarántulas valdríanparaestudiarlas exlernade las neuronas sensoriales; receptores en las neuronas losmismos neuronas a los chilesestimulan sin destruirlas. -Alison Snvder sensoriales

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Fríaperduración

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No un frío invernal, sinounas de temperatura corporal alargan la vida de losratones i i i

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y CtENctA, lruvrslenclóru enero, 2007

a unadietabajaen de sangrecaliente sometidos I os animales l- caloríasvivenmás tiempo,perotambiénpasanmásfrío. Bastacon rebajarla temperatura corporalde los ratonespara a los cerebrosde ratonestransalargarsu vida.Se ha engañado génicosparaque percibiesen una temperatura ambienteexcesiva y redujeran de grado. su temperatura corporalunasfracciones Los fríosratones PodÍanentoncesconsumircuantoles apeteciera. transgénicos vivieronunostres mesesmás que los individuos del ordende un lerciode la aportada control,una prolongación por las dietasbajasen calorías. Algunasempresas de biotecnolopor el desarrollo gía se han interesado inductor de un dispositivo en los cerebrosde las de pequeñotamañoque pudierainstalarse personas y gobernase la zonaneuronalque regulala temperatura del cueroo. -N¡kh¡l Swaminatham

deluniverso primigenio. Faltan hojas delálbum deimágenes deluniverso Losastrónomos seafanan enencontrarlas Abraham Loeb

¡/ll - uando miro al cielo por la noche me pregunto si los seres humanos no nos ocupamos demasiado de nosotros mismos. En el universo hay mucho más de lo que nuestros ojos I I . alcanzan a ver desde la tierra. Como astrofísico tengo el privilegio de que me paguen para pensar sobre el tema y ordenar las cosas en perspectiva.Si no, habría realidades V que me turbarían, como mi propia muerte. Todos moriremos, pero cuando observo el universo como un todo, me entra una sensaciónde longevidad. El "gran panorama" me aparta de mí mismo. Los cosmólogosabordan algunasde las cuestionesfundamentalesque durante siglos pertenecieronal dominio de la filosofía. Hoy nos basamosen observacionessistemáticas y métodos cuantitativos. Quizás el mayor logro del siglo pasado haya , sido la concepción de un modelo del universo que se apoya en un número ingente de datos. No suele apreciarseel valor que el modelo tiene para nuestra sociedad. Cuando cada mañana leo el periódico, me encuentro con conflictos por fronteras, posesioneso libertades.Las noticias de

hoy se olvidan con rapidezen los días siguientes.Pero al abrir textosantiguosque se vienenleyendodesdehacemucho,como la Biblia, ¿quées lo primeroque vemos?Una descripción de la creaciónde los constituyentes del universo:la luz, las estrellas. la vida.

Aunque los sereshumanosse vean inmersosen problemasterrenales con muchafrecuencia,sienten tambiéncuriosidadpor el "panoramaglobal". Como ciudadanosdel universonos preguntamospor el nacimientode las primerasfuentes de luz, la apariciónde la vida y la existencia de otras especiesinteligentesen la vastedaddel espacio.Nadie se ha encontradomejor situado que los astrónomosdel siglo xxt para responderestascuestionescruciales. La cosmologíamodernaes una ciencia empírica. Podemosver, entiéndaseal pie de la letra, el pasado.Cuando miramos nuestra imagen reflejadaen el espejoa un metro de distancia, nos vemos tal y como éramosseis nanosegundos antes,el tiempo que le

10{3 segundos Lainflación cósmica crealassemillasde los grumosde materia

70.000 años Lamateria seconvierte en lacomponente dominanle losgrumos delcosmos; emprezan a crecer

400.000 años Recombinación: alaparecer neutros losátomos deliberala radiación delfondodemicroondas

10{3 segundos y el tiempose El espacio desacoplan; tiempomás temprano significativo

LA LINEADELTIEMP0 C0SM|C0 contiene unaedadoscuraentrela liberación de la y la formación y estrellas. radiación galaxias delfondode microondas de las primeras para Eseperíodo se cerrócuando la luzde las estrellas brotéen cantidad suficiente que gas ionizar el aho¡adomina el espacio intergaláctico. lleva a la luz espejo y regresar. De igual forma, los cosmólogos no tienen que hacer cábalas sobre la evolución del universo; la contemplan a través de los telescopios.Puestoque todas las direccionesdel universo parecen estadísticamenteidénticas, lo que apreciamos a una distancia de miles de millones de años-luz es, probablemente,una justa representaciónde nuestra propia región del espacio tal y como fue hace miles de millones de años. La cosmología observacionalpersigue captar la historia completa del universo, una visión ininterrumpida de lo que nos ha precedido, empezando por un gas amorfo de partículas subatómicas.Tenemosuna instantáneadel universo a los 400.000 años tras la gran explosión: la radiación del fondo cósmico de microondas.Mil millones de años más tarde, contamos ya con imágenes de galaxias. A mediados de la próxima década,la NASA lanzará el Telescopio Espacial JamesWebb. Este ingenio estará capacitado para observar las primeras galaxias,

r En los últimosdecenioslos cosmólogoshan venido prestandoatencióna la radiacióndel fondo cósmicode microondas,una visión del universo a la edad de 400.000 años. Pero entre ese momentoy la apariciónde las primerasgalaxias transcurrióun períodode casi total oscuridad, apenas rota por débiles emisiones.Las sombras de esa era celan los secretosde la formaciónde las galaxias. ¡ Es manifiestala dificultadde examinarun período que, por su propia naturaleza,resulta poco menos que invisible.Hay que dar con las débilesondas de radio que el gas de hidrógenoeléctricamente neutro emitía durante su interaccióncon la radiación del fondo. Se acaba de iniciar la búsqueda. I El mapa resultanteadquiriráun interés harto mayor que el mismo fondo de microondas.Será tridimensionaly mostrará,paso a paso la aparición de estructurasa partir de lo amorfo.

que, según predicen los teóricos, se generaron cuando el universo tenía unos cientos de millones de años. Queda, pues, un gran hueco. Entre la emisión del fondo de microondas y los primeros rayos de luz estelar hubo un período en el que el universo era oscuro y el fondo de microondas no llevaba ya inscrita la distribución de materia. Parecerá una época sombría y letárgica, un intermedio aburrido entre las secuelas inmediatas de la gran explosión y el bullicioso cosmos de hoy día. Sin embargo, algo fundamental sucedió en esa edad oscura: la sopa primordial evolucionó hasta convertirse en el zoo variopinto de cuerpos celestesque hoy observamos.En la oscuridad, las fuerzas gravitatorias ensamblaron los objetos del cosmos. La situación que se les presenta a los astrónomos recuerda al álbum de fotos que pasara de las primeras imágenes en ultrasonido de un feto a las fotografías de su adolescenciay madurez. Si se intenta averiguar a partir de las fotografías lo acontecido entre ambas fases, se podría incurrir en grandes errores. Un niño no es un feto a mayor escala, ni un adulto a menor escala.Lo mismo sucedecon las galaxias.No siguieron un desarrollo lineal a partir de los grumos incipientes de materia perceptibles en el fondo de microondas. Las observacionesnos hablan de una transición compleja la experimentada por el universo durante la edad oscura. Los astrónomosbuscanahora las páginasperdidasdel álbum fotográfico cósmico, que corresponden a la evolución del universo durante su infancia y a la formación de los constituyentes de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea. Hace unos diez años, cuando empecé a trabajar en este campo, había muy pocos interesados.La cuestión concita en estos días la mayoría de los proyectos de futuras observaciones y promete convertirse en una de las fronteras de la cosmología más apasionantes.

Delosiones a losiones De acuerdo con la teoría de la gran explosión, el universo temprano estaba lleno de plasma caliente: una sopa de protones, electrones y fotones, espolvoreada con otras partículas. Los electrones en movimiento libre interac-

y CtEi¡ctA, lruv¡snctctóH enero, 2007

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1000millones deaños Límiteactualde lasobservaciones: lasgrandesgalaxiasse hanformado; la reionización es comoleta 100millones deaños Seformanlasprimeras que estrellas, reionizan el gasintergaláctico

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tuaban con los fotones mediante la dispersiónThomson, que acopla apretadamentemateria y radiación.A medida que el universo se expandía, se fue enfriando. Cuando la temperatura cayó a unos 3000 kelvin, los protones y los electrones se combinaron y formaron átomos eléctricamente neutros de hidrógeno. Terminó el proceso de dispersiónThomson. Los fotones dejaron de interactuar con la materia de forma tan intensa y se convirtieron en el fondo de microondas. La expansión cósmica siguió enfriando el gas: cabría esperarque el gas cósmico aparecierafrío y neutro hoy día. Pero no hubo tal. Aunque el mundo que nos rodea consta de átomos, la inmensa mayoría de la materia común del universo actual se encuentraen forma de plasma y se sitúa en el espacio intergaláctico.Los espectrosobservadosde los cuásares,las galaxias y las explosionesde rayos gamma más lejanos (y, por ende, más viejos) indican que el hidrógenocósmico difuso estabacompletamenteionizado a la edad cósmica de mil millones de años fvéase "yacíos espaciales",por Evan Scannapieco,Patrick petitjean y y Crc¡¡cr¡, diciembre de Tom Broadhurst; INVEsTTGACIóN 20021.Una pista tentadora acercade qué pudo ocurrir se halló hace tres años, cuando la sonda Wilkinson para el Estudio de las Anisotropíasde las Microondas (WMAp) confirmó que la radiación del fondo de microondas se halla ligeramente polarizada. El hidrógeno neutro no polariza esta radiación; sólo el hidrógeno ionizado puede hacerlo. La cantidad de polarización sugiere que el gas se ionizó muy temprano, unos pocos cientos de millones de años tras la gran explosión. Por tanto, los átomos debieron de fragmentarse de nuevo en protones y electronesal término de la edad oscura. Acostumbra asociarse esa reionización a las primeras generacionesde estrellas.Para ionizar un átomo de hidrógeno se requiere una energía de 13,6 electronvolt, cuantía aportada por los fotones de la luz ultravioleta. No se trata de ninguna cantidad desorbitadade energía. Equivale a unos l0e joule por kilogramo de hidrógeno, mucho menos que los 101sjoule liberados por la fusión nuclear de la misma masa de hidrógeno. Bastaría que y CtENctA, lHv¡slenclót'¡ enero. 2007

una millonésima parte del gas del universo experimentase la fusión en el interior de las estrellas, para que se generase la energía requerida en la ionización del gas restante. Otros conjeturan que el material que caía a los agujeros negros fue el origen de la radiación ionizante. La caída hacia un agujero negro libera unos 1016joule por kilogramo; bastaríaque cayeseuna diezmillonésima parte del hidrógeno cósmico en los agujerosnegros para ionizar el resto del gas. Estrellas y agujeros negros se crean dentro de las galaxias, galaxias que debieron constituirse antes de que se produjera la reionización. Suele pensarseque las galaxias no son más que meros conjuntos de estrellas. Para un cosmólogo, en cambio, se trata de aglomeraciones enormes de materia donde las estrellas aparecieron tarde.Las galaxiasestánformadassobretodo por materia oscura, un tipo de materia sin identificar caracterizado por su invisibilidad intrínseca.Se cree que una galaxia empezabaa constituirsecuando una región del universo de mayor densidad que la media colapsabapor efecto de su propia gravedad.Aunque en un principio esa región se expandía con el resto del universo, el exceso de gravedad frenaba la expansión e invertía su curso. La región se desplomabasobre sí misma para crear un objeto ligado: una galaxia. De acuerdo con los modelos actuales, las galaxias enanas comenzaron a configurarse cuando el universo tenía 100 millones de años. Con el tiempo se fusionaron unas con otras, dando lugar a galaxias de mayor tamaño. Una galaxia moderna, la propia Vía Láctea, es el resultado de la coalescenciade un millón de esos ladrillos. Dentro de las galaxias embrionarias, el gas se enfriaba y fragmentaba para crear estrellas lvéase "Estrellas primigenias", por Richard B. Larson y Volker y Crc¡.icl¡,, febrero de 20021. Bromm; INVESTTGACIóN La radiación ultravioleta de las estrellas se filtraba al espacio intergaláctico, separaba los electrones de sus átomos y creaba burbujas expansivasde gas ionizado. Cuantasmás galaxias se formaban, más burbujas aparecían; el gas intergalácticose fue asemejandoa un queso

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de Gruyére. Las burbujas fueron solapándosey con el tiempo cubrieron el espacio entero. A pesar de que esta secuenciaresulta verosímil, hasta ahora sólo consta en la mente de los teóricos. A los cosmólogos experimentales les gustaría tener pruebas directas de la época de la reionización antes de añadir este capítulo perdido a los libros de texto. Es más, sólo las observacionespuedenestablecersi fueron las estrellas o los agujeros negros los causantesde la reionización y qué propiedadestenía la materia oscura.Pero, ¿cómo se observa, si, al menos inicialmente, la edad oscura hacía honor a su nombre?

V i e n deonl a o s c u r i d a d Por fortuna, incluso el hidrógeno frío emite luz. Las partículas subatómicaspresentanuna orientaciónintrínseca, el "espín", que apunta a una de dos direccionesposibles, denominadasconvencionalmente"arriba" y "abajo". El protón y el electrón de un átomo de hidrógeno pueden apuntar en la misma dirección (alineación) o en sentidos opuestos.En este último estado, el átomo presenta una menor energía. Si, por ejemplo, tanto el electrón como el protón apuntan hacia arriba y el electrón pasa a apuntar hacia abajo, el nuevo estado atómico habrá perdido energía y cederá un fotón con una longitud de onda de 2l centímetros.A la inversa,si el átomo absorbe un fotón de esta frecuencia, el electrón volverá a tener el espín hacia arriba. Un fotón de 2l centímetroses mucho menos energético que los fotones que emite el hidrógeno cuando los electrones saltan de una órbita a otra: podía darse el cambio de espín incluso sin la existenciade estrellasque brillaran. La energía de la radiación del fondo cósmico de microondas y de las colisiones entre átomos bastaba para cambiar el espín de los electronese inducir un brillo tenue del hidrógeno. El número relativo de átomos con espinesparalelosy antiparalelosdefine la temperaturade espíndel gas. Una temperaturade espínalta, por ejemplo, indica que una fracción importante de los átomos porta espines que apuntan en la misma dirección. La teoría mantiene,por tanto, que la edad oscuraviene descritapor tres temperaturasdistintas:la temperaturade espín (una medida de la abundanciarelativa de átomos con diferentesestadosde espín), la temperaturacinética común (una medida de los movimientos de los átomos) y la temperaturade radiación (una medida de la energía de los fotones del fondo). Estastres temperaturaspodrían ser distintas entre sí, dependiendo de los mecanismos físicos que primen. En un peculiar juego de tres, la temperaturade espín fue primero igual a la temperaturacinética, despuésa la temperaturade radiación y, finalmente, otra vez a la temperaturacinética. Con la expansión del espacio, lo mismo el gas que la radiación se fueron enfriando. Por sus propios medios el gas se hubiera enfriado más deprisa, pero un pequeñonúmero de electroneslibres, el residuo que quedó tras la formación de los átomos de hidrógeno, contrarrestóla tendencia.Los electronesactuabancomo intermediariosen la transmisión de energíadel fondo de microondasa los átomos e igualabanlas tres temperaturas. A los diez millones de años de la gran explosión, sin embargo, los electronesdejaron de desempeñarese

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papel porque el fondo de microondas se había diluido. Se rompió el equilibrio entre gas y radiación. El gas inició un proceso de rápido enfriamiento. Las colisiones atómicas mantuvieron igualadas las temperaturas cinética y de espín. En esta fase, el hidrógeno era un absorbenteneto de fotones de 2l centímetros. Extraía energía del fondo de microondas (aunque nunca en la cuantía necesariapara restablecerel equilibrio). Cien millones de años despuésde la gran explosión, hubo una segundatransición.La expansióncósmicahabía enrarecido la densidad del gas hasta el punto de que las colisiones eran ya demasiadoinfrecuentespara que lograran igualar las temperaturascinética y de espín. Los espinesdrenabanenergíadel fondo de microondas. Cuando la temperatura de espín alcanzó el equilibrio con la temperatura de radiación, el hidrógeno había dejado de ser absorbentey emisor neto de fotones de 2l centímetros. Durante ese período, el gas resultaba indistinguible del fondo de microondas. Al encenderselas primerasestrellasy agujerosnegros, sobrevino una tercera transición. Los rayos X aumentaron la temperaturacinética. El hidrógeno absorbía y reemitía la luz ultravioleta; el consiguiente trasiego de electronesde órbita a órbita derivó en un equilibrio entre las temperaturascinética y de espín. La temperaturade espín aumentó por encima de la temperaturadel fondo de microondas,por lo que el hidrógeno empezóa brillar más que el fondo. El cambio de espín de los electrones requiere menos energía que la ionización, así que las galaxiashicieron que el hidrógeno brillara incluso antes de que lo reionizasen.Con el tiempo, cuando el hidrógeno alcanzóde nuevo el estado ionizado, brillaría a través de otros procesos y se debilitaría la emisión intergalácticade 21 centímetros.

T o n r o gíraapf r i r n i g e n i a Debido a este juego de tres, el cielo de 2l centímetros será más brillante o más oscuro que el fondo de microondas en razón del momento y del lugar. Otro fenómeno a considerar es la dilatación de la longitud de onda de los fotones en virtud de la expansión del universo. Desde el inicio de la edad oscura, el tamaño del universose ha multiplicadopor mil: un fotón de 2l centímetrosemitido entoncesllega hoy a la Tierra con una longitud de onda de 210 metros; un fotón emitido hacia el final de la época oscura tendría una longitud de onda de uno o dos metros. Este rango de longitudescae dentro del intervalo de radio del espectroelectromagnético.Se puedenrecogeresas emisionescon una bateríade antenasde baja frecuencia, parecidasa las que se utilizan para las comunicaciones por radio y televisión. Varios grupos están construyendo conjuntos así. La Red de Campo Ancho de Mileura (MWA), en el oeste de Australia, tendrá 8000 antenas esparcidaspor una zona de kilómetro y medio de largo. Detectarálongitudesde onda de I a 3,7 metros, con una resolución angular de minutos de arco, correspondientes durante la edad oscura a una escala física de unos tres millones de años-luz. Otras baterías de antenas son la Red de Bajas Frecuencias(LOFAR), el Telescopio de EstructurasPrimigenias (PaST) y, en un futuro más lejano, la Red del Kilómetro Cuadrado (SKA).

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A pesarde la escasez de estrellas, la EdadOscura pococomún no eracompletamente oscura.Un proceso hacíaqueel hidrógeno brillaradébilmente.

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Paraque el hidrógenobrilledebe existiruna fuente de energía.No habíaotra que la propiaenergíacinética de los átomos(liberadapor las colisionesentreellos) y los fotonesde la radiacióndel fondocósmico.Se contabacon una pequeñacantidadde electronessueltos, que transferían energíaentre los átomosy los fotones.

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Ninguna de lasfuentes, paraqueel hidrógeno no obstante, porel mecanismo teníala fuerzanecesaria brillara habitual: un electrón y regresa asciende a unaórbitamayor(unestadoexcitado) a su estadoinicialliberando un fotón. Fotón de 121,6nanómetros ....^? ESTADOFUNDAMENTAL { I

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y losfotones, proporcionaban Lascolisiones paraquesu espínapuntase sinembargo, la suficiente energía en la mismadirección queel delprotón. Cuando el electrón recupera su espíninicial se liberaun fotónconunalongitud de ondade 21 centímetros. Fotón de21centímetrosTl

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La energía cinética, la energía fotónica y la energía de espínconstituían lresreservas queintercambiaban energía defianerasdiversas. {l ENERGIA DELA RADIACION DEFONDO '6

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La cantidad de energiapresente en cadaunade lasreservas se represenla conunalemperatura: a másallatemperatura, mayor Al comienzo energía. de (a).En un momento la edadoscura, lastreslemperaluras eraniguales dado, y de espínempezaron quela lastemperaturas cinética a caermásdeprisa (ó).Después, energÍa fotónica la temperatura de espÍnalcanzó un equilibrio (c).Porúltimo, y loscuásares conla temperatura de losfotones lasestrellas y de espín(a).Las calentaron el gas,incrementando lastemperaluras cinélica y cómo. temperaturas relativas determinan si se puedeobservar el hidrógeno

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Al rastrear distintas longitudes de onda, estos instrumentos examinarán la emisión de 21 centímetros en momentos diferentes de la historia del cosmos. Con sus datos se levantará un mapa tridimensional de la distribución del hidrógeno neutro. Se observará el crecimiento de fluctuaciones de densidad de una parte en 100.000 (las registradas en el fondo de microondas) hasta que fueron varios órdenes de magnitud mayores. En los lugares de mayor densidad aparecerángalaxias y CrENctA, lNvESTtGAcróN enero, 2007

y las burbujas de hidrógeno ionizado que crean. Las burbujas proliferarán y se irán fusionando; con el tiempo limpiarán el espacio intergaláctico de hidrógeno neutro. La nitidez de las fronteras de las burbujas revelará si la reionización se debió a estrellas de gran masa o a agujeros negros. De las estrellas masivas mana sobre todo energía en forma de luz ultravioleta, mientras que los agujeros negros generan más rayos X, que penetran

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hasta mayores profundidades en el gas y producen, pues, fronteras menos definidas. Por varias razones, el mapa de 21 centímetros contendrá seguramentemás información que cualquier otra cartografía cosmológica, más incluso que el fondo cósmico de microondas. En primer lugaq las imágenesdel fondo de microondas son bidimensionales, ya que se crearon en un momento único en el tiempo (cuando el universo se enfrió por debajo de 3000 kelvin). En cambio, el mapa de 2l centímetros, tal y como se ha explicado antes, será tridimensional. En segundolugar, el fondo de microondasresulta algo borroso, puestoque su liberación no sucedióen todos los puntos exactamenteal mismo tiempo; el universo atravesó un período en el que no era ni totalmente transparente ni totalmente opaco, como la niebla que se disipa poco a poco. Durante ese tiempo, la radiación se difundió en distanciascortas,emborronandolas impresionesmás finas del fondo de microondas.Por el contrario,la radiaciónde 21 centímetrossurgió de los átomos de hidrógeno y no tropezó con nada que se interpusiese en su propagación a través del espacio; por eso, traza Ia distribución del gas sin emborronarla. En tercer lugar, el fondo de microondas lleva información de las fluctuacionesde la densidadde la materia que serían semilla de galaxias, mientras que el mapa de 21 centímetros mostrará por igual las semillas galácticas que el efecto de las galaxias ya formadas en sus alrededores. Para detectar la señal de 21 centímetros habrá que superar numerosas dificultades. Habrá que filtrar las emisiones de radio de baja frecuencia terrestres. Costará ain más vérselas con la radioemisión de fondo de nuestra galaxia, diez mil veces más intensa que la señal de la época de reionización. Por fortuna, el ruido galáctico es más o menos igual a longitudes de onda algo diferentes, mientras que la señal primigenia fluctúa con la longitud de onda, en concordancia con la estructura espacial de las burbujas ionizadas. Tal diferencia permite la extracción de la señal. Los astrónomospodrán comparar los mapas de 21 centímetros con las imágenes de los telescopiosde infrarrojos, como el JamesWebb. Las galaxias que se observen en luz infrarroja deberían correlacionarsecon las burbujas ionizadas del hidrógeno neutro. Aparte de los retos observacionales,corresponderá a los teóricos acometer numerosas tareas pendientes. Sobre todo, tendrán que ejecutar grandes simulaciones por computadorde lo que fue sucediendoen un volumen suficiente de espacio (en torno a unos mil millones de años-luz) para que valga de muestra estadísticamente representativade nuestro universo. Deberán hacerlo con una resolución que permita representara las galaxias enanas.La simulación habrá de describir la propagación de la radiación ionizadora de las galaxias a través del gas circundante, proceso que hasta ahora se ha recogido muy vagamente en los modelos. Es posible que los observadoresvean la reionización antes de que los teóricos hayan predicho qué debería verse. La conjunción de los esfuerzosteóricos y del empeño de los observadoresanojará luz sobre las incertidumbres que hoy abundan en la teoría de la formación de

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las galaxias. Algunas dudas conciernen a los grandes agujeros negros de los centros galácticos.A lo largo de los últimos diez años, se ha comprobado que casi todas las galaxiasactuales,incluida laYíaLáctea, alberganun agujero negro de masa elevada.Se cree que estosobjetos se alimentancon gas esporádicamente;tales episodiosse gestaríanen una fusión de galaxias. Durante esas fases de crecimiento, el gas que cae al agujero brilla mucho más intensamenteque el resto de la galaxia: se forma un cuásar. El Estudio Digital Sloan de los Cielos ha descubierto que a la edad cósmica de mil millones de años ya existían cuásarescon agujeros negros de más de mil millones de masas solares. ¿Cómo se formaron agujeros negros tan pronto y tan grandes? ¿Por qué dejaron de crecer? Otras preguntas guardan relación con la distribución de tamaños de las galaxias. Los teóricos piensan que

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la radiación ultravioleta de las galaxias enanas calentó el gas cósmico durante la reionización y suprimió la formación de nuevasgalaxias pequeñas.¿Por qué se ha prolongado esa supresióna lo largo del tiempo? De las

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galaxias enanas que encontramoshoy, ¿cuáles existían ya al principio? No son sino un par de muestrasde los muchos interrogantescuyas respuestasse ocultan en la edad oscura.

íacomplementaria Bibliograf

parala Loeb.Apuntes de la presentación FtRsT LtGHT. Abraham y agujeros delestudio teóricode lasestrellas negros de la abril2006. Escuela de lnvierno de SAAS-Fee, Le mueven las cuestiones épocade reionización. clásicas oe ATTHEE0GE CHASTNG HUBBTE's Sr¡oows:Tr¡ SrnncHF0RGALAXTES la filosofía. Enbuscade respuesta estudió física.Enseña Hilly Wang,2006. or Tr¡¡r.Jeff Kanipe. y profesor astronomía en la Universidad Harvard de es visitante ANDTHE lr LowFRrou¡Ncr¡s: Tnr 21 cN Tnlrusfl0N delInstituto Weizmann de Ciencias en Rehovot, lsrael. También CosNoLoev Steven Furlanetto, S. Peng0h y Frank ha sidoun pionero de la detección Hlet-Rtosrrrr UNrvERsE. de planetas extrasolares gravitatoria y delestudio 433, números 4-6, págs. mediante la técnica Briggsen PhysicsReports,volumen de la microlente de la generación o ,c t u b rdee 2 0 0 6 . de rayosgamma en el espacio intergaláctico. 1 8 1 - 3 0 1 Abrahamloeb es uno de los más destacados exDertos

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ESPEJ[} Untipoespecial decélulas cerebrales reflejan el mundo exterior. Vehiculan nuestra capacidad deimitar, aprender y comprender lasacciones e íntenciones ajenas y Vittorio Giacomo Rizzolatti, Leonardo Fogassi Gallese

na escenabreve: Pablo mira cómo Elena corta una flor. Pablo sabe qué está haciendoElena (cortar la flor) y sabe también por qué lo hace.Elenale sonríe;Pabloadivinaque se la va a regalar. Su percepción de lo que está sucediendoes casi instanpropósitos tánea. Pero, ;.de consigue comDrender comprender la acción acción y los propósitos ¿de qué modo consique de Elena con tanta facilidad? Un decenio atrás, psicólogos y neurocientíficos habrían atribuido ese conocimiento de las acciones de otro individuo y, sobre todo, sus intenciones a un proceso de razonamiento,no muy distinto del que se sigue en la resolución de un problema lógico: un refinado aparato cognitivo en el cerebro de Pablo procesaría la información que le proporcionan sus sentidos y la compararía con experiencias similares (almacenadascon anterioridad), llegando a una conclusión sobre lo que va a hacer Elena y los motivos que la animan. Aunque ciertas situacionessí den origen a deduccionescomplejas, sobre todo a la hora de analizar conductasextrañas,la facilidad y prontitud con que solemoscomprenderaccionessimples sugiereun mecanismomucho más sencillo.A comienzosde los años noventa,nuestrogrupo de investigaciónde la Universidad de Parma, que contaba entoncescon Luciano Fadiga, halló, de forma casual, la respuestaen una clase sorprendentede neuronasen el cerebro de un mono. Tales células nerviosasse excitan cuando el individuo ejecuta simples acciones motoras dirigidas a un fin, por ejemplo, agarrar una fruta. Lo reseñable es que se excitan también esas neuronas cuando el sujeto ve a alguien realizar la misma operación. Estas células cerebrales recién descubiertasparecían reflejar en el cerebro del observador las acciones realizadas por otro. Por eso se las denominó neuronas espejo. A semejanzade los circuitos neuronales que almacenan recuerdos específicos, estos conjuntos de neuronas espejo parecen codificar patrones o moldes de acciones específicas. Tal propiedad permitiría no sólo realizar movimientos básicos que no sean fruto de reflexión alguna sino, además, comprender sin necesidadde razonamientosesos mismos actos observados

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1. I-AACCION OUE REATIZA vfasmotoras unapsrsona excita ensl cerebro deotrapsrsona, la misma responsables deejecutar acción. Lasegunda comprende lo queestá dsunmodo visceral porque, merced haciendo la primera al mecanismo especulal, oxp0rimsnla la acción ansupropio cerebro. y CrENcrA, 2007 lHv¡slstc¡ór'¡ enero,

y CrENcrA, lilvEsTtcAcróN enero, 2007

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mer), termlnamos por comprender mos oír el mismo sonido al mono. que el patrón de actividad neuro- Gran parte de las neuronas espejo nal asociado a la acción observada de F5 que habían respondido a la constituía una representacióncerebral observaciónvisual de la acción con genuina del acto en sí, con indepen- sonido lo hicieron también al sonido solo. A estos subgrupos de células dencia de quién lo realizara. En investigaciones biológicas es les llamamos neuronas espejo audiofrecuente establecer la función de visuales. El paso siguiente se basabaen un un gen, una proteína o un grupo de células por un método muy directo: supuestoteórico: si las neuronasespejo participabanen la comprensión la eliminación de ese elemento y la determinación posterior de trastornos de un acto, deberían activarse también cuando el mono no veía la acen la salud o el comportamientodel organismo.Pero Ia técnica no nos ción en sí pero contaba con indicios suficientespara crear una representasirvió para determinar la misión de Reconocimiento las neuronas espejo. Se extendían ción mental de la misma. Empezamos instantáneo por mostrar al mono un voluntario Cuando descubrimos las neuronas éstas a regiones importantes de uno que se dirigía a una ración de comida espejo no nos proponíamos defen- y otro hemisferio, incluidas las corteder o combatir tradicionesfilosóficas. zas premotora y parietal: la destruc- y la cogía. Se interpuso luego una Estudiábamosla corteza motora, en ción del sistema neuronal especular pantalla ante el mono, p¿uano dejarle ver la mano del voluntario agarrarla implicado hubiera producido en los concreto el área F5, asociada a los movimientos de la mano y la boca, monos un déficit cognitivo tan gene- comida, con lo que el animal debía para averiguar de qué modo los patro- ral, que hubiera resultado imposible limitarse a sospechar el desarrollo nes de activación neuronal codifican aislar los efectos específicosde las ulterior de la operación. Más de la las instruccionespara Ia realización células eliminadas. mitad de las neuronasespejo de F5 pues,otro enfoque. se excitarontambién cuandoel mono de ciertas acciones. Registrábamos Necesitábamos, la actividad de distintas neuronasen Para demostrarque las neuronases- sólo podía imaginar Io que sucedía el cerebro de macacos. En el labo- pejo no sólo registrabanla visión de tras la pantalla. ratorio había numerosos estímulos un acto, sino que intervenían tamLos resultados confirmaban que para ellos. Y mientras desarrollaban bién en la comprensión del mismo, la actividad de las neuronas espejo la acción de respuesta (agarrar un evaluamosla respuestaneuronal en refuerza la comprensión de las acjuguete o una porción de comida, los casos en que los monos com- ciones motoras: siempre que pueda por ejemplo), observábamosla exprendieran el significado de un acto interpretarseuna acción por medios citación de conjuntos de neuronas sin verlo. Si, en efecto, las neuronas no visuales, como la representación mientras acometíanaccionesmotoras espejo mediaban la comprensión,su sonora o mental, las neuronasespejo específicas. actividad debería reflejar el sentido seguirán excitándosepara señalarel Advertimos entoncesalgo extraño: de un acto más allá de sus propieda- significado de la acción. cuandouno de nosotrosasíaun trozo des visuales.Acometimos dos series Tras los descubrimientos en el de alimento. las neuronasdel mono de experimentos. cerebro del mono relatados. cabía se activabansegúnla pauta en que se Primero nos propusimos determi- preguntarse si existía un sistema excitaban cuando el trozo lo agarraba nar si las neuronasespejo de F5 "reneuronal especular también en los el propio simio. ¿Obedecíaese fenó- conocían" accionessólo por su soni- humanos. Obtuvimos una primera meno a una circunstanciatrivial? ¿Se do. Registramoslas neuronasespejo prueba sólida de que así era, a través debía al movimiento inadvertido del de un mono mientras observabauna de una serie de experimentosen los mono mientras observaba nuestros acción motora de la mano a la que que, mediante diversas técnicas, se manejos?Una vez descartadasesa y acompaña un sonido inconfundible detectaron cambios en la actividad otras posibilidades (verbigracia,que (rasgar un papel o abrir la vaina de de la corteza motora cerebral. los monos estuvieranesperandocoCuando los voluntarios veían que un cacahuete).A continuación hiciotra personaagarrabaobjetos o gesticulaba con el brazo. el aumentode la excitación neural en los músculos de sus manos o brazos que intervendrían en movimientos idénticos a r El cerebrohumanoy el del mono cuentancon gruposde neuronas que respondencuandoun individuorealizaciertosactos y cuando los observadossugeríauna respuesta observaque otros ejecutanlos mismos movimientos. neuronal especularen las áreas mor Estas "neuronasespejo"aportan una experienciainterna directay, por toras de su cerebro.La existenciade tanto, una comprensiónde los aclos, intencioneso emocionesde otra neuronasespejohumanasrecibió una persona. nuevacorroboraciónen investigacior Las neuronasespejo puedensustentartambién la capacidadde imitar nes posteriores que se apoyaban en accionesajenas y, por tanto, el aprendizaje.El mecanismoespecular electroencefalogramasy otras medipuente serviríade entre dos cerebrospara su comunicacióny conexión ciones externas de la actividad cortien múltiolesniveles. cal. Pero hasta entoncesninsuno de en otra persona. Pablo capta la acción de Elena porque, aun cuando el acto sucedaante sus ojos, se desarrolla también en el interior de su cerebro. Según la antigua tradición fenomenológica de la filosofía, para comprender verdaderamentealgo había que experimentarlo dentro de uno mismo. Para los neurocientíficos,sin embargo, el hallazgo de una base física de esa idea en el sistemaneuronal especular significa un cambio radical en nuestra comprensión del modo de entender la realidad.

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En experimentos con monos,los autoresdescubrieron, en áreasmotoras del cerebro(derecha), parecía subgrupos de neuronas cuyaexcitación representar las propiasacciones. Portanto,la excitación de tales"neuronas espejo"produciría en un individuo el reconocimiento internode la acciónde otro.Dadoque la respuestade estasneuronasreflejabala interpretación correctadel objetivodel movimiento, los autoresdedujeronque comprender las accionesconslituía un fin esencialdel mecanismo especular. A partirde las respuestas que esascélulasnerviosas de las "neuronas espejo"infirieron intervenían en la comprensión de la intención finaldel agente,puesdistinguíanentreaccionesde agarraridénticas con propósito distinto.

premotora Lóbuloparietal Corteza ventral inferior

CEREBRO DELMONO

COMPRENSIONDE LA ACCION pruebas, En las pr¡meras cuandoel monoagarraba un granode uvadepositado en un plato(t), se excitaba intensamente una neuronadel áreapremotora F5,asociada a las operaciones de manosy boca.Esam¡smoneuronarespondió tamb¡én con fuerza cuandoun agentetomóla uvaantela miradadel mono(2).

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DISCRIMINAREL OBJETIVO Unaneuronaespejode F5 se excitóintensamente cuandoel que la manode un agentese movíaparaagarrar monoobservaba un objeto(t), perono cuandola manose movíasin propósito claro(2).La m¡smaneuronarespondió a unaaccióndirigidaa un objet¡vo cuandoel monosabíaque habíaun objetodetrásde la pantalla opaca,aunqueno vierala secuencia completa de la (3).La neuronarespondió ejecuc¡ón débilmente cuandoel mono sabíaquetrasla pantalla no se ocultaba ningúnobjeto(4).

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DISCERNIRLA INTENC]ON La lecturade las respuestas de una neuronadel lóbulo parietalinferiormostróunaexcitación ¡ntensa cuandoel monoagarraba unafrulaparallevársela a la boca(l). La respuesta para era menos¡ntensa si el monola agarraba echarlaa un cuenco(2).Esamismaneuronarespondía tambiéncon intensidad cuandoel monoveíaa un agente (4 y débilmente cogerla frutaparacomérsela antela acciónde cogelaparaecharlaal cuenco(4).En todoslos casos,la respuesta estabaasociada a la acciónde agarrar, De ellose inferíaque en la exc¡tación inicialde la neurona ya veníacodificada unacomprensión de la intención final.

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una de los demásconstituye las intenciones Interpretar En un experimensocialhumano. clavedel comportamiento que esa al efectose ha demostrado lo recienteconcebido a espelo.Se presentaron resideen las neuronas capacidad filmadas(abaio,izquien unassecuencias unosvoluntarios "de agarrarun objeto" dos acciones da) que mostraban y parecidas sin acciÓn, dos contextos sin ningúncontexto, que revelaban la de accióny contexto dos combinaciones parael cafésugerÍa intención del acto:el serviciopreparado que la tazase aganabacon intención de beber,o bienque se cogíala tazaparalimpiarlaunavez lerminadoel café. espejoen la cortezapremotode neuronas Las poblaciones del cerebrode los sujetosse excira de amboshemisferios acciones máximacuandocontemplaban taroncon intensidad espelodistinguían, clara.Las neuronas de intencionalidad posibles, a la respondiendo entrelas intenciones asimismo, que básicade bebercon mayorintensidad funciónbiológica (abaio,derecha). culluralmente al actode limpiar,adquirido

ACCTON

CONTEXTO

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los métodos utilizados nos permitía acotar con precisión las áreas del cerebro que se activaban al observar accionesmotoras.Así las cosas, nos dispusimosa explorar la cuestión mediante técnicas de formación de imágenes del cerebro. En aquellos experimentos,llevados a cabo en el Hospital San Rafael, de Milán, utilizamos tomografía por emisión de positrones (TEP) para observar la actividad neuronal en el cerebro de voluntarios humanos, mientras contemplaban diversas formas de asir algo la mano y, luego, como referencia,miraban a objetos fijos. En tales situaciones,la visión de accionesrealizadaspor otros excitaba tres áreas principales de la corteza cerebral. De una de ellas, el surco temporal superior (STS), sabemos que alberga neuronas que responden a la observación de miembros corporales en movimiento. Las otras dos, el lóbulo parietal inferior (LPI) y

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Contexto: antes delcafé

el giro frontal inferior (GFI), corresponden, respectivamente,al LPI y a la corteza premotora ventral del mono (que incluye la F5), las áreas donde habíamosregistradoneuronas espejo con anterioridad. De los resultados se infería que un mecanismo especular operaba también en el cerebro humano, pero no revelaban del todo su alcance. Por ejemplo, si las neuronasespejo permiten la comprensión directa, a través de la propia experiencia, de un acto observado,¿en qué medida el objetivo final de la acción es a su vez un componentede esa "comprensión"?

lntencionalidad Volviendo a nuestro ejemplo inicial, decíamosque Pablo sabe que Elena está cortando una flor con la intención de ofrecérsela.En ese contexto, la sonrisa de Elena da una clave para conocer su propósito, decisiva

Contextol después delcafé

Intención: beber

Intención: limpiar

para que Pablo comprenda el paso siguiente: Elena le entrega la flor Y completa los movimientos que constituyen ese acto. Cuando el gesto lo hacemosnosotros, desarrollamos una secuenciade acciones motoras cuyo orden viene determinado por nuestra intención. Con una serie de movimientos recogeríamos la flor y la acercaríamosa la nanz para olerla; con una serie parcialmente distinta tomaríamos la flor y la entregaríamos a otra persona. Ante semejantesituación,nos propusimos investigar si las neuronas espejo permiten comprender la intención mediante la distinción entre acciones similares con objetivos diferentes. Volvimos a nuestros monos. Registramos sus neuronas parietales en condiciones diversas. En un planteamiento experimental tenían que agarrar una ración y llevársela a la boca. A continuación. debían tomar

y CtENctA, 2007 ene¡0, lruv¡snclclóru

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esa misma porción y echarla a un cuenco. Con gran interés observamos que, dependiendo del objetivo final (la intención), la mayoría de las neuronas registradas se activaban de modo distinto durantela acción de agarrar.Se demostrabaasí que el sistema motor se organizaen cadenas neuronales,cada una de las cuales codifica la intención esoecífica del acto. ¿Serviríaese mecanismo para explicar nuestra forma de comprender las intenciones ajenas? Para someter a prueba las propiedades especularesde esas neuronas "aprehensoras",provocamos que un mono observaraa un investigadoren el curso de la ejecución de tareas que el animal había desempeñado antes.En cadacaso,la mayoríade las neuronasespejo se activaron de una maneradiferente,en función del destino: llevarse la comida a la boca o verterlaen el cuenco.Los patronesde activaciónneuronalen el cerebrodel mono coincidíanexactamentecon los observadoscuando el propio mono realizaba esos actos: las neuronas espejo que se excitaban con mayor intensidaddurante la acción "ag¿urar para comer" y no en la de "agarrar para echar al cuenco" se comportaron igual cuando el mono veía ejecutar la acción correspondiente. Parece,pues, que existe una relación clara entre la organización motora de las acciones deliberadas y la capacidad de comprender las intencionesde los demás. Cuando los monos observabanuna acción en un contexto determinado, les bastaba contemplar la primera fase de la sucesiónentera de movimientos (agarrar) para excitar unas neuronas espejoque formaban una cadenamotora en la que se codificaba también una intención específica.La activación particular de una cadenau otra mientras observabanel comienzo de la acción dependía de varios factores: naturalezadel objeto en cuestión, contexto y memoria de lo que antes hiciera el agente observado. Para comprobar si existe en los humanosun mecanismode lecturade intenciones semejante,colaboramos con el equipo de Marco Iacoboni, de la Universidad de California en Los Angeles.Se obtuvieronimágenespor resonanciamagnética (RM) de un grupo de voluntarios. Se presentaron

y CrENcrA, lruvrsttcncróru enero, 2007

ante los participantestres clases de estímulos. incluidos en secuencias filmadas. El primer conjunto de imágenes mostraba,sobre un fondo vacío, una mano que asía de dos maneras distintas una taza. El segundoconstaba de dos escenasque conteníanplatos y cubiertos: en una, preparadospara servir el café y, en la otra, terminado ya el café y en esperade limpieza. El tercer grupo de estímulos mostraba una mano asiendo la taza en uno u otro de esos dos contextos. Se trataba de averiguar si las neuronas espejo humanas distinguirían entre agarrar una taza para beber, como sugiere el contexto de "preparados para el café", y agarrar la taza para retirarla, como indica el contexto de "limpieza". Los resultados demostraronno sólo que ello era cierto, sino ademásque el sistema especularrespondíaintensamentea la componente intencional de un acto. Los sujetos de la prueba que observabanlas accionesmotoras de la mano en los contextos de "beber" o "limpiar" mostraron grados de excitación distintosen sus neuronasespejo; la intensidad en ambas situaciones era mayor que cuando observaban la mano aganando una taza fuera de todo contexto o cuando contemplaban sólo los platos y cubiertos. Humanos y monos son especies sociales. Por tanto, no es difícil apreciar las ventajas evolutivas (de supervivencia) de un mecanismo, basado en neuronasespejo, que fija las accionesmotoras esencialesdentro de una red motora semántica de mayor extensión,por una razón poderosa: facilita la interpretación directa e inmediata de las conductasajenas sin necesidadde procesoscognitivos complejos.En la vida social, la interpretación correcta de las emociones de los demásreviste importancia; de hecho. la emoción suele ser un elemento contextual clave que señala el propósito de un acto. Varios grupos venimos investigando si el sistema especularnos faculta para comprender lo que otros sienten, ademásde lo que hacen.

y aprender Gonectar Nuestra interpretación de las emociones ajenas, igual que la de las acciones,no sigue un camino único. La observación de alsuien emocio-

nado provoca una elaboración cognitiva de esa información sensorial. que, en último término, proporciona una conclusión lógica sobre los sentimientos que embargan al otro. Una observación que también podría provocar la elaboración de un mapa de esa información sensorial en las estructuras motoras que despertarían idéntica emoción en el observador. Entre una y otra forma de interpretación o comprensión media un profundo abismo. En la primera, el observador infiere la emoción, sin experimentarla; en la segunda, la emoción se reconoce directamente porque los mecanismosespeculares reproducen el mismo estado emocional en el observador.Por eso, la consabida frase "le acompaño en el sentimiento", que indica a la yez comprensión y empatía, quizás exprese una verdad literal de la que no seamosdel todo conscientes. Hallamos un ejemplo paradigmático en la emoción de repugnancia, reacción básica cuya expresión importa para la supervivenciade miembros de una especie.En su forma más primitiva, indica que algo probado u olido por un individuo es malo y, casi seguro,peligroso. Una vez más, en colaboracióncon neurocientíficos franceses,recurrimos a la resonancia magnética para demostrar que la sensaciónde repugnanciacausadaal aspirar olores fétidos y la observación de asco en el semblante de otra persona activan la misma estructura neural (la ínsula anterior) en puntos idénticos de dicha estructura.De lo que se desprendeque las poblaciones de neuronas espejo de la ínsula se excitan tanto si los participantesen la prueba experimentan la emoción como si la ven expresadaen otros. Con otros términos, el observador y el observado comparten un mecanismo neuronal que vehicula una forma de comprensiónpor experiencia directa. El grupo formado en torno a Tania Singer, del Colegio Universitario de Londres. descubrió coincidencias semejantesentre las emociones experimentadas y observadas en el contexto del dolor. Los participantes en el estudio sintieron el dolor producido al aplicarles electrodos en las manos; después,contemplaron la aplicación de electrodosen la mano de un compañero, seguida por una

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indicación de estimulacióndolorosa. Ambas situacionesexcitaronlas mismas regiones de la ínsula anterior y de la corteza cingulada anterior en los sujetos del ensayo. Tomadosen conjunto, los datos no admiten dudas: los humanos captamos emociones,al menosemociones negativas intensas, a través de un mecanismo directo de cartografiado en el que intervienen partes del cerebro que generan respuestas motoras viscerales. Por supuesto, este mecanismo especular de captación de emociones no explica por entero la cognición social, pero aporta una base neuronal para algunas relaciones interpersonalessobre las que se construyen comportamientos sociales de cierta complejidad.Tal vez constituya un sustratopara la comunicación afectivacon los demás;susanomalías podrían intervenir en los déficits de empatía, como los que se aprecian en los niños autistas. Numerosos laboratorios, incluido el nuestro, siguen analizando estas cuestiones. Les anima el interés intrínseco del tema y las posibles aplicaciones terapéuticas.Si la experiencia ha inscrito el patrón de

una acción motora en las neuronas especulares,en teoría sería posible aliviar trastornos de la movilidad, como los ocasionadospor un ictus, mediantela potenciaciónde patrones de acciones que no hayan quedado dañados. Pruebas recientes indican que el mecanismo especular interviene en el aprendizaje de nuevas facultades. La imitación dista de hallarse desarrollada entre los primates no humanos. Se da raras veces en monos; en los grandes simios (chimpancés y gorilas), es limitada. Para los humanos, sin embargo, la imitación constituye un instrumento de interés máximo para el aprendizajey la transmisión de destrezas,lenguas y cultura. ¿Seapoyó en el sustratoneuronal del sistemaespecularestesalto evolutivo desdenuestrosantepasados primates?Iacoboni y su grupo aportaron las primeras pruebas de que pudiera ser así. Utilizaron imágenes obtenidas por resonanciamagnética para observarhumanos que contemplaban e imitaban movimientos de dedos. Ambas actividadesexcitaban el giro frontal inferior (GFI, parte del sistema especular), sobre todo

por mal oloro vieranimágenes Sintieran repugnancia exprede otraspersonas (izquierdal, regiones sandorepulsión en el cerebrode los individuos se excitaban En estecortetransversal similares. del cerebrose enmarcan en ro¡olas poblay en amarillolas que cionesde neuronas activadas al experimentar repugnancia (La regiónestudiada se excitanpor la meravisiónde tal sensación. se delimita Estosgruposde en azul;en verde,las examinadas en un estudioanterior.) que se superponen neuronas tal vez representen físiconeuronal un mecanismo de la empatÍahumanaque nos permitecomprender las emociones de nuestros seme¡antes.

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cuando el movimiento tenía un fin específico. En todos estos ensayos, empero, los movimientos a imitar eran sencillos y reiterativos. ¿Qué función desarrollarían las neuronas espejo cuando aprendemos por imitación acciones complejas y nuevas? Para responder a esa pregunta, Giovanni Buccino, de nuestra universidad, y otros colaboradoresen Alemania analizaron mediante imágenes por resonancia magnética la imitación posterior de los movimientos de cuerdas de guitarra tocadas por un experto. Mientras los sujetos de la prueba observabanal guitarrista, su sistema de neuronasespejo parietofrontales se activó. La misma iírea se excitó con intensidad mayor cuando los sujetosimitaban los movimientos de las cuerdas.Cabe señalarque en el intervalo siguiente a la observación, mientras los participantes preparaban su imitación del guitarrista,entró en actividad otra región del cerebro: el área prefrontal 46. Esta se asocia a la memoria de planificación y operaciones motoras; puede, por tanto, desarrollar una función esencial en el correcto encadenamientode los pasos elementalesque constituyen la acción a imitar. Durante largo tiempo los neurocientíficos se han sentidodesconcertados ante numerososaspectosde la imitación. Así, el modo en que el cerebro de un individuo aceptaIa información visual y la interpreta para traducirla a términos de movimiento. Si el sistema de neuronasespejosirviera de puente en ese proceso,amén de vehicular la comprensión de las acciones,intenciones y emociones de otras personas, habría quizás evolucionado hasta convertirse en componente destacado de la capacidad humana de aprender, a través de la observación,refinadas habilidadescognitivas. No sabemostodavía si el sistema neuronal especular es exclusivo de los primates o si lo comparten con otros animales. Nuestro grupo ensaya ahora con ratas para averiguar si presentano no respuestasespeculares en sus neuronas. Esta propiedad especularinterna puede haberse desarrollado en una fase tardía de la evolución, 1o que explicaría una implantación en los humanos mayor que en los monos. Dado que hasta los hombres y monos recién naci-

2007 lruv¡sncrclóru YCIENctA, enero,

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2. LA lM|TACl0N requiere la reproducción de la acciónqueejecuta otro.Si lasneuronas (la imitación), espejo facultad humana se hallandetrásde estasingular el s¡stema podríavehicular y el aprendizale especular la enseñanza de nuevas destrezas. dos imitan gestos sencillos, como el de sacar la lengua, la capacidad de crear patronesespecularesde acciones observadaspodría ser innata. La incapacidad de reflejar emociones parece ser una nota distintiva del autismo; por ello, trabajamos con niños autistas para desentrañar si sufren deficiencias motoras que pudieran indicar un trastorno del sistema neuronal especular. Sólo ha transcurrido un decenio desde que publicamos nuestros descubrimientos acercade las neuronas espejo.Muchas preguntassiguen sin respuesta,incluido el posible cometido del sistemaespecularen el lenguaje.El sistemade neuronasespejo en nuestraespecieincluye el área de Broca, centro cortical fundamental relacionado con el lenguaje, una de las facultadesdistintivas del hombre. Y si es verdad, como creen algunos

lingüistas, que la comunicación humana empezócon gestosde cara y de manos, las neuronas espejo habrían desarrollado una función principal en la evolución del lenguaje. De hecho, el mecanismoespecular resuelvedos problemasde comunicación fundamentales:la paridad y la comprensión directa. La paridad requiere que el mensajetengael mismo significado para emisor y receptor. La comprensióndirecta implica que no se necesite acuerdo previo entre los individuos---símbolosarbitrarios, por ejemple para que se entiendan entre sí. El acuerdoes inherente a la organización neural de ambas personas.Los espejos interiores tal vez sean lo que necesitan nuestros personajes,Pablo y Elena, para comunicarsesin palabras,y en general los sereshumanospara comunicarse en múltiples niveles.

Losautores y VittorioGallese Giacomo Riz¿olatti, leonardoFogassi trabalan en la Universidad y Gallese de Parma, cuyodepartamento de neurociencias dirigeRizzolatti. Fogassi que,en los primeros actividades desempeñan docentes. Desde añosnovenla, descubrieron las neuronas espejo, hanseguido investigando en sobreesascélulas y humanos, m0n0s asícomola función m0t0ren la cognición. delsistema

Bibliograf íacomplementaria

= F F

AcTroN REcocurTr0N rNTHE PREM0T0R C0RTEX. VittorioGallese, Luciano Fogassi Fadiga, Leonardo y Giacomo Rizzolatti en Brain,vol.119,n.02, págs.593-609; abrilde 1996. y G. Rizzolatti A UNrtyrNG VIEW BAsrs 0FTHE 0r SoclnlCoeurnoru. V. Gallese, C. Keysers en Trendsin Cognitive Sciences, vol. 8, págs.396.403;2004. GRASpTNG THEINTENTI0NS or OrurRswrrH 0rue's0wu MTRRoR NruRoru Sysrru. Marco y 0tr0sen PInSBiology, lacoboni vol.3, n.03. págs.529-535; marzode 2005 PARTETAI L0BE:FR0MAcIoru0RenMzATroN T0 INTENTT0N UrrlorRslnruolrue. Leonardo Fogassi y otrosen Science, vol.302,págs.662-667; 29 de abril,2005.

lruvrsrelc¡óru YCrENcrA, enero, 2007

ha publicadosobre el tema, entre otros,los siguientesartfculos: Regeneracióncerebral, de FredH. Gage Noviembre 2003 Plasticidadcerebral, de Marguerite Holloway Noviembre 2003 El cerebro adicto, de EricJ.Nestlery RobertC. Malenlo Mayo2004 VuelveFreud, de MarkSolms Julio2004 Estructuradel cerebro humano, Bruss, deJohnS.Allen,Joel y HannaDamasio Enero2005 Músicay cerebro, de NormanM.Weinberger Enero2005 Fijaciónde la memoria, de R.Douglas Fields Abril2005 Dimor{ismo sexualcerebral, de l-arryCahill Julio2005 La neurobiologíadel yo, deCadZimmer Enero2@6

PrensaCientífica,S.A.

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I

2007 YCtENclA, enero, l¡¡vrsrerctó¡t

R[)T[)S:

UNATE(]RIA DELAUTISMO

podrían Losestudios neuronal delsistema especular ayudar a determinar lascausas delautismo. Conellofacilitarían y tratamiento el desarrollo denuevas víasdesudiagnosis y Lindsay Vilayanur S. Ramachandran M. 0berman

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t o s l r l l ñ o sA U T | S T At iSe n e n d i f i c u l t a dceosnl a i n t e r a c c i ó n social.0uizáseaporque su sistema de neuronas espejo no funciona c0rfectamente.

lruv¡slclclóru v Cl¡rucll, enerc,2007

primera vista quizá no notemos nada anormal en un chico que padece autismo. Pero si intentamos hablar con é1, pronto percibiremos que algo importante falla. Puede que no nos mire a los ojos, sino que desvíe la mirada y se agite, meciéndose de un lado a otro o dando cabezazoscontra la pared. O más extraño todavía: se muestra incapazde sostenernada remotamenteparecido a una conversación normal. Aunque pueda sentir miedo, ira o placer, tal vez carezcade empatía genuina hacia otras personas.Le dejan impávido sutiles signos socialesque la mayoría de los niños captan sin dificultad. En los años cuarenta del siglo pasado, Leo Kanner en EE.UU. y Hans Asperger en Austria descubrieronpor separadoeste trastorno del desarrollo. (En EstadosUnidos afecta al 0,5 por ciento de los niños.) Cada uno de esos médicos desconocíapor completo los trabajos del otro, pero por asombrosa coincidencia dieron el mismo nombre al síndrome: autismo, derivado de la raíz griega otto ("propio"). El nombre resulta muy adecuado,porque lo que más destaca es el retraimiento de la interacción social. Ultimamente, los médicos han adoptadola expresión "trastorno en la gama del autismo", para aclarar que la enfermedad se manifiesta en múltiples variantes afines que cubren una escalade gravedadmuy amplia, aunque comparten algunos síntomas característicos. Desde que se identificara el autismo, se han prodigado esfuerzospor determinar su causa. Se sabe que la susceptibilidadal autismo es hereditaria, sin que se descartela participación de factores de riesgo ambientalesfvéase 'Autismo precoz" por Patricia M. Rodier; INVESTIGACIóNy cleNcle, abril de 20001. A finales del decenio de los noventa, nuestro laboratorio de la Universidad de California en San Diego comenzó a investigar la posible conexión entre autismo y neuronasespejo, una clase recién descubiertade células nerviosas del cerebro. La probada participación de esas neuronas en facultades como la empatía y la percepción de las intenciones ajenas sustentabala hipótesis de que algunos de los síntomas del autismo obedecierana una disfunción del sistema neuronal especular.Diversas investigacionesrealizadasen el curso

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un autista.A la inversa, no se aprecia ninguna de las señalestípicas del autismo en pacientescon lesión cerebelar.Posiblemente las alteraciones del cerebeloobservadasen niños autistas se deban a efectos laterales inconexos de genes mutantes cuyos Lossíntomas otros efectos sean las verdaderas Aunque los principalessignosdistin- causasdel trastorno. De las teoríaspsicológicas,la más tivos del autismo seanel aislamiento social, la huida del contacto visual, ingeniosa sea quizá la de Uta Frith, la pobreza de lenguaje y Ia ausen- del Colegio Universitariode Londres, cia de empatía,se dan también otros y Simon Baron-Cohen,de la Universidad de Cambridge.Ambos postulan síntomasmenosconocidos.Uno muy que la principal anomalía del autiscorriente es la dificultad en comprender metáforas; los autistas las mo consiste en no poder elaborar interpretan a veces de forma literal. una "teoría de las mentes ajenas". Les cuesta también imitar las accio- Según ellos, en el cerebro hay cirnes de otras personas.A menudo se cuitos nerviosos especializadosque comportan de un modo excéntrico, nos permiten crear ingeniosashipótomando a broma y despreciando tesis sobre cómo opera la mente de aspectosimportantes de su entorno, otra persona.Tales hipótesis sirven, sobre todo el medio social que les a su vez, de base para predecir con rodea.Desconciertaigualmentela ex- acierto las conductasajenas. tremada aversión que les producen Sin duda, Frith y Baron-Cohen ciertos sonidosque, sin motivo claro, están en el buen camino. pero su disparan alarmas en su mente. teoría no explica enteramente el Para explicar el autismo se han cúmulo de síntomas.en apariencia propuestodos clasesde teorías:ana- inconexos, del autismo. Negarles a tómicasy psicológicas.(Los expertos los autistascapacidadde interacción han rechazado un tercer grupo de social porque carecende una "teoría teorías que achacan el trastorno a de las mentes ajenas" es caer en la una mala crianza.) Eric Courchesne, tautología.Se impone determinarlos mecanismoscerebralescuyasfunciode la Universidad de California en San Diego, y otros anatomistashan nes coincidan con las alteradaspor demostradoque los niños autistas el autismo. presentan anomalías características Una valiosa pista proviene de los en el cerebelo,la estructuracerebral trabajos de Giacomo Rizzolatti y su responsablede la coordinación de grupo, de la Universidad de Parma. movimientos muscularesvoluntarios En los años noventa, investigaronla actividad neuronal en el cerebro de complejos. Sin dejar de tener en cuenta es- macacos, mientras los simios realitas observaciones, sería prematuro zaban acciones dirigidas a un objeasegurar que las lesiones del cere- tivo. Hace deceniosque se sabe que belo constituyen la única causa del ciertas neuronas de la corteza premotora -parte del lóbulo frontal del autismo. Los daños que produce un ictus en un cerebelo infantil suelen cerebre intervienen en el control manifestarse por temblores, pasos de los movimientos voluntarios.Una vacilantes y movimientos oculares neurona se activará cuando el mono agana un cacahuete,otra cuando el anormales, síntomas muy raros en de los últimos diez años han venido a confirmar nuestra tesis. Quizás en próximos estudios se explique cómo apareceel autismo. Ello contribuirá al desarrollo de métodos de diasnosis y tratamiento.

¡ Las neuronasespejo se hallan comprometidasen la interacciónsocial. Su disfunciónpodría ocasionaralgunosde los síntomasprimariosdel aut¡smo,como el aislamientoy la ausenciade empatía. r La investigaciónsobre autistasdemuestrafalta de actividadneuronal especularen varias regionesdel cerebro.Los tralamientosencaminados a restauraresa actividadquizás aliviaríanalgunossíntomas. r Una hipótesiscomplementaria,la teoría del paisaje resaltado,justificay otros síntomassecundariosdel autismo. ría la hipersensibilidad

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animal tira de una palanca, etcétera. Suelen llamarse neuronasde control motor. (Recuérdeseque la neurona cuya actividad se graba no controla el brazo por sí misma; forma parte de un circuito cuyo seguimiento se realiza mediante la observación de las señales de las neuronas que lo constituyen.) Lo que sorprendió a Rizzolatti fue que un subgrupo de las neuronasde control motor se activara también cuando el simio veía realizar esa misma acción a otro congénere o a un investigador.Por ejemplo, una neurona de las que controlaban la acción de "agarrar el cacahuete" se excitaba cuando el simio veía hacer ese movimiento a uno de sus compañeros.Se demostró luego, por medio de técnicas de formación de imágenes,la existencia de neuronas espejoen las regionescorrespondientes de la corteza cerebral humana. Se comprobóasí que las neuronasespejo -más exactamente,las redes de las que forman parte- no sólo envían órdenes motoras sino que permiten a simios y humanos determinar las intenciones de otros individuos mediante la simulación mental de sus actos. Su cometido en los simios tal vez se limite a predecir accionessencillas con un objetivo concreto; en los humanos, en cambio, el sistema neuronal especular puede haber desarrolladola capacidadde interpretar intenciones más complejas. La investigación posterior demostró que había neuronasespejo en otras partes del cerebro humano (las cortezascinguladae insular),que intervienen presumiblementeen las respuestasemocionalespropias de la empatía.Al estudiarla cortezacingulada anterior de personasdespiertas, se encontró el fenómeno siguiente: ciertas neuronasque suelenexcitarse en respuestaal dolor lo hacen también cuando el individuo ve sufrir dolor a otra persona. Las neuronas espejo podrían intervenir. asimismo. en la imitación. facultad que los primates poseenen un grado rudimentario y alcanza su pleno desarrollo en los humanos.La propensióna imitar debe ser, al menos en parte, innata. Segúndemostró Andrew Meltzoff, de la Universidad de Washington, si se saca la lengua a un bebé recién nacido, la criatura repite el gesto. Y es imposible que

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lo haya aprendido a través de realimentación visual y corrección de errores,pues el bebé no se puedever la lengua. El cerebro del niño debe contar, pues, con un mecanismo de conexionesprefijadasque elaboreun mapa de los gestosde la madre -ya seasacarla lengua o sonreír- en las neuronasde control motor. El desarrollo del lenguaje durante la infancia requiere cafografiar de nuevo la distribución entre las iíreas cerebrales. Para imitar palabras que pronuncia la madre o el padre, el cerebro del niño debe transformar las señalespercibidas en los centros de audición de los lóbulos temporales del cerebro en formas verbales que emite la corteza motora. Se desconoce todavía si las neuronas espejo participan directamenteen ello, pero está claro que ocurre algún proceso análogo.En último término, las neuronas espejo tal vez permitan que los humanosse vean a sí mismos como otros los ven, facultad que podría resultar esencial para la autoconsciencia y la introspección.

Supresión delasondas mu

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¿Qué tiene todo esto que ver con el autismo? Al final de los noventa, nuestro grupo advirtió que las neuronas espejo realizaban las mismas funciones que parecen desarboladas en el autismo. Si el sistemaneuronal especular interviene de veras en la interpretación de intenciones complejas, una rotura de esos circuitos neuronalesexplicaría el déficit más llamativo en el autismo: la carencia de facultades sociales. Los demás signos distintivos de la enfermedad -ausencia de empatía, trastornos del lenguajee imitación deficiente,entre otros- coinciden con los que cabría esperaren caso de disfunción en las neuronasespejo. El grupo de Andrew Whitten, de la Universidad escocesade St. Andrews, propuso, casi al mismo tiempo que nosotros,igual hipótesis.Pero la primera comprobación experimental se realizó en nuestro laboratorio, donde colaborabanEric L. Altschuler y Jaime A. Pineda, de la Universidad de California en San Diego. Para demostrar que los niños con autismo sufrían disfunción en las neuronas espejo,debíamosencontrarun modo de observarla actividad de sus células neuronalessin necesidadde

lw¡srctctóHYCtENctA, enero. 2007

la actividad menoscabada Las personas de autismomuestran afectadas de sus neuronas espejoen el girofrontalinferior,una partede la corteza paracaptarlas premotora del cerebro;quizásello expliquesu incapacidad de las neuronas espejoen la intenciones de los demás.Las disfunciones ínsulay en la cortezacingulada de síntomas anteriorpodríanresponsabilizarse los déficitsen el giroangulardarían afines,comola ausencia de empatía; de lenguaje. Los autistaspresentan tambiénalteraciones origena dificultades estructurales en el cerebelov el troncocerebral. GIROFRONTAL INFERIOR Guíadelmovimiento y evaluación de intenciones

CINGULADA ANTERIOB CORTEZA Regulación de la empatía v otrasemociones GIROANGULAR Comorensión delsignificado depalabras. y comotnacron de la información sensor¡al

INSULA Partic¡pa en lasrespuestas al dolor y a la repulsión Troncocerebral

implantarleselectrodosen el cerebro (como hicieron Rizzolatti y los suyos con los simios). Descubrimos que ello era factible mediante la medición de sus ondas cerebralesen un electroencefalograma(EEG). Desde hace más de medio siglo se sabe que una onda componente del EEG, la onda mu, se bloquea cada vez que la persona mueve un músculo deliberadamente, abrir y cerrar la mano, por ejemplo. Curiosamente,esa componentese bloquea también cuando el sujeto ve que otro realiza la misma acción. Uno de los autores (Ramachandran)y Altschuler sugirieron que la supresiónde la onda mu podría utilizarse a la manera de sonda,sencilla y no invasiva,para la observaciónde la actividad neuronal especular. Decidimos centrar los primeros experimentosen un niño autista de alto funcionamiento, es decir, que no presentaradeficienciascognitivas graves.(Los niños muy pequeños,de bajo funcionamiento, no participa-

Cerebelo

ron en el estudio porque queríamos asegurar que cualquier diferencia que encontrásemos no se debeía a problemasde atención,de comprensión de instrucciones,ni a los efectos generalesdel retraso mental.) El EEG demostró que en el cerebro del paciente se observabauna onda mu, que se suprimía cuando ejecutabaun movimiento voluntario sencillo,igual que sucedíaen un niño normal. Pero cuando el niño autista vio realizar esa acción a otro, no se produjo la supresión. Dedujimos, en coherencia, que su sistemade control motor permanecía intacto y era deficiente su sistema neuronal especular.Esta observación, que presentamos a la reunión anual de la Sociedad Norteamericana de Neurociencia en 2000, respaldaba con rotundidad nuestra hipótesis. Sin duda, debe evitarse cualquier generalización a partir de un caso aislado. Por eso desarrollamosuna serie de pruebasmás sistemáticascon l0 individuos de alto funcionamiento

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la excitación de las neuronas La investigación especular en los autistasse apoyóen unaobservación: del sistemaneuronal (EEG)que midela actividadcerebral. del electroencefalograma de la cortezapremotorasuprimela ondamu, una componente (Lasondasmu se producen las ondasmu de niñosautistasy de sujetosde en la gamade 8 a 13 hertz.)Se observaron y despuéscuandocontemplaban en vídeo. las mismasacciones controlcuandomovíanmúsculos deliberadamente

REALIZARLA ACC¡ON Las neuronasde controlmolorse excitansiempreque la personamueveun músculodeliberadamente. Se pidió a lodos los sujetospresentesque abrierany cerrasenla manoderecha.Segúnlo esperado,este acto hizo caer la amolitudde las ondasmu en los niñosautistasasí como en los oue servíande referencia.

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(hertz) Frecuencia de lasondascerebrales Las neuronasespejode la cortezapremolorase excitancuando la personave que otro realizauna acción.Los invest¡gadores midieron,a travésde EEG,la actividadcerebralmientraslos sujetosobservaban un vídeode una manoque se abríay cerraba.Las ondasmu de los sujetosde controlse desplomaron (ro¡b);las de los autistas,en cambio,no mostraroncaídaalguna (azut¡,El resultadosugieredeficiencias en el sistemaneuronal esoecularde los niñosautistas.

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que sufrían trastorno en la gama del autismo y l0 sujetosde control, de la misma edad y sexo.Como era de esperar.en el cerebrode los sujetos de control se suprimían las ondas mu cuandoéstosmovían la mano y también al contemplarimágenesde otras manos en movimiento. En el EEG de los autistas,en cambio, las ondas mu desaparecíansólo cuando ellos movían su propia mano. Otros investigadoreshan confirmado nuestros resultados mediante el se_euimiento de la actividadneuronal. El grupo que dirige Riitta Hari, de la UniversidadPolitécnica de Helsinki, encontródéficits de neuronas espejoen niños autistas.Se sirvió de la magnetoencefalografía,que mide los campos magnéticosproducidos por corrientes eléctricas en el cerebro. Más recientemente,el grupo que encabezaMirella Dapretto, de la Universidadde California en Los Angeles, se ha valido de imágenes de resonanciamagnéticapara mostrar una reducciónde la actividadde las neuronasespejoen lacortezaprefrontal de individuos autistas.El grupo de Hugo Théoret,de la Universidad de Montreal, ha recurrido a la estimulación magnéticatranscraneal,una técnicaque inducecorrienteseléctricas en la cortezamotora para generar m o v i m i e n t om s u s c u l a r e cs o , n m i r a sa estudiarla actividadneuronalespecular en afectadosde autismo. En los sujetosde control. los movimientos de manos inducidos se acentuaronal c o n t e m p l ae r s o sm i s m o sm o v i m i e n tos grabadosen vídeo; en los autistas, el efecto fue mucho más leve. Tomadosen su conjunto,estoshallazgos conforman una prueba incontestablede que las personasautistas sufren disfunción en sus neuronas especulares.Se desconocentodavía los factores de riesgo genéticos y ambientalesque impiden el desarrollo de las neuronasespejo o alteran su función. Lo que no empece que muchosinvestigadorestrabajensobre estahipótesis,puestoque predicesínt o m a se x c l u s i v o sd e l a u t i s m o . Además de explicar los signos distintivos de autismo, los fallos del sistema neuronal especular dan cuenta de síntomas menos conocidos. Desde hace años, se sabe que los niños autistas tienen problemas para interpretarrefranesy metáforas: toman en sentido literal expresiones

y CrENcrA, lruvrsrtenctóru enero, 2007

como "andarse por las ramas", "ir con pies de plomo" u otras por el estilo. Aunque sólo se manifiestaen algunosniños autistas,estadificultad reclama explicación. La comprensión de las metáforas exige la extracción de un denominador común de entidadesdisparesen su superficie.Consideremosel efecto buba/kiki, descubierto hace más de 60 años por Wolfgang Kóhler. En esta prueba se presentana la audiencia dos dibujos de trazadotosco, uno de contorno mellado y otro curvado, y se les pregunta: "¿Cuál de estas formas es buba y cuál es kiki?" En cualquier lengua que hablen los consultados,el 98 por ciento llama "buba" a la forma curvaday "kiki" a la mellada. El resultado sugiere que el cerebro humano extrae propiedades abstractasde las formas y los sonidos; por ejemplo, la propiedad de melladura, integradaen el dibujo tosco y en el sonido áspero "kiki". Supusimosque este tipo de cartografía entre dominios es análogo a las metáforasy seguramenteinvolucra circuitosneuronalessemejantes a los del sistema especular.En línea con esa conjetura, descubrimos que los niños con autismo fallan en la prueba buba/kiki; emparejanformas y sonidos de modo erróneo. Pero, ¿qué parte del cerebro humano interviene en esa capacidad? Podría ser muy bien el giro angular, que se aloja en la encrucijadade los centroscerebralesde visión, audición y tacto. Y no sólo por su situación estratégica,sino tambiénporqueen él se han identificado células nerviosas con propiedadesparecidasa las de las neuronasespejo.Cuando estudiamos sujetos no autistascon lesión en ese área del cerebro, vimos que muchos de ellos fallaban en la prueba buba./ kiki. Mostraban,además,una dificultad excesiva en la comprensión de metáforas,igual que los que padecen autismo.Talesresultadosdan a entender que la cartografíaentre dominios podría haberse desarrollado, en su origen, para ayudar a los primates en tareas motrices complejas (que exigen la asimilación presta de información visual, auditiva y táctil), aunqueterminó por evolucionarhacia la capacidad de elaborar metáforas. Gracias a las neuronas especulares, los humanos alcanzan las estrellas, ya no simples cacahuetes.

losespejos Reparar El descubrimientode deficienciasen las neuronasespejo de las personas con autismo abre nuevas vías para la diagnosis y el tratamiento de este trastorno. Por ejemplo, los médicos utilizarían la no supresiónde la onda mu (o quizás el no saberimitar a una madre que saca la lengua) como un instrumento de diagnóstico para la detección del autismo en la primera infancia, con miras a iniciar lo antes posible las terapiasconductuales. Resulta esencial que la intervención sea oportuna; la eficacia de las terapias conductualesse reduce si éstas comienzan cuando ya han aparecido los síntomasprincipales del autismo (entre los dos y los cuatro años de edad). Una posibilidad aún más tentadora consistiríaen utilizar una realimentación biológica para tratar el autismo o al menos suavizar sus síntomas. Bajo riguroso control médico, se presentarían en pantalla ante un niño autista las ondas mu de su EEG. Si el niño tiene dormidas, mas no perdidas del todo, las funciones de las neuronasespejo, quizá sea posible que recupere esa capacidad haciéndole aprender ---por prueba y error, y realimentación visual- lo que debe hacer para que las ondas mu desaparezcande la pantalla. Pineda ahonda en esta vía. Sus resultados preliminares parecen prometedores. Dichas terapias, sin embargo, deberían complementar,que no sustituir, a las de adiestramiento conductual tradicionales. Otro enfoqueterapéuticonovedoso se apoyaría en la corrección de los d e s e q u i l i b r i o sq u í m i c o s q u e i n c a pacitan las neuronas espejo de los autistas.Nuestrogrupo (al que se han sumado los doctorandosMikhi Horvath y Mary Vertinsky) ha sugerido que neuromoduladoresespecializados podrían potenciar la actividad de las neuronasespejo implicadas en las respuestasemocionales.De acuerdo con esta hipótesis, el agotamiento parcial de tales sustanciasexplicaría la carenciade empatíaemocional propia del autismo. Deben buscarse,pues, sustancias que estimulen la emisión de neuromoduladores o que remeden sus efectos sobre las neuronas especulares. Un candidato es el MDMA (más conocido como "éxtasis"); este

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compuesto ha demostrado ser impulsor de la proximidad y la comunicación emocionales. Quizá pueda desarrollarse, a partir del MDMA, un tratamiento efrcaz y sin riesgo que atempere al menos alguno de los síntomas del autismo. Sin embargo, estos tratamientos brindarían sólo un alivio parcial, dado que la hipótesisde las neuronas espejo no explica otros síntomasdel autismo; por ejemplo, las estereotipias motoras repetitivas como mecerse de delante a detrás,la elusión del contactovisual, la hipersensibilidady la aversión a ciertos sonidos. En un intento de determinar de qué modo se producentales síntomassecundarios, nuestro grupo, en colaboración con William Hirstein, del Colegio Elmhurst, y Portia lversen, de Curar el Autismo Ahora, fundación no lucrativa de Los Angeles, ha desarrollado la teoría del paisaje resaltado. Cuando miramos a nuestro alrededor, recibimos una avalanchade información sensorial:vistas. sonidos. olores, etcétera.Tras ser procesadas en las áreas sensorialesdel cerebro, estas informacionesse transmitena la amígdala, que actúa como portal para el sistema límbico regulador de las emociones. Con base en los conocimientos almacenados por el individuo, la amígdala determina la respuestaemocional: miedo, alegría, placer,indiferencia,etcétera.Una serie de mensajesdesciendedesde la amígdalaal restodel sistemalímbico; finalmente llega al sistema nervioso reflejo, que prepara el cuerpo para actuar. Si el individuo se enfrenta a un atracador, por ejemplo, su corazón late más deprisa y su cuerpo transpira para disipar el calor producido por el esfuerzo muscular. A su vez, esta excitación refleja se realimenta al cerebro y amplifica la respuesta emocional.Con el tiempo, la amígdala crea un "mapa topográfico" mental que detalla el significado emocional de todo lo que perteneceal entorno del individuo. Nuestro grupo decidió explorar la posibilidad de que los niños autistas sufrierandistorsionesen su mapa topográfico, quizá por tener alteradas las conexiones entre las áreas corticales que procesan la información sensorial recibida y la amígdala, o entre las estructuras límbicas v

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del autismo-{tiper' Con el fin de explicaralgunosslntomassecundarios cierlos sonidos- se ha visual o aversión a huldadel contacto sensibilidad, elaboradola teoríadel paisajeresaltado.En un niño corriente,la información a la amígdala,puertade accesoal sislemalímbico sensorialse retransmite la almacenados, Con baseen los conocimientos reguladorde las emociones. a cadaesamígdaladeterminacómodebeel niño responderemocionalmente tfmulo;crea asl un mapatopográfico"mentaldel entorno.Si el niño es autista, y la amÍgdalapueden enlre las áreassensoriales en cambio,las conexiones extremasa sucesosy emocionales estaralteradas;ello ocasionarespuestas obietostriviales.

NINONORMAL

Corteza visual 1 La infor-

mación sensorialse transmite a laamígdala 2 El niño

presenla una respuesta emocional apropiada

NIÑOAUTISTA

1 Laconexión alterada entre la corteza y la visual amígdala distorsiona la respuesra delniño 2 La amigdala activael sislema nerviosoreflejo v elevael ritmo caroraco

3 El niño desvíala visla parareducir su zozobra

los lóbulos frontales que regulan el comportamiento resultante. Debido a esas conexiones anormales, cualquier evento u objeto trivial podría desencadenaren la mente infantil una respuestaemocional radical, una tormenta en el sistema reflejo. Esta hipótesisexplicaríaque los niños con autismo eludan el contacto visual y cualquier otra sensación nueva que pueda trastornar su mente. La percepción distorsionadadel significado emocional justificaría también que muchos niños autistas se obstinen por bagatelas(horariosde trenes,por ejemplo) y en cambio muestrennulo interés por cosas que entusiasmana la mayoría de sus coetáneos.

Encontramosapoyo a nuestratesis al observarlas respuestasreflejas en un grupo de 37 niños afectados de autismo. Medíamos el aumentode la conductanciadérmica que produceel sudor.En contrastecon los sujetosde referencia, los autistas presentaban un nivel generalmayor de excitación refleja. Aunque se agitaran ante la presenciade objetosy sucesostriviales, a menudo desatendíanestímulos que provocabanrespuestasesperadas en el grupo de control. ¿Qué causaría tamaia distorsión en la topografía mental de un niño? Se ha descubiertoque casi la tercera parte de los muchachosautistashan sufrido epilepsiadel lóbulo temporal

y CrENcrA, enero, 2007 Invrsrclclóru

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en la infancia (una proporciónquizá muy superiorpuestoque muchosataquesepilépticospasaninadvertidos). Producidos por repetidas descargas e r r á t i c a sd e i m p u l s o s n e r v i o s o s a través del sistema límbico. los ataques terminarían por desordenarlas conexionesentre la corteza visual y la amígdala, potenciando unas y debilitandootras de un modo indiscriminado. En los adultos, la epilepsia del lóbulo temporal da lugar a espectaculares trastornos emocionales, si bien no repercutedrásticamenteen la cognición;en los niños, en cambio, los ataques pueden conducir a una discapacidadprofunda. Y lo mismo que el autismo, el riesgo de epilepsia del lóbulo temporal en niños parece condicionado por factoresgenéticosy ambientales. Ciertos genes,por ejemplo, harían al niño más vulnerablea las infecciones víricas, que a su vez le predispondrían a los episodios epilépticos. Nuestros hallazgos sobre las respuestasreflejas podrían ayudar a interpretaruna vieja observaciónclínica; en ocasiones,una fiebre alta alivia de forma transitoria los síntomasde autismo. El sistema nervioso reflejo participa en el control de la temperatura corporal: al ser unas mismas vías neuronaleslas que regulanfiebre y trastornosemocionalesdel autismo, quizás el acceso febril mitigue las alteracionescitadas. La teoría del paisaje resaltado podría aportar una explicación sobre las estereotipias motoras y los

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cabezazosde los niños con autismo; esta conducta de autoestimulación podría amortiguar las tormentas del sistema reflejo en tales sujetos. Hemos comprobado que la autoestimulación produce no sólo un efecto calmante, sino también una reducción mensurablede la conductancia de la piel. Ello sugiereuna posible terapia sintomática del autismo. En la actualidad, Hirstein desarrolla un dispositivo portátil que controlaríala conductanciadérmica de un muchacho autista: la detección de una excitación del sistemareflejo activaría un "chaleco a presión" que ejercería sobre el cuerpo del niño una presión suave y relajante. No hay contradicción entre nuestras dos teorías explicativas de los síntomasdel autismo: disfunción de las neuronasespejo y distorsión del mapa topográfico mental (teoría del paisajeresaltado;.El mismo suceso que distorsiona la topografía mental de un niño (mediante la alteración de las conexionesentre el sistema límbico y el resto del cerebro) podría lesionar también las neuronas espejo. O quizás el trastorno de las conexiones límbicas corresponda a un efecto lateral de los mismos genes que provocan disfuncionesen el sistema neuronal especular. Se necesitannuevosexperimentos para someter a prueba ese elenco de conjeturas.Todavíaestápor descubrir la causa final del autismo, pero entre tanto nuestraspropuestaspodrían ofrecer un marco para las investigaciones futuras.

Losautores

parael Cerebro y la Cognición S. Ramachandran dirigeel Centro I Vilayanur de la Universidad de California en SanDiego. Aménde las relaciones entreel y el sistema autismo neuronal especular, se ha ocupado también de los miembros y la sinestesia. fantasma IindsayM. 0berman trabajaen el laboratorio de R a m a c h a n d reasnd 2 e0 0 2 .

complementaria i Bibliografía AuT0N0Mrc REsp0NsES 0F AuTrsTrc T0 PE0prE Cxlron¡¡r AND0BJEcTs. William Hirstein, Portialverseny Vilayanur S. Ramachandran en Proceedings of the BoyalSocietyof London 8, vol.268,págs.1883-1888; 2001. EEGEvrorucrF0RMTRR0R NEUR0N DysFUNcTr0il rN AuTtsMSp¡crnuuDlsoRo¡Rs. Lindsay M. 0berman, Edward M. Hubbard, Joseph P. McCleery, EricL. Altschuler, JaimeA. Pineday Vilayanur S. Ramachandran en Cognitive Brainflesearch, vol. 24, págs. 190.198;2005. A BRrrrToun0F HUMAN Coruscrousru¡ss. Nueva edición. Vilavanur S. Ramachandran. Pi Press, 2005.

y CrENcrA, INVESTTGAcTóN enero,2007

ha publicadosobre el tema, entre otros,los siguientesartículos: Nuevaperspectiva para la enfermedadde Parkinson, y SuneilK. Kalia deAndrésM. Lozano 2005 Septiembre Preparadospara una pandemia, deW Wap Gibbsy ChristineSoares Enero2006 Prevencióny tratamiento de la malaria Dunavan deClairePanosian Febrero2ü)6 Los sarcomas,arquetiposde cáncer, y RobertG. Maki de lgorMatushansky Abril2006 Toenlasolium:un pariisito cosmopolita, deAnaFlisser, LaunVargas-Parada yJ. P.Laclette Mayo2006 Desactivarla enfermedad de Alzheimer, de MichaelS. Wolfe 2006 Julio Célulasmadre, del cáncer?, ¿culpables de M. F.Clarkey M.W Becker Septiembre 2fi)6 Regulaciónde la autoinmunidad, de Z. Fehervari y S.Sakaguchi Diciembre 2006

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IENCIA S()CIEDA Proteínas SNARE Elcorazón dela maquinaria defusiónintracelular

ü

I interior de una célula está separado del medio circundante por una capa lipídica, la membrana plasmática. Además de esta membrana, las células eucariotasposeen membranas lipídicas internas que demarcan diversos compartimentos intracelulares: el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi y los lisosomas,entre otros. Los compartimentos se hallan especializadosen la ejecuciónde determinadasfunciones; por ejemplo, en reaccionesmetabólicas o en hidrólisis de proteínas. La presenciade tales orgánulos y su especializaciónfuncional constituyen característicasfundamentalesde las células eucariotas,que las distinguen de las célulasprocariotascomo las bacterias.Las ventajasevolutivas que ofrecen los compartimentos se reflejan en la gran variedad de células eucariotasque existen en la naturaleza, de levaduras a neuronas. En su mayoría, las funciones específicas de cada compartimento intracelular son ejecutadaspor proteínas que residen en su interior o en la membrana. Se requiere, pues, el transportede estasproteínas,y de sus sustratos,hastalos compartimentos correspondientes.Transporteque corre a cargo de vesículas lipídicas

que se forman en un compartimento y se fusionan en otro. Proteínasque han de residir en la membrana del aparatode Golgi se sintetizanen los ribosomasy se insertan,primero, en la membrana del retículo endoplasmático; luego, se "empaquetan" en vesículasque se forman en el retículo endoplasmático;por fin, las vesículas se fusionan con la membranadel aparato de Golgi. Mecanismos similares operan en otros procesos. Por ejemplo, en Ia secreción al medio extracelular de moléculas pequeñas con funciones diversas. Pensemos en la liberación de neurotransmisores,proceso crucial para la comunicación entre neuronas y, por tanto, crítico para el funcionamiento del cerebro. Los neurotransmisoresse empaquetana concentracioneselevadas dentro de vesículaslipídicas en las terminales presinápticasde las neuronas;se liberan luego mediantela fusión de estas vesículascon la membrana plasmática (exocitosis). Los neurotransmisores liberados se unen, por fin, a receptoresalojados en las membranas de otras neuronas próximas, lo que inicia una señal en las mismas.Estos y otros ejemplos demuestranque los procesos de fusión de membranas b

intracelulares constituyen una parte fundamentalde la biología de las células y los organismoseucariotas. Una serie de investigacionesen camposmuy diversos,acometidasen el transcursode los dos últimos decenios, han conseguidola identificación de numerosasproteínasque controlan la fusión de membranasen distintos compartimentosintracelulares.En la misma línea, han demostradoque la mayoría de los procesos de fusión de membranas intracelulares están controlados, en parte, por familias de proteínas homólogas, lo que induce a pensar en la existenciade un mismo mecanismo básico de fusión de membrana en la mayoría de los compartimentos. Aunque todavía estamos lejos de entender los pormenores de este mecanismo básico, se ha avanzado en la comprensión de la función de algunasde estasfamilias de proteínas homólogas.En particular, las proteínas SNARE (de "soluble N-ethylmaleimide sensitive factor attachment protein receptor"). Estas proteínas se caracterizan por contener en su e s t r u c t u r as e c u e n c i a sq u e t i e n d e n a formar hélices alfa: los motivos SNARE. En buena medida, lo que sabemos de las proteínas SNARE se debe a la investigación sobre la sinaptobrevina, la sintaxina y la SNAP-25 ("synaptosomal associatedprotein

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porel complejo proteico Mecanismo hipotético de fusiónde membranas mediada SNARE. Cadapanelcorresponde a unade lasetapas del (azu[ly la sintaxina (anarillo proceso y naranjal de neurotransmisión. [a sinaptobreuina sinápticas; la SNAP-25 lrojolresideen lasvesículas (anarillo) plasmática. se alojanen la membrana en una Enla sintaxina la regiónN-terminal estáligadaal motivoSNARE aislada, lnaranjal (¿). (cuatro por hélices represenladas conformación cerrada La creación delcomplejo SNARE mediante la uniónde cuatromotivos SNARE loscuatrocilindros) aproxima a lasdosmembranas bastaparaprovocar la fusiónde lasmembranas entresí (ú).Según estahipótesis, {¿).

y CrENcrA. 2007 lruvrsrtcncróru enero.

of 25 kDa"). Son proteínasSNARE que controlan la liberación de neurotransmisores.Crean, además, un complejo muy estable, el complejo SNARE ("core complex",en inglés), que constade cuatromotivos SNARE (dos de SNAP-25. uno de sintaxina y uno de sinaptobrevina)en forma de cuatro hélices paralelas.Los motivos SNARE de la sinaptobrevinay de la sintaxina son adyacentesa sus secuenciastransmembrana,que están ancladasen las vesículas sinápticas y en la membrana plasmática, respectivamente.Por tanto, la formación del complejo SNARE acercalas dos membranasentre sí. A tenor de estasobservaciones, se pensóque la formación del complejo SNARE podría instar la fusión de la membrana.Se le atribuyó incluso el mecanismofundamentalde fusión de membranas intracelulares. Por una razón: en la mayoría de los compartimentos intracelulares se alojan proteínashomólogas a sinaptobrevina, sintaxinay SNAP-25. Los experimentos realizados con proteínasreconstituidasen vesículas sintéticas sugirieron que las proteínas SNARE causabanpor sí solas la fusión de membranas.Muchos biólogos aceptaronese modelo de fusión. Pero los experimentos presentaban numerososdefectostécnicosque sólo descubrieronlos expertosen biofísica de membranas.Hoy se debate la validez de la hipótesis. En mi opinión, está claro que en la fusión de membranas in vivo intervienen varias proteínasadicionales. Importa, pues, determinarla función de estas otras proteínas p¿uaestablecer el mecanismoen cuestión.Parece también demostradoque el complejo SNARE se halla en el corazón de la maquinaria de fusión, puesto que la mayoría de las proteínascon una función importante en la liberación de neurotransmisoresinteraccionancon las proteínas SNARE y parecen dedicadas,al menos en parte, a regular la formación del complejo SNARE. En nuestro laboratorio hemos demostradoque la sintaxinacuentacon una secuenciaN-terminal que forma tres hélices alfa y que interacciona intramolecularmente con el motivo SNARE en la sintaxina aislada, creandouna "conformación cerrada" que se abre para formar el complejo SNARE. Varias son las proteínasque y CrENcrA, lHv¡srtclclóru enero, 2007

que operan en los compartimentos celularesrepercutiráen campos muy diversos;entre ellos, la neurologíay el desarrollo de terapias para enfermedadesrelacionadascon defectosde secreción(hipertensióny enfermedades cardiovasculares)y de división celular (cáncer).

regulan la transición de la sintaxina (de cerrada a abierta); por ello esa transición parece clave para el mecanismo de neurotransmisión. En resumen, aunque todavía nos hallamos lejos de entenderel mecanismo de fusión de las membranas intracelulares,el descubrimiento de las proteínasSNARE y la caructerización del complejo SNARE constituye un paso fundamental hacia la futura comprensióndel mismo. La elucidación del mecanismo de fusión y de las distintas formas de resulación

JOSEPRIZO Dptos. de Bioquímica y Farmacología Centro Médico de la Universidad Sudoccidentalde Texas Dallas, Texas, EE.UU.

Ladinámica delaBolsa Unaniradadesdela físicay la economía T a bolsa gira en torno a los conI-l ceptosde riesgoy probabilidad. Hace siglos que la ciencia analiza estasnociones,a las que ha dado forma matemática,y susconsecuencias. Hay, pues,espacioen la cienciapara el estudio del comportamientode los mercados. Siquiera a vista de pájaro, expondremosel avancehistórico en el conocimiento de los mercados financieros,cuyos movimientosa lo largo del tiempo se han ido dibujando con un detalle cada vez mayor. Aparte de los juegos de azar, muy populares en la Italia del siglo xv,

una de las aplicacionestempranasde la teoría de la probabilidad fue el mercado de las flores y el comercio con las Indias en la Amsterdam del siglo xvl. Cinco años antes de que Einstein propusierala correctaexplicacióndel movimiento browniano, el matemático francés Louis Bachelier, en su tesis doctoral Théorie de la spéculation (1900), propuso un modelo similar al de Einstein, aunque para la "evolución de los valores bursátiles". Su idea consistíaen sintetizarla gran complejidadde las motivaciones

10 28 octubre1929 LunesNegro GranDepresión

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l. Evolución temporal de un precioespeculativo. Gráfico de precios bursátiles construido (abajol. mediante el modelo de Einstein.Bachelier nosmuestra El gráficosuperior la evolución diariarealdelíndiceDow-Jones durante todoel sigloxx. las flechas indican l a sb a l a d acsé l e b r edse l a b o l s a( l o sa ñ o s1 9 1 4 ,1 9 2 9y 1 9 8 7 ) .

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I

las series temporales reales y de las artificiales confeccionadas a partir de su hipótesis. En los gráficos de la figura 1, donde representamosla evolucióntemporalde un precio especulativo, no encontramos diferencias 180 destacablesentre el modelo teórico de 140 Bachelier (gráfica inferior) y la rea100 lidad. La fr.gura2 corrobora también la idoneidad del modelo. Si miramos 1945 los precios en ventanas temporales 300 de diferente tamaño, no percibiremos 200 grandesdiferencias:la autosimilaridad *.-4 \" 100 o fractalidad estápresenteen el mode\* ^ .r'^.4 1950 lo de Bachelier-Einstein.Sin embargo, la comparación entre las dos gráficas de la figura 3 nos obliga a frenar el 900 entusiasmo.En ellas no representamos 600 el precio, sino la rentabilidad diaria 300 (el logaritmo del cambio relativo del 1950 1975 precio entre ayer y hoy). Observamos un aspectodiferente: las fluctuaciones 2. Evolución del índiceDow-Jones durantecincoaircslfigurasuperinrl, diezaños,veinte son más anchas de lo previsto. quen0sindicaclaramente añosy c¡ncuenta años(figurainferiorl.0bsérvese la similitud, Perseveramosen la voluntad de la propiedad fractal(autosimilar) de los caminos. encontrar una serie artificial más realista. Desde comienzos de los años humanasescondidasen los mercados nianas: ya que no podemos saber la sesenta,se han venido proponiendo medianteun procesollamado de ruitrayectoria exacta de las partículas, diversos modelos que se acercanmás do blanco, gaussianoo de difusión. supondremosque están sometidasa al comportamiento real del mercado Ya que no conocemoscómo cambian una fuerza aleatoria. Detrás de una y acentúan la anchura de las fluctualos precios,pensóBachelier,vamos a hipótesis así subyace la convicción ciones en la rentabilidad, modulada suponerque las variacionesson comde que todos los agentesson iguales por la "volatilidad" de los valores: pletamentealeatoriasy sin memoria. y poseen idéntica información. ¡los picos de volatilidad son capaPrecisamenteeso mismo fue lo que ces de generar grandes caídas-craComprobamos Ia validez de la pensó Einstein de las partículasbrowteoría de Bachelier con dibuios de shes- o burbujas con cambios diarios en la cotización superioresal l0%ot El primer paso en la dirección de incorporar esas grandesoscilaciones 0,1 fue dado por Benoit Mandelbrot, con6 E siderado padre de los fractales. Los EU g mercados fueron uno de los primeros c sistemas a los que aplicó un proE +,1 ceso fractal o autosimilar fuéase la 4,2 figura4). Propuso cambiar la fuerza aleatoria gaussianapor un proceso que permite saltos muy grandes y sin memoria. Aun con eso, la figura 4 nos n1 dice que éste tampoco es un modelo 6 del todo satisfactorio: la volatilidad g es con él demasiado brutal: afortunaEU 6 c damente, los mercados se comportan I -nr de una forma más tranquila. 28 octubre1929 Miremos y comparemos con reLunes Negro -nt doblada atención los gráficos. Otra GranDepresión 19octutire1987 30julio1914 LunesNeoro diferencia entre los datos reales y los modelos hasta ahora menciona1900 1925 1950 dos es la estrecha correlación entre 3. Representación delmodelo Einstein-Bachelier. La figurasuperior representa la serie días volátiles, entre los picos más sintética de loscambios instantáneos de la rentabilidad, sintendencia. Enla figura pronunciados: la volatilidad se agruinferioltambién se representan estoscamb¡os instantáneos, si bienparala serierealdel pa en períodos; los mercados reales índiceDow-Jones, de 1900hasta2000.Nótese la presencia de picosmásagudos, así presentan una estructura interna más c0m0un granagrupamiento de la volatilidad. evolucionada que la prevista. Hay un 160 140 120

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y CtENctA, lruvrslenclóru 2007 enero,

1500

4. Modelo de Mandelbrot de un mercado porun proceso gobernado financiero de Lévy(el cambio continuo de la magnitud en cuestión, consaltosindependientes de lo quehayaocurrido antesperosujetos a una probabilística). mismadistribución Lospicos pronunciados y n0 se obsersondemasiado va el agrupamiento de la volatilidad. Los números de losejesrepresentan el tiempo (días,por medido en unaunidad arbitraria elemplo). Enla mitadsuperior se representa la evolución de un preciode activosy en la relativo inferiorel cambio correspondiente.

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toma y daca entre las sorpresas y las regularidadesllos períodosde volatilidad alta alternan con otros de volatilidad baja. Parece, pues, necesario buscar un modelo todavía mejor. Al principio de los años ochenta, Robert Engle, nobel de Economía, y otros propusieron una familia de modelos, denominadoscon el acrónimo GARCH. Sobre todo a causa del crash del 19 de octubre de 1987, se generalizó esta clase de modelos 1,2 1

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Bachelier y de Mandelbrot, donde sólo había una variable aleatoria,ahora tenemos dos: la rentabilidad y la volatilidad, ambas gaussianas. Estos modelos proporcionan una explicación bastantesatisfactoriadel 10000 6000 8000 comportamiento del mercado, tanto respecto a los picos de volatilidad mediante los modelos de volatilidad como a su agrupamientoy autocoestocástica,donde la volatilidad es nelación. Como podemos ver en la una variable que cambia aleatoria- figura 5, la comparacióncon los damente a lo largo del tiempo. tos realeses bastantebuena.Bajo los Esta familia de modelos se propone modelos subyaceahora un comportacaptaruna reacciónque nos podemos miento muy heterogéneode los agenimaginar bastantebien: los días más tes,que operanen el mercadocon una volátiles, con grandesvariacionesde memoria finita o, si se prefiere, una precio, provocan en los operadores información parcial del mercado. Desde la física ha surgido otra del mercado decisionesfrenéticas, que a la vez alimentan más volaticlase de modelos, inspirados en la lidad en los días siguientes.A difedescripción de los fluidos turbulenrencia de los modelos anteriores de tos. En éstos,la actividad es intermitente: a vecesel flujo es calmado y a vecesextremadamenteviolento. Tales modelos son multifractales: tienen muchas escalas de tiempo entrelazadas, que podrían también reflejar f|| la profunda heterogeneidadde com,,vY i portamientos de los agentes. r*1y'' \\ Se está procurando retratar con !u^' 1 , ,v/,1 ' \ tqt perfeccionismo de orfebre el comportamiento de los mercados financieros. El esfuerzo no termina 2000 2500 4000 aquí. Sigue avanzando y nosotros, 3000 3500 los autores de este artículo, somos parte de esta andadura.El maridaje de la física con otras disciplinas de matiz más social que las tradicionales aplicacionestecnológicasestá en permanentecrecimiento. La bolsa es un buen ejemplo.

500

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5 . S e r i ed e p r e c i ossi n t é t i c ogse n e r a dmae d i a nut en m o d e ldoe v o l a t i l i d e a sdt o c á s t i c a . y precio, Lasunidades de tiempo, delejehorizontal, delvertical, sonarbitrarias.

y CtENctA, lruvrsneacróru enero, 2007

y JosepPeRer-ló JAUMEMASoLTVER Grupode SistemasEstocásticos y DinámicaFinanciera Facultadde Física, Universidadde Barcelona

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E CERCA

A l í c iD a uró

Saetas demar y un par de ojos en la partedorsalde la os quetognatos, organismos del plancton,convibraciones t grupo (phylum). forman un zoológico cabeza; de ellos Habitan se sirvenpara detectarel alimento. I &* en todoslos mares,desdezonassuoerficiales La cabezaestá armadapor una seriede dientesy que facilitan hastalas profundidades oceánicas. En 1775,Martin de quetas(quitinosas) el asimiento de Slabberlos denominógusanossaeta(sagitta)en las oresas.La bocase encuentraen la oarteventral razónde su cuerpoalargadoy sus movimientos rápi- de la cabeza,dondetambiénse ha detectadola predos. El nombrecientíficoprovienede las largasespi- senciade la neurotoxina TTX (tetrodotoxina). Algunos nas cefálicasque se alojanen su mandíbula(chaete autoressugierenque los quetognatos utilizanesta "espina" y gnathos"mandíbula", paraparalizar significa en griego). sustancia a la presay aumentar así la que se agrupanen Se conocenunas115 especies, eficaciade la caotura. guardaníntimarelacióncon las 23 géneros. Estasadaptaciones La mayoriade las especiesde quetognatos estrategias de vida.Los quetognatos son depredadoson transparentes. Otrasson translúcidas res activos.Son más abundantes o contienen de lo oue se había algunospigmentos. Las hay inclusobioluminiscentes.pensadohastafinalesdel siglopasado.Todaslas Su cuerpopresentatres partesbien diferenciadas: especiesson carnivoras; algunascanívales. A su vez, cabeza,troncoy cola,con una longitudque osciconstituyen el alimento de una ampliavariedadde la entrelos 2 y los 120 milímetros. Son nadadores organismos como los peces.Por ambosmotivos,ocupan un lugardestacadoen las redestróficasplanctómuy activos; y la a ellocontribuyen el hidroesqueleto musculatura, ademásde uno o dos paresde aletas nicas.Su biomasase estimaentreel 10 y el 30 por lateralesadosadasal cuerpoy de una aletacaudal. cientode la de los copépodosen todoslos océanos; por tanto,revistensuma importancia Cuentancon un sistemanerviosocomplejo.La para la transfemayoríade las especiespresentanreceptores renciade energíahacianivelestróficossuperiores. de

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de Eukrohnia 3. Visióndorsalde la cabeza hanata(microscopía electrónica de barrido). Sedistinguen lasquetas.

4. Visiónventralde la cabeza hanata (microscopía de Eukrohnia Además de barrido). electrónica se aprecian losdientes de lasquetas, y l a h e n d i d udr e al a b o c a . \z F c

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y CtENctA, lruv¡slelcló¡l enero, 2007

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ESARR()LL() SOSTENIBLE

J e f f r e0y. S a c h s

E s t a d odseb i e n e s t a mrá, sa l l ád el a i d e o l o g í a impuestos máselevados ¿Sonincompatibles y sólidos sistemas de protección social próspera? conunaeconomía de mercado Yatenemos datospararesponder na de lasgrandes dificultades deldesarrollo sos- tasade desempleo es máso menosla mismaenambos tenibleestribaen conciliar dosdeseos: la pros- grupos; El sóloun pocomayoren los paísesnórdicos. peridad y la seguridad. y políticos balance presupuestario Economistas es mejoren el gruponórdico, llevandécadas debatiendo la formade compatibilizarconmayorsuperávit en proporción al PlB. poderde los mercados el indudable con la tranquili- Lospaísesnórdicos tienenvariasformasde mantezadoraprotección de un sistemade seguridad social. ner su dinamismo económico a Desarde los elevados generosamente Lospartidarios en Estados Enprimerlugar,invierten en Unidosde la economía de impuestos. que la mejormanerade que los investigación y desarrollo y eneducación la ofertasostienen superior. Todos pobresalcancen norteamericanos el bienestar consiste ellos,peroespecialmente Sueciay Finlandia, se han y los incorporado plenamente en estimular un rápidocrecimiento revolución económico; a la arrasadora de y lascomunicaciones, elevados imouestos necesarios oarafinanciar altosni- lastecnologías de la información global.Sueciainvierte velesde seguridad acsocial, siguediciendo así competitividad su argumento,ganando lastran la prosperidad, Eleconomista deorigenaustriaco tualmente casiel 4 porcientodel PIBen investigación partidario Friedrich másaltodel mundo; August vonHayek, dellibremercado, y desarrollo, el porcentaje en promantuvo nórdicas invierten un 3 porciento, en la década de loscuarenta deloasado siolo medio,las naciones quecobrarelevados quelas de hablainglesa impuestos suponía mientras sólo haciala servidumbre", un "camino una en lornoal 2 porciento. Friedrichvon Hayek Losestadosnórdicos también amenaza a la libertad misma. se han pormantener Enturbian el debateen EE.UU. los estabaequivocado. esforzado un gastosocial intereses compatible con un sistemaeconómico creadosy la ideología. Aun pruebas parajuz- abierto, y de mercado. así,hayahoraimportantes empíricas competitivo Losimpuestos sobre gar estascuestiones laborales científicamente. Se las encuentrael capitalno sonmuyaltos.Ciertaspolíticas pococualificados comparando un grupode economías de mercado relati- retribuyen a lostrabajadores o a per para y gastosocial sonasa las que de otraformacostaría vamente libre,cuyastasasde impuestos emplear sonbajaso moderadas, conotrogrupode estados de quetrabajen en el sectorservicios, en áreasqueson paramantener y fundamentales la calidad bienestar socialquetienenaltastasasde impuestos de vida,como gastosocial. el cuidado infantil, la saludy la asistencia a ancianos quelospaísesconbajosim- y discapacitados. No es unacoincidencia puestos y altosingresos paraloshogares queestánenlaescala seanmayoritariamente dehabla Losresultados inglesa, descendientes históricos deingresos sonincreíblemente directosde la Gran másbajadeladistribución Bretaña delsigloxrxy susteorías delliberalismo econó- buenos, especialmente en contraste con la mezquina y EE.UU. negligencia que pasapor ser la políticasocialestamico:Australia, NuevaZelanda, GranBretaña y altosingresos Losestados conaltosimpuestos sonlas dounidense. El gastode EE.UU. en servicios sociales y discapacitados democracias sociales nórdicas, en concreto Dinamarca,parapobres es inferior al de casitodos y Suecia, quehansidogobernadoslos paísesricos,perolo baratole salecaro:tieneel Finlandia, Noruega porpartidos socialdemócratas decentro-izquierda durante índicede pobreza másaltode todoslospaísesricosy posterior penitenciaria la totalidad o la mayorpartedel período Desviar el gasto a la unapoblación desmedida. por público ll GuerraMundial. Combinan un saludable respeto sanitario hacequeal finalEE.UU. reciba mucho las fuerzasdel mercado con un firmecompromiso en menosde lo que paga,porquesu dependencia de la presupuestario privada lucharcontrala pobreza. El desembolso sanidad ha dadolugara un sistema maltrecho querealizan confinessociales los paísesnórdicos su- conresultados mediocres a un costemuyelevado. poneunamediade aproximadamente el 27 porciento VonHayek Endemocracias estaba equivocado. fuertes queen los y vibrantes, de su producto interior bruto(PlB),mientras no un estadode bienestar socialgeneroso paísesde hablainglesa estaproporción haciala servidumbre, sóloalcanza el es uncamino sinomásbienhacia y la competitividad 17 porcientodel PlB. la justicia,la igualdad económica Lospaíses nórdicos superan, enpromedio, a losanglo- internacional. sajones enlamayoría delosindicadores Los económicos. índices de pobreza sonmuchomásbajosy losingresos JeffreyD. Sachses directordel lnstitutode la Tierra mediosde la población en edadlaboralmásaltos.La de la Universidad de Columbia. 36

lruv¡srcncróru v Cttrucn. enero. 2007

t)RUM

S t u a rAt .K a u f f m a n

Laevolución delaprosperidad futura Existen analogías entrela evolución de la técnica y la de lasespecies, perono se las aprecia comodebiera, pesea queen ellasresidela clavedeldesarrollo porloscambios puedeaportarinnovaciones adiese rasgalasvestiduras im- pulmones. La evolución a predecibles quetraeel pasodelossiglos: y noalgorítmicos, nopreestablecidos de procesos ¿quién través podríaculpara los centuriones y recombinando para romanos de no configurando entidades existentes haberprevisto la invención de los lanzacohetes? fines-esto es, paraquepasende su función Sin nuevos embargo, en plazosmuchomásbreves ocurren también actuala unafunción nuevacontigua-,en vezde idear y asombrosas. transformaciones monumentales Aun a propiedades a partirde la nada. principios de los añosochenta hubiera sidodifícilque Lasucesión depropiedades adaptativas deunaespecie alguien seatreviese a darporseguro el augede Internet definesu nichoecológico mediante funcional su relación y la caídade la URSS.Cambios inesperados Delmismomodo, sacuden conotrasespecies. todobieneconómico porsus relaciones pesea todossus ocupaun nichodefinido incesantemente el mundo empresarial, conbienes y adaptación; y sustitutivos. queaumenta esfuerzos de anticipación de ellodanfe complementarios A medida el los frecuentes fracasos de los planesquinquenales de número de bienes económicos, creceexponencialmente las emDresas. el número decombinaciones adaptativas deesosbienes, Hastaahora,los economistas no hanpodidoayudar conlo cualse creala oosibilidad de nichos enteramente queintentan muchoa lasempresas adaptarse mejoral nuevos. La creación autocatalítica de nichosconstituye, progreso. Hantardado en darsecuentade quesusten- portanto,unode losprincipales factores impulsores del tativas deelaborar modelos desistemas crecimiento económico. económicos se concentran por qué unos en los que Todavía no sabemos La eCOnOmía hanalcanzado elequilibrio demercado o . haciaé1.Enlo que avanzan ies- dgbg "sto de en la f ísica y máS pecta,se haninspirado pistas' en el"trabajo ofrecido algunas Dentro demiproy a menudo losfísicos hanlogrado buegn nosresultados. Así,porelem[lo, fueron quienes que debedárseleimportancia físicos deformación formularon al nivel el modelode Black-Scholes, quese ejercesobrelas partes utilizado desdelos años de controlcentralizado parapredecir setenta la volatilidad en la auxiliares de losprecios de un sistema. Si el controles excesivo, el y bolsa.Guardarelación con la ecuación termodinámica s¡stema se inmovilizará en configuraciones limitadas, ouedescribe el calor. si es laxo,cambiará de modoenático.Sóloaquellos quese mantengan Sinembargo, comolaeconomía intenta modelizar fenó- sistemas mismadel en la divisoria menos cadavezmáscomplicados, y la capacidad debería desplazar su ordeny el caospresentarán la estabilidad paraexplorar atención delterreno de la físicaal de la biología, necesarias dado generales el universo deposibles quela biosfera y susorganismos queaparezcan, vivosrepresentan los soluciones antelas dificultades máscomplejos prosperidad sistemas de la naturaleza. En particular, El camino haciala máxima dependerá de y evolución conocer conmásdetalle la adaptación delas quesehalleel mododeconstruir sistemas económicos en quizásofreciera y en especies unavisiónprofunda revolucio-losquesegeneren nuevos nichos espontáneamente naria,incluso, delacapacidad deadaptación empresarialabundancia. Sinduda,esteplanteamiento delaeconomía y de los motores delcrecimiento económico. es radical: se basaen el comportamiento emergente de Unade las ideasesenciales de la teoríaevolutiva los sistemas másoue en un estudioreductivo de los moderna es la preadaptación. Aunquepuedaparecer mismos. Desafía lostratamientos matemáticos ordinarios perfec- porque contradictoria, la expresión tieneun significado noestápreestablecido niesalgorítmico. Noesde tamente lógico: todapropiedad quela mayoría de un organismo de loseconomistas hastaahora ofrece, extrañar además de suscaracterísticas funcionales obvias, a aceptartalesideas.Peroquedanpocas otras se resistan quepodrían serútilesde maneras insospechadas en las dudasde que,si aprendemos a aplicar estaslecciones circunstancias adecuadas. Lospulmones, respiradores de de la biología al mundo de la técnica, habremos iniciado aire,tuvieron y progreso. sus precursores en lasvejigasnatatoriasunanuevaerade innovación con las que los pecesmantenían el equilibrio; cuando pecesempezaron algunos a acercarse a lasorillas, esas vejigasadquirieron unanuevautilidad comodepósitos StuartM. Kauffmanes profesorde biocomplejidad de oxígeno. Los biólogos dicen,pues,que las vejigas e informática de Calgary en la Universidad paraconvertirse natatorias estabanpreadaptadas en y profesorexternodel lnstitutode SantaFe.

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porradio. Losvirusinformáticos sepr0pagan ahora lnfectan a teléfonos móviles entodoel mundo. Lasempresas informática, deseguridad lasoperadoras móvily losfabricantes detelefonía deequipos seaprestan a erradicar estasamenazas antesdequecampen sincontrol os expertoslo veían venir desdehace años. Llegó en junio de 2004. El autor y otros investigadores dedicadosal estudiode los programasinformáticos de intención maligna e incluso delictiva (malware) sabían que la aparición de tales programasen la telefonía móvil sería sólo cuestión de tiemoo. Los teléfonos móviles, en su evolución, cuentan hoy con la posibilidad de "bajar" programas desde Internet y de compartir sus datosy programascon otros equiposmediante conexionesBluetooth de corto alcance;asimismo, envían o reciben mensajesmultimedia (MMS, de "multimedia messaging service") desdecualquier lugar del mundo y utilizan tarjetasde memoria extraíbles.Pero al adquirir estasnuevas capacidadeshan quedadoal descubiertopuntos vulnerables nuevos. Era inevitable que los truhanesdescubrierantales flaquezasy se valieran de ellas por pura maldad, o peor todavía, para beneficiarsede forma delictiva. Tal como esperaban,los expertosen seguridadinformática descubrieronen verano de 2004 el primer programa pernicioso ideado para teléfonos inteligentes("smartphones"). Este programa,el Cabir, era el clásico virus concebidopara demostrar que una idea es rcalizable y su creador ufanarse de tal engendro.Los equipos infectados no sufrían mayor daño que el agotamiento de la batería, al tratar el virus de hacer copias de sí mismo en otros teléfonos abriendo y buscandoconexiones Bluetooth. El autor, anónimo, y probablementeresidenteen España, optó por publicar el Cabir en una página de la Red; no quiso dejarlo suelto para que campasea sus anchas.A los dos meses, los burladores de la ley lo habían puesto en libertad en Asia sudoriental. No tardó en difundirse por el ancho mundo.

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MASTELEFONOS, MASDIANAS El númerode móviles"inteligentes" se ha disparado de formaimpresionante en todoel mundodurantelos últimos los añosy con ello,parejamente, programas perversos lanzados en su contra.He aquípartede la recetaparaun desastre: al crecer la población de víctimaspotenciales, de oue aumentala oosibilidad recibael ataquede programadores malintencionados. Se esperaque la población de usuariosse multiplique en los añosvenideros: segúnlos cálculos. en 2009se venderán más móviles de 200 millonesde teléfonos inteligentes.

permaneA pesarde quehabíamos :ido en alerta,atentosa la aparición le viruscomoel Cabir.no estábamos del todo preparados para afrontarlo. En cuanto saltó la alarma,en F-Secure, empresade seguridad informática, nos aplicamosa inspeccionarel nuevo virus, que era del tipo "gusano". Pero carecíamosde un lugar seguro donde estudiarlo.A diferencia de los virus de los ordenadores,que pueden examinarse y diseccionarseen una máquina aislada, sin conexión a red alguna, los virus inalámbricos se diseminan-y, en ocasiones,hasta dan saltos transoceánicos- en el momento mismo en que el teléfono infectado comienza a operar. Nos llevamos, pues, cuatro móviles al refugio antiaéreoque tenemos en el sótano del edificio de nuestras oficinas. Antes de encenderlos,pusimos un guardia en la puerta, no fuese que algún empleado entrase confiadamentey se infectase.Pocos mesesdespués,esemismo año, F-Secure construyódos laboratorioscompletamenterevestidosde aluminio y cobre, impenetrablesa las ondas de radio, para estudiar estasformas contagiosas de programas perversos.

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-T1 - - -T2 - - . T3 - - - -T4 - - - - Tl - . - -T2 - - -T3 - - -T4 - - - - -r1 - - -f2 - - - 13 - - - -14 r.--.-2005 2006 2004

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Aunque la versión primitiva de Cabir era hasta cierto punto inocua, no faltaron autoressin escrúpulosque se apresurasenen modificarlo y hacerlo mucho más virulento; otros empezaÍon a preparar ataques de nuevos tipos. Entre los virus para móviles que hoy campana sus anchaslos hay que inutilizan del todo el teléfono, borran los datos que éste contiene o envían onerosos mensaies a núme-

golpeóen 2004.Esr El primerviruscontrateléfonosmóvilesinteligentes tos dispositivospermitenla instalaciónde aplicacionesinformáticas desde fuentesno tuteladaspor la compañíatelefónica. I Existenhoy más de 300 clasesde programasperversosdirigidoscontra estos aparatos:gusanos,caballosde Troya,otros virus y programas-espía. r Al propiotiempoque se disparanen todo el mundolas ventasde estos teléfonostan perfeccionados, se está preparandoel escenariopara la difusiónmasivade los programasinformáticos dañinospara móviles.Se están dando pasos para impedirque así suceda,pero las oportunidades de impedirel asaltono duraránmuchotiempo.

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ros de pago, de coste elevado. En sólo dos años, el número de virus dirigidos contra teléfonos móviles inteligentes se ha disparado desde uno hasta más de 200, una tasa de crecimiento similar a la de la proliferación de virus informáticos que se produjo tras el lanzamiento del Brain, primer virus para ordenadores personales,en 1986. A pesarde los hercúleosesfuerzos para embridar los virus contra ordenadores,éstoscontinúandesbocados: hastala fecha, se han identificado más de 200.000 programasmalignos. Un ordenadorsin protección suele quedar infectado pocos minutos despuésde conectarsea Internet. Los costos económicos de estos 20 años de ataques informáticos han sido muy elevados; aumentansin cesar debido a que los programasmalignosde vieja escuela, redactadossólo para mayor gloria de sus creadores,han dado paso a una

y CrENcrA, 2007 lruvrsnencróru enero,

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nueva era de programas de intención delictiva, diseñadospara la difusión de correo basura, la apropiación de datos o la extorsión. Los programas malintencionados para telefonía móvil, aunque hoy una soportable molestia, podrían a no tardar convertirse en un problema más formidable todavía que los virus informáticos para ordenadores, a menos que los profesionalesde la seguridad,los operadoresde redesde telefonía móvil, los diseñadoresde teléfonos inteligentes y los propios usuarioscolaboren y sumen esfuerzos para mantenerlosa raya. La historia de los programasmalignos dirigidos contra ordenadorespersonalesresulta humillante, pero ofrece enseñanzas que podrían ayudarnos a prever algunas de las formas en las que los teléfonos pueden ser atacados y a tomar contramedidas.

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de transceptoresBluetooth de corto alcance.Cada una de talesprestaciones ofrece un conducto para la propagación de los programasperversos. El sistemaBluetooth, por ejemplo, permite que ciertos gusanosde móviles se extiendan por mera proximidad entre teléfonos vulnerables, a la manera del virus de la gripe. Un teléfono inteligenteequipadocon Bluetooth identifica e intercambiaarchivos con otros dispositivos Bluetooth desde una distancia de l0 metros o más. Las víctimas, al viajar, pueden dejar en pos un reguero de vecinosinfectados.Cualquieracontecimiento o espectáculoque atraigaa una muchedumbreofrece un "caldo de cultivo" perfecto para la cfianza de virus basadosen Bluetooth. En 2005, una forma especialmente Enmarea creciente En 1988 eran muchos los informádetestablede Cabir se propagó con ticos que desdeñaronlos virus, totantaprontitud durantelos campeonamándolos por meras novedadesintos mundialesde atletismo,celebrados trascendentes. Esta valoraciónresultó en Helsinki, que los operadoresdel ser de una ingenuidad lamentable. estadio tuvieron que hacer destellar En el caso de los programas maligavisosde advertenciaen una pantalla nos para teléfonos estamos,por así enorme.La mayoría de los teléfonos decirlo, en 1988; sólo disponemos inteligentescuentancon un "modo inde un breve respiro para actuar, si detectable"para el sistemaBluetooth, que los protege de la invasión por deseamosevitar la repetición de los gusanos. Pero son pocos los usuaerrores del pasado. Uno de tales errores consistió en rios que se sirven de esta función. subestimarla rapidez con la que cre- En la primavera de 2006, mientras daba una conferencia sobre seguricería la prevalencia,el refinamientoy la diversidadde los programasperni- dad informática, efectué una rápida ciosos.La prevalenciadependede la exploración de la sala: casi la mitad población de posibles hospedadores del público había dejado su teléfono abierto. Tal proporción es mayor de patógenosvirtuales, así como de la prontitud con la que se transmite todavía entre la población general, la infección. La población diana de por lo que estos equipos ofrecen un los virus para móviles es enorme y vector de inquietanteeficaciapara la aumentaa pasos de gigante: existen difusión de parásitosinvisibles. ya más de 2000 millones de teléfonos Y esta población de hospedadores está creciendocon prontitud. Los tecelulares en el mundo. Cierto es que la mayoría de estos léfonosinteligentesempezaronsienteléfonos han quedado anticuados; do costososmodelos para directivos, funcionan con sistemas operativos pero desdehace poco su popularidad cerradose inaccesibles,de propiedad entre los consumidoresha alzado el privada,inmunes,en buenamedida,a vuelo. A cada nueva generación de infeccionesvíricas. Pero los usuarios estos aparatos se le van añadiendo más funciones de las que ofrecen están abandonandoestos aparatos en favor de teléfonos inteligentes que Ios ordenadorespersonales.Por otra funcionan con sistemas operativos parte, a la par que estos teléfonos más abiertos, con navegadoresde la han empezadoa exhibir cámarasde Red, correo electrónico y otros clienvídeo, navegaciónpor GPS o reprotes de mensajería.Se hallan provistos ductores de MP3, su precio se ha de lectores de tarjetas de memoria y desplomado;ello se debe, en parte,

y CrENcrA, lruvrsnenclóru enero, 2007

a los subsidiosde las operadorasde redes,que confían en que las nuevas capacidadesde los aparatosanimen a los consumidores a aumentar el gasto en los servicios que ofrecen. El año pasado se vendieron más de 40 millones de teléfonos inteligentes; los analistasconfían en que para 2009 serán más de 350 millones las unidades en servicio. Es posible que, a medio plazo, estos equipos sean adquiridos más rápidamenteen países con una economía emergente, donde el parque de ordenadorespersonaleses todavía pequeño,Una investigaciónefectuada por la empresaCanalys,de Reading, ha mostradoque las ventasde teléfonos inteligentescrecieron,duranteel primer trimestre de 2006, a un ritmo doble en Europa oriental, Africa y Oriente Medio que en Europa occidental. No faltan analistas que pronostiquenque algunospaísesen vías de desarrollopreferirándejar de lado la construcciónde una infraestructura

ABGde losvirus CABALLODETROYA quefingeser útil;en Programa realidad, ocultaun códigomalicioso. ESPIA (spyware); Programas de espionaje revelan a losfisgones información reservada concerniente al usuario informático. o al sistema GUSANO Códigoautorreplicante; se propaga automáticamenle oorunared. (PHISHINGI sEÑUELO lntentode timomediante im¡taciones fraudulentas de páginas de la Red, correos electrónicos o mensajes de textoqueinvitana revelar contraseñas, clavesbancarias u otrosdatosde índoleoersonal o reservada. VIRUS Al principio designaba a segmentos de códigoquese insertaban en y se reproducían otrosprogramas cadavezqueel programa hospedador se ejecutaba. Ahora corresponde a un términopolisémico queengloba gusanos, caballos de Troyay otrosmales.

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I lnclusouna persona cautelosapuedecaer víctimade gusanos para móvilescomo el CommWarrior. Se han detectadounas 15 variantesde este gusanodesdesu apariciónen marzo de 2005.CommWarrior, que se vale de la interfazde usuariode Bluetooth,insta a la víctimaa instalaren su teléfonoel programa maligno.Unavez activo,se disemina rápidamente mediante conexiones Bluetooth, mensajesmultimedia (MMS)y tarjetasde memoria.

eorisacabade subira un autobús. Su I teléfono zumba.Otroteléfono del vehículo que intenta es portadorde CommWarrior.Q, trasladar unacopiade sí mismoal teléfono de Borisoor mediode Bluetooth. {

eorisnecesita hacerunallamada "Sí"a urgente,de modoque responde y a las preguntas la petición de recepción y seguridad sobreinstalación subsiguientes. Su teléfono ha sidoinfectado. Si Borisintrodujesela tarjetade memoria de su teléfono en otroterminal,paratransferir a ésteuna queaplicación, el segundo equipotambién darÍainfectado. ¡[ r!

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4) El t.léfonode Borisle advierte queestáa puntode recibir I y le pidepermiso para un archivo aceotarla transmisión.

w E commrJ Warrior.Q iniciauna exploración en buscade otros dispositivos Bluetooth cercanos e intentacopiarse en losque encuentre. En logra ocasiones infiltrarse en variosequrpos a B vez.

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--. El gusanoenvíacopiasMMSde sí mismoa todos / f losteléfonos móviles del librode direcciones de Ana, juntocon un mensaje astutamente ensamblado a partir porAnaen otrasocasiones. de mensajes enviados

y CtENctA. lruv¡slenclóru enero, 2007

cableada para Internet; en cambio, potenciarán las redes inalámbricas de transmisiónde datos y promocio"No".Peroel Aoris, desconfiado. responde Q !L teléfono y repitela pregunta. narán los teléfonos inteligentespara no obedece "No",no operar como ordenadorespersonales Mientras Borissigarespondiendo podráhacerninguna llamada, ni enviar de poco precio. La construccióny mensajes ni utilizar ninguno de los programas el mantenimiento de una red inadel teléfono. lámbrica resultan más económicosy sencillos;la supervisióny el control --desde el punto de vista de la censura-, más fáciles. Si se cumplen tales pronósticos, los teléfonos inteligentes vendrían a ser, en un futuro muy cercano, la mayoría de los ordenadoresdel mundo. Grandes colectivos de usuarios, con escasao nula experienciaen informática, pronto "surfearían" por la Red y compartirían archivos entre sus teléfonos. Ofrecerían así a los creadores de programas maliciosos una población diana despreveniday de tamaño irresistiblementegrande. Los virus para ordenadorespersonalesnos han enseñadouna lección: cuanto mayor es la diana, más atracA Roemas, tiva les resulta a los programadores tl, cuando malintencionados.La inmensa maBorisIe envíaun yoría de los virus para ordenadomensaje a Ana,el gusanole envÍa res de sobremesaopera sólo en el inmediatamente ubicuo sistema operativo Windows un archivo de Microsoft. Por la misma razón, m u l t i m e d(iM a MS) casi todos los gusanosy caballosde quecontrene una Troya que se han lanzado hasta ahocopiadel gusano, ra están concebidos para infectar el renombrado de sistemaoperativoSymbian,instalado formaverosímil. en alrededordel 70 por ciento de los CuandoAnaabre teléfonosinteligentesdel mundo (los el mensaje, su de Nokia, Samsung,Sony Ericsson queda teléfono y Motorola entre otros). En cambio, infectado. sólo unas pocas variedadesinfectan a los sistemasPocketPCo Windows Mobile, al Treo de Palm, o al Research de los aparatosBlackBerry de Motion. El sesgohaciael sistemaSymbian explica en parte la razón de que los virus para móviles seanmás comunes en Europa y en el sudesteasiático, donde el Symbianes cosa corriente. y, en cambio, más raros en América del Norte, Japón y Corea del Sur. Las telefónicasestadounidenses han repartido por un igual sus mercados entre las distintas plataformas. Los mercados japonés y coreano estuvieron largo tiempo dominados a un mensaje Q CaOavezqueAna responde por teléfonos basadosen Linux; los lJ de texto,CommWanior.Q lo haceseguircon un oaouete MMSinfectado. El proveedor telefónico6- transportistasde señal de esospaíses que de Anale cobraun cargopor cadamensaje restringen la pluralidad de tipos de U ellaenvía.Resultado: unafacturaesoeluznante. aplicacionesque los usuariospueden = instalar en su teléfono.

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y CtENctA, lruvrsrcnctóru 2007 enero,

A los transportistasde señal les convendría empezar a educar a los actualesusuariosde teléfonoscelulares para que aprendana identificar y evitar los virus para móviles, en vez de esperara que estasinfeccionesse tornen epidémicas.Los fabricantesde teléfonos deberíaninstalar programas antivirus ya "de serie". Los organismos reguladoresy las compañíastelefónicas contribuyentambién a evitar el problemadel "monocultivo",que tanto perjudica a los ordenadores,incentivando para los teléfonos inteligentes un ecosistemavariado,dondeno haya una variedadde soportelógico (solware) que monopolice el mercado.

al delito Dela jactancia La diversidad es un arma de doble filo, claro está. Inevitablemente,los programasmalignos, con el tiempo, mutaránen especiesnuevasque atacarán y pervertiránlos programasútiles en una gama de formas cada vez más diversa. A los virus primitivos para ordenadores acabaron por sumarse troyanos,gusanos,programasespía y, últimamente,ataquescon correos señuelo(phishinS).Desde2003, una fracción significativa de los programas malignos para ordenadoresse han escrito en busca de un provecho y no por pura maldad. Hoy operan en todo el mundo bandasorganizadas de ciberdelincuentes. Estosfacinerosos se valen de aplicacionesdelictivas para hacersecon dinero ajeno mediante el robo de datos financieros o claves bancarias,información privilegiada, secretos industriales o recursosinformáticos. Los difusores de correo basura (spammers)reúnen "botinesinternáuticos",conjuntosde máquinasque manipulan paralanzar grandesvolúmenesde correo electrónico o promover timos basadosen páginasseñuelo.Otros extorsionana las empresasamenazándolascon la destrucciónde sus datos o el bloqueo de sus serviciosde correo o de sus sedesen la Red. En algunospaíses, los ciberdelincuentesson prácticamente intocables,porque las autorid a d e sc a r e c e nd e l o s c o n o c i m i e n t o s técnicos, los recursos e incluso el deseo de imponer leyes contra los delitos informáticos. Conforme aumentala elaboración de virus concebidos con ánimo de lucro, la probabilidad de que se produzcan ataques serios se multipli-

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ca también. Después de todo, cada llamada telefónica y cada mensaje de texto o multimedia que se envía entraña una transacción financiera. Ello abre multitud de posibles vías de lucro para "hurones" y creadores de virus. Los ordenadoresno llevan incorporado un sistema de facturación, pero los teléfonos móviles sí. Los truhanes no tardarán en sacar provecho de esta circunstancia. Existe ya un programaque lo hace. Se trata de un troyano, denominado RedBrowser, que envía un flujo continuo de mensajesde texto a un número de Rusia desdecualquierade los teléfonos que infecta, hasta que el usuario apaga el teléfono. Cada mensajetiene un costede unos cuatro euros; las desdichadasvíctimas se encuentrancon facturasenormes.Algunas compañíasde telefonía cargan a sus usuariosestastransacciones no autorizadas;en tales casos,los criminales,titularesdel número fraudulento, obtienenpingüesbeneficios.Hasta la fecha,RedBrowserse ha detectado sólo en el interior de Rusia. Mientras tanto, en EE.UU., Ios proveedoresde servicios están introduciendo en los teléfonos la función de "monedero móvil." Los clientes podrán utilizar el teléfono para transferir fondos desdesus cuentasa otras entidades,mediante el envío de un mensajede texto con un formato especial.PayPal.una empresaespecializada en pagos por vía electrónica, ofrece un servicio parecido mediante el cual los usuariosadquierenbienes desdesu teléfono.Talesserviciospodrían atraer el interés de los autores de programas delictivos. En vista de que el refinamientode los programas telefónicos perversos y las posibilidades técnicas y financieras de los teléfonos móviles van en aumento, será preciso actuar con prontitud. Si se adoptasenahoramismo las medidas apropiadas,se decapitarían los programas informáticos telefónicos malignos mientras aún se encuentran en la infancia y las aplicacionespara móviles son todavía de diseño flexible. Una oportunidad que no durará mucho tiempo.

todavía-- de los teléfonos inteligentes para provocar un desastre.En los ordenadorespersonales,algunos de los virus más dañinos se han difundido a través del correo electrónico o han forzado a las máquinas infectadas a vomitar correo basura en Internet. Ninguno de los programas perniciosos lanzadoshasta ahora en las redes telefónicas saca provecho de la capacidadde estosequipospara enviar correos electrónicos, Pero la aparición de programasperversosque se propagan mediante mensajesinfectadoso convierten a los teléfonos en robots de difusión de mensajes basura es sólo cuestión de tiempo. En el ámbito de los ordenadores personales,los programas-espía están proliferandocomo las setasen otoño; las posibilidadesque abrela telefonía móvil para la invasión de la intimidad saltan a Ia vista. Hasta ahora se cuentan con los dedos de una mano los programas detectadosque sacan partido de tal facilidad. Uno de ellos, el FlexiSpy,envía de forma periódica e invisible un registro de llamadas telefónicas y mensajes multimedia, enviados así como recibidos, a una tercera persona. El fisgón necesita conseguiraccesofísico al teléfono de la víctima para descargare instalar el programade espionaje. Sin embargo, es posible que los piratasinformáticos (hackers)no tarden en incorporar fisgones de este tipo en virus capaces de replicarse por sí mismos. En los nuevosteléfonos, que graban conversaciones,los fabricanteshabrán de tomar precaucionespara impedir que tal capacidad convierta a sus usuarios en víctimas fáciles de programas malignos que registren las conversacionesy las retransmitan despuésa un fisgón. Tenemosun hecho sorprendente:ni una sola de las más de 300 variedades

de programas dañinos para móviles ha sacado partido de alguna deficiencia del soporte lógico (software) o de algún fallo en los sistemasde seguridadpara colarse en un equipo vulnerable. Tal ha sido, en cambio, el modus operandi característico de numerososvirus y troyanos para ordenadorespersonales. Los autoresde programasmalignos para telefonía se han basado exclusivamenteen la "ingeniería social": tratan de hacer "picar" al usuario para que consienta la instalación en su teléfono del programa malicioso. Algunos se hacen pasar por programas de utilidad; otros se disfrazande juego. El Cabir y el CommWarrior, en cambio, se propagan por medio de Bluetooth. Son muchos quienes aceptanlos archivos, a pesar de que sus aparatosles advierten del riesgo y les dan la posibilidad de rechazar el programa foráneo. Lo mismo el autor que otros investigadores les preguntarona víctimas de tales virus por qué se avinieron a instalarlos. Una respuesta frecuente fue que en un principio no lo hicieron, que pulsaron en "No", pero la invitación volvía inmediata e insistentementea presentarseen la pantalla. Como se ve, los gusanos no aceptan respuestasnegativas;no le concedenal usuarioni un instante para pulsar la opción "Menú" y desactivarel Bluetooth.Y la mayoría de los teléfonosinteligentes,incluso en sus versionesmás modernas, consienten este tipo de acosos en Bluetooth, que le niegan al usuario el control del teléfono mientras no acepte la transferencia del fichero (o hasta que se salga del alcance del dispositivo infectado que le está enviando la petición; pero son pocos quienes se percatan de esa posibilidad).

Peligros sinfin Larazón de tantas prisas se comprende en cuanto se reflexiona sobre las muchasformas en que los huronesse valdrían -aunque no lo hayan hecho

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TIPOY METODO DE INFECCION Gusano. Se con€ctaa otrosequipos y hacecopiasde sl con Bluetooth m|smo.

Commwarrio¡ (descubierto en marzode 2005)

La búsqueda incesante de dispositivos Bluétooth doscarga la baterladel teléfono.

Algunos Gusano. Se reoroduce a travésde usuarios sufrenun Bluetooth; se envíaa sí mismoen cargoporcadaarchivo MMS (MMS) queenvíael gusano. formade mensaje multimed¡a Otras dirigido a losnúmeros de la libreta de variantes inutilizan al teléfono y en respuestas porcompleto. direcciones delteléfono automáticas a los mensajes de texto (SMS)quelleganal teléfono. Se copia y se en la tarjetaextraíble de memoria inserta en otrosarchivos de instalación de programas en el teléfono. Caballode Troya.Se hacepasarpor unaversióndel videoJuego Doom2, lo quetientaa los usuarios a descargar e instalarel programa.

lmpidequeel teléfonoarranquo e instalaCablr y Commwarr¡or.

Caballo de Troya. Unapágina dolosa en unasedede la Red,queofrece programas paradescargar, t¡entaa losusuarios a instalar esteprograma en Java,quefunciona sn cientos de modelos de telélono.

Envíasubrepticiamente un flujo de mensajes do texto,al procio de 5 euroscadauno,a un número de teléfono en Rusia.

Espfa. Sedescarga d6 Internel; poralgu¡€n normalmente esinstalado distinlo doltitulardeltelófono.

Envfaun rogiskode llamadas y copiasde m€nsaies telefónicas d€ textoy MMSa un servidor comgrcial sn Internelparsor vlstopor unatercerapersona.

Unpasopordelante La única esperanzade pararles los pies a los programas dañinos para móviles, antes de que se degradeseriamente la utilidad y el valor de los teléfonos inteligentes,reside en una actuación rápida y coordinada por parte de todos los afectados.Existen ya programasantivíricoscomerciales que inmunizan y desinfectanlos teléfonos inteligentes.No obstante,son pocos los usuariosque han instalado tal protección. La situación ha de cambiar. Los teléfonos han de incorporar cortafuegosque adviertan al usuario en el caso de que un programa tome el control para abrir una conexión a Internet. La protección de esta clase reviste especialinterés para los aparatos que se conectan a redes WiFi (cuyo nombre técnico es IEEE 802.1l) para accederdirectamentea la Internet pública. Numerosascompañías de telefonía móvil filtran el tráfico en las redes de datos GPRS o

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UMTS que sus dispositivos móviles utilizan, pero las redesWi-Fi abiertas carecende tal protección.Y aunque algunos transportistasfiltran sus flujos MMS para eliminar los mensajes que contenganadjuntosmalignos, no todos lo hacen todavía. Algunos de los principales fabricantes de teléfonos han ingresado en Trusted Computing Group. Esta organización ha elaborado las normas que deberíautilizar la industriaen los microcircuitos de los teléfonos, con el fin de dificultar a los programasde intención maligna el acceso a datos delicadosde la memoria del aparato o la invasión de sus sistemasde facturación. En fecha reciente,Symbian ha lanzado una nueva versión de su sistema operativo que ofrece mayor protección a los archivos de claves y exige de los autoresde programas informáticos la obtención de cefificados digitales emitidos por dicha compañía.El nuevo sistemaSymbian se niega a instalar programasque no

venganprovistosde un certificado.A menos que el usuario lo desactive,el sistema excluye a todos los programas malignos para móviles que se han descubiertohasta la fecha. También los gobiernos podrían desempeñarun papel más constructivo. Pese a que la mayoría de los paísescuenta con legislación contra hurones -de ordenadores normales y de computadorasalojadas en los teléfonos móviles-, la aplicación de tales leyes es laxa o inexistente en casi todo el mundo. Muchos de los países más duramente atacados por brotes de virus telefónicos,como Malasia, Indonesia o Filipinas, no siempre recogen estadísticasfiables y oportunas que resultarían de provecho para la detección y rastreo de delitos informáticos. Mi equipo y otros grupos de la comunidad de investigación en seguridad han venido estudiando los sistemas Symbian y PocketPC, en busca de puntos vulnerables de su código o del diseño del sistema que pudieran consentir el acceso de programas dañinos. Tenemos la esperanzade hallar tales flaquezas, para repararlasantesde que el bando contrario se aprovechede ellas en la inevitable y próxima ronda de una batalla interminable.

Elautor MikkoHyponnen esdirector deinves. unacompañía de tigación en F'Secure, quease. seguridad informática de Helsinki deteléfonos móviles soraa fabricantes y a operadoras deredes telefónicas. Su y equipo hasidoel primero enidentificar el combatir docenas devirus: entreellos, gusano infame Loveletter delaño2000. Hyponnen hacolabo¡ado en investigacio. porMicrosoft, nesrealizadas la 0ficina (FBlly el Servi. Federal deInvestigación cioSec¡eto estadounidenses; también con YarddelReino Unido. el Scotland

Bibliograf íacomplementaria DEvtcES: Moglt¡PHor'rrs As C0MpuTtNG THEVrRUsEs AReCourruo! DavidDagon, TomMartiny ThadStarner en IEEE Pervasive vol.3, n.04, págs. Conputing, 1 l - 1 5 ;o c t u b r e . d i c i e2m0b0r4e. MogIL¡PHOH¡s; THENEXTFRONTIER FOR HAcKERS? NealLeavitt enConputer, uol. 38, n.o4, págs.20-23;abril2005.

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I magine el lector una playa atestadade veraneantes I que gozandel cálido sol estival.Mientras los niños I chapoteanallí donde el agua no cubre, animales I agonizantesy muertosllegana la orilla. Primero, unos cuantos peces que se muevell con dificultad: después, masas malolientes de cangrejos, almejas, mejillones y pecesputrefactos.Ante los gritos de los niños, los padres,angustiados,se precipitan al agua para llevárseloslejos. Mientras tanto, en el horizonte, pescadoresfrustradosvuelven a puerto en sus barcas con las redes y las bodegas vacías. Esta escenano pertenecea un filme de horror de serieB. Incidentesde estetipo tuvieron lugar de forma periódica en numerosaslocalidadescosterasdel mar Negro en Rumania y Ucrania en los años setentay ochenta del siglo pasado. Durante ese intervalo, se estima que perecieron 60 millones de toneladas de organismosbentónicos(los que medran sobre el fondo marino) por hipoxia (déficit de oxígeno), en una extensiónde mar tan desprovistade oxígeno que no podía ya sustentarvida más allá de la bacteriana, En su grado máximo, en 1990, la "zona muerta", situada en la parte noroccidental del mar, frente a la desembocaduradel Danubio, se extendía por un área de las dimensionesde Suiza (40.000 kilómetros cuadrados).En el otro lado del planeta, en el golfo de México, frente al delta del río Mississippi, otra enorme zona muerta apareció a mediados del decenio de los setenta:en su extensión máxima alcanzó 21.000 kilómetroscuadrados.Variasáreasagonizantes o agotadashan ido apareciendo,en los últimos veinte años, en mares costerosy estuariosde todo el globo. Determínar las causasde tamaña destrucción.los modos posibles de evitarla y las medidas idóneas para devolver la vida a las áreas afectadashan sido los objetivos principales de mi investigación desde los primeros años noventa,cuando publiqué mi primer artículo sobre la crisis ecológica del mar Negro. Los estudios de nuestro grupo y otros han revelado aspectos de interés sobre los acontecimientos que degradanlos ecosistemascosterosen buena parte del mundo. Una información que ayudará a establecer pautas para la recuperación.

Las plantasentranen la cadenatrófica cuandosirven de pastopara animalesmadnos minúsculos(zooplancton), pecesherbívorosy animalesbentónicosfiltradores (mejillones, ostras, etcétera).También, cuando esos consumidoresmueren, se pudren, caen al fondo, son descompuestospor bacteriasy se integran en los sedimentos subyacentes.La materia orgánicadel fondo sirve, a su vez, de alimento a animalesque viven allí: gusanos,camal'onesy algunos peces,entre otros, El tamaño de la población de fitoplancton está limitado por la disponibilidad de luz y nutrientes y por el pastoreo,Un aumento en la concentraciónde nitrógeno y fósforo insta la multiplicación explosiva de esos microorganismosfotosintéticos,Conforme la población de fitoplancton florece, el agua se torna verde o incluso parda. La sombra producida por el manto del fitoplancton impide el paso de la luz solar, imprescindible para las plantas subyacentes.Las f'anerógamas marinasde bahíassomerasse ven asimismo recubiertaspor microalgas (epífitos), que acaban por asfixiar a sus sopofteshasta provocar su muerte. Además, las algas recubren los arrecifes de coral, sobre todo allí donde ha menguado la población de herbívoros residentespor culpa de la sobrepesca. Un repunte notable en la población de fitoplancton y de epífitos acarrea dificultades a los organismos marinos del entorno, situaciónqne empeorasi se reducenlos niveles de oxígeno en el tbndo. La concentraciónde oxígeno cae cuando las bacterias consumeneste gas para descomponerla materiaorgánica resultantede los desechosanimalesy de los cuerposmuertosde los organismosque se multiplican duranfe la eutrofización.Gran parte de este material se acumula en el fondo del mar. donde suele escasear el oxígeno.

Formaeión dstonas muortñs Los oceanógrafbsrelacionan la creación de una zona muerta con la eutrofización:el sobreenriquecimiento del mar con nutrientesque pronuevenel crecilniento vegetal(sobretodo compuestos que contienennitrógeno y fósforo).Estos"abonos"resultanesenciales para la salud del fitoplancton (algas y otros organismos fotosintéticosflotantes,que constituyenla basede la mayor'íade las cadenastróficas marinas), así como para el bienestarde las tanerógamasrlarinas y las algasque medransobreel fondo de los maressomeros y bien iluminados.Pero un excesode estosnutrientes en aguas ilurninadas acelera el crecimiento vegetal, lo que conduce a floracionesalgalesdestructorasy a otros efectosindeseables.

1 , t A Z 0 N AM U E R TtA ] E LM A FN E G Rs0e h i z oe v i d e n t e c u a n deom p e z a rao a n c u m u l a rosreg a n i s mm oa srinos moribundos en la costa,cercade la desembocadura del rÍo Danubio. Eranlosañossetenta. Arriba,pecesmuert0s arrastrados a unaplayadelmarMuertoporla mareaalta. U n af o t o g r a f d í ae s a t é l i tdee lm a rN e g r o c c i d e n t a o lm a d a en 2000(izquierdal muestra lasenormes floraciones de p l a n t am s i c r o s c ó p ifcl o a tsa n t eqsu er e s u l t a r o dn el a d e s c a r g a de aguasfluviales ricasen nutrientes.

2 . L A SZ 0 N A SM U E R T As S 0 ná r e a sh i p ó x i c adse, b i dao l a d e s c o m p o s ibc a i ócnt e r i a d ne ap o b l a c i o nveesg e t a l e s s u p e r a b u n d ayn,tpe0sre l l o c, a r e n t edse l a m a y o r ídae l o s a n i m a l eSse. e n c u e n t reannl o sm a r e cs 0 s t e r oas ,m e n u dcoe r c a d e p a í s edse s a r r o l l a dEol n s .ú m e rdoe r e g i o n easf e c t a d as se h a

El oxígenoentra en el agua a través de la fotosíntesiso mediantela difusióndesdeel aire en la superficie del mar. Si un área cuyo fondo está cubierto por plantasmuertaspresenta un fuerte gradientede densidadque impide la mezcla con la suprayacente columna de agua, se agota en seguidael oxígenodel fondo, con la muerteconsiguientede comunidades animalesenteras.(Dichos gradientes surgende diferenciasde temperatura o salinidad en el agua de distintas profundidades.)La secuenciabásica esquematizada----eutrofización que conduce a floracionesde fitoplancton. actividad bacteriana exceslva en el fondo, depleción de oxígeno

d u p l i c a d oe s d e 1990L . a sa g u a ds e e s c o r r e n ct í0an t a m i n a d a s p r 0 c e d e n dt eest i e r r as u e l epnr o v o c a l ar a p a r i c i ódne z o n a s m u e r t aa s ,u n q uael g u n at ise n e n u n 0 r i g e n a t u r aLl .az o n a m u e r td a e lm a rN e g r o n o r o c c i d e netsael n l a a c t u a l i d m a du c h o m e n 0dr e l o q u ef u e ,e n s u e x t e n s i ómná x i m ad ,e c e n i oa sl r á s .

y muertede plantasy animales- f¡¿ tenido lugar en cuantaszonasmuertas se han examinado,sin excepción reseñable. Aunque sí varían los pormenores, en tunciónde las condiciones biológicas y físicaslocalesy en función de l a t a s ad e e n t r a d ad e n u t r i e n t e sp r o cedentesde tierra.Sirvande muestra los estuariosen los que el agua se renuevapoco: resultanparticularmente vulnerables a los ef'ectosde la eutrofización,porqueun flujo de agua reducido entrañaun reabastecimiento lento de oxígeno en las aguas del fondo. Esta depleción del oxígeno ha constituido un problema persistente a lo lareo de la costa oriental

r Los nutrientesprocedentesde tierra que los rfos aportan a los mares costorossomerosestán destruyendola vida en algunasáreas, que se conviertenen zonas muertas. r Los abonosfavorecenel crecimientoexplosivodel fitoplancton,que medra en superficie.Ese tapiz desmesuradopriva de luz a las plantas y provocael aumentode la cantidadde materiaorgánica ¡nfrayacentes muerta qus cae al fondo marino,Las bacteriasque degradanlos orga. nismos muertosconsumenel oxfgenodel lecho, lo que ocasionauna auténticamortandadentre la fauna bentónica. r Mediantela reducciónde la escorrentíaprocedentede la agriculturay de las aguas servidas,así como el control de la sobrepesca,se restableceríanestos ecosistemasmarinosde importanciaclave.

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de los EE.UU.. donde se han visto afectadosgrandesestuarios,la bahía de Chesapeakeincluida. El exceso de nitrógeno y fósforo que entra en los lnares costerosproviene, en buenamedida,del cambio operadoen los hábitosde la genteque vive en las áreasque drenan al mar. El consumocrecientede combustibles fósiles (que liberan nitrógeno a la atmósfera),los efluentesprocedentes de granjas y la agricultura intensiva, así como la construcciónde sistemas de alcantarilladoque desaguanen masas de agua, considerado todo ello en su conjuntoprovocauna emisión mayor de nutrientesque terminanen las cuencashidrográficas.El informe de la Evaluación de los Ecosistemas del Milenio que las NacionesUnidas hicieron público en 2005 indicaba que las entradasde compuestosnitrogenadosen el mar aumentaronen un 80 por ciento entre 1860 y 1990. Segúnel estudio, las entradastotales procedentesde actividadeshumanas aumentaránen un 65 por ciento adicional para mediados del siglo que hemos iniciado. Es probable, pues, que las zonas muertas se extiendan todavía más, si no se emprenden acciones inmediatas para reducir la escorrentíade nutrientes.

y CtENctA. INVESTTGActóN enero.2007

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Aunque la aparición de una zona muerta correspondea la fase final del proceso de eutrofización, los sistemas marinos, sobre todo las poblaciones animales, experimentan cambios mucho antes.A menudo, una cadenatrófica marina costerasaludablese inicia con diatomeas, algas fitoplanctónicas de cubiertasilícea.Las consumenlos copépodos.De estoscrustáceosdiminutos del zooplancton se alimentan, a su vez, los peces. Las concentracionescrecientesde nutrientes repercuten en la mezcla de especies del fitoplancton, en el sentido de que las diatomeas suelen verse superadasen número por células fitoplanctónicas de menor tamaño o menos digeribles. Cuando la eutrofización produce floraciones masivas de fitoplancton, los copépodos se muestran incapaces de pastar las nuevas y abundantes especies de fitoplancton, así como la notable cantidad de detritus orgánicos resultantesde la disgregación del ecosistema.Una transformación que favorece el crecimiento de organismos gelatinosos muy tolerantes; tal Noctiluca, responsablede la fosforescencianocturna que se produce al perturbar la superficiedel agua.A esos organismos de tipo medusa se les denomina "especies de callejón sin salida"; por una razón obvia: los depredadoresde niveles superiores tienen dificultades en alimentarsede ellos. Su presencia reduce el rendimiento de la cadena trófica, lo que conlleva la decadenciade las poblaciones de peces. La sobrepescaagudizaese desequilibrio trófico. sobre todo allí donde la actividad antrópica se dirige a "depredadoresculminales" de gran valor: bacalao. merluza. dorada o anchova. La pérdida de especiessuperiores conduce a un aumento del número de especiespresa pequeñas,lo que comporta una mengua del zooplancton (el alimento de los pecespequeños) y, en consecuencia,un aumento del fitoplancton.A esa secuenciase la conocepor "cascadatrófica". Una cadena trófica ineficaz engendra más materia orgánica en el fondo marino, lo que eleva el riesgo de que éste acabe convertido en zona muerta. Los ecosistemasalterados por la eutrofización se tornan más vulnerables a la invasión por especies

y CrENcrA, lruv¡srtenclóru enero, 2007

exóticas. Pueden llegar a través de las aguas de lastre de buques transoceánicos.En el decenio de los ochenta, el ctenóforo Mneniopsis leidyi, probablemente originario de la costa oriental de los EE.UU., se instaló en el mar Negro. En 1990, este voraz depredador de "callejón sin salida" dominaba el ecosistema; en su máximo alcanzó la asombrosa densidad de hasta cinco kilogramos por metro cuadrado. Los bancosde mariscopuedenevitar la degradaciónde un ecosistema. En numerosos estuarios de la costa oriental estadounidense,las ostrasactúan como ingenieros ecosistémicos mediante la formación de poderosos arrecifes que se elevan varios metros del fondo marino; dichos arrecifes soportan organismos de tipo muy diverso, entre ellos lenguados,pargos, mojarras y cangrejos azules. Hunter Lenihan, de la Universidad de California en Santa Bárbaru, y Charles H. Peterson,de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, han demostradoque la parte superior de los arrecifesde ostrasen el río Neuse, de Carolina del Norte, se convirtió en refugio para las especies bentónicasdesplazadas,en el inicio de la formación de la zona muerta. porque se elevabanpor encima de la capa de agua hipóxica. Sin embargo, la recolecciónmecánicade ostras reduce la altura de los arrecifes, lo que contribuye a la destrucción de

la resiliencia(tenacidad)natural de estosecosistemas.

Lacatástrofe delmarNegro El mar Negro ofrece un ejemplo espectacular de ecosistema marino destruido por un excesode nutrientes. Pero proporciona también claves para su regeneración. Las aguas del área noroccidental sufrieron la eutrofización cuando las entradas de compuestos nitrogenados y fosforados, procedentes de tierra, se duplicaron entre los deceniosde los sesentay los ochenta. Se transportaron a través del Danubio, que drenabuenaparte de las cuencas hidrográficas de once países de Europa central, desde Alemania hasta Rumania. Semejantecarga procedía de la escorrentía agrícola, las aguas negras urbanas e industriales y, en el caso de los compuestosnitrogenados,el transporte atmosférico. La mitad, por lo menos, del incremento del nitrógeno que llegaba al mar Negro derivaba de las prácticas agrícolas modernas: uso intensivo de fertilizantes y construcción de granjas enormes. El aumento de los efluentes de fósforo se debía sobre todo al vertido de aguasnegrasindustriales y urbanas, cargadasde detergentespolifosfatados; las actividades agrícolas contribuían en menor grado. Antes del decenio de los sesenta, la región noroccidental del mar Negro, somera, correspondía a un sistemadiverso y productivo; incluía

3. COMUNIDAD S T O N I CMAUSE R T AYSR E C U P E R AsDeAoSb s e r v aenn e s t a s BEN fotografías de doslugares delmarNegroa primeros de 2006.A la izquierda, un porlas conchas áreaempobrecida porfaltade oxígeno cubierta de mejillones muertos disuelto. A la derecha, unalocalidad recuperada, conun recubrimiento densoy variado (tunicados). de algas,juntoconun número elevado de ascidias

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quepropiciaron la creación Losacontecimientos de la zonamuertadel mar Negroguardansemejanza pobresen con los que formanáreassimilares (hipóxicas), oxígeno aunquelos detalles varíande un casoa otro.En el origeneslá la eutrofización, que provocaun una entradaexces¡va de nutrientes crec¡miento desmesurado de algasy otrasplantas flolantesy fotosintéticas; microscópicas ello lleva indirectamente a la hipoxiay, por fin, a la muerte y plantasbentónicos. de animales La degradación del ecosistema siguiótres fases,segúnla descripción de Tatsuki Nagai, de la Agenciade Investigaciones Pesqueras del Japón,quienestudióuna de las primerasregiones hioóxicas Dichascondiciones conocidas. hicieron su aparición en el mar interiorde Setoa principios del deceniode los sesenta.Nagaidenominó al estadonatural"marde pargorojo"(especie por los pescadores depredadora muyapreciada locales). Después, cuandolas poblaciones de y deiaron especiesdepredadoras se redujeron tras sí especiesde pecespresapequeños, sobre todo,vinoel "marde boquerones". Porfin,llegóel "marde medusas", en el que la mayoriade otras especieshabríanmuertoo huido,ouedando como dominantes especiesinvasoras muytolerantes. Nagaidescubrió tambiénque la sobrepesca contribuía a la degradación de la cadenatrófica la eliminación marina(mediante de los peces depredadores superiores).

En el mar Negronoroccidental las aguascercanasa la supeliciecontenlan (algasy otrasplantasm¡croÉinicialmente una m€zclaampliade fitoplancton pecesde distintasespeciesy otrosorganismos. cópicasflotantes), En la6 aguassom€rascercanasa la costahabíacardúmenes de boquerón, caballa y bonitoinmaduros, En las profundidades intermedias medraban bancosde y numerosog pecespresa, depredadores superiores, talescomobacaladilla, aménde algunasmedusas, En el fondo,comunidades de meJillones, asl como gobios,rodaballo, esturióny cangrejos ermitaños habilabanentrelos oxtensos pradosde fanerógamas marinasy de algaspardasy rojas,

e x t e n s o st a p i c e s c o s t c r o sc l e a l g a s Drrrantelos rnesesde verano.cuan- comunistasde E,uropaoriental. Era p a r d a sb e n t ó n i c a sy . a g u a sa d e n t l o . d o l a c o l u r n n ad e a g u as e e s t r a t i f i c a - a f i n a l e sd e 1 9 8 9 .E l d e s p l o r n et e r la rnayor conrunidadcle al-gasrojas ba. los nivelesde oxígeno,sobretodo m i n t i c o n l a p l a n i f i c a c i ó e nconómica d e l a T i e r r a ( u n c a r n ¡ r oc l e P l t y l l t ¡ - cerca del firnclomarino, empez¿rron c e n t r a l i z a d aL. o s a g r i c u l t o r e sd e l a ¡tltrtrtrtlel tanrañocleHolanda).Estos a c l i s l n i n u i rU. n a f r a c c i ó ni m p o r t a n t e región se encontraroncon que cap r a d o sn a t u r a l e sd e a l g a sc o e x i s t í a n d e l a s c o m u n i d a d edse b i v a l v o sa f ' e c - l e eí i r n d e c a p a c i d a df i n a n c i e r ap a r a c o n e n o n n e sb ¿ t r t c ocsl e n i e j i l l o n e s taclassobrevivó¿rla hipoxia durante la conrpra de abonos.La actividad y o t r o s b i v a l v o s .E n s u c o n j u n t o .e l un períodode hasta20 días:cerraron agrícolaentró en un período de lesistenrasopurtablurl griln núr-nero cle s u s v a l v ¿ r sy s e a l i m e n t a r o nd e l a s targo. Y cerraronla mayoría de las e s p e c i e sd e i n v e r t e b r a d oys p c c c s . reser\¡As internasde glucógeno(car- gigantescasgranjas.Ambos factores L a s a l g a sc o n t r i b u í a a n l a o x i g e n a - b o h i d r a t oq u e c o n s t i t u y ee l p r i n c i p a l explicaron la drástica reducción de ción clelasaguasclelfbndo y krs meji- a l n l a c é nm o l e c u l a rd e e n e r g í ae n u n n u t r i e n t e se n e l a g u a d e e s c o r r e n llonesfiltrabanel a-tuaclemal'.con lo a n i r n a l ) .P e r o c u a n d oe s t a sr e s e r v a s t í a . U n a a n t i g u ag r a n j a p o r c i n a e n q u e s e I n a n t e n í aunn a sb u e n a sc o n d i - s e a g o t a r o n l,o s m o l u s c t ' rm s u n e r o Í l Runrania.con más de un millón de c i o n e sl u m í n i c a sp a r al a f b t o s i r t e s i s . e n n r a s a .A c o n t i n u ¿ i c i ó nb.a c t e r i a s cerdos.habíageneradolas emisiones Este ecosistemaer¿lnrLrylesiliente. y o t r o s o r g a n i s m o sc o n s u r n i e r o n e q u i v a l e n t eas l a s d e u n a c i u d a dc o n el c u p l r zd t ' I ' e s i : t i tu' t t t p l i r rrs' ¿ r r i u e i o r t e :oxígeno local que cluedabacc¡nfor- cinco rnillonesde habitantes. c l i n r á t i c a sy p e r t u r b a c i o n ensa t u r ¿ l - nre clegradaban los animales muerEn seis años de menor entradade l e s . S i n e r n b a r g oa. m e d i d ac l u el o s t ( ) s .c ( ) n l u l i h e r a e i t i ne o t l s i g t t i c n t e nutrientesse logró una reducciónde efluentesde nutrientesaunrentab¿tn. de mírsnutrientes.Para cuandocasi la zona rnuerta,si bien fue gradual ep s u l e e i e r o r r todo el oxí-eenohabía desaparecido. l a r e c u p e r a c i ó nd e l f o n d o m a r i n o . e t t l i r sa g t t l r \sr . r p c l f i e i u l u d e n s ¿ r lsl o r a c i o n e sc i e f i t o p l a n c t o n . la f¿iunacluesolía medraren Ia zona La investigaciónacometidapor exE s t e c r e c i m i e n t cel x u b e r a n t er c d u j o h a b í ae m i - e r a deon b u s c ac l ec o m i d a pertosucranianosha demostradoque la transparenciadel a-uua.privando y oxígeno. o había rruerto. El eco- e l r e s t a b l e c i r n i e ndt oe l o s b a n c o sd e c l e l u z a l a s a l _ q abs c n t í r n i c a se: l l o s i s t e n r an a t u r a ld e l a r e g i ó n r e s u l t ó ne.jillonesde partesdevastadas de la condr-riopor fin a su pérdida. con graverrenteclallado. p l a t a l b r m an o r o c c i d e n t anlo t e r m i n ó la consiguientepertul'bacióngenelal hasta2002,muchosaños El área enrpezó a l'ecuperarsea de asentarse del ecclsistemlt. raíz de la caícla de los regínrenes despuésde que lo lograranotrasco-

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y CtENctA, lNVEsTrcActóN enero,2007

9 d t á

(FINALES Z O N AM U E R T A D E L O SA N O SO C H E N T A )

Con la entradacrecienlede nitrógenoy fósforo procedentesde la escorrenlÍacontinental,la ecologíade la región costeradel mar Negro empezó a cambiar.El agua se tiñó de verde con proliferaciones masivas de fitoplancton, e inclusode marrón.Así, se privabade luz solar a las plantasque vivíandebajo;precipitábase hacia el fondo una lluviacontinua de materiaorgánicaen descomposición. Después,las bacteriasdel fondo consumierongrandescantidadesde oxígenomientrasse deleitaban con la mater¡aorgánicay las plantas muertas;ello produjo hipoxiaen el fondo marino,lo que mató a numerososorganismosbentónicos.

La turbiedade hiooxiacrecrentes en el lecho marino dejaronlas aguas del fondo desprovistas de vida. La sobrepescaya había reducidoel númerode especies de pecesdepredadores; éstos y otros an¡males de gran tamañoterminaronpor desaparecer de la zona.Especiesinvasorasoportun¡stas, sobre todo el ctenóforoMnemiopsisleidyi, se multiplicaronen las aguas superficiales.

n r u n i d ¿ r d c sE. n a g o s t o c l c 2 0 0 6 . L r n a c x p e d i c i t i n c l u c d i r i g i r n t ) s p a r ¿ re x a n r i n a r e l e s t a ( l od e l n r a r r e r . e l ó u n a l c c r , r p e l a c i t i nn o t a b l e d e l a s c o n t u n i t l l c l e s c l e a l g a s b e n t t i n i c a s ,¿ l u n q L l e : r ' r \ c I r a t a b a .e n g e n e r a ] .d e l a s n t i s , r' .r. .\pccics que habíandominaclo . r . / L , 1 ri.trn t c s c l e l a a p a r i c i c i nd e l a s . , ' r r ! i r .i ( ) n c \ t l c z o n a n l u e f t ¿ 1 .

¿ r d s o l b i r l o se n l ¿ r s p a r t í c u l a s c l e l El telcer lirctor'1¡uurrl¿r rclacirin con s t t e l o . P u e c l e np u s a r a ñ o s . r l c c c n i c l s c i c r t a s a l t e r a c i o n e sc ¡ r r el u c u t r o l i z u i n c l u s o . a n t e s d e c ¡ r . rleo s l ' e r t i l i z a n t e s c i t i n c a L t s ae l r l u c o n r l l o s i c i t i nt l c l de nitrrigcno y liislirro y otras susc c o s i s t e n r a .A l t c l a c i o n e s ( l u e n o s c t a n c i a s r l c . l e nd e f i l t l a l s e y l l c g a l a l i n v i e r t e nc o n l r . r c i l i c l a A c l . n r c c l i c l ca¡ u c r n ¿ l r .L o s c o m p u c s t o s n i t r o g c n a c l o s . a L r n t c n t al a c o n c c n t r a c i t i nr l c 'n u t r i c n e n p a r t i e L l l a r .t i c n r l c n ¿ l ¿ r c L i l . n u l a | s e t c s . c l i s m i n u rc l u ¡ r o b l a c r r i cr rl eu l g L r n u s e n l a s a g L l a sf r e i r t i c a s . c s ¡ r c c i e s s: i n c n r b a r g 0 .e l c c o s i s t c n l l r E,n scgr.rncloluglr, las zon¿lsntLler- cn su con jurrto ¡rircclepcrnlurcccr'lircr't a s p e r s i \ t c n s i e n l a s c e r c a n í u sc s c l i tc cluranteun ¡rcríoclocle ticnrpo laruo. E l l a r r l r(;i i i n r ¡ n o s e a n l a s p o b l a c i o n e ss a n a sd c p l a n t a s s i l a s p o b l l r c i o l l c ' sn l r t u r l l c s r L ' \ i \ t c n h a c t al ¿ rf r i c u l t o r a c ¡ ó n y a n i n l i l e s m a r i n o s c l u ep r o ¡ r u r c i o n a n c l l c p i r n t c l i t o p l u n c t r i n i c o . [ - l l r c L c t l ei . 1 . l L , l(l l c l l t s z g t l ¿ t s¡ l u e r t l l s las "scnrillas" a paltir de las ct¡ales A h o l a b i c n . c n a l g r i n n r ( ) n r e n t os c c r i g c I I Lr ' . ' . r . r , , t , , tnl c l ¿ rc n t r a d a d e p u e c l a n r c s t a b l e c e r s el a s c o r n L r n i d a - l l c g a a u n u n r b r a l e n c l r ¡ u c l l ¡ r c i r n L l t r i c n t . ' j . r . - . : . ' i t t c :L l c I a s t i e r r ¿ r s d e s q u e c l e s a p a r c c i c l o nC . abe la pod i c l a c l e c s ¡ r c c i c sc l u r c ¡ r r o c l L r c e un i n n r e c l i a t r i (' . ' , r , : l i n i n t o . P e r o l o s s i b i l i c l a dc l e u n a c \ t i n c i ( i n c l c I a f l o r a r l c s ¡ r l o m c[ l u s c o . c l u c r c s u l l a e n u n c c o s l s t e l l t a1\ | i t i I t L r '. l U a \ c h a n C l e \ - y l a f n r r n a q u e l n t a ñ o m e c l r a t r a ne n t t u c v o e s t u c l o r l c c l e g r a r l u c i < i nE. s t c pltttttado n u c v o e c l r . r i l i b l i os u l g c r l c l a p r c - s c n ¡ r o te L t l l . r . 1 . ': Le L r l l o l i z a c i r i l l la zolla al'ectacla.I-os aniutalcs lll.rr ' l a h i p o x i l rr i t t i / l n , i r . ' l ( ) r ' n ctna r ) rinos nativos pr-rcclcrtrecolrcr Iar-lns c i l d c ¡ r l s u n u s e s ¡ r e c i c sr ¡ l e s e h ¡ n l ; i i i l l t l c l l t er r l . r . r ' 1 . . . . : r r r ' r ' i i , t . c l i s t a n c i a se n f o r n r a r l c l a r v a s . r l c s c l e l | r ( ) s t r a d ot o l c r ' ¿ r n t !l- sI i r c L r t | o f i z i l c i r i n a u n c l u ec l h o n r b r e l e . \ r l l ( ' . ' i r e l l i e c o s i s t c n r a ss a l t o s .y e s t ¿ r b l c c c t ' sdee y ' c l c l a l l c g a r l ur l c e s ¡ ' r c c i cos¡ . r o l t u n i s 'l¡¡¡ c l o d e n u t r i e n t c sc l t l o : 1 i q r r . nuevo en un nicho ecológico vacío t a s ¡ r r o c e c l e n t ccsl e o t n r s l u g a r e s .P o l f ¿ r r o n e se x p l i c a n e s t a r c \ r \ t a i t !i i L l i a c i e c u a c l o .A v e c e s . s i n e n t b a l g o . d c s g r a c i a .e l n L r e v oe s t l ( l ( ) ¿ r l c a n z u c l o la le'cupelacitin. c \ t l s e s p L ' c i e sq u e p o t e n c i u l l . I l e n t e s r r c l e m n n t r ' n e r s en r L l \ e s l a b l e . E l t I-n prinre-r'lu,gar. las cueltc¡: lrrr e g r e s l u ' í a ne n c u c n t f a n o c u ¡ l l L c l Os t r c o n s e c u e r . r c i ur .' c c o n t l u c i rl'a e n t l i r r l : . r clnrgráficas poseen ult¿l clronle eli r l r c Í o ¡ r o r o r g a r t i s r t . t o so p o l t t r n i s t l _ t s r l e n u t r i e n t c s h a s t ¿ rI o s n i r . e l e s u n t c r i o r e s a l a e L r t r o f i z a c i r i nc l u i z l i n o ¡ l : r e i t l u dt l c l r l n r l r e e l t l un u l t ' i e n t r . . . i r r ru r o r c s c l u e s e h a n a c l u e ñ u c l
y CIENctA, lruv¡slcnclóru enero, 2007

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original. Podría ser necesarioreducir recortes sólo parciales en los flujos de nutrientesde origen terrestre. las concentracionesa niveles muy Para limitar la carga de nutrientes inferiores a los de partida. Paracomplicarmás aún las cosas, han de acometerseplanes generales el umbral que hemosde traspasarpara -de toda una cuenca hidrográfiinstar el cambio desdeun estadona- ca- que confinenel nitrógenoy el tural a otro degradadose alcanzaan- fósforo en tierra. Tales esfuerzosse ha han llevado a cabo en la bahía de tes si la resilienciadel ecosistema quedado menguadapor culpa de la Chesapeakey en el mar Negro. En sobrepesca. Cabe,pues,que la recu- este último caso, los gobiernos de peración de la zona deprimida exija los paísesribereños,con ayuda del tambiénuna reducciónnotablede las ServicioAmbientalGlobal de las Naactividadespesqueras.Con todo, si cionesUnidas,han acordadoaplicar las especiesoriginalesse han perdido un proyecto encomiable: mantener l a s c o n c e n t r a c i o n edse n u t r i e n t e se n o han aparecidoinvasores,las condilas aguasde escorrentíaen los nivecionesanteriores,prístinas,quizá no les de mediadosdel decenio de los se recuperennunca. noventa.Esteplan estácontribuyendo a la recuperaciónde zonas muertas Eliminar laszonas muertas Para recuperarlas zonas deprimidas mediante proyectos piloto para la no bastacon saberqué es lo que hay mejora de las prácticas agrícolas y que hacer.A los gobiernos incumbe el tratamientode residuos. considerarloprioritario y tomar la iniCon todo, la recuperacióntotal y ciativa.La escasezde casosde recupe- sostenibledel mar Negro exige la ración de zonasmuertasse debea que resoluciónprevia de dos problemas graves.Las autoridadeseuropeasdela reducción de la escorrentíade nutrientesprocedentede tierra requiere ben tomar medidasque asegurenque cambios importantesen las prácticas el desarrolloeconómicono conduzagrícolasy en la depuraciónde aguas ca a la reapariciónde vertidos en el contaminadas. Hastaahora,la mayoría mar de nutrientesde origenterrestre; de estos programas han conseguido por ejemplo,mediantela inversiónen

proyectos de reducción de residuos que empleentécnicasavanzadas. Este punto revistesuma importanciapara la cuencadel Danubio,en la que seis de sus países se han incorporado a la Unión Europeao estánen proceso de adhesión.Algunos agricultoresde Europa occidental,donde la agricultura intensiva ha eutrofizado ríos y aguascosteras. deseancomprartieras de cultivo en Europa central. Los gobiernosdebentambiénreducir la intensidadde la pescacomercial, parafavorecerla recuperaciónde de peces las poblacionesesquilmadas depredadores. Además, las redes de arrastre y las rastras de los barcos p e s q u e r o sd e s t r u y e n c o m u n i d a d e s bentónicasclave, por lo que su reg u l a c i ó nt e n d r í aq u e s e r r e s t r i c t i v a . Las naciones marítimas de todo el mundo deben reducir la presión pesqueraen las áreaseutróficas,tarea nada fácil en la actual situaciónde sobreexplotaciónque afectaa más de la mitad de las pesqueríasdel planeta. Aunque se ha firmado un acuerdo internacionalparael establecimiento en 2012 de una red global de áreas marinasprotegidas(1oque contribuiría a l,areducciónde la sobreoesca v

La regeneracióndel mar Negro La recuperación de la zonamuertadel mar Negrosubraya la necesidad de reducirla escorrentía de nutrientes procedentes de la agricullura, de las aguasservidasy de otrasfuentesterrestres, si es que se pretenderecuperar las áreasafectadas.La zona muertaadyacentea la costanoroccidental del mar Negroempezóa revivirtras el hundimiento del sistemacomunista en 1989.debidoa ---cría la consiguiente reducción de la agricultura intensiva de ganadoa granescalay aplicación de enormescantiday fosforados (aF que habfa des de abonosnitrogenados predominado desdelos añossesenta.Los residuosde nutrientes se abr¡eroncaminohastael río Danubioy olras cuencashidrográficas. Porfin, llegaronal mar Negro;ello provocóla apariciónde la zonamuertaon 1973y su retor-

(b). El color no en veranodurantelos 21 añossiguientes rojo en una imagende 1979de satélite(c) revelaun área (En esta imageny en 4 extensade aguasobrefertilizada. se estimómediantela determinación de la la eutrofización concentración de clorofilaa, un indicadordel crecimiento vegetal,en las aguassuperficiales.) intensiva, Pasadoscincoañosdel finalde la agricultura (b y dl, con una sola se regeneróla regióndegradada recaÍdaduranteel veranoexcepcionalmente cálidode 2001. En 2002,las comunidades de mej¡llones del árease habían restablecido. Sin embargo,el mar puedeverseamenazado de los paísesde Europa de nuevo,pueslas economías y en ellosse vuelvea una agricultura centralse recuperan intensiva.

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y CtENctA, l¡rvislelclótri enero, 2007

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4 . L A R E D U C C ID( ]ENLN I V ED TE NUTRIENTES al quehabíaantesde la de unazonamuerta formación ouizáno sea paraasegurar suficiente la recuperación de la misma. Asíse muestra en estegráfico, la saludde un donde se poneen relación (entérminos ecosistema de complejidad o diversidad específica) conla cantidad de nutrientes a su disoosición. Unsistema con y diversidad elevada entradas moderadas de nutrientes de origen terrestre tiendea (tenaz), serresiliente hastaquela cargade nutrienles sobrepasa un niveldeterminado (unhralll, lo quehacequeel sistema se hastaun estado de complelidad desplome menor. Estepuntode inflexión se alcanza anleslunbral2) si la sobrepesca reduceel número de peces depredadores superiores, conla merma consiguiente de diversidad específica. Lamentablemente, el nuevo esladodegradado también muestra quizárecupere resistencia al cambio; la perdida complejidad sólosi lasentradas de por nutrientes se reducen de formanotable debaiode los niveles iniciales lunbral3l,. Perosi se hanextinguido lasespecies podría clave,el ecosistema no retornar n u n c a s u e s t a door i g i n a r i o .

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a la conservaciónde las poblaciones reproductorasvitales. necesariaspara la recuperación de las zonas muertas), es improbable que se alcancen los objetivos del acuerdo. Por una razón poderosa:no hay mecanismos que asegurenel cumplimiento de la normativa. Habría que explicar a las autoridades que no basta con una recuperación parcial de un ecosistemaque ha devenidoeutrófico. Podría quedar en una situación muy inestable.Los mejillones, por ejemplo, tienen una capacidad extraordinaria para filtrar el agua;se ha empleadola instalación de bancosde mejillones en arrecifes artificiales para mejorar la calidad del agua. Pero la descomposiciónbacteriana de las heces de los mejillones y de los individuos muertosconsume gran cantidadde oxígeno, lo que origina ciclos de prosperidady declive en localidades en las que las aguas apenas se mezclan y la renovación de oxígeno es limitada. En estos casos, las comunidadesflorecientesde mejillones se desplomande repente, dejandouna zona muertahastaque la materia orgánica se ha descompuesto

y CtENcrA, lruv¡stetcró¡r enero, 2007

por completo y la recuperaciónempieza de nuevo. Este fenómeno se ha observado en estuarios del mar Báltico. El reto para los gestoresde los recursos marinos se basa en la conservaciónde las condicionesque mantienenresilientesy diversificados los sistemas,incluso allí donde ya no es posible la recuperacióntotal. En un plano más sutil, Ia calificación de la salud o calidad de un ecosistemadependede los valoresde los habitanteslocales. Para unos, el resultadodeseablede la reinstauración seríaun mar lleno de pecespequeños; otros, en cambio, preferirán que la

regeneraciónconlleve la abundancia de depredadoressuperiores. Las zonascosterasmuertasnos recuerdan que la humanidad no puede sentarsey esperarque los ecosistemas naturalesabsorbannuestrosresiduos sin sufrir consecuenciasgraves y a menudo inesperadas.Ahora sabemos cómo recuperar zonas deprimidas, pero los pasos necesariospara hacerlo dependen,en último término, de nuestro reconocimientode las ramificaciones que para el ambiente tiene la eliminación de residuosy de nuestravaloraciónde los ecosistemas marinos.

Elautor y el Grupo [aurenceMeedirigeel Instituto Marino interdisciplinario de Investigación y Costera, Se doctoró en la en Polftica Marina ambos en la Universidad de Plymouth. Universidad de Liverpool. Investiga sobrela protección delmediomarino, las cuencas y áreascosteras hidrográficas asociadas.

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p ilr il ilrJil I,J ; ü"J tj iilril; Conmaterial superconductor seconstruyen minúsculos y magníficos y otraspartículas. sensores defotones Están revolucionando y la técnica la investigación KentD. lrwin

os ojos, excelentesdetectoresde luz, determinanla intensidad,el color y la distribución espacialde los rayos que inciden en ellos. La retina humanatiene más 'opíxeles"que una cámarafotográfica digital corriente:cerca de seis millones de conos, células que distinguen el color, y más de 100 millones de bastoncillos, células de la visión en la oscuridad.La sensibilidades altísima. Una célula de los bastoncillosadaptadaa la oscuridadmanda una señal al cerebro cuando absorbeuna partículade luz, o fotón, la unidad cuánticamás pequeñade una onda electromagnética. Con seis de estasseñalesde un solo fotón, el cerebropercibeun destello.Pero los ojos y las cámarasfotográficascomercialesdistan de ser idealespara muchastareas,porque sólo detectanfotones cuyas frecuenciascaen en el intervalo del visible. Aunque captan colores,no miden la frecuenciaespecíficade cada fotón. Los detectorescientíficos e industriales perciben fotones de los dominios electromagnéticosmás allá de la luz visible: en las bajas frecuencias(longitud de onda larga, baja energía)del infrarrojo y las microondasy en las altas frecuencias de los rayos X y gamma. No es que dispongande una capacidadilimitada. En especial para las longitudesde onda visibles y más largas, se ha carecido de detectores que "vean" fotones sueltos y disciernan con precisión su frecuencia y, por tanto, su energía, La determinación de la frecuencia de los fotones proporciona abundante información acerca de la materia que los emitió. Una revolución en la detección de fotones ha comenzado con el advenimientode los sensoresbasadosen la superconductividad.Miden con mucha mayor precisión a lo largo de todo el espectro electromagnético,de las ondas de radio a los rayos gamma, pasando por la luz visible. Pronto habrá dispositivosmejoradosque establecerán el patrón que las ondas gravitacionalesde la gran

explosiónimprimieronen la polarizaciónde la radiación del fondo cósmico de microondas. Los detectoresque cuentanfotonesvisiblesuno a uno están mejorando la seguridad de las comunicaciones cuánticas.En los sincrotronesse estudia la composición química de los materialesgraciasa los detectores superconductoresde rayos X. Se están desarrollando detectoresde rayos gamma que distinguiránmejor unos materiales nuclearesde otros, a fin de evitar que sean robados o se los introduzca de contrabandoa través de las fronteras internacionales. Los dispositivos superconductores no sólo detectan fotones.Analizan también polímerosbiológicos y buscan las "partículasmasivasque interaccionandébilmente" que, se cree, constituyenla materia oscura; a ésta correspondencinco de cada seis partes de la materia del universo. Los detectores superconductoresapenas están empezando a dar de sí 1o que cabe esperar de ellos científica e industrialmente.

U t i lf r a g i l i d a d Una característica de los superconductores que restringe su uso -por ejemplo, para la transmisión de energía- les habilita, sin embargo, como detectoresde fotones. La superconductividad, el flujo de corriente eléctrica sin resistencia, se presentacuando los electronesde un material adecuado para ello se ligan dos a dos. "Pares de Cooper" se llama a esas parejas. Su conjunto constituye un superfluido. La superconductividad,un frágil fenómeno mecano-cuántico,se da en un material sólo cuando se enfría por debajo de una temperaturabajísima, la temperaturacrítica de transición, diferente para cada material. El enfriamiento reduce las vibraciones de los átomos. Si la temperatura se eleva por encima de ese umbral, la energía térmica de las vibraciones disocia los paresde Coopery elimina la superconductividad. Ante tamaña sensibilidadal calor, muchos dispositivos superconductores tienen que enfriarse hastaapenasunos grados por encima del cero absoluto (0 kelvin, -273,15 grados centígrados). Algunos requieren temperaturas de centésimas de kelvin. Estas temperaturas extremas se alcanzan con refrigeradores comerciales que operan con helio líquido o mediante un proceso de desmagnetización adiabática. La necesidadde tal enfriamiento prohíbe muchas aplicaciones.Desde hace tiempo se viene intentando crear materialescon una superconductividadmás robusta,que persistaa temperaturassuperiores.

La misma fragilidad de la superconductividad es, sin embargo, la razón de que resulte ideal para detectores sensibles.Los detectoresde fotones superconductoresse basan en la capacidad de la energía de un solo fotón para destruir millares de pares de Cooper. El cambio en el estado superconductor se puede medir entoncesde diversasmaneras, que revelarán la energía depositada por el fotón. Conocer la energía de un fotón es conocer su frecuencia, proporcional a aquélla. Y la frecuencia es la clave para saber más acerca del objeto del que proviene el fotón. Los detectores de semiconductores de temperatura ambiente, como los dispositivos acopladosala carga (CCD) de las cámaras fotográficas digitales, se apoyan también en la perturbación de un estado cuántico en un material. En un CCD, un fotón de luz visible arrancaun electrón de una banda de energía en un cristal semiconductor. Pero los electrones se encuentran en esas bandas tan fuertemente ligados, que, por lo general, sólo se libera un electrón por cada fotón. Esa liberación no basta para revelar la frecuencia del fotón. Consecuentemente,un CCD no puede medir el color de un fotón de manera directa; las cámaras fotográficas digitales producen imágenesen color graciasa un sistema de filtros rojos, verdes y azules que dejan pasar los fotones por gamas de frecuencias. En cambio, un fotón visible puede romper en un superconductormilla-

r Unossensoresque lo mismodetectanpartículas de luz (fotones) sueltasy determinan su energíaque midencon precisiónuna señal por muchosfotonesresultanpor fuerzaapropiados para compuesta y técnicas;rastreanmateriales innumerables aplicaciones científicas con los que podrlaconstruirse un armanuclear,buscandefectosen y sirvenparala astronomfa, los microchips el análisisqufmicoy la flsicade partículas. generación r Una nuevay revolucionaria de talessensoressacapartido paramedirla energía de las caracterlsticas de los superconductores de los fotonescon muchamayorprecisión, Además,graciasa una respuestamás rápida,aceleranla toma de datos. r Los nuevosdetectores se dividenen dos clases.Los sensorestérmicosapreciancómola energíade un fotónaumentala temperatura del materialdel detector, Los detectores de roturade parescaptanla roturapor el fotónde algunosde los emparejamientos de electrones quecausanla superconductividad.

res de pares de Cooper. La creación de miles de excitacionespermite una medición precisa de la energía, de la misma manera que una encuesta electoral es más exacta cuando se entrevista a millares de personas. Hay dos tipos principales de detectores que se fundamentan en la interrupción de la superconductividad: térmico y de rotura de pares. El tipo térmico se enfría justo hasta la temperaturade transición, donde sólo en parte se encuentra en estado superconductory las excitaciones térmicas están a punto de destruir la superconductividadenteramente. Cualquier energía depositada en el superconductoraumentasu temperatura y hace que su resistenciaeléctrica suba de manera perceptible.El tipo de detector de rotura de pares, en cambio, se enfría por debajo de la temperaturade transición y se halla en estado superconductor.Mide el número de pares de Cooper que se rompen cuando se deposita energía en el superconductor. Para ser exhaustivosdebe mencionarse otra variedad de dispositivos superconductores: el "mezclador" superconductor, que amplifica las señales electromagnéticasde más baja frecuencia, como las microondas. Como no se basa en la fragilidad de la superconductividad,cae fuera del alcance de este artículo. Los detectorestérmicos se fundan en Ia resistenciaeléctricade un superconductor,que aumentabruscamente de cero a su valor normal en el muy estrecho intervalo de temperaturas en que el material pasa del estado superconductoral normal. Ese cambio drástico de la resistenciapermite que el superconductor actúe como un termómetro ultrasensible.A los detectoresque utilizan así la transición de fase superconductorase les denomina "sensores de borde de transición" (SBT). Cuando un SBT absorbeun fotón, la energíade éste se convierteen calor, que aumentala temperatura del material y, por tanto, la resistencia,proporcionalmente a Ia energía depositada. En razón del material que absorba el fotón, un SBT puede servir de espectrómetro para medir la energía de los rayos X y los rayos gamma, puede operar como contador de fotones en el infrarrojo cercanoa las longitudes de onda visibles o puede funcionar

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de fotones:los térmicos superconductores de detectores Haydos clasesprincipales (y por lo y los de roturade pares.En ambostipos,la energíade un fotónindividual dispositivo. de la señalde salidadel se revelapor la intensidad tantosu frecuencia) térmicosque se utiliza se ve una matrizde 64 píxelesde sensores A la izquierda de rayosX de alta resolu' comocámarade rayosX y espectrómetro simultáneamente abaio) SQUID(descrito ción.Loscircuitosa su derechason los de un multiplexor TERMICOS DETECTORES de bordede transición. máscomunes sonlos sensores térmicos suDerconductores Losdetectores rangode temperaturas en quesu material centraldel muyestrecho Se los enfríaa la temperatura a normal(gráficosuperiofl.Un voltajede sesgolo estabiliza activocambiade superconductor y generaun flujoestacionario un fotón, Al absorber de coniente, de transición a esatemperatura (gráfico inferior\, lo queda lugara un minúscula brevemente en unacantidad el sensorse calienta detecta un SQUID, superconductor, del sensor. Un dispositivo significativo de la resistencia aumento y convierte eslaseñalen un pulsode voltaje de la corriente la conespondiente caídamomentánea quese ampl¡fica por medioselectrónicos de datos. corrientes antesde la recogida Voltajede sesgo gP -

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DE UNA IMAGEN FORMACION PORMULTIPLEXADO matr¡ces Generan la imagenextensas de Paraello,todaslas señales de detectores. debencombinarse il salidade los delectores € de lineasde en un númeromáspequeño datos,proceso conocido comomultiplexado. pordlvis¡ón Porejemplo, en el multiplexado temooral de los sensores de bordede las salidasde un ciertonúmero transición, a unalíneade datos. de SQUIDse conectan que comointerruotores LosSQUIDfuncionan se cienande unoen uno;el patrónde señales de los detectores se convierte así (l-O en una secuencia de pulsos.Loscomponentes electrómásadelante identifican nicosouese encuentran gracias quépulsoscorresponden a cadadetector a su exactatemoorización.

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Las observaciones en las longitudes astronómicas llegan de ondaalgomáscortasque un milímetro que interiores de las nubesmoleculares a regiones permanecen ocultasa otraslongitudes de onda.Esas regiones son cenlrosde formación de planetas, estrellasy galaxias. Esteespinosorangode longitudde graciasa la cámara ondasserámuchomásaccesible que se instalará SCUBA-2, en el telescopio James ClerkMaxwell(derecha\, en MaunaKea,Hawai,en 2007.Llevaochomatricesde 1280sensores del tioo de bordede transición.

como detector de energíatotal de la radiación en las bandas infrarroja y milimétrica. Los primeros detectores SBT se crearon en los años cuarenta. Durante años, resultaron inviables. El problema era que la transición superconductora tiene a menudo menos de una milésima de grado de ancho; costaba mucho mantener la temperatura del dispositivo dentro de tal intervalo. Cuando hacía el doctorado con Blas Cabrera, en la Universidad de Stanford, nuestro grupo de investigación preparaba bateríasde detectoresSBT para experimentos dirigidos a estudiar los neutrinos procedentes de reactores nucleares y a detectar la materia oscura. Conseguimos que algunos detectores SBT funcionaran, pero pequeñas variaciones en la temperatura de transición de los diversos

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del voltaje de sesgoha conducido a un crecimiento explosivo del desarrollo de baterías de detectores SBT en todo el mundo.

cuas¡partículas Contar

A diferencia de lo que sucede en un sensor térmico, un detector superconductor de rotura de pares no señala la absorción de un fotón con un cambio de la resistenciaeléctrica. Un fotón entranterompe los paresde Cooper y crea cuasipartículasque, para la mayoría de los propósitos, pueden concebirse como electrones libres en un metal que, por lo demás, El númerode cuaes superconductor. sipartículas creadas es proporcional a la energía del fotón. Puesto que el detector está enfriado por debajo de su temperatura de transición, persiste todavía un mar de pares de Cooper intactos, por cuyo motivo la resistenciaeléctrica sigue siendo cero. Un detector superconductorde rotura de pares debe, por tanto, poder distinguir entre pares de Cooper y cuasipartículas. Tiene esa capacidad la unión túnel superconductora, dos películas superconductorasseparadaspor una capa delgada de material aislante. Si el aislante es lo bastante delgado (cerca de dos nanómetros),los electronespodrán cruzar de un lado al otro de la barrera gracias a un fenómeno mecanocuántico,el efecto túnel. La aplicaciónde un pequeño campo magnético hará que los pares de Cooper dejen de atravesarla sensoresimposibilitaban que funcionaran como una batería de sensores unión por medio del efecto túnel; sólo las cuasipartículasla cruzarán. a la misma temperatura. En 1993 me percatéde que bastaba Si se aplica entonces un voltaje al dispositivo, ninguna corriente fluirá un simple truco para resolver el problema: aplicar un voltaje constante hasta que una de las películas superconductorasabsorbaun fotón, gea través de los detectores,un "voltaje de sesgo" que produce a través nerando cuasipartículas.El pulso de del SBT una corriente eléctrica que corriente resultante es proporcional al número de cuasipartículascreadasy, calienta el detector. Cuando se alcanza la temperatura de transición, por tanto, alaenergía y la frecuencia la resistencia aumenta, disminuye del fotón. Un equipo dirigido por Jonas la corriente y cesa el calentamiento. El autocalentamiento actúa así Zmuidzinas, del Instituto de Tecnocomo una retroalimentación negativa, logía de California, y Peter Day, del que tiende a mantenerla temperatura Laboratorio de Propulsión a Chorro, de la película por debajo de la de está desarrollando otro dispositivo para medir el número de cuasipartransición. tículas en un superconductor.Se le En una batería de sensores con voltaje de sesgo,cada sensorse auto- conoce por "detector de microondas calentaráhasta su propia transición, por inductancia cinética ". El dispositivo en cuestión saca partido de aunque las temperaturasde transición varíen ligeramente. La introducción un hecho: una estructura supercon-

y CtENcrA, 2007 lruvrsrencróru enero,

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ductora puede tener una resonancia electromagnética a una frecuencia de microondas, tal y como un diap a s ó n e x p e r i m e n t au n a r e s o n a n c i a mecánicaa una frecuencia de audio. (El diapasónvibra, el superconductor admite una corriente eléctrica oscilante.) Cuando los fotones crean cuasipartículas en el superconductor,la resonanciase hace menos aguday la propagaciónde la onda se frena, con una reducción de la frecuenciade resonancia.Los cambios en frecuencia y en agudezade la resonanciason proporcionalesal número de cuasipartículas.Los resultadosiniciales de estos dispositivosson sumamente prometedores. Los detectoressuperconductores individuales tienen su utilidad para algunasaplicaciones,para el análisis de materialespor ejemplo, pero una toma de imágenes práctica requiere una gran bateríade detectoreso píxeles, como en el CCD de una cámara digital. Se tropieza con un problema al conectar la batería de detectores ultrafríos a los demáselementoselectrónicos del aparato, que estarán a temperaturaambiente:si se saca un cable de cada píxel, fluirá demasiado calor por el cableadoy desaparecerá la superconductividadde los detectores. Mejor es dotar de circuitos a la parte ultrafría del dispositivo,para que las señalesde muchos píxeles se combinen,o "multiplexen",en unos pocos cablesque se dirijan a la parte caliente. Las ordenacionessuperconductoras multiplexadas más avanzadasllevan detectoresSBT. Según lo explicado más arriba, cuando un SBT absorbe un fotón la corriente que recorre el detectorcambia. Pero esa corriente es muy pequeña, de manera que para medirla se conecta cada píxel a un dispositivo superconductorde interferencia cuántica, o SQUID, cuya sensibilidadsólo viene limitada por la mecánica cuántica lvéase "Superconductoresde interferencia cuántica", por John Clarke; INvsstlGACIóNY CIENCIA,octubrede 19941. El SQUID traduce el pequeñopulso de corriente en una señal de voltaje lo bastante grande para que pueda medirse con medios electrónicos corrientes. Cabe multiplexar las salidas de muchosSQUID sumandosus voltajesy alimentandoel resultadoen y CrENcrA, lruv¡sletc¡óru enero, 2007

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2 . H 0 YD l A ,S ER A S T R EEANP U E R T 0YSA D U A N AcS o nd e t e c t o r e lsc o n t r a b a nddeo (fotografíal. material radiactivo no distinguen Losdetectores semiconductores ordinarios Un detector isótopos distintosen unamuestrade prueba(gráficode la izquierda). superconductor, connitideztodaslas líneaslgráficode la derechal en cambio,resuelve paralasarmasnucleares. y descubre preferido la presencia 239,el isótopo de plutonio un solo cable. Sin embargo,para que se puedan distinguir las señales de cadadetector,debehacersealgo más. En el multiplexado de división de tiempo se activan los SQUID uno a uno, mientrasque en multiplexadode división de frecuencialos detectores funcionan a distintas frecuencias,lo que permite la posterior separación de sus señales. También se puedenmultiplexar los píxeles de un detectorde inductancia cinética de microondas (el tipo que oscila como un diapasón) sintonizándolos a distintas frecuencias de resonancia, conectándolostodos en paralelo y leyéndoloscon un transistor frío y una línea de salida conectada a un amplificador a temperatura

ambiente.El multiplexadode grandes ordenacionesde detectoresde unión túnel hastaahoraha resultadodifícil. Nuevas técnicas de lectura de microondasquizá podrían hacer viables tales matrices.

Mir íadas deaplicacione s Los detectoressuperconductores hoy disponiblesson de 10 a 100 veces más sensiblesque los detectoresordinarios que funcionan a temperatura ambiente.Están mejorandolas mediciones en numerososcampos. No proliferación nuclear y defensa nacional. Apremia la vigilancia de materialesnuclearesque terroristas o estadosincontroladospuedan emplear. Los materialesnuclearescon-

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barrido examina una muestra, ésta emite rayos X. Se puede determinar la composición química de la muesAdemásde las aplicaciones citadasen el textoprincipal,los detectores tra en la escala de los nanómetros suDerconductores encuentran uso en: -la del haz- midiendo las diferentes energíasde esos rayos X que va EspectroscopÍa de rayosX en sincrotrones A medida que el haz barre emitiendo. (dereeha); incluyeel análisisquímicode toda la muestra,la imagen resultante y otrasmuestras. metales en proleínas nos indica dónde se encuentranlas Detección eficienlede grandespolímeros distintas composiciones químicas, y fragmentos biológicos de ADN cartografiando así las estructuras en espectrómetros de masas; tiene proteómica, aplicaciones en genómica, que definen el funcionamiento del y descubrimiento de medicamentos microchip. análisis de compuestos naturales. Los fabricantes de semiconductoConteode fotones a las longitudes res utilizan detectores de rayos X de ondade lastelecomunicaciones de semiconductorespara estudiarlas (intrarrojas) paracriptograffa cuántica. estructurasy defectos de los microLa búsqueda de laspartículas masivas chips. Conforme los microchips van queinteraccionan débilmente; se supone EXPERIMENT0 enun sincrotrón del incorporando elementosmás pequequeformanla materia oscuradel Lawrence laboratorio Nacional en ños, se necesitannuevasgeneraciountverso. Berkeley. nes de instrumentosde microanálisis con mayor sensibilidad. Mi grupo tienen isótopos inestables que emidel Instituto Nacional de Pesos y de falsas alarmas en la frontera de ten rayos X y gamma. Las energías EE.UU. Medidas desarrolla sistemasde micaracterísticasde estos fotones proDosequipos, dirigidounoporMi- croanálisis basados en detectores porcionan una huella que revela qué chael Rabin, del Laboratorio NacioSBT que alcanzan una resolución, isótopos radiactivos están presentes. nal de Los Alamos, y Joel Ulloa, en la medición de la energía,50 vePor desgracia,algunos isótopos con ces mejor que la de los detectores del Instituto Nacional de Pesos y usos pacíficos emiten rayos gamma Medidas, en Boulder, y el otro del semiconductores empleados por la de energíasmuy parecidas a las de Laboratorio Nacional Lawrence en industria; les permite resolver mulos fotones emitidos por materiales Livermore, han desarrollado detec- chos picos importantes del espectro utilizados en armas, lo que conduce tores de rayos gamma SBT con una de rayos X. Empieza ya a estar a a identificacionesambiguasy a falsas resolución de energíasque decuplica la venta este tipo de sistemas de microanálisis. alarmas. con creces la de los detectorescoPor eso EE.UU. está instalando munes. Resuelven más líneas en el Astronomía submilimétrica. La millares de arcos detectores de raastronomíaofrece abundantesoporcomplicado espectro de rayos gamdiación; captarían los rayos gamma ma de los materiales nucleares,por tunidadesa los detectoressuperconde materiales nucleares transporta- ejemplo en las mezclas isotópicas ductores. A menudo han sido los dos por vehículos que cruzasen las del uranio y del plutonio (véase la astrónomosquienes han guiado la fronteras canadiense y mexicana. figura 2). Se están preparandoestos creación de nuevas técnicas de deA pocas cosas se tiene más miedo aparatos para que, determinando el tección,movidos por su necesidadde que a un contrabandode uranio alcontenido de plutonio del combus- medir señalesmuy débilesde objetos tamenteenriquecido con el grado de tible nuclear, ayuden a la verifica- distantes. p\reza requerido para una bomba; ción de los tratados internacionales Mi grupo del NIST colabora con valdría para construir una burda bomde no proliferación. Pero también el Centro de Tecnología Astronóa ba atómica, semejantea la de Hirosmica de Edimburgo, con Raytheon distinguen entre el radio 226 de los hima lvéase'Almacenamientoseguro absorbentespara gatos y el uranio Vision Systems, de Goleta, y con e del uranio altamente enriquecido", 235 del uranio altamente enrique- universidadesdel Reino Unido y del por Alexander Glaser y Frank N. von cido. Si un detector manual común Canadá para desarrollar la cámaHippel; INVEsrrcAcró¡¡ y CrsNcr¡, o un arco de detección recibiesen ra superconductoraSCUBA-2, que abril 20061. La principal señal del una señal de rayo gamma, cabría equipará al telescopio James Clerk : uranio altamente enriquecido es el recurrir a continuación a un disposi- Maxwell, en la cumbre de Mauna rayo gamma de 185,7 kiloelectron- tivo superconductorpara determinar Kea, en Hawai. SCUBA-2 reemplavolt (keV) del uranio 235. Este rayo inequívocamentede cuál de los dos zará a la Red Bolométrica Submili¿ gamma, sin embargo, tiene casi la isótopos se trataba, eliminando así métrica de Usuarios (SCUBA), una misma energía que el rayo gamma muchas falsas alarmas. batería de detectoresque funcionan de 186,1 keV emitido por el radio con semiconductoresconstruida por Análisis de microchips. Una 226 de las arcillas absorbentes y aplicación importante para los fael Centro de Tecnología AstronóE o desodorantespara gatos domésticos; bricantes de semiconductoreses el mica. SCUBA obtiene imágenes de gc también otros materialesdesprenden microanálisis con sonda de electro- regiones donde se forman planetas, z radiación así. Resulta muy difícil nes. Cuando el haz de electrones estrellas y galaxias mediante la dedistinguirlos. Es la principal fuente de un microscopio electrónico de tección de rayos de longitudes de

Otrosusos

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onda submilimétricas. mas cortas que las microondas y mas largas que la luz visible, Hastahacepoco, estagama de longitudes de onda era, en gran parte, inaccesible:la energíade fotones de la banda submilimétrica se queda corta para crear excitacioneselectrónicas en semiconductoresy su frecuencia es demasiadoalta para que la amplifiquen eficazmentereceptoresanálogos a los de radio. Pero vale la pena analizar esabanda, ya que contiene el 98 por ciento de los fotonesemitidos desde la gran explosión. Entre otras características,permite observar regiones internasde las nubesmoleculares,ocultaspara otraslongitudesde onda. SCUBA registralos fotonespor el calentamientode sus 128 píxeles semiconductores congelados,proceso más lento y mucho menos sensible que la técnica superconductorade SCUBA-2. SCUBA-2 constará de más de 10.000 píxeles detectores SBT leídos con multiplexores superconductores. Tomará imágenesde los objetos astronómicoshasta mil veces más deprisa.Ya se ha construido un prototipo de subconfiguraciónde 1280 píxeles de SCUBA-2. Se prevé que la cámara completa se instalará en el telescopio en 2007. Se están preparando muchos otros sistemas de detectoressuperconductores de ondas submilimétricas y milimétricas para distintos observatoriosy satélites. Cosmología. Algunos de los descubrimientosmás importantesde estos últimos años sobre el universo han venido de medicionesdel fondo cósmico de microondas (FCM). Los fotonesdel FCM conforman una instantáneadel universo a los 400.000 años de la gran explosión, porque durante los siguientestrece mil millones de años la mayoría de tales partículas ha atravesadoel universo sin que nada las perturbase.Las ondas acústicasdel plasma del universo primitivo inscribieron en el FCM patroneshoy perceptiblesfvéase"La sinfonía cósmica", por Wayne Hu y Martin White; INvssuc¡cróN y CIENcre, abril 20041. Las mediciones de tales pautas, junto con otras observacionescosmológicas, han demostradoque sólo alrededordel 5 por ciento del universo actual se compone de la materia y la energía ordinarias; cerca del

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22 por ciento es materia oscura y el 73 por ciento restante,un campo misterioso al que nos referimos como energía oscura. Además de los patronesde las ondas acústicas. debe de haber otros más sutiles, impresos en la polarizactín de la radiación del FCM por las ondas gravitacionales que se generaron durante el período exponencial -o "inflación cósmica"- de la expansióndel universo; configuraríanun "fondo cósmico de ondas gravitacionales".(En la luz polarizada, el campo eléctrico de la onda electromagnéticaestá alineado de una manera determinada,en vez de oscilar aleatoriamente en todas direcciones.)La radiacióndel FCM se generó al colisionar la radiación con el plasma primordial, de manera parecida a como la luz visible se polariza cuando se refleja en una superficie. Pronto se buscará el fondo cósmico de ondas gravitacionales con detectores superconductores sensibles a la polarización. Al principio serán telescopios especializadoslos que, tanto en tierra como en globos a elevadaaltitud, se valdrán de tales dispositivos. Para más adelante, la NASA proyectala construcciónde un satélite, la "Sonda de la Inflación", que efectuarálas mediciones definitivas de la polarización del FCM. La medición correcta de estos patrones de las ondas de gravedadinformará de la física que funcionó en la primera billonésima de billonésima de billonésimade segundodespuésde la gran explosión,cuandolas interacciones ocurrían a unas escalasde energía en las que todas las fuerzas,excepto la gravedad,estabanunificadas. Desde los días de Albert Einstein, los físicos vienen soñadocon investigar directamenteesa "gran unificación", pero los mayoresaceleradores de partículas tienen una energía un billón de veces demasiadopequeña. Gracias a los detectores superconductores,se podrá aprovecharel laboratorio del cosmos para acceder a escalasde energíaque siempre estarán fuera del alcance de los experimentos terrestres.

gigantes Matrices A pesar de los grandes avances de los detectoressuperconductoresdurante la última década. aún no se

ha llegado a sacar de ellos todo el potencial que encierran. La capacidad de los CCD no se notó verdaderamentehasta que no se tomaron imágenes con matrices enormes de píxeles. Más adelante habrá grandes matrices de detectoressuperconductores -de 10.000 píxeles para las longitudes de onda milimétricas, de millones de píxeles para la banda de los rayos X- gracias a nuevas técnicas de fabricación y al multiplexado de señalesa las frecuencias de microondas,que permitirá que muchos más píxeles sean leídos por un solo cable. Para enfriar estos conglomerados de detectoresse están desarrollando sistemas criogénicos más pequeños y baratos. Estas poderosasmatrices superconductoras resultarán útiles en una gama más amplia todavía de disciplinas. Las matrices seguirán teniendo menos "píxeles" que la retina humana,pero aun así abrirán a nuestravisión nuevosy apasionantes ámbitos.

Elautor KentD. lrwin dirigeel programa de sensores cuánticos dellnstituto N a c i o ndael P e s oys M e d i d a( N s IST) y enseña y ciencia astrofísica planetaria en la Universidad de Colorado en Boulder. Su equipo ha recibido la medalla de orodel y el premio Departament0 de Comercio delNISTde investigación aplicada porsu trabalo conlos detectores superconductores.

Bibliograf íacomplementaria Low.T¡¡rp¡nlruR¡ PnRrrcl¡Drr¡croRs. y Ettore Norman E.Booth, BlasCabrera Fiorinien Annualfreviewsof filuclea¡ vol.46, págs. and ParticleScience, 4 7 1 . 5 3 21 ;9 9 6 . ounruruu CnLoRrrvr¡rnv. Caroline K.Stahle, y KentD. lrwinen DanMc0ammon PhysicsToday,vol. 52, n.o 8, págs. 3 2 - 3 7a; g o s t 1 o999. SEETNG STNGLE PH0T0Ns. Graham P. Collins enScientific Anerican,vol.290,n.01, páginas 24-25;enero2004. TRANSITION.EOGE SENSORS. K. D. Irwin y G. C. Hiltonen Cryogenic Particle por Christian 0etection. Dirigido Enss. Verlag, 2005. Springer

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Slstemas cuaslbldlmension

Laagregación dela materia enunnúmero restringido dedimensiones impide la existencia Encambio, favorece la aparición deorden cristalino. deestructuras parcial. c0nunorden Podrían resultar muyútilesparala fabricación denanodispositivo Jor dil qnés M ul l ol

enominamoscuasibidimensional a cualquier "Nanotécnica, la nueva ingeniería"; Ixvesrlc¡cIóN v sistema que, si bien se extiende en las tres CIENCIA,noviembre20011. dimensionesdel espacio,satisfaceque la tery dimensión cera dimensión pueda ser ignorada a efectos 0rden de describir la configuración de sus compo- En nuestra experiencia cotidiana tratamos, sobre todo, nentes y otras propiedades fisicoquímicas. con sistemas y materiales tridimensionales.A nuestra Las letras dispuestassobre la página de esta revista o intuición no le cuesta aceptarel modelo que describela los adoquines en las calles del barrio antiguo de una estructurade un sólido cristalino: un conjunto de átomos ciudad son ejemplos de sistemascuasibidimensionales. o moléculasque se distribuyenordenaday repetidamente Sin embargo, aquí nos referiremos a situacionesen las sobre los puntos de una red que se extiende por las tres cuales la cuasibidimensionalidad existe ya en escalas dimensionesdel espacio.Los sólidos realespresentanvamicroscópicas. riacionesrespectoa la estructuraideal, debido a defectos Abundan los ejemplos de gran interés, fundamental particulares,en los que los puntos de la red estánvacíos y técnico: las capas monomolecularesadsorbidasen la o no todos los átomoscaen en ella, a dislocacionesen las superficie de un sólido o un líquido; las películas de que filas enterasde átomos están descolocadas,etcétera. cristales líquidos esmécticos,cuyas moléculas se orga- No obstante,existe en ellos un orden de largo alcance, nizan espontáneamente en capas;los coloides, formados en posición y orientación, donde, en promedio, las mopor la suspensiónde partículas de diámetro entre l0 y léculas se distribuyen de forma regular y uniforme por 1 0 0 n a n ó m e t r o s( l n m = l O - e m ) e n u n m e d i o f l u i d o todas las direccionesdel espacio, sea cual sea el punto y confinados entre dos placas sólidas; los electroneso de referenciaque tomemos dentro del sólido. Aunque las iones confinadosen la superficiedel helio líquido; los su- moléculas que componen un sólido cristalino vibran a perconductoresde alta temperaturaformados por el apicausade la continua agitación térmica en torno al punto lamiento de capas superconductorasde óxido de cobre de equilibrio neutro definido por su posición en la red, el separadaspor un medio aislanteque restringe su despla- orden definido por la malla cristalina ideal se mantiene zamiento a todos los efectos a sólo una capa, etcétera. al promediar un sistema con trillones de átomos. En la actualidad, la investigación en ciencia de maSabemosque si un sólido cristalino, un trozo de hielo teriales, biotecnología y sistemasde la información se por ejemplo, se calienta más allá de una temperaturacapropone entendery controlar la estructuray la dinámica racterística,la consistenciaestructuralse desmoronaráy de sistemasa escalas nanométricas.Esta nanotecnía el sólido se fundirá. Esta transición de fase trae consigo persiguela construcciónde dispositivoscon propiedades efectosmuy notables:entre otras magnitudes,cambian la que se controlen a escala molecular; así, biosensores densidad (el hielo, menos denso, flota sobre el agua) y basadosen la preparaciónde superficiessensiblesa un la entropía (función termodinámicaque guarda relación complejo enzimático específico, o recubrimientos que directa con el orden existenteen el sistemay cuyo valor modifiquen el comportamientoóptico de superficies.Las es menor en el cristal). propiedadesde estos sistemasse determinan,en muchas No puedencontrastarmás la organizaciónde las moléocasiones,a partir de la configuraciónde capasde pocos culas en la fase líquida y la descritapara la fasecristalina. nanómetros de grosor fvéase el número monográfico Apenas existe orden de corto alcanceen la fase líquida,

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pues la coruelaciónentre la posición de una molécula y sus vecinas en el volumen del líquido decreceexponencialmenteal alejarnosde la molécula. Entre la fase cristalina, totalmente ordenada,y la líquida, desordenada, cabe la posibilidad de una situación intermedia:fasestermodinámicamente establesen las que, si bien existe un desordenposicional análogoal de la fase líquida, las moléculasprefieren orientarseen la misma dirección que sus vecinas.En otras palabras:fases en las que existe un orden orientacional de "casi largo" alcance.Estas son las fasesde cristal líquido descubiertas a finales del siglo XIX por el botánicoaustríacoFriedrich Reinitzer y bautizadascomo mesofasespor el químico francés Georges Friedel a principiosdel siglo xx. Dicho comportamientoestá reservado a un reducido grupo de sustancias,en su mayoría sintéticas(aunque existen notablesejemplos de sustancias liquidocristalinasnaturales,como los derivados del colesterol). Tiene particular interés la anisotropía óptica de estos materiales: la luz los atraviesa a diferente velocidad según esté orientado su plano de vibración (su polarización) con respecto a las moléculas del material. Este es precisamente el origen de gran parte de las aplicaciones técnicas de los cristaleslíquidos.Como veremosmás adelante,en los sistemascuasibidimensionalesson habitualeslas fases con orden orientacional, incluso en los más simples. Sabemosya que el grado y el tipo de ordenposiblede un sistemadependen de su dimensiónespacial.Así, las vibraciones que la agitación térmica imparte siempre a las moléculas a escalasmicroscópicasson compatibles con el orden cristalino en tres dimensiones; sin embargo, impiden que exista un orden posicional de Iargo alcance en los sistemas bidimensionales.Al hablar de orden de largo alcance nos referimos a que la organizaciónde las moléculas alrededor de un punto de referencia no varíe de forma importante por grande que sea el contorno considerado. Esta idea se puede expresar estadísticamentediciendo que la probabilidad de encontrar moléculas a una distancia r de un punto de la red cristalina sigue condicionada a que haya una molécula en dicho

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1.0RDEN P 0 S I C I 0 NYA 0 L R I E N T A C I 0 eNnAuLn c r i s t ahl e x a g o neanld o sd i m e n s i o n e s . Se pierde el ordenposicional cuando zonas delcristalquese encuentran a unadistancia r presentan de la zonade referencia átomos colocados fuerade la mallade referencia, paralelamente aunque siganalineados a dichared(a).El ordenorientacional está relacionado conla disposición Exisleordenorientacional si dichas de lasfilasde átomos. filasestánorientadas de la mismaformaen regiones separadas unaciertadistancia. Paracuantificar el ordenorientacional definimos enlaces imaginarios entrecadaátomoy (seisen la redhexagonal perfecta). susvecinos máscercanos Estosenlaces c0nstituyen el parámetro de ordenorientacional de enlace. Si, a determinada dislancia, losenlaces se hallangirados ciertoángulo cr respecto a la región de referencia, hablaremos de (á). destrucción delordenorientacional punto, incluso para r del valor que se quiera. Por el contrario, si la estructura del entorno de una molécula varía a medida que nos alejamos de ella, diremos que el orden de largo alcance se pierde. En términos estadísticos, esa pérdida del orden de largo alcance se caracterizapor lo siguiente:la probabilidad de encontrar moléculas a una distancia r de un punto de referencia, mientras r sea algo mayor que la separación media entre las moléculas, es independiente de que haya o no una molécula en ese punto. Es decir, las disposicionesde los átomos a distanciasmayores que r no están correlacionadas. Se acostumbracuantificarestaidea mediantewa función de comelación para un parámetro que caracterice el tipo de orden en cuestión.Por ejemplo, la función de correlación densidad-densidadcuantificael orden posicional del sistema.Si dicha función no se anula al aumentar indefinidamente la distancia entre dos partes del sistema, hablaremos de orden posicional de largo alcance.Si decrececonforme al inverso de una potenciade la distancia, se hablaráde un orden posicional

de casi-largo alcance.Finalmente,si la función de correlación cae como el inverso de una exponencialde la distancia, tendremosun orden posicional de corto alcance.

Lafasehexática La imposibilidad del orden posicional de largo alcance en los sistemas bidimensionalesno impide, tal y como explicó David Mermin hacia 1970,que puedahaberen ellos un orden orientacional de largo alcance. Hubo que esperar casi diez años para que esta idea abstracta se tradujera en un modelo teórico concreto de fase con orden de largo alcance orientacional pero no posicional. Sus descubridores,David R. Nelson y Bertrand I. Halperin, le dieron el nombre de "fase hexática". Unos años antes, Mike Kosterlitz y David Thouless habían propuesto un mecanismo de la fusión de un sólido bisimensional, a cuyo análisis contribuyó también Peter Young. Esta explicación del paso de cristal bidimensional a líquido isótropo bidimensional recibe la denominación de modelo de KTHNY, por las iniciales de sus autores.

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Elorden cristalino enuna,dosy tresdimensiones UNACARACTERISTICA de lossólidos cristalinos, a quelosdistingue isótropos de loslÍquidos o los sólidos amorfos, es la regularidad en la distribuT=0 queloscomponen (suorden ciónde losátomos Podemos intentarcuantificar de largoalcance). el ordende lormasimplificada imaginándonos la T>0 (esquema unidimensional a): siguiente situación que, unacadenade átomos en ausencia de (ceroabsoluto térmica agitación de temperatura), con un espaciado se disponen entreátomosa parael cualla energía acumulada en el sistema b es mínima. Es útil,y unaaproximación muchas vecesválida,representar la interacción entre quelos unen.Consideremos, átomospormuelles quecadaátomosólonotala presencia además, (dosen el caso de susvecinos máspróximos unidimensional). A temperatura finita,todoslos átomosvibranalealoriamente alrededor de su posición de equilibrio. Así,la posición del átomo número1 oscilará conel tiemposegúnun valor u(f).En promedio, se separade su posición de equilibrio unadistancia 6. La posición con respecto al origen(átomonúmero0) del enésimo átomo,quesólonotarála presencia de sus dos vecinose inlentará mantener la distancia correcta c resoecto a ellos.habráacumulado las desviaciones respecto a la posición de equilibrio de los las leyesde n - 1 átomosprecedentes. Utilizando que las fluctuaciones la estadística, encontramos en la posición del enésimoátomorespecto al origenson del ordende n1l26. Aunque6, quecrece suavemente con la temperatura, sea pequeño comparado con a, el erroracumulado llegaráa grande. superarel valora pa'an suficientemente periódica Cuandoestoocurra,la conelación de la cadenase habráperdido: la posición delenésimo átomono podrápredec¡rse conociendo la posición del átomo0 y la distancia de equilibrio a. La agitacióntérmica llegaa destruir el ordende largo paralas redesen alcance. Esteresultado, sin embargo, es diferente dosy tresdimensiones. lmaginemos el casosimplede unaredcuadrada(esquema b), en la que los átomosse sitúanen los vérticesde cuadrados de ladoa. Consideremos la interacción del átomosituado (a,a)consusvecinos (a,0)y (0,a),loscuales, en lascoordenadas a (a,0)y (0,a)fluctúan su vez,interaccionan conel átomo(0,0).Cuando y se acercanal origen(0,0)se favorece en la mismadirección mucho el acercamiento delátomo(a,a).En cambio, si un átomose alejay el olro se acercaal origen,el acercamiento del átomo(a,a)al origen será,en promedio, menor. La ideaes:la amplitud de lasfluctuacionesen la posición de un átomorespeclo al origenserámenor,en promedio, quelo enlazan cuando aumenlen loscaminos conel origen. El número de dichoscaminos mayoren tresdimensiones. es incluso por Segúnesteargumento, la destrucción delordende largoalcance las fluctuaciones resultacualitativamente diferente en una,doso tres y dimensiones. También cabeargumentar cuantitat¡vamente, siempre

A dif'erenciade lo que se observa en los sistemas tridimensionales, donde el acercamientoa la temperatura de fusión provoca bruscamenteel cambio de sólido cristalinoa líquido isótropo,en los sistemasbidimensionaiesse tiene un procesogradual.Se generanerrores en la red cristalina

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cuandoa la hipótesis de quesólose inleracciona con los vecinos quelasfuerzas inmediatos se le añadaunasimplificación: suponer de (es decir,si se idealizala red de átomos interacción son armónicas quelos unenmuelles sin masa). al principio suponiendo Conforme y paravalores de n termodinámico de equipartición de la energía, grandes, introducido del enorcuadrático se calculael valorpromedio porlasvibraciones ilustrado en térmicas,.6l>. Se llegaal resultado promedio el esquema c. Laslluctuaciones en la distancia entredos puntoscrecenrápidamente conesam¡sma distancia en unadimensión,máslenlamente en dosy no crecenen tres;en esteúltimocaso, pues,se preserva Esteargumento aproximado, el ordencristalino. por RudolfPeierlsen su libro Surprises in Theoretical Phyexpueslo sics,conduce correcto: el ordena grandes distancias sólo al resultado En sistemas bidimensionales sóloun es posible en tresdimensiones. queen unadimensión ordende menoralcance es posible, mientras el ordense desvanece a cortasdistancias.

bidimensional,debido a los cuales algunosátomostienensiempreun núm e r o a n ó m a l od e p r i m e r o sv e c i n o s : se forman dislocaciones elementales. En realidad,éstassiempreaparecen en pares: mientras que uno de los átomosen el núcleode la dislocación tiene un vecino en exceso.un átomo

adyacentelo tendráen def'ecto.Como consecuencia, se generanzonasdonde los átomos se encuentranfuera de la malla cristalina.La proliferación de dislocacionesdestruye el orden cristalino bidimensional. Nelson y Halperin demostraron que, dada una malla cristalinatrian-

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gular (en la que las partículas se sitúan en los vértices de una red de triángulos equiláteros), la aparición de defectos puntuales debidos a la agitación térmica destruye el orden posicional. Estos autores definieron un parámetro de orden hexagonal, o "parámetro de orientación de enlace", que obtenían imaginando un enlace que unía cada átomo con sus seis primeros vecinos en la malla cristalina. Observaronque la orientación de este parámetro de orden se mantiene, aun cuando los defectos puntuales hayan destruido el orden posicional. La simetría hexagonalde este parámetro ha dado nombre a las fases hexáticas. El empaquetamiento de partículas en dos dimensionesse optimiza mediante una organizacióncon simetría hexagonal (o triangular), en la que cada átomo está rodeado por seis vecinos. Por ejemplo, unas esferas rígidas (unasbolas de cristal o acero) sobre una superficie se empaquetarán óptimamente si adoptan la configuración hexagonal.La misma situación se da, a escalas microscópicas, en suspensionescoloidales confinadas entre placas sólidas, a condición de que el espaciado de las placas sea inferior al doble del diámetro de una partícula. Aunque en este caso suele haber interaccioneselectrostáticas entre las partículas coloidales, es posible observar tanto cristales cuasibidimensionalescon ese orden posicional hexagonal como la transición a una fase con orden orientacional hexático. La situación se complica, o enriquece, cuando las moléculas que forman el sistemacuasibidimensionalno poseensimetría esférica, sino una forma alargada;para describir entonces su disposición en la superficie que las contiene hay que hacer referencia tanto a la posición que ocupan como a la orientación de su eje. Es el caso de las películas de cristales líquidos calamíticos (de moléculasalargadas) en fases esmécticas (a capas) y el de las monocapasde Langmuir, así llamadas en honor de Irving Langmuir. En ambos casos, la presencia de orden hexático en la distribución de las moléculas está asociadaa un orden similar en la orientación del eje molecular: existe un fuerte acoplamiento entre la orientación de las moléculas y el parámetro de orien-

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2. UNADISLOCACI0N en unaredhexagonal. ELEMENTAL destruye el ordenposicional peromantiene losátomosse sitúan el ordenorientacional. Enausencia de dislocación, (ordenposicional) por porla redhexagonal rodeados ordenadamente en los puntosdefinidos seisprimeros vecinos cuyaubicaeión relativaal átomoes la mismaparatodoslos átomos (orden dosátomosposeen un número anómalo orientacionall. Enel núcleode la dislocación posicional y la red de primeros vecinos: 7. El resultado es la introducción de desorden en 5 Por aun lejos de la dislocación. el contrario, el orden cristalina, cuyoefectose mantiene inmediata unospocos orientacional sólose ve alterado en la vecindad de la dislocación: permanece, la la de la red ajena a dislocacién. átomos másalládelnúcleo, orientación La proliferación en lasqueexisteorden de dislocaciones da origena faseshexáticas, pero posicional. orientacional no Su asimetría hace que "prefieran" permaneceren la superficie del agua: son surfactantes, es decir, contribuyen a reducir el coste energéticode Lasmonocapas deLangmuir poner en contacto medios tan dispaEl paradigma de sistema cuasibidi- res como el agua y el aire. La cabeza mensional con fases hexáticas son se rodea de moléculas de agua y la las monocapas de Langmuir. Se trata cola se adentra en el aire. de capas monomolecularesadsorbiEl ejemplo químicamente más simdas en la superficie de un líquido. ple de moléculas que forman monoGeneralmente se forman por la orcapasde Langmuir lo constituyen los ganizaciín de moléculas anfipóticas ácidos grasos saturados (sin dobles en la superficie libre de agua. Estas enlaces) con un número de átomos moléculas se caracterizanpor tener de carbono entre doce (ácido láuridos zonas con diferentes afinidades co) y veinticuatro (ácido lignocérico). por el agua: una parte hidrófila (geOtros ejemplos son los fosfolípidos, neralmentecon carga o dipolo eléc- los alcoholes de cadena larga y, en general,cualquier molécula anfipática trico), la cabeza, y otra hidrófoba (generalmenteuna cadenade grupos suficientemente insoluble dadas las hidrocarbonados), la cola. condiciones idóneas de temperatura, Si la cola es suficientementehidró- pH o fuerza iónica del agua. foba, la substanciaserá insoluble en Al físico, las monocapas de Langagua.Entonceslas moléculasconsti- muir le ofrecen un sistema ideal para tuyen un sistemacuasibidimensional estudiar el orden y el desorden en aislado en la superficie del líquido. dos dimensiones. ¡Difícilmente se

tación de enlace, de forma que la manifestación experimental de uno indica la presencia del otro.

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que Es posiblecuantificar estasobservaciones calculando la UN SIMPLEEXPERIMENTO nos ofreceun símilmecánico defectos. y orientacional. y posicional, de los parámetros de ordenposicional ilustralos conceptos de ordenorientacional así como correlación al ordenposicional, se empiezapor calcular el desplael distintoefectoque sobreellostienela proliferación de defectos Respecto en una red cristalina. Consiste en colocarun númerosuficiente de zamientorelativoentretodoslos paresde esferasdel s¡stema. corresponde al que existiria entrepuntos esferasrígidas(en la foto,unas1200esferasde cristalde 0,5cm Si ese desplazamiento perfecta, paracubrirel fondoplanode un recipiente, preferi- de la red cristalina el parámetro de ordenasociado de diámetro) En casocontrario, blemente Las esferasse distribuyen su valores inferior. circular. de formaespontánea, vale1, su valormáximo. por una ligeraagitación ayudadas G¡ @írculos azules)se obtienepromediando este parámetro de del recipiente, en un mosaico paratodoslos paresde puntoscuyadistancia ordenposicional de triángulos equiláteros. Lo habitual es que se obtengauna configuración relativaes unasr vecesel diámetrode una esfera.De forma dondecoexislan regiones en las que las filasde un parámetro de ordenorientacional, compasimilarse construye esferasse orientan de formadiferente, comoocurreen la configuración policristalina randola orientación de enlaceentreparesde esferas,de forma de un sólidoideal.Agitando ligeramente, no que el valormáximo,1, corresponda al casode que los vecinos es difícilconseguir unaconfiguración de "cristalúnico",en la que de formaanálogay compatilas filasde esferasson paralelas de ambasesferasesténorientados en todala superficie. En estas y posicional hexagonal. Promediando esteparámetro de condiciones, el ordenorientacional son de casi-largo ble con la estructura relativa es alcance. La presencia de defectos se fuerzaen esteexperimen- ordenparatodoslos paresde puntoscuyadistancia la introducción, r vecesel diámetro de una esferase construye to mediante mientras se preparael sistema, aproximadamente de gráficade las conelaG6@uadrados verdes).La representación La cilindros metálicos mayorque el de las esferas. de diámetro fotografía, lomadacon un escánerplanosobreel cualse ha cionesoermiteobservaroue la oresencia de defectosresultaen que las filasde esferas una rápidadegradación del ordenposicional, conespondiente a colocado el recipiente de cristal,muestra la pérdidade orden mantienen unacaídaexponencial de Gr. Sin embargo, su orientación al alejarse del núcleode los defectos. es muchomás lenta:Guapenascae un 25% por másdetallada mueslraque,por el contrario, orientacional Unaobservación la paralas cualesel posiciónde las esferasen regionesalejadasse ve desplazada debajode su valoren el cristala distancias por la presencia respecto se ha desvanecido. a la configuración cristalina ordenposicional de los

puede pensaren un soporte menos rugoso que la superficiedel agua! C o n s t i t u y e n u n e x c e l e n t em o d e l o para estudiarprocesosrelevantesen biofísica y bioquímicade las membranasbiológicas,ya que a éstasse las puede considerarcomo un par de monocapasacopladasdébilmente lvéase"Fluidez de las membranascelulares", por Juan C. Gómez Fernández y Félix M. Goñi; INvEsrrcecróN v Cm,NclR,abril 19831.El químico puedeestudiarcon las monocapasde Langmuir reaccionesquímicasen dos

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dimensiones;le permiten ademásla modificacióny manipulaciónde las propiedadesde la superficiede materialesmedianteel depósitode películas monomoleculares bien definidas. Se suele extenderla monocapa sobre una "cubeta de Langmuir", dondeparacomprimirlao expandirla bastacon mover una o más barreras ajustables,que arrastranla monocapa mientraspermitenque el agua fluya con libertad bajo las barreras.El sistema se completa con el control de la temperaturay el seguimientode la

tensiónsuperficial(aunquesuelehablarsede presión superflcial,definida como la diferencia entre la tensión superficialde la superficiedel líquido puro y la que tiene en presenciade la monocapa).Esteseguimientose lleva a cabo mediante una microbalanza, que detecta \a fuerza con que la interfase sujeta una pequeñaplaca en contactocon ella. Se utiliza una placa de un material que quede completamente humectado por el agua (por ejemplo, una pequeñaplaca rugosa de olatino o incluso un trocito de

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papel de filtro). Ningún otro sistema cuasibidimensional brinda una manipulación mecánica tan directa del estadode agregaciónde las moléculas (análogaa la compresión hidrostática en tres dimensiones)como la que cabe lograr con las monocapasde Langmuir. Además, podemos variar la interacciónde las moléculasde la monocapaentre sí y con el volumen de agua que las soporta:basta modificar la estructurade la cabeza o la cola de las moléculas,cambiarel pH o alterar la fuerza iónica del agua. Para la formación de una monocapa de Langmuir es crucial un método adecuadode preparación;de lo contrario, las moléculas, en vez de dispersarseen la superficie, forman agregadostridimensionalesIvéasei'rzller y laboratorio, por Jearl Walker; INvgsrtc¡clótt v CtENcrR,febrero 19841.De ordinariose disuelveprimero la sustanciaanfipáticaen un buen disolventeorgánicovolátil (por ejemplo cloroformo o heptano).Pequeñas gotas(de algunosmicrolitros)de esta disolución se depositancon mucho cuidadosobreaguapurísirna;la rápida evaporacióndel disolventeliberar'á las moléculasen la superficie. Este método de preparación de monocapasfue ideado a finales del siglo xtx por la alemanaAgnes Pockels, quien ademásintrodujo el estudio de la variación, a temperatura constante,de la presiónsuperficialde la monocapaen función del área por moléculaen la misma(las "isotermas presión superficial-áreamolecular"). Llevó a cabo sus experimentoscon una cubetade hojalataen la cocina de su casa.Sus resultadosse publicaron en la revista Nature por recomendación de Lord Rayleigh,el cual encontró en los experimentosde Pockels inspiraciónpara sus propios trabajos. La concepciónmodernade la estructura molecularde las monocapas,en particularla existenciade una orientación pref'eridade las moléculas,se l e d e b ea l q u í m i c o .f í s i c o e i n g e n i e ro estadounidense Irving Langmuir, quien descubrió esa característicaa p r i n c i p i o sd e l s i g l o x x .

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L ao r g a n i z acimi ón cro scó p i ca d el a sm o n o c a pdaesL a n g mu i r Durante casi un siglo. el estudiode las monocapasde Lan-grluir se ha l i m i t a d o c a s i e x c l u s i v a m e n t ea l a obtención de isotermas oresión su-

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(es decir, con interacciones entre las moléculaspor las que han de optimizar su distribución) que exhiben una estructuralíquido-cristalina. El orden microscópico de las monocapasde Langmuir no se dilucidó hastafinalesdel siglo xx. Se produjo entonces,puede decirse,una revolución en estecampo, graciasen buena medida a la utilización del sincrotrón de electrones.Esta poderosafuente de rayos X ha desveladola ordenación a escalamolecular de este y de otros sistemaslvéase "Luz de sincrotrón" por Josep Capmany, Joan Bordas y

perficial-áreamolecular. Su análisis descubrela existencia de diferentes estadosde agregaciónmolecular.Así, las monocapasde ácidosgrasosse encuentranen fase gaseosa(es decir, en completo desordeny con ausenciade interaccionesentre moléculas) para densidadessuperficialesdel orden de centenaresde angstroms cuadrados por molécula( I Á = l0-lo m). Por debajo de 100Á2/moléculaemergede las isotermasuna nueva fase, la fase de "líquido expandido".Cuandoel emp a q u e t a m i e n tsou p e r al o s 3 0 Á 2 / m o lécula. aDarecenf'asescondensadas

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queforman 3. EJEMPLOS DEM()LECULAS ANFIPATICAS monocapas de Langmuir en grises la interfase agua/aire. Lasbolas representan de carbono, lasblancas álomos de y lasamarillas hidrógeno, lasrolasde oxígeno, lasazules La denitrógeno de fósforo. -la cabeza partehidrófila, polar-.se sitúapordebajo concargao dipolo eléctricos de (a) la líneaazul. El ácidoláurico o dodecanoico, un ejemplo de ácidograsosalurado, es quizála mássimple queforman anfipáticas monocapas de lasmoléculas de Langmuir. El (sindobles polar,unidoa la flexibilidad reducido tamaño de la cabeza de la cadena saturada permite enlaces) de grupos metileno, unaricavariedad de estados deagregación de estas (á)Elfosfolípido (DLPE) moléculas en monocapas. dilaurilfosfatidiletanolamina tienedoscolas quese enlazan, hidrófobas de ácidoláurico mediante unamolécula de glicerol, a unacabeza polarformada porácidofosfórico y etanolamina. Losfosfolípidos sonlosconstituyentes (c)El colesterol, fundamentales de la membrana citoplasmática. molécula fundamental en la membrana de lascélulas eucariotas de losanimales, consta de un cuerpo rígidode perhidrofenantreno, y un grupo ciclopentano conunacadena saturada en el extremo apolar, polarqueconstituye alcohol en el extremo menos del40/¡de la superficie de la molécula.

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posicional, 4 . L A D I S P f ] S I C IDt )ENU N AM O L E C UALN A F I P A T IE CN AU N A A u n q ulea p r e s e n cdi a ed i s l o c a c i od n e s t r u yeel o r d e n (¿)ha de precisarse M0N0CAPA mediante la posición hayamplias regiones de la monocapa conmoléculas orientadas de la dosconfiguraciones c a b e zpao l a sr o b r e l a g u ay m e d i a ndt eo sá n g u l oqsu ei n d i q u e n paralelamente. En(á)y (c)se muestran la inclinación habituales Enunala orientación de de lasmoléculas respect0 a la posición vertical en lasfaseshexáticas. (0, ángulo polar)y la orientación, respect0 a un ejede referencia,l a sc o l a se s h a c i al o sp r i m e r ovse c i n oys e n l a o t r ah a c i al o s (
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dentro del cual se encuentra sólo la moléculaen cuestión.La organización molecular y las simetrías a escalananométricade la monocapa se desvelanmediantela difracción de rayosX a ángulosbajos.Estatécnica se basaen el análisisde la radiación reflejada en la superficie del agua sobre la que se ha depositado una monocapa.Cuando la incidenciaes casi rasantecon la superficie,la radiación penetrasólo unos nanómetros en el volumendel líquido; recogeasí información sobre la distribución de materia a escalasatómicas en una capa sólo un poco más gruesa que la monocapa. Las técnicasmicroscópicascon luz visible, sensiblesa la orientaciónmolecular (microscopíade fluorescencia polarizante y microscopíade ángulo de Brewster, entre otras técnicas), revelan monocapascuyas moléculas se organizancomo un mosaico de regiones donde las orientacionesde las moléculas son paralelasentre sí. La superficiede esasregionespuede llegar a unas décimas de milímetro cuadrado;constan,pues,de miles de millones de moléculas.Las regiones contiguas del mosaico se distinguen por sus valores diferentesdel ángulo de orientación azimutal. Tenga en cuenta el lector que los dos tipos de técnicas de análisis de monocapasaquí expuestas,la difracción de rayos X y la microscopía con luz visible, exploranescalasde longitud muy distintas; se complementanparala comprensióny control

de la estructurade las monocapasen su aplicaciónindustrial y en su uso biomimético. Un ejemplo importante lo constide estetipo de aplicaciones tuye la preparaciónde una monocapa para su depósito sobre una superficie sólida. con el fin de modificar las propiedadesde ésta (la resistenciaa la corrosión,la reducciónde fricción, etcétera).Otro ejemplo es la creación de mosaicosde moléculascon unas afinidadesquímicas particularesque les valgan para actuarcomo sensores q u í n r i c o so b i o l ó g i c o s . Las denominadascapas de Langmuir-Blodgettse obtienen haciendo que el sustratoa recubrir se deslice a travésde la monocapaformada en la superficiede la cubeta de Langmuir. Según sea la afinidad del sustrato, bien la región polar hidrófiIa, bien la apolar hidrófoba de las moléculas de la monocapa se adherirá a la superficie sólida; así se alterarán las propiedadesde éstasegúnseanlas de la monocapa.El procesode ingeniería con que se fabrica un determinado dispositivo mediante esta técnica se basa en la utilización de moléculas anfipáticas simples, a las cuales se une químicamenteel radical que va a determinarlas propiedadesdel dispositivo. Esta técnica contrasta con la fabricación por autoensamblaje lvéase "Materiales autoensamblantes", por George M. Whitesides; INVESTIcACIóNv CtgNclA, noviembre 19951,en la que no se ejerce un control directo sobre el proceso de agregaciónde las moléculas que

y CrENctA, lruv¡silenc¡óru enero, 2007

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LA MONOCAPA DE LANGMUIR se prepara depositando moléculas anfipáticas, a partirde unadisolución en un disolvente orgánico aprop¡ado, sobreunasuperficie de aguapurísima situadaen un recipiente de algunos quesueleserde milímetros de profundidad, porsu naturaleza PTFE(teflón), parala inerte.El áreadisponible monocapa estálimitadapor las paredesde la cubetay por unao dos banerasmóviles. Unabalanzaelectrónica midela tensiónsuperficial o fuerzacon la que la interfase tira de una placaen contacto con ella.La tensiónsuperfic¡al dependede la temperatura y del áreapor molécula en la monocapa. Un ordenador controlael mov¡miento de paraque la tensiónsuperficial las barreras mantenga un valordeterminado.El controltermodinámico de la monocapa suelecomplementarseconsu observación mediante algunatécnicamicroscópica que reveledetallesde su estructura, En la figurase ilustrael microscopio de ánguloBrewster (BAM).La luz que incidesobrela superficie del aguaformando con ellael ángulode Brewster, se reflejacomoluz polarizada perpendicularmente (el quecontiene al planode incidencia y la normala la interfase). el rayoincidente, el reflejado El ángulo de Brewster vienedadopor los índicesde refracción a amboslados de la interfase; cuandoeslaseparael airey el agua,vale53 grados con respecto a la normalde la interfase. El BAM(inventado alrededor de 1990)haceincidirsobrela intefase,con un ánguloBrewster, luzpolarizada linealmente en el planode incidencia. En ausencia de monocapa, la intensidad reflejada seránula,puestoquetodala luz penelrará en el agua.La presencia que altera de una monocapa, localmente el índicede refracción, originauna pequeña fracciónde que se detectacon unavideocámara luz reflejada, CCD.El índice de refracción de un mediodieléctrico varíacon la longiiudde onda (colof¡de la luz incidente, resultando en un valorde 0, que varía cercade mediogradoentrela luz rojay la violeta.La altasensibilidaddel procedimiento obligaa usarluz monocromática paraque el valorde 0, estébiendefinido; por ello la fuentede iluminación es un láser.Además, quela luz lleguea la superfies importante y CtENctA, fruv¡slotclóru enero, 200J

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cie en hacesparalelos, o colimados; se consigue mediante unacombinación de lentes.Un espejo dondeel rayoincidente se reflejaantesde llegar permitecolocarla cámaraen el a la superficie mismobrazoque sujetael láser;así se simplifica el diseñoy la utilización del aparato. La intensidad de luz que llegaa la cámaraestárelacionada con la y con la inclinación densidad de empaquetamiento de las moléculas. El usode un segundopolarizador (el analizador) mejorael contraste entrezonascon distintaorientación azimutal. En la ventanacircular se muestrala imagenobtenida mediante BAMde (docosanoico) una monocapa de ácidobehénico en unafasecondensada. Muestraun mosaicode dominios en losquela intensidad de la luz reflejada es uniforme: milesde millones de moléculas se orientande formaparalela en ellos.Conociendo las propiedades ópticasy la longitudde las moléculas que formanla monocapa (caracterizables mediante lécnicascomplementarias) es posiblecuantificar la y la dirección relaciónentrela reflectividad del eje de las moléculas. El análisis de imágenes digitalizadas en 256 nivelesde grispermiteestudiar cambiosen la orientación molecular. Contrastando nivelesde griscabecomparar la orientación de las moléculas (b). en distintas regiones de la monocapa Así,en las imágenes dondela luz reflejada se dirigehaciael observador, las regiones másoscurascorresponden a moléculas orientadas hacia que las regiones su izquierda, mientras másclaras corresponden a moléculas orientadas haciasu derecha(c).

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croscópicasgraciasa los f'enómenos que originanestructuras cooperativos t suprarnoleculares. En el caso de las (r ¡ nlonocapasde Langmuir de molécuT É t fr las sim¡rles.como las aquí descritas, É. l a i n t e r a c c i ( r nc l c l a s m o l é c u l a ss e t fE clebe a las fuerzasde Van der Waals, n fE a q u e o r i g i n a nu n a r e p u l s i ó na c o r t a s ?RnnRRRRRRRRRR a disdistanciasy una clébilatr¿rcción RRRRRRRR"'"**S ta¡rciaslnayores.Por su naturaleza 6 o oooooeoooooo supramoleculares lírbil.los agregados oooooooooooo o o tlc l¿rsnrilnocapasresultanmuy sensibles a las pertLrlbaciones externas ( ¡ r o l e i e n r p l o .a f l u j o s . r a d i a c i o n e s o i l u n r i n a c i o n e sd) :e e l l o d e p e n d e r¡ue la lirbricacitinde un dispositivo t e n s aé r i t o . Hl estucliodel ef'ectoclLreun flujo c.jcrcesobre las estructul'asde las n r o n ( ) c u l ) l sc o n s t i t u y eu n á m b i t o p a l t i c u l a re n l a i n v e s t i g a c i ódne é s (SAl\/) Autoensamblaje de monocapas t a s . S l b c l c ó n l o l a s m i l l é c u l a sd e u n l r n r ( ) n o c a phae x í r t i c ac a m b i a ns u R RB \ s \ or.in e t a ei i i n d e b i c l oa l a p e r t u r b a c i ó n c x t c n r i ln o s í r l ot i c n e u n i n t e r é sa c a o o "o + e o \ o al,uclaen la preparaci(lnde clc
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7. ELEFECT0 DELFLUJ0DECIZALLA en el elemplo de la figura6 se explica coneste de estarorientada en el sentido 1 a 2 a estarlo sencillo modelo: la molécula en 1 oasará en el sentido 1 a 3.

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6. LASM0LECULAS de unamonocapa de langmuir hexática no se acoplan directamente a un flujoextern0, en este (como casode cizalla marcan lasflechas azules): siguen lasdeformaciones de la red Estasimágenes subyacente. se tomaron conun microscopio de ángulo Brewster y medio. de segundo a intervalos

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Las mismas investigacioneshan demostradoque la existenciade un orden hexático resulta determinante en el comportamiento de las monocapas. Se ha observado que, si bien éstas se comportan cualitativamente bajo flujos de forma similar a otros sistemas formados por partículas alargadas(como los cristales líquidos nemáticos o los agregados poliméricos), su dinámica difiere cuantitativamente. Entenderemosel porqué si tomamos en cuenta que en este caso el flujo deforma continuamentela red hexática definida por la posición de las moléculas, en vez de actuar de manera directa sobre la orientación de las moléculas de la monocapa.

lruvrsle¡clóru YCrENcrA, enero, 2007

Las imágenesrevelan los cambios en la orientaciónde las moléculas, pero esos cambios resultan del acoplamiento entre la orientación de las moléculas y el orden orientacional de enlace de la red, continuamente deformada por el flujo. En el ejemplo de la figura 6, se aplica un flujo de cizalla simple a una monocapacondensadade ácido docosanoico;es decir, un extremo de la monocapa se desplazahorizontalmentehacia la izquierda y el extremo opuestose mueveen sentido contrario. El flujo de cizalla deforma la región en el centro de cada imagen de la figura (sus contornos se muestran en la columna de la derecha). Al mismo tiempo, su reflectividad varía continuamente:indica una precesióncontinua de las moléculas anfipáticas,que están orientadashacia la izquierda en las dos imágenes superioresy hacia la derechaen las dos inferiores. Dado que las moléculasque rodean l a r e g i ó n d e i n t e r é se x p e r i m e n t a n una precesión análoga, de derecha a izquierda en este caso, llega un momento (imagen central) en la que sus dos reflectividadesse confunden y se pierde el contrasteen las imágenes.Un análisiscuantitativode la

evolución de la reflectividad de la monocaparevela que la dinámica es distinta a la que se tendría si el flujo se acoplara directamentea la orientación de las moléculas. Lo explica un sencillo modelo geométrico, que comprendeuna sola hipótesis:que la orientaciónde las moléculasrespecto a la red hexagonalformada localmente por sus posiciones se mantiene en todo momento. El flujo de cizalla variará la posición relativa entre las moléculasque, en el ejemplo, se orientan hacia segundosvecinos. La orientación de cada molécula evolucionará siguiendo el desplazamiento del segundo vecino hacia el que se orienta.Debido a dicha deformación. moléculasque eran segundosvecinos (1 y 2 en la figura 7) pasarán finalmentea ser primeros vecinos, lo cual viola la simetría característica que constituye de la fasecondensada la monocapa. La respuestadel sistema, observadaexperimentalmente, es un cambio súbito y colectivo en la orientación de las moléculas de la región considerada,presumiblemente para adoptar una configuración más próxima a la de equilibrio (la molécula en I pasará de estar orientada en el sentido I a 2 a estarlo en el sentido I a 3).

Elautor JordilgnésMullolinvestiga en el departamento de química físicade la Universidad de porlasuniversidades y Barcelona. Barcelona. físicas Esdoctor en ciencias de Pittsburgh y Tulane, y en la Ecole Hainvestigado Normale en lasuniversidades de Pittsburgh Supérieure de Lyon.

Bibliograf íacomplementaria SuRpRrs¡s rN THE0RETtcAL Puvsrcs. RudolfPeierls. Princeton University Press,1979. L¡s CRtsrnux Lt0utDES. Patrick0swaldy PawelPieranski. Gordonand BreachScience Publishers. 2000. Sn¡nR-lroucro M0LE0ULAR PREcEssr0N rNA HEXATTC LANGMUTR M0N0LAYER. Jordilgnés.Mullol y DanielK. Schwartz, en Naturevol. 410, págs.348-351;2001.

71

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'i/ri e labios de mi abuelo aprendí a identificar la constelación de la Osa Mayor. Luego, me divertía yo con unos viejos prismáticos buscando otras constelacionesen el cielo de Colorado. Incluso inventé algunas.No me preocupabanpor entonces ni la edad ni el origen. Ignoraba que las constelaciones encierran un fascinanteproblema científico. Cuando la Unión Astronómica Internacional estableció oficialmente en 1922 las 88 constelaciones,extrajo la mayoría de ellas del Almagesro (según el nombre árabe) de Ptolomeo, escrito hacia el 150 d.C., que describía tradiciones comunes entre los griegos, popularizadasantes en el muy difundido poema Phaenomena de Arato, del 275 a.C. El único libro que ha llegado hasta nosotros del astrónomo Hiparco, EI comentario, de 147 a.C., nos revela que el poema de Arato es, en parte extensa,copia de una obra del mismo título de Eudoxo (366 a.C.), desaparecida.Estos escritos recogían las primeras descripcionesde los cielos griegos; en ellas las constelacionesaparecenplenamente"dibujadas".Pero, ¿dedónde procedían las constelacionesgriegas?

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paleolíticos Cazadores Para seguir la pista de la historia de las constelaciones,hemos de remontarnos a tiempos muy anteriores a los griegos. Las constelaciones aparecenen todas las culturas del mundo. Milenios antes de que la contaminación lumínica ensombrecieseel cielo nocturno, las gentes levantaban la mirada para contemplar el movimiento incesantede los astros.Los humanos tienen un talento natural para reconocer estructuras;no sorprendeque fuera un anhelo universal, desdetiempos remotos,juntar estrellasvecinas en gmpos. El mejor punto para empezar es el que eligió mi abuelo, la Osa Mayor, o Ursa Major.

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Estas siete estrellas, de brillo medio, son conocidas también con otros nombres (el Gran Cazo, el Carro, el Arado, etcétera).Arato llama al grupo Osa y Carro, indistintamente. El nombre de carro apareció después de la invención de la rueda (en el cuarto milenio antes de Cristo), pero el nombre de osa es, sin duda, mucho más antiguo. Los primeros grupos humanos de Eurasia conocían el mito y las estrellasde la Osa Mayor. Según la versión más común, las cuatro estrellas del cuenco del cazo eran la osa, incesantemente cazadapor las tres estrellasdel mango, que representabana tres cazadores. Griegos, vascos, hebreos y muchas tribus de Siberia combinaban de manera muy parecida esas estrellas y ese mito. Sorprendentemente, las mismas estrellas y relatos afloran por toda América del Norte. Con algunas variaciones,muchastribus del Nuevo Mundo -cheroquis, algonquinos,zunios,tlinguitos e iroqueses- compartenla interpretación del oso perseguidopor tres cazadores. ¿Qué explicación dar a la estrechacoincidencia entre las tradiciones del Viejo y del Nuevo Mundo? No es probable que la Osa sea una ocurrenciaa la que se haya llegado por separado,porque el grupo de estrellas no se parece a un oso. Podemos también excluir la posibilidad de una contaminación por parte de misioneros y exploradores,porque el saber popular de los indios se recopiló a menudo muy pronto y los relatos no reproducen exactamentela versión griega traída por los colonos europeos.De acuerdocon la interpretaciónmás lógica del fenómeno,los primerísimos colonizadoresdel Nuevo Mundo llevaron consigo la esencia del mito a través del estrecho de Bering. Hace unos 14.000 años, cazadoresy recolectoresdel paleolítico emigraron por una lengua de tierra, entre Siberia y América, que se formó durante la última glaciación, cuando el nivel del mar estababajo. Su cultura pervivió en sus descendientes,que poblaron el Nuevo Mundo. Es fácil imaginarse una secuenciade abuelos que, desde la Siberia paleolítica hasta las montañas y llanuras del Nuevo Mundo y, con el tiempo, hasta el Colorado moderno, fueron contando la historia de la Osa del firmamento. El origen real de la constelaciónde la Osa pudo haber sido muy anterior a esa migración. Las pinturas rupestres europeas,los utensilios y los conjuntos de cráneos de osos de las cuevaseuropeasdatan de hace más de 30.000 años. Sugieren algún tipo de culto al oso. La constelación pudo haberse originado como una representación popular de un icono chamánico. Fuera como fuese, la Osa Mayor constituye, con toda probabilidad, una de las invencionesmás antisuas del hombre.

Sacerdotes asirios El primer testimonio conocido y directo de las constelaciones se halla escrito en piedra y en tablillas de arcilla, desenterradasen Mesopotamia (en el actual Iraq). El texto "Plegaria a los dioses de la noche", de la antigua Babilonia (alrededor del 1700 a.C.), menciona cuatro constelaciones,entre ellas el Carro, más tres estrellas aisladasy las Pléyades.Inscripcionesen piedra anteriores a 1300 a.C. incluyen iconos que en siglos posterioresse referirían a constelaciones, pero sin que aparezcan err un contexto celeste;todavía no se los había proyectado

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al cielo. Aunque la falta de pruebas hace difícil extraer una conclusión segura, parece que los mesopotámicos anteriores a 1300 a.C. sólo habían configurado unas pocas constelaciones. Despuésde esa época,hitos y sellos cilíndricos empiezan a representardibujos de iconos agrupadosde constelacionesjunto a símbolos conocidos del Sol, la Luna y los planetas.Estasestrechasasociacionesnos aseguran que los dibujos se refieren a constelaciones.A partir de alrededorde I 100 a.C. las tablillas cuneiformesenumeran más de 30 nombres de constelacionesde tres franjas del firmamento. Una serie de tres tablillas. denominada MUL.APIN, contiene largas listas de observacionesde las posiciones y movimientos de casi todas las agrupaciones mesopotámicasde estrellas.MUL.APIN se copió repetidasveces,con ligeras variaciones,al parecercomo libro de texto o almanaque;nos quedanejemplaresdesde el 687 a.C. hasta el siglo tercero antes de Cristo. Por fortuna para quienes estudiamos la astronomía antigua, podemos datar el conocimiento tradicional de las constelacionesgracias a la precesióndel firmamento. La precesión es el desplazamientode las estrellas respecto a las coordenadasdefinidas por el polo norte y los equinoccios (véase el recuadro "Precesión: estrellas móviles"). Podemos leer la fecha como si se tratara de un reloj, cuya lenta manecilla de las horas serían las estrellas que se desplazan sobre la esfera, las coordenadas celestes.MUL.APIN da las posiciones relativas de las estrellas del firmamento; podemos traducirlas a fechas aproximadas.Por ejemplo, según las tablillas, el equinoccio de primavera cae al este de la constelación que ahora llamamos Aries (Carnero).Este dato nos lleva a finales del segundomilenio a.C. Muchas de las observacionesdependentambién de la latitud del observador; un análisis completo puede,pues, indicar fecha y latitud del observador. Hermann Hunger, de la Universidadde Viena, y David Pingree,de la UniversidadBrown, ya fallecido, analizaron varias listas de MUL.APIN, en parte comparándolascon una relación posterior de fechasde aparición de estrellas aportada por Ptolomeo. Dedujeron que se confeccionó hacia el 1000 a.C. y a una latitud de 36 grados.El observador -u observadores- debía de hallarse,por lo tanto, en Asiria (la parte septentrionalde Mesopotamia).Dado que MUL.APIN menciona casi todas las constelaciones mesopotámicas,pareceque en su mayoría se crearon en un intervalo bastantebreve: entre 1300 y 1000 a.C. Por mi parte, identifiqué, en MUL.APIN, 114 observaciones de las que cabe también deducir la fecha y la latitud. Ninguna revela una fecha y una latitud tan precisas que resulten de alguna utilidad, pero la combinación estadística de las I 14 observacioneslleva a valores bastanteprecisos.Creo que las informacionesde MUL.APIN correspondenal ll00 a.C. (con un margen de error de 80 años) y una latitud de 33 grados norte (con un margen de error de 1,5 grados). Mis resultados concuerdan con los de Hunger y Pingree: apuntan a observadoresasirios y sugierenun período de formación inferior a dos siglos. Otro análisis de los datos de las constelacionespuede determinarel tiempo y lugar de origen de las constelaciones más meridionales que cabe ver desde el hemisferio

y CtENcrA, lruv¡srtencró¡¡ enero, 2007

norte. Este cálculo se funda en el supuesto siguiente: las estrellasresidentesdemasiadoal sur para ser visibles desde un lugar septentrionalde latitud media formarían un vacío, más o menos circular, centradoen el polo sur. EI centro del agujero, la deducida posición del polo, revelaría la fecha; el radio del agujero, la latitud de los "diseñadores"de las constelaciones. Valiéndomede estas calculéque las seisconstelaciones nocioneselementales. meridionalesque deñnenel borde del agujerose idearon hacia principios del primer milenio a.C. en una latitud de unos 33 -erados. Las pruebas arqueológicas,las fechas y latitudes deducidasde MUL.APIN y las derivadasde las seis constelaciones más meridionalesconcuerdan:la mayoría y de los datos de de las constelaciones mesopotámicas observacióncorrespondena una latitud de entre 33 a 36 grados para años entre 1300 y 1000 a.C., y fueron obra de asirios.

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En MUL.APIN las constelacionesforman una combinación curiosa.Algunas son dioses,otras representan animalesy el resto describeaperosde labranza.El texto formula muchos presagiosbasadosen los grupos de estrellas,que le sirven también para confeccionarun calendario,vital para cualquiereconomíaagrícola.Augurios, dioses y calendarioseran incumbenciadel clero, fueron una pista convincentede que las constelaciones concebidaspor sacerdotes.

griegos Sabios Las agrupaciones mesopotámicasreaparecen en las c l á s i c a sc o n s t e l a c i o n e g s r i e g a s .P o r e j e m p l o , l a s e s trellas Capricornio y Géminis griegas eran conocidas por los asirios con nombres parecidos: Cabra-Pezy los GrandesGemelos.Un total de 20 constelacion e s s o n c o p i a s d i r e c t a s .O t r a s l 0 t i e n e n l a s m i s m a s estrellas, aunque nombre diferente. Por ejemplo, el

La representación más antiguaque ha llegadohasta nosotrosde las constelaciones griegasapareceen una estaluadel sigloll a.C.,el AtlasFarnesio. Los historiadores del arte opinanque se tratade una copiade un originalgriego.La talla de mármol,ahora en Nápoles,representaal dios Atlas cargandosobre sus espaldasla esferaceleste.Mi sobrela esferamuestra de las constelaciones análisispormenorizado de las posiciones que las figurasse hallansituadascon una precisiónmejorque dos gradospara una fecha de 55 años.Estaexactitudindicaque los datos en tornoal 125 a.C.,con una imprecisión y precisos,comolos originaleseran sistemáticos de un catálogode estrellas.El catálogode por entonces,el único Hiparcoconstituía, é que existía.Cuandose comparanlas ," . tI ¿ J\ representadas en la constelaciones las verbales esferacon descripciones \ \ del Comentariode Hiparcoy con las

cionadoen esa épocaun catálogo r ¡ distinto,pero no existeni el menor I indiciode ello.Muy probablemenle, r', I la fuentees Hiparco.

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LASFIGURAS ENREtIEVE sobreel globoceleste dibujan lasconstelaci0nes con y loscoluros. minucioso detalle. Se representan también el ecuador, lostrópicos

Jornalero y la Golondrina asirias pasaron a llamarse Aries y Piscis. La constelaciónTriángulo ofrece un buen ejemplo de cómo adoptaron los griegos las estrellas mesopotámicas. En MUL.APIN las estrellas del Triángulo se llamaban "el Arado" (nombre que también se aplicó a la Osa). En Mesopotamia y Egipto la geometría era bien conocida por los estudiosos,pero tan sólo como una herramientapráctica. Tales (585 a.C.) llevó la geometría de Egipto a Grecia; aquí se transformó. Dejó de ser un conjunto de reglas prácticas para constituirse en sistema lógico, organizado,de gran belleza y generalidad, que culminó en el libro capital de Euclides, Los elementos (300 a.C.). Sólo tras esa transformación se le pudo ocurrir a alguien conmemorar en los cielos al triángulo, fundamento de la geometría.El Triángulo es, pues, con seguridad la nueva denominación griega de un grupo de estrellas mesopotámicas;este cambio tuvo lugar entre la época de Tales y la de Eudoxo, es decir, entre el siglo vI y el Iv a.C. No se sabe si los griegos adoptaron muchas constelacionesen la época en que se introdujo el Triángulo, pero la escasainformación al respecto sugiere que no. Las fuentes escritas griegas más antiguas -los poemas épicos de Homero (que se cree son del siglo vttt a.C.) y el almanaque agrícola de Hesíodo (datado también hacia el siglo vtl)mencionan dos constelaciones prominentes (Orión y la Osa Mayor), dos grupos de estrellas (las Pléyades y las Híades) y dos estrellas (Sirio y Arturo). Pero nada más. El resto de fuentes griegas anteriores a 500 a.C. nada cuenta sobre las estrellas.Así pues, los griegos tenían las figuras de estrellas más destacadasantes del 500 a.C., aunque no muchas más.

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La primera descripcióncompleta de los cielos griegos procede del libro de Eudoxo, del siglo tv a.C., que sólo conocemos por amplias citas de Arato e Hiparco. Eudoxo incluye declaracionesdel tenor siguiente: "Esa cabeza [del Dragón] gira cerca de donde se confunden los límites del orto y del ocaso", lo que quiere decir que las estrellas en la cabeza del Dragón están a una distancia del polo tal, que rozan el horizonte septentrional. Tal observación sólo es verdadera en una latitud determinada,que varía con la fecha. Pero la correspondiente restricciónde la latitud y la época resulta bien imprecisa, apenas si ayuda. Eudoxo escribe también: "Cuando el Escorpión se alza por el este, Orión corre por el confín occidental"; en otras palabras,Escorpión y '\ Orión aparecensimultáneamenteen horizontesopuestos. Este segundoenunciadoimpone también una restricción difusa a la latitud y la fecha. : Se pueden combinar ambas restriccionespara deducir una fecha y una latitud únicas de las observaciones,pero Z> RG con una precisión todavía demasiadopobre para ser útil. A fin de obviar el problema, identifiqué 172 frases de E Eudoxo que dependende la latitud y la época. Las restricciones combinadasde todas las observacionesdieron uio como resultado final una incertidumbre de 0,9 grados (unos cien kilómetros) en la latitud y de 80 años en Íz É3 el tiempo. Por lo tanto, el saber popular de Eudoxo zo parece provenir en su integridad de un tiempo y lugar determinado:1130 a.C. a 36 grados,Asiria. El tiempo y lugar deducidos encajan con los fijados Y P para las observacionesdel MUL.APIN. He advertido oo que MUL.APIN y Eudoxo comparten una cantidad considerable de información. Me lleva a concluir que É 9 los datos utilizados por ambos provenían de una base Uo >E >U de datos primigenia creada por observadores asirios = o F

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y CtENctA, 2007 lruv¡sle¡clóru enero,

alrededor de 1100 a.C. Dado que las dos tradiciones que nos han llegado contienenla mayoría de las constelaciones antiguas (algunas con otro nombre), deduzco que el conjunto de las constelaciones estabaconcluido, en líneas generales,alrededorde I 100 a.C. Por consiguiente, parece razonable deducir que, en un período posterior a esa fecha y anterior al libro de Eudoxo (366 a.C.), los griegos recibieron esos grupos mesopotámicosde estrellas.La falta de testimonios sobre las constelacionesgriegas (si exceptuamosla Osa y Orión, mencionadaspor Homero) antes de 500 a.C. sugiere que gran parte de la transferenciaaludida tuvo lugar con posterioridad a esa fecha. Sabemos,por indicios textuales,que el zodiaco babilónico llegó a Grecia hacia el 400 a.C. (El zodiaco era el camino que recorre el Sol en su giro alrededor de la Tierra; cuando el Sol se movía por el zodiaco, pasabafrente a 12 constelaciones, que presentaban figuras humanas y de animales).Estos conocimientos pudieron propagarsede Mesopotamia a Grecia por muchos caminos, pero no sabemoslo suficiente para quedarnoscon uno. A pesar de la estrecha dependenciade las agrupacionesmesopotámicasde estrellas.el sistemagriego de constelacionesincluye 19 figuras estelaresque no hundían sus raícesen el este ni en parte alguna que podamos indicar. Además, la índole de estasconstelaciones es genuinamentehelénica. Así, la figura del héroe griego por antonomasia,Hércules,rodeadoen el cielo por que representana criaturasderrotadas otrasconstelaciones por el gran guerrero (entre ellas Leo y Dragón). Aparece tambiénOfiuco, llevandola Serpiente,y el Delfín, imagen apropiadapara un pueblo marinero como el griego. Seis de estasconstelacionesson cuadrosde la mitología griega relativos al rescate de Andrómeda por Perseo.Lo más probablees que las "nuevas" configuracionesde estrellas fueran inventadaspor los propios griegos.

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Con el paso del tiempo fue cambiando la forma en que los griegos utilizaban las constelaciones.Los dibujos empezaron por describir relatos de héroes y animales legendarios.Después,se convirtieron en herramientasde navegantesy base de calendarios.Más tarde, el zodiaco vino a ser un sistema de coordenadaspara la medición de las posiciones planetarias,dentro de la astrología aprendidade los babilonios. Los escritos de Hiparco marcan el paso hacia el estudio científico de las estrellas.Al comienzo de su carrera acometió minuciosas comparacionescuantitativasde las constelacionesdel libro de Eudoxo con 1o que se veía en el cielo. Encontrónumerosasdiferencias.En 135 a.C. y CrENctA, lHv¡sloncróru enero. 2007

descubrió una nova (una estrella que explota). Este hallazgo le inspiró la elaboraciónde un catálogo completo de estrellas -que no ha llegado hasta nosotros- para que se pudieran identificar las futuras novas. Con un catálogo cuantitativo y los antiguos datos de los griegos en la mano, dio con el cambio de posición de las estrellas debido a la precesión, un hallazgo decisivo. El estudio de las constelacioneshabía empezado a ser fundamentalmentecientífico, en el sentido moderno. Los orígenesde las constelacionesgriegas a partir de un centón de fuentessuperpuestas sobre el cielo se alejan tanto en el pasado, que las pruebas son incompletas. No queda más remedio que reconocer que en nuestra reconstrucciónhabrá lagunas significativas,que algunos puntos no pasan de meras especulacionesrazonables. Pero el esquema básrco está claro y nos muestra cómo se ha transmitido el conocimiento a través del tiempo y del espacio. Las constelacionesnos ofrecen un modo singular -distinto del fundado en los estilos de cerámica- de penetraren una cultura, un modo que tiene en cuenta aspectos intelectuales de la sociedadprehistórica, difíciles de captar en las típicas fuentes arqueológicas. Además, la secuencia de usos que las sociedades asignan a las constelaciones traza la vía por la que una faceta de la astronomía se transformó en ciencia moderna. La secuencia pasa de lo religioso a lo popular, a lo útil y, por último, a lo científico, con una tendencia constante hacia una espiritualidaddecrecientey una crecientecuantificación. Pero hoy como ayer, las historias de nuestros abuelos siguen ligando generacionesy culturas.

Elautor y doctoró BradleyE. Schaefer se licenció en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. Enla actualidad enseña en el departamento de físicay astronomía de la Universidad parledelequipo Forma delestado de [ouisiana. edit0rial del Journalfor the Historyof Astrononyy de Archeoastronony.

Bibliograf íacomplementaria ASIATICPARALI.EI.S IN NORTH AMERI0AN STARSLORE:URSAMAJOB. W. B. Gibbonen Journal of Anerican Folklore,vol. 77, págs. 2 3 6 - 2 5 01; 9 6 4 . L0s MlsTERl0s MlTRArc0s. David Ulanseyen lnvestigacióny Ciencia,n.o 161, págs.76.81;febrero,1990. ASTRAL rN MEsopoTAMrA. ScrENcEs H. Hungery D. Pingree. Brill, 19 9 9 .

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planet arios Sistemas extrasolares Gracias a la observación deestosmundos lejanos planetarios y evolución vamos mejorla formación conociendo delossistemas Gregory P. laughlin

racias a la observación Christiaan Huygens realizó la primera búsqueda de planetas extrasolares de que se tenga noticia. Era en el siglo xvtl. Las tres centurias siguientesasistieron a falsas alarmas,esperanzasfrustradas y deteccionesnulas. En 1988 aparecieron los primeros despuntesde progreso. El equipo dirigido por Gordon A. H. Walker. de la Universidad de la Columbia Británica, anunció la presencia de compañeros invisibles de masa planetaria en órbita alrededor de diversasestrellascercanas. Se mostraron cautos. Considerarlos planetas constituía sólo una de las posibles interpretacionesde los datos. En consecuencia,muy pocos se percatarondel anuncio.

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Al año siguiente, David W. Latham, del Centro Smithsoniano de Astrofísica de Harvard, y cuatro miembros de su equipo informaron de la posible órbita de un planetaen torno a la oscuraestrellaHD 114762. Puesto que la masa del objeto de Latham decuplicaba, al menos, la masa de Júpiter, muchos pensaron que se trataba de una enana marrón o de una estrella de masa muy pequeña. De nuevo, no se reparó en la noticia. En 1992, Alexander Wolsczan, de la Universidad estatal de Pennsylvania, y Dale A. Frail, del Observatorio Nacional de Radioastronomía.emplearon un método muy preciso de análisis temporal para descubrir dos planetas pequeños en órbita alrededor de un púlsar. Según parece,esos

mundos tan peculiares se formaron en el disco de escombrosradiactivos creado en la explosión de supernova que dio lugar al púlsar. Quizá por la singularidad del marco, pocos creyeron que se hubiese encontrado un sistema planetario análogo a nuestro sistema solar. Sin embargo, el hallazgo fue el primer indicio de que la formación planetaria constituía un proceso común, compatible con circunstanciasdispares. En 1995, Michel Mayor y Didier Queloz, del Observatorio de Ginebra, sorprendieron al mundo con el descubrimiento de un planeta alrededor de 51 Pegasi,una estrellacercanano muy diferente del Sol. El planeta, según sus cálculos, tenía unas 150 veces la masa de la Tierra y completaba una órbita en sólo 4,2 días.

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Cuando se hizo público el hallazgo, en el marco de un congresocientífico que se celebrabaen Italia, la incredulidad fue la reacción más extendida. Un planetacon un períodoorbital tan corto debe permanecermuy cerca de su estrella, a un escaso5 por ciento de la distancia entre la Tierra y el Sol. Por esas fechas, suponíaseque los planetasde gran masa se encontraban mucho más lejos. I ¿cómo era posible que ese mundo recién descubierto (al que se bautizó "51 Peg b") sobrevivieseen una órbita tan disparatada? Apenas transcurridos unos días, otros astrónomos confirmaban las observacionesde Mayor y Queloz y varios equipos de astrofísicos acometían diversos análisis de ese "júpiter caliente", mediantemodelos informáticos. Para sorpresa de muchos, los cálculos mostraron que un planeta como 5l Peg b podía soportar la radiación intensa de su estrella; tal vez perdería sólo una fracción despreciablede su masa durante los miles de millones de años que el planeta y su estrella perdurarían. No se dispone de imágenes del planeta en cuestión. Aun así, no cuesta imaginar su aspecto.Su cara diurna es 400 veces más brillante que las dunas de los desiertos de arena de la Tierra en un día de verano. La propia cara nocturna emite un resplandor rojo. Para mirar la cara iluminada del planeta se necesitaría una careta de soldador.Una vez amortiguadoasí el brillo, percibiríamos nubes arremolinadasde sulfuro de sodio. Las capas exteriores de la atmósferadeben de consistir en una

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en líneas generalesy añadenmuchos de los detalles que le faltaban.

Lafábr ica deplanetas

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quese proponen 2. UNADELASTE0BIAS la formación en explicar de los planetas por de materia los discosprotoestelales se basaen la generación de concentlaciones glavitatorias. muestran la inestabilidades las simulaciones numéricas de esteproceso regulardelmaterial(¿):primeroaparecen hebras(ú),que eyolución de unadistribución danlugara yariasconcentlaciones de masa(c y dl.

pa en una masa concentrada.A medida que este proceso gana impulso, los iones y los campos magnéticos van perdiendo su capacidad de dilatar la nube. Porciones imponentes de la nube se derrumban sobre sí mismas. Quien observase desde el centro del proceso vería desaparecer las estrellas circundantes. El lugar quedaría en la mayor oscuridad y el peor frío. Con el colapso, el gas concentrado del centro forma una estrella. Y comienza a desarrollarse otro fenómeno: el material que cae hacia dentro desde lejos no aterriza en la protoestrella central, sino que la evita y crea un plato arremolinado de gas y polvo. Ese movimiento giratorio se debe a que la nube molecular original almacenabauna pequeñacomponente de rotación aleatoria. Igual que ocurre con el patinador que cierra los brazos, la masa gira más deprisa cuanto más dentro se encuentre.

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La idea de que el Sol y sus planetas nacieron de un disco de gas y polvo de ese estilo data del siglo xvlil. El naturalista francés GeorgesLouis Leclerc, conde de Buffon, propuso que un cuerpo celestey el Sol se aproximaron mucho; el encuentro arrojó la materia que más tarde se condensó en planetas.Esta teoría explica que todos los planetasorbiten en la misma dirección. Immanuel Kant conjeturó que los planetas surgieron de una nube primordial de gas. Elaboró más esta hipótesis,durante la última décadadel siglo xvIII, Pierre-Simon Laplace, quien pensabaque el disco se contraía a medida que se enfriaba, dejando tras de sí una sucesión de anillos cuya fragmentaciónconstituyó los planetas.La cosmogoníadel siglo xvIII, redactada en un lenguaje que hoy parecepintoresco,no es del todo correcta, pero asombracuánto se acerca a la realidad. Nuestras simulaciones por computadora la refrendan

Una de las teorías sobre la formación, a partir de discos protoestelares de gas y polvo, de gigantes gaseosos semejantesa Júpiter la atribuye a la inestabilidad gravitatoria. En pocas palabras: a medida que la densidad del disco protoestelar aumenta, la autogravedad engendra grumos aquí y allá. Al mismo tiempo, la presión del gas en cada una de esas concentraciones de masa contrarresta parcialmente la tendencia al colapso. Además, la rotación diferencial del disco (el material cerca de la estrella orbita más deprisa) tiende a separar los fragmentos recién formados. La rotación diferencial, pues, actúa como una influencia estabilizadoraa gran escala que se opone a la nucleación gravitatoria de los planetas. El quid de la cuestión estriba en averiguar quién se impondrá: la gravedad, con lo que se formarán cuerpos de masa joviana, o la rotación y la presión, que dejarían un disco sin planetas. Aunque a la intuición le resulte satisfactoria,el grueso de las observaciones y de las pruebas teóricas parece ir en contra de la hipótesis de la inestabilidad gravitatoria. Según las simulaciones por ordenador, para que se formen los fragmentos y sobrevivanconstituidosen planetas el disco tiene que enfriarse muy deprisa. (El enfriamiento rápido impide que las concentracionesrecientesde masa experimenten su propia presión y favorece así la fragmentación gravitatoria.) Quizás aún más importante: los experimentosnuméricos indican que antes de que un disco alcance la masa suficiente para mantenerse cohesionadopor su propia gravedad, se generan unas ondas que empujan al gas a extramuros de las regiones donde el material propende a la fragmentación en planetas. Si los planetas gigantes no se condensan en esos discos directamente por la inestabilidad gravitatoria, ¿cómo nacen? La conjetura más sólida nos la ofrece la teoría de la acreción nuclear. Presupone que los planetas comienzan siendo pequeñosy crecen acumulandopolvo. Nos sirve la imagen del polvo doméstico. Este no se acumula en una capa gruesa y uniforme. Las

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corrientes aleatorias de viento remueven el polvo y forman pelusas. Cada pelusa -hecha de pelo, caspa, polvo e innumerableshebras de procedencia indeterminada- tiene una estructura bastante esponjosay ocupa un volumen grande para su masa. Por eso resulta eficiente a la hora de recoger más materia: una vez se ha formado no les cuesta crecer. Un proceso similar debe de actuar en los discos protoestelares. Aun así, cuestacomprenderel crecimiento inicial de tales objetos de polvo y hielo. El problema reside en las acumulacionespulverulentas,que experimentarían un viento frontal, debido al gas del disco; provocaría su caída en espiral y se vaporizarían a medida que se acetcaran a la estrella central.Algún mecanismo debe concentrar las masas de polvo y permitir que crezcan con rapidez suficiente para que no se destruyan de esa manera.Una posibilidad es la existenciade vórtices, flujos con patrones huracanadosdentro del disco mismo. Las simulacionesnuméricas predicen que los vórtices de los discos, si duran lo suficiente, atraparán y concentraránpartículas sólidas en sus centros. Otra posibilidad es que las partículas sólidasse asientenen una capa

fina en el plano central del disco. Si esta capa adquiere una densidad y una masa suficientes,una especiede inestabilidad gravitatoria provocará que el polvo, el hielo o la gravilla generen objetos cada vez mayores. Alcanzado un tamaño determinado, esos nuevos cuerpos de varios kilómetros quedarán a salvo de la fuerza de arrastre ejercida por el gas circundante y no describirán una espiral hacia el interior. A los cien mil años de su constitución, un disco protoestelar puede contener billones de planetesimales de unos kilómetros de diámetro. Lo de billones suena a algo impresionante, pero el disco no parecería superpoblado. La densidad del gas es millones de veces menor que la del aire al nivel del mar; entre los cuerpos de tamaño kilométrico mediarían distancias de miles de kilómetros de distancia. En un punto cualquiera de un disco así, sólo nos rodearíauna profunda oscuridad,sin estrellas,sin rastro del joven sol que estaría naciendo cerca. Tendríamos la impresión de flotar en una nube molecular. El termómetro. sin embargo, mostraríauna diferencia. Una nube molecular es sumamentefría; se encuentra a 5 o 10 kelvin; en cambio, las temperaturasdel disco

son mucho mayores: desde unos cientos, o incluso miles, de kelvin cerca de la estrella central a varias decenas de kelvin en los confines remotos. En un sistemaplanetario tan primitivo, se formará hielo a expensasdel vapor de agua cuando la temperatura sea inferior a los 150 kelvin. La isoterma de 150 kelvin de un disco protoestelar se encuentra más o menos a la distancia actual de Júpiter. Señala la "línea de nieve". Más allá, la frialdad estabiliza el hielo, pero la distancia al centro no es aún muy grande y sigue todavía alta la densidad de objetos. Los planetesimales de hielo se precipitan unos contra otros con cierta frecuencia. Las colisiones, al menos las que ocurren a bajas velocidades,son sucesos pegajosos.Por ello, transcurridos miles de añoshabrámenosplanetesimales, pero los que queden habrán adquirido mayor tamaño. Los que sufrieron más impactos al principio cuentan con la ventaja de una gravedad propia mayor; así atraen más materia y crecen a mayor velocidad que los demás planetesimales.Acabará por haber pocos y muy grandes, de miles de kilómetros. Absorberán los objetosde escasoskilómetros que haya en su vecindad.Y cuanto mayor

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AEt A A C R E C I N 3 . L A T E 0 R ID parecidos 0N UCLEA s oRs t i e nqeu el a alcanzan un tamaño considerable; a estoscuerpos a (á)se losllama"planetesimales", formación de planetas comienza cuando losgranos de polvo losasteroides Unavezlos presentes y planetesimales en el discoprot0estelar gas colisionan, se adhieren hanadquirido unamasasuficiente, atrapan ( a ) .A l g u n oasg l o m e r a d o s deldiscoprotoestelar (c). formaa n g l o m e r a ddoesm a t e r i a l lido y crecen só conciertarapidez y CrENcrA. l¡¡v¡silelclóru enero. 2007

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4 . U N AD EL A SC 0 M P L I C A C I 0cNoEnqSu et r o p i e z al ans planetaria teorlasactuales de la formación es la estelade queun planeta masaconcentrada en crecimiento dejatras La rotación de sf en su discoprotoestelar. diferencial da una conformación espiral a la estela,conun brazoquese adelanta al planeta en su órbitay otroquese rezaga, c0m0muestra gravitatorias fuerzas fa simufación informática Las lizquierdal.

vaya siendosu masa,más querrány más extenderánsu alcance. Cuandoesecuerpoque crece,ahora un protoplanetaen toda regla, alcanzade 7 a l0 vecesla masade la Tierra,su gravedadempiezaa atrapar apreciables cantidades de gas.Como resultado,se calientasu atmósfera y se expandehasta abarcarcientos de miles de kilómetros.Calentado por la compresióngravitatoria,el gas brilla con candentes coloresrojos y

600

quese frenanel movimiento orbitaldelplaneta, resultantes contra haciael interiory conel tiempoacabachocando desplaza jovenevitaráesedestino si el la estrella Un planeta central. (ceatral. remolinos turbulentos Según discodondecrecepresenta numéricas, la turbulencia deldiscoharáque lassimulaciones no emigre haciael interior, sinoquese muevahacia el planeta fueray haciadentrode maneraaleatoria lderechal.

proyecta luz infrarroja al espacio. La radiación va acompañada del lento enfriamiento y contracción de las capas inferiores, que deja espacio libre en las capas altas para atrapar más gas. Por último, el crecimiento veloz acaba.Los alrededorestodavía contienen cantidades ingentes de gas, pero la gravedad, demasiado débil, no afluye con rapidez sobre el inflado planeta,que sólo puede añadirsemás gas al mismo ritmo con que radie el calor que ya tiene. En consecuencia, el planeta crece despaciodurante el 80 siguiente millón de años. El nuevo mundo, aunque grande o y robusto, ha de enfrentarse a una E60 6 o seria amenaza:la migración hacia el t g interior. Larazón de este movimiento f6 r 4 0 es sutil. Mientras el planetaadquiere g masa, crece su atracción gravitatoria sobre el gas del disco. A medida que H z o = el planeta se desplaza a través del disco, deja tras de sí una estela de gas concentrado. 0 200 400 600 800 Un barco que surca aguas tran(miles Tiempo deaños) quilas abre una estela en V. La gravedad de un planeta que atraviesa predicen 5. LOSDOSM0DEL0S ritmos gases tranquilos producirá una conplanetaria de lormación distintos. La formación parecida. En un disco, gravitatoria inestabil¡dad creagrandes sin embargo, la rotación diferencial planetas en unosmilesde añosllínea distorsiona el gas dentro de la esteazuf|.Conla ac¡eción nuclearse requieren la del planeta. La parte de la estela cientos o milesde años.incluso millones, más próxima a la estrella se adelanta paraqueel núcleo sólidode un planeta al planeta, mientras que la opuesta aumente hastaquepuedaatraergasllínea se Íezaga. El resultado es la aparirojal.A partirde ahí crecerá másdeprisa. ción de una estela espiral (u "onda

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200 400 tiemoo(milesde años)

espiral") que define una región de mayor densidad gaseosa. La masa extra que va por delante ejerce una fuerza gravitatoria que acelera al planeta, mientras describe su órbita. Este empuje hacia delante hace ganar velocidad al planeta, que, en consecuencia,se desplazahacia fuera a través del disco. La porción de la onda espiral que barre por detrás ejerce el efecto contrario: le quita energía orbital al planeta y provoca que se precipite hacia el interior. En general, parece que la estructura de los discos planetarios lleva a que resulte más intensa la tendenciaa migrar hacia dentro que hacia afuera. A semejantepropensión planetaria al desplazamiento hacia el interior y subsiguientedestrucción se la conoce por "problema migratorio de tipo I". Se ignora por qué sorteala naturaleza tal destino. Pudiera darse el caso de que muchos núcleos protoplanetarios desapareciesen en espiralesmortales. O bien, y quizá sea lo más probable, el disco haga de contrapesopara el planeta recién formado. Adriane Steinacker, del Centro Ames de Investigación de la NASA, Fred C. Adams, de la Universidadde Michigan en Ann Arbor, y el autor acaban de demostrar que, si el disco es turbulento, un planeta en formación puede abandonar su derrotero hacia el interior y adoptar un movimiento alterno hacia dentro y hacia fuera. Así pues, quizás este problema

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de los planetasen formación no resulte ningún contratiempo. Hace una docena de años se ignoraba si las condicionesque dieron lugar al sistemasolar eran universales, bastantecomunes o raras. A lo largo de los últimos diez años, sin embargo, el asunto ha empezado a conocerse.Y ahora disponemos de una amplia diversidad de sistemas planetarios para compararlos con el nuestro. Distinguimos ya tipos de planetasy establecemospropiedades generalesbasadasen las estadísticas del censo actual.

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La inmensa mayoría de los más de 200 mundos conocidos hasta ahora orbita alrededor de estrellas de tipo solar, estrellas corrientes de nuestros aledaños galácticos. Para analizar esta población se confecciona un diagrama masa-período,donde el período orbital de un planeta en torno a su estrella se dibuja en el eje de abscisas (x) y la masa que se le ha medido en el eje de ordenadas (y). Una variante consiste en representarlas separacionescon respecto a la estrella central en vez de los períodos. El diagramadescubredistintosgrupos de planetas. El primer grupo, los jupíteres calientes, se parecen a 5l Pegb, con períodosorbitales de entre 29 horas y una semana.Puesto que casi rozan la superficie de sus 10.000

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elementospesados.La presenciaprobable de estos núcleos dentro de los planetas con tránsito constituye una prueba notable en favor de la teoría de la acreción nuclear. Uno de los planetascon tránsitos, HD 149026b, parece tener un núcleo desproporcionado.De la parvedad de su radio se sigue que contiene unas 70 veces la masa de la Tierra en material sólido, encerradodentro de 40 o 50 masas terrestres de hidrógeno y helio gaseososy líquidos. Esta composición no es compatible con la formación planetaria a partir de inestabilidadesgravitatorias.Pero también resulta difícil generalizarla teoría de la acreción nuclear para que explique ese mundo. Pareceque un misterioso proceso todavía por identificar ha estadoproporcionando una dieta constantede rocas,metales y posiblementehielo aHD 149026b, mientras el gas circundante se mantenía a distancia. Se puede reconocer en el diagrama masa-períodoun segundo grupo importante de planetas. Los llamo "gigantes excéntricos" y presentan períodosorbitales más largos (desde una semanahasta casi una década). Acostumbrantener masasvarias veces mayores que la media de los jupíteres calientes. Se hallan tan alejados de sus estrellas,que el efecto marea no logra que su órbita se vuelva circular; muchos de estos mundos describen trayectorias muy elípticas.

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estrellas, sufren grandes fuerzas de marea, que inexorablementeigualan los períodos de rotación con los períodos orbitales (como le pasa a la Luna). Las fuertes mareas modelan también sus órbitas, hasta darles forma circular, preferida desdeel punto de vista energético. Un júpiter caliente suele orbitar a una distancia de unas 10 veces el radio de su estrella. Ese guarismo significa que hay una probabilidad próxima al 10 por ciento de observar desde la Tierra el paso del planeta por delantede la estrella:un "tránsito planetario". Su observaciónposeeun alto valor científico. La medición de la fracción de la luz estelarque queda oculta determina el verdaderotamaño del planeta; combinado con la masa, proporciona su densidad,que a su vez indica en líneas generalesla composiciónquímica. Hasta la fecha se han identificado diez tránsitos de planetas extrasolares. En promedio, los radios de estos planetasson algo mayores que el de Júpiter. Se trata de gigantes de gas como Júpiter o Saturno,compuestos sobre todo de hidrógeno y helio. (Si fueran análogossobredimensionados de la Tierra, con una composición primaria de rocas y metales,presentarían un tamaño harto menor.) Los modelos detalladosmuestranque los radiosde los planetascon tránsitoconocido se explican mejor si encierran un núcleo considerable,formado por

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(unidades Distancia a laestrella astronómicas) Unasimulación numérica reciente indicaquela población lderechal planetaria actual contiene fueradelrangoactualde detectabilidad muchos másplanetas lbeisl;entreelloslos habráde tamañosimilar al de la Tierray gigantes helados conórbitas de largoperíodo.

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Puestoqueen nuestrosistemasola¡ no hay ni jupíteres calientesni gigantesexcéntricos,uno se inclinaría por concluir que nuestrasituación es atípica.Aunquequizásacierte,se trata, no obstante,de una conjetura prematura.La forma del diagrama masa-período actualdependeen muy buenamedida de que los planetas

que allí se representan son los que más fácil resulta observar. El método de rastreo -la observación de los desplazamientos Doppler causados por el movimiento de vaivén que los planetasinducen en sus estrellas- se muestra más sensible a los planetas de mayor masa (los que imprimen vaivenes de mayor amplitud) y de

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7 . L AP R ( ] B A B I L I D DA ED E T E C T U AR NP L A N E TaA u m e n tcao nl a c o n c e n t r a cdi óe n (comoel hierro) pesados de la estrella anfitriona. Se llama"metalicidad" elementos presencia pesados La de elemsntos en unaestrellaponede a esamagnitud lgráfical. queel discoprotoestelar del quenaciócontenía, apartede gas,unagran manifiesto apoyael modelo sólidas.Estadependencia de la metalicidad cantidad de partlculas precede nuclear, hipótesis segúnla cualla aglomeración de esossólidos de acreción la acreción a la formación de planetas. 0trosdatosqueapoyan necesariamente provienen quetransitanpor delantede susestrellas. del estudiode los pocosplanetas del planeta; Trasmedirla cantidad de luz bloqueada, se puedecalcularel diámetro sólido.El planeta Bntonces el tamaño deldensonúcleo conociendo su masa,se deduce parece sólido(mayor HD 149026b, porejemplo, contener un grannúcleo contránsitos por capasde hidrógeno y heliofluidos. queel de Júpiterl,posiblemente rodeado

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períodos cortos (porque permiten analizar las oscilaciones más rápidamente). Las exploraciones planetarias nos han enseñado por ahora que al menos un júpiter caliente o un gigante excéntrico acompaña a algo menos del 10 por ciento de las estrellasde nuestro entorno. ¿Qué ocurre con el 90 por ciento restante?¿Tienen cuerpos de la masa de Júpiter en órbitas de muy largo período y pequeños mundos rocosos en regiones interiores? ¿Carecende planetas?Quizá la disposición planetaria de estas estrellas (cuando se pueda estudiarla) resulte una completa sorpresa,como lo fueron los planetas descubiertos hasta ahora. Algo está fuera de toda duda: la respuestademandapaciencia.Se están escrutandocerca de 5000 estrellas en busca de planetas. La mayoría de ellas se han incluido en los sondeos en los últimos años; bastantes han sido observadassólo unas pocas veces.Pareceprobable, pues, que se necesitenotros 5 o 10 años más antes de que se cuente con una estadística fiable que esclarezcala posible atipicidad del sistema solar. Los teóricos tenemos algo de tiempo para respirar. Aunque ni los jupíteres calientes ni los gigantes excéntricos se predijeron antes de su descubrimiento, quizás ahora sí podamos avanzaralgunas predicciones que no se alejen demasiado de la realidad.

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Una información crucial acerca del proceso de la formación planetaria no procede de las característicasde los planetas,sino de las propiedades de sus estrellas. Debra A. Fischer. de la Universidad de California en Berkeley, JeffA. Velenti, del Instituto de Ciencias del TelescopioEspacial, y Nuno Santos,de la Universidadde Lisboa, con sus respectivosgrupos, han demostradoque la probabilidad de que haya un planeta detectable depende de la fracción de elementos pesados presentes en la estrella anfitriona, parámetro conocido por "metalicidad". Algo menos del 2 por ciento de la masa del Sol, por ejemplo, corresponde a elementos pesados.Las estrellas con una metalicidad similar a la solar presentan una probabilidad de casi el 5 por

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ciento de albergarun júpiter caliente o un gigante excéntrico que se pueda detectarcon facilidad. Cuando la metalicidad de la estrella duplica la solar, la probabilidad de detectarun planetase quintuplica con creces.De la misma manera,cuando las estrellas tienen metalicidades inferiores a la mitad de la solar, esa probabilidad cae por debajo del I por ciento. Esta conexión con la metalicidad respaldaque la formación de la mayoría de los exoplanetasconocidos hasta ahora se produjo mediante la acreción nuclear. Las estrellas nacidas de discos ricos en metales (que contienengrandescantidadesde polvo sólido en movimiento y no sólo gas) deben de apresurarla acreción. Y cuando el núcleo en cuestión se forma deprisa,todavía hay suficiente gas en el disco para que la masa del planeta siga creciendo mucho. Si la acreción fuera un proceso lento, el gas del disco se disiparía antes de que se formasen los gigantes gaseosos.Una acreción lenta, en cambio, permite generarnúcleos del tamaño de Neptuno, aunque atrapen poco gas. Las estrellas menos ricas en metalesque el Sol deberíantener cantidadesconsiderablesde planetas jovianos "fallidos". Mi predicciónes que el sistemasolar tiene una configuración desacostumbrada,aunqueno excepcional,ya que en él se ha formado un planeta joviano que no se ha desplazadoen cuantíasignificativahacia el interior. Creo que la arquitectura planetaria más común en la galaxia consistirá en la presencia de planetas de masa tenestre dentro de unas pocas unidades astronómicas (una unidad astronómicaes unos 150 millones de kilómetros, la distancia entre la Tierra y el Sol), mientras que más lejos se hallarán planetasde la masa de Neptuno. Tal presunción se basa en las simulaciones numéricas que he realizado con Adams y mi compañerode departamentoPeter H. Bodenheimer. Segúnnuestrosresultados,una estrella con el 40 por ciento de la masa solar necesita bastante más de 10 millones de años para convertirseen joviana. Tras 10 millones de años,sin embargo,el gas de la mayoría de los discosprotoestelaresya no existe.La teoría de la acreación nuclear predice, en consecuencia,que las estrellas

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8. GLIESE 876 poneen cuestión la teorfade la acreción nuclear. Estaestrella enana gigantes gaseosos rojatienedosplanetas en órbitalazuly hlancol,juntocon0tr0 (rasa);se trata de unode los variossislemas planetarios compañero máspequeño puede quela acreción múlt¡ples conocidos Losmodelos numéricos muestran lizquierdal. grandes conslruirplanetas 0n unosmillones de añossi la masade la estrellase parece opera a la delSol.Peroparaestrellas deltamaño de Gliese 876,la acreación paraquepuedaconstituirse glandeantesde la disipación demasiado despacio un planeta de añoslderechal. del disco,quesuelesuceder La acreación nuclear, al en 10 millones menos tal y comose enliende hoydfa,es incapaz de explicar cómoss ha formado en ya dos. gigante, y no digamos esesistema un planeta enanas rojas de masa moderada (las más numerosas de nuestra galaxia, con masasque no llegan ni a la mitad de la solar) deberían estar acompañadas por planetasde masaneptuniana; casi nunca tendrían compañeros con la masa de Júpiter. Hasta ahora, la idea viene ratificándose.La observaciónde los vaivenes estelaresha descubierto planetas con la masade Neptuno alrededorde 150 enanasrojas, cercanasa nosotros (y por tanto con brillo suficiente para ser estudiadas).Gracias a las "lentes gravitatorias", fenómeno ligado a la desviaciónde la luz por una masa,se han descubiertoalgunos más. En total. sólo se ha descubiertouna estrella enana roja rodeada por un sistema con planetas de masa joviana. La enana roja que rompe la tendencia (Gliese 876) se encuentra a 15 años-luzde distanciade la Tierra. Aun así, brilla cien veces por debajo del umbral de visión humana. Alberga uno de los 10 sistemasplanetarios múltiples conocidos. Tiene dos planetas de masa elevada, con órbitas de 30 y 60 días, y un planeta mucho más pequeño -7,5 veces la masa de la Tierra- en una órbita de 2 días. Este curioso sistema proporciona mucha información sobre la sénesis

planetaria. Los dos grandes planetas exteriores se encuentranatrapadosen órbitas resonantes:en promedio, el planeta más externo cubre una órbita en el tiempo en que el planeta del medio describe dos. Una configuración que se mantiene en virtud de las atracciones gravitatorias entre los dos cuerpos. Parece que el planeta exterior ha migrado hacia dentro, a travésdel disco original, con respecto al planeta del medio. Cuando se acercaron, entraron en resonancia. Un desplazamiento posterior llevó a los dos planetas hacia el interior, sincronizadassus órbitas. Cuesta entender que naciese un planeta gigante gaseoso, y mucho menos dos, mediante el proceso de acreción del núcleo en la corta vida del disco protoestelar de baja masa que acompañó el nacimiento de Gliese 876. Resulta, asimismo, difícil imaginar que este sistema reuniera las condiciones necesarias para que la inestabilidad gravitatoria creara planetas y que luego esa actividad se calmara lo suficiente para permitir el acople resonante de los dos planetas.

L* inme¡ ' r sidad delo *escnn* * i do Gliese 876 avisa de que las teorías de formación planetaria carecentoda-

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preparando Y SUSC0LABORAD0RES 9. Et AUT0R están un prlblico sesgos sutiles en experimento conel fin dedescubrir y evaluación planetarios. losmétodos dedetección desistemas programa paraanalizar las Conesefin hanescrito unsencillo vía de elementos importantes. Parece probable que el crecimiento galopante de objetos de masa joviana afecte a la estructura del disco, de suerte tal que se promueva el desarrollo rápido de otros planetas gigantes. En nuestrosistemasolar,por ejemplo, la presencia de Júpiter pudo controlar el crecimiento de Saturno.El estudio de estaposibilidad es un áreaimportante dentro de las investigaciones actuales. El estudio de la interacción entre planetas quizá sirva para elucidar por qué los gigantes excéntricos suelen adquirir mayor masa que Júpiter o que los jupíteres calientes. Tal característica constituye, en mi opinión, un indicio de que muchos de los gigantes excéntricos surgieron en sistemas donde en un principio había varios planetas de masa grande, que luego modificaron mutuamente sus órbitas en un tira y afloja gravitatorio. Las simulaciones numéricas muestran que, con el tiempo, las interaccio-

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(tanto pertinentes Loofrecen reales c0m0 sintéticas). mediciones intenta el usuario enInternet. Conestaherramienta, al público parámetr0s querepfoduzcan lasobservaciones orbitales encontrar (aquí HD69830). detresplanetas seveel ejemplo delsistema

nes mencionadas pueden conducir a la expulsión de los planetas más pequeños de esos sistemas, donde sólo permanecenlos planetas de cierta entidad y órbita elíptica, según se ha observado. Es obvio que las observacionesrecogidasa lo largo de los últimos diez años han permitido perfilar la teoría, pero, ¿no conducirán a veces a error? Cuando un sistema lejano contiene más de un planeta, no cuesta separar la señal de vaivén inducida por cada uno de los componentes;así las órbitas se caracterizan con facilidad. Muchas de las observacionesmás interesantes,sin embargo,como la de la estrella 55 Cancri (que tiene al menos cuatro planetas), resultan bastantearduas de analizat Se necesita mucha perspicacia y sutileza para guiar el proceso, y cuando las interacciones gravitatorias entre los planetas son importantes, encontr¿Ir los modelos orbitales aceptables se convierte en una pesadilla computacional.

Este y otros aspectos espinosos hacen que resulte delicado interpretar las medidas del vaivén. Preocupa que algunas de las conclusiones estadísticas extraídas de estos resultados puedan estar sesgadas,que sean quizás hasta incorrectas. Para abordar el problema, investigadores de la Universidad de California en Santa Cruz y del Observatorio Naval y yo hemos emprendido un experimento. Hemos generado una galaxia virtual de 100.000 estrellas, algunas de ellas rodeadaspor sistemas planetarios.El conjunto se halla pensado para que imite (en sentido estadístico) las característicasde los sistemas planetarios conocidos. A partir del tamaño y órbitas de estos mundos sintetizados se calculan los vaivenes de las estrellas anfitrionas tal y como se observarían desde la Tierra. Nos proponemos analizar este conjunto artificial de datos con las técnicas y herramientas al uso. La

y CrENctA, 2007 enero, lNvEsTtcAcróN

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comparación de las interpretaciones de los datos de vaivén sintéticoscon las configuracionesplanetariasintroducidas en la galaxia virtual calibrará nuestrossesgosintrínsecosy puntos ciegos. Puesto que en el proceso de búsqueda de planetas interviene cierta subjetividad e intuición, queremos involucrar a tantos como seaposible (lo mismo astrónomosprofesionales que aficionados). Con este fin, hemos generadoun programa sencillo que analiza los datos de vaivenes (reales y virtuales) para encontrar los planetasescondidosen ellos. Es un código escrito en Java, la "Consola Sistémica", que ofrecemos al público en www.oklo.org. Aunque el experimento se encuentra en sus fases iniciales, esperamosque, a lo largo de los próximos uno o dos años, nos lleve a interpretarmejor el creciente conjunto de datos de vaivenes. Aunque pudiéramoshallar algunos defectos en la actual caracterización

de los mundos extrasolares,no creemos que se llegue a enmendar la conclusión fundamental del último decenio: que nuestra galaxia contiene miles de millones de planetas. ¿Separeceráalguno a nuestroplaneta, azul, cubierto de agua? No cabe asegurarlo, pero los años postreros nos han enseñadoque los planetas terrestresson comunes y se forman con facilidad; algunos quizá ocupen órbitas adecuadaspara la vida. Más aún, las observacionesastronómicas deberían adquirir la sensibilidad suficiente para encontrar señales de fotosíntesis o de metanogénesisen las atmósferasde esos planetas remotos, si es que tales procesosbiológicos se producen a gran escala. ¿Podría haber otros mundos con vida? Emociona pensar que los telescopios espaciales(empezando con las misiones Kepler y Corot, que se lanzarán dentro de unos años) respondanafirmativamenteen el intervalo de nuestrasvidas. Espero con ansiedadel día.

Elautor porla y astrofísica P. Laughlin obtuvo su doctorado en astronomía Gregory Unive¡sidad de California en SantaCruzen 1994,iustoun añoantesde queel primer de tiposolarfueradescubierto. Trascompletar exoplaneta de unaestrella -en el 0bservatorio posdoctorales Astronómico Nacional de unaseriede contratos en de Michigan en AnnArbor,la Universidad de California Japón,la Unive¡sidad y el Centro Berkeley Amesde Investigación de la NASA-regresé en el año2001a ahoraes miembro deldepartamento la Universidad de California en SantaCruz,donde y astrofísica. de aslronomía @Anerican Scientist Magazine.

Bibliograf íacomplementaria roRSussr¡rr¡n G.A. H. Walker A SEARCH Courpluorus T0SorAR-TypE Srlns.B. Campbell, y S. Yangen TheAstrophysical Journal,vol. 331,págs.902'921;1988. THEUNSEEN COMPANION OFH0114762- A PROBABLE BROWN DWART, D. W. Iatham, h ,. M a y oyr G . B u r keinl l a t u r ev,o l . 3 3 9p. á g s . 3 8 . 4109; 8 9 . R . P . S t e f a nTi .kM . a z eM A JuplTER-MAss CoMeANIoN f0 A SotAR-Typ¡ Srnn.M. Mayory D. 0uelozen lUature, v o l .3 7 8 ,p á g s3. 5 5 - 3 5 91;9 9 5 . THr Drscovrnv or Exoplnru¡rs. M. Mayory P..Y. Frei. NewWonrosrn rxr CosNos: University Press; Cambridge, 2003. Cambridge y F.C.Adams TvprI PLnHrrlRy MrcBATroN wrrr MHDTuReuler{c¡. G.Laughlin, A. Steinacker Journal,vol. 608, págs.489-496;2004. en TheAstrophysical 0aseRvto PRopERTIES 0t Ex0ptANETs: Mlss¡s,0ngltslr'lo MttnrLrcrn¡s. G.W.Marcy, R.P.Butler,D.A. Fischer, S.S.Vogt,J. T.Wright.C.G.Tinneyy H.R.A.Jonesen Progress of Theoretical Physics, suplemento n.0158,págs.24-42;2005. CATAT0G 0t NEARBv Ex0ptANETs. R.P.Butler,J. T.Wright,G.W.Marcy,D.A.Fischer, y S.S.Vogt,C.G.Tinney,H.R.A.Jones,B.D.Carter,J. A.Johnson, C.Mc-Carthy A.J. Pennyen TheAstrophysical Journal,vol. 646,págs.505-522;2006. WHEN ExTRASOLAR PTANETS TRANSIT THEIR PnnrrurSrnRs.D, Charbonneau, T. M. Brown, A. Burrowsy G.[aughlinen Prltostarsand Planetslz, dirigidopor B. Reipurth, D.Jewitty K. Keil.University Press; Tucson, 2006. of Arizona

y CtENctA, enero, 2007 lnvrsncnctóru

hapublicado sobreel tema,entre artfculos: otros,lossiguientes Polarizacióndel fondocósmico de microondas, deMatthew Hedman Diciembre 2005 Historiade la formación de lasestrellas, deAlanHeavens Febrero 2006 Origende lasenanasmarrones, y R.Jayawardhana deS.Mohanty Mano2006 Blindajesespaciales, deEugene N. Parker Mayo2006 La energíafantasma y el futuro del universo, Díaz dePedroF.González Junio2006 Anillosnegros, deRobenoEmparan Agosto2006 Satélitesirregulares, deDavidJewitt,ScottS.Sheppard y JanKleyna Oaubre2006 Supernovas, H.-T.Janka deW. Hillebrandt, y E.Müller Diciembre 2006

S,A, PrensaCientífica,

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y Edouard Jean.Michel Courty Kierlik

Elcalorquev¡nodelfrío Másvalerecuperar el calorpresente queproduclrlo. en el entorno Talhacenlos intercambiadores de contracorriente y las bombasde calor que se utilizanparaairearlos edifin lasgélidas aguasdelArtico,el cuerpode la foca intercambiadores Esosdispositivos muydeprisasi su peculiar sustituyen el aire se enfriaría fisiología ciosde viviendas. y caliente porairepuro,menoscaliente. viciado no redujeralas pérdidas térmicas. La evolución interior por ventiladores, las masasde airecircuha provisto al animalde unosintercambiadores de calor lmpulsadas quecalientan vasculares los tubosde evacuación del la sangrevenosaque retorna lan por canalizaciones: al corazón a costade enfriarla sangrearterialquefluye airecalienteinterior(porejemplo, a 20oC)estánen (por hacialas aletas.Un intercambiador con los que aspiranel airefrío exterior de calorsuministra, contacto a 0 oC). a un cuerpofrío,la casitotalidad de la energíacalorí- ejemplo, quecontieneun cuerpocaliente. ficasobrante el aire frío se pone Cuando Al entraren el intercambiador, un contactotérmicosimpleigualalas temperaturas de en contactotérmicocon el aireviciado,ya enfriadoy los dos cuerpos,un intercambiador Conforme avanza, el aireexterior de contracorrienteal finalde su camino. justoantesde procede zonascadavez máscalientes; a intercambiarlas. Unabombade calorlo hace atraviesa por que térmicocon el aúnmejor:extraecalorde un cuerpo estámásfrío salir,acabade calentarse contacto que el receptorde ese calor.¿Cómose lograntales aireinterior, queestáa 20oCy acabade entraren el transferencias? intercambiador. Paraque el calorfluya,a lo largodel recorrido se mantiene una diferencia de temperatura (alrededor Intercambiadores sale de contracorriente suficiente de 1 oC).Así,el aireexterior (entraal edificio) Enunintercambiador a 19oC. decontracorriente. latransferenciadel intercambiador parael térmicase realizapor contactoentredos fluidosque llustremos las ventajas de un intercambiador de 100metroscuadrados. Si circulanen sentidosopuestos, comoen los grandes casode un apartamento cadahorase reemplazan 250metroscúbicosde airea 20oCporairefrescoa 0 oCquea continuación se calienta, la potencia necesaria decaldeo esde 1,7kilowatt. quecaliente En cambio, con un intercambiador el aire mediante bastaconmenosde entrante el airesaliente, 90 watt(el consumo de unabombilla eléctrica).

l. las patasde las avesy las aletasde las focascontienen qüeoperancomointercambiadores vascularss sistemas de contracorriente. El calorde la sangrearterialcaldeala sangre yenosaqueregresa lo queevitaqueel organismo al corazón, sg enfrfeen exceso.

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Un intercambiador en las patas Los intercambiadores de contracorriente se emplean por muchoen la industria. En las centrales nucleares, ejemplo,se utilizanpara recuperar la energíacaloríficadel aguadel circuitoprimarioque atraviesa el y quees radiactiva. núcleodelreactor Existen también por ejemplo, en la naturaleza: en el sistemavascular de las focas,los delfinesy las avesde las regiones frías.Que la naturaleza hayaseleccionado el sistema revelala eficacia de contracorriente del mismo: en las queconducen avesárticas, lasarterias la sangrehacia las patasestánen contacto íntimocon las venasque regresan de ellas;se evitaasí que al cuerposuba sangrevenosafría. y enloshumanos, EnlosmamÍferos lasarteacuáticos riasdelosmiembros noafloran sinoenlasarticulaciones, Esas únicoslugares dondese puede"tomarel pulso". arteriasestánrodeadas a partirde de venasprofundas v Ct¡¡¡clt, 2007 lHvrsrcrcróru enero,

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q ild por un compresor, zonalría (izquierdal. Aspirado el vapor s e i n t r o d u ceen u n s e g u n di o n t e r c a m b i asdiot ur a d e on l a z o n ac a l i e n t ed.o n d es e l i c u a d ; e v u e l vaes íe l c a l o r e c i b i d o . o t o r n a l a z o n af r í a p o rm e d i od e u n Ellíquidp o r o d u c i dr e manorreductor.

lascualesla sangreregresaal co,azóncuandohacefrío Para un foco caliente a 20 oC y un foco frío a 0 oC, (si hacecalor,la sangrepasa por venassuperficiales).el rendimientoenergéticoes, pues, como mucho,igual a por20,o sea,casi15joules Cuandola sangreque circulapor nuestrasmanosse 293kelvin(200C)dividido por cadajuliode energía enfríahasta20 0C,al retornarpor las venasse calienta de energía térmicarecibida progresivamente por contactocon las arteriashastalos eléctrica lasimperfecciones suministrada. Enla práctica, 37 oC habituales. no permitenalcanzar el rendimiento de los dispositivos

por una bomba máximo: energético el caloraportado La proezade la bomba de calor de calores sólocuatrovecesmayorque la energía La bombade calor realizatoda una hazaña:extraecalor consumida. Pero,a títulode comparación, recordemos no de un foco más caliente,sino de un foco más frío. que un jouledisipado de unaestufa en la resistencia Operasegúnel mismoprincipioque los frigoríficos. En eléctrica aportasóloun únicojoulede caldeo. la zonade dondese deseaeliminarcalor(la atmósfera, Dadoquela eficacia de unabombade calores tanto por ejemplo),se haceque un líquidose evaporebom- mayorcuantomenores la diferencia entrelastemperay el focofrí0,parecepreferible beándolo a bajapresión. Paraello,absorbeunacantidad turasdel fococaliente importantede calor:el calor latentede vaporización. tomarel calordel suelomásque de la atmósfera, A Estese extraemedianteun intercambiador en el medio variosmetros de profundidad, latemperatura varíaentre próximos frío (que se enfría más todavía):el aire exterior,por 100Cy 16oC,valores a los20oCdeseables por gas ejemplo.Aspirado un compresor, el se inyecta en unavivienda. Losintercambios entrela bombade en la parte a presióndel circuito.Esa compresiónlo calory el suelose hacenpor mediode un sistema quetransportan licuaen un segundointercambiador; la licuación libera de conductos subterráneos un líquido el calorlatenteantesabsorbido. El líquidoasí formado calorífero, una mezclade aguay glicol,por ejemplo. retorna,a travésde un manorreductor, a la zona de Comola bombade calores una suertede frigorífico queenfríael exterior, puedenconstruirse que bajapresión.El ciclose reinicia. bombas porellode enfriar La transferencia de calorse hace,pues,desdeel frío operen en ambossentidos, capaces haciael calor.¿A qué precio?El únicogastoenergético el interior. Duranteel verano,la bombaextraeenerque corresponde a la energíade alimentación del compresor. gíacalorífica de la casaparacederla al subsuelo, El segundoprincipiode la termodinámica imponela se calienta algunosgrados(unos5 oC).Esecalorse que energíamínimaquedebesuministrarse: la relación entre difundetan lentamente alrededor de las tuberías el calorrecibidopor la casa y la energíasuministrada permanece en las proximidades durantemeses.Si se (eléctrica) es inferioral cocienteentre la temperatura tomala precaución de espaciar los tubosenterrados parano perturbar absoluta(es decir,medidaen kelvin)del foco caliente lo necesario el equilibrio térmicodel (la casa) y la diferenciade las temperaturas de los subsuelo, se lograalmacenar calorduranteel verano paragastarlo focosfrío y caliente. en invierno. y CrENctA, lruvrslcncró¡¡ enero, 2007

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Loslogaritmos deBriggs Briggsse basóúnicamente HenryBriggscruza paradefinirsuslogaritmos, leranode 1615.El matemático Bretaña Hace mesescayóen en operaciones algebraicas. Gran en diligencia. Su métodoradicaen un \ t de números Mirificilogarithmo- ingenioso trucoparacalcularlogaritmos Y susmanosel reciénpublicado rumcanonisdescriptio a la unidad. de JohnNapier. Supoentonces muycercanos quese hallaba la raízcuadrada calculando de 10, anteunaobrade importancia histórica. Briggscomienza y asísucesivamente Ha escritovariascartasal autordel tratado,alabando luegola raízcuadrada delresultado, Hoyse pueden hacerestasoperaciones su trabajoy proponiendo mejoras. Napierestá hasta54veces. algunas de bolsillo en unospocossegunde acuerdo conellas,peroa sus65 añosno se ve con con unacalculadora fuerzasparallevarlasa cabo.Briggs,catedrático del Gresham College de Londres, dondeañosdespués se originaría la RoyalSociety, se dirigehaciaEdimburgo ¿1&ITltM'f Icá E róD paraconoceral maestro. i$.t Dlrffi ttlrr*báíRa¡úL N onm n ahx.lle/4 Llegaconbastante retraso a la cita.Llamaa la puerta r !¡lr¡,rtffo,rd¡tz¡llrt¡d8lt r+ y,segúnWilliam de la casade Napier Lilly,losdoshomei r 27tr,¡91rcrolSgrrtEort,¡4lc4rt¡ brespasanmásde un cuartode horacontemplándose y sin pronunciar palabra. con admiración Finalmente, Briggsdice:"Señor, he realizado estelargoviajeconel propósito porquésuerte y conocer deverosen persona 8fte9:,¡¡r¡4,8¡r,¡qt4rt7,t',@t,\9r loroctgo,ózt de ingenioo inteligencia vinisteis a ser el primeroen 9]rco1;,ozll+rrf44drrflt6ó1ó7or6rrt lolotg¡rltt¡ oo2r, r+8¡2t29 ! ¡ r,zrrÍ+.ólür,rt67 tt concebir lo,o
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l. Las54 raícescuadradas sucesivas de 10. tal y comoaparecen en la Arithnetica.

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cy¡'b¡:ts uni¡r¡i ( tzz*,9r193,xo3a,3¡1r d, ¡ ]Nor'tf¡nific:li;.: ¡rll .¡,rinrlcci:n dos, pulsandola teclaraíz54 veces.Si su calculadora ---' td'tttll¡l't' precisión, no tienesuficiente veráque el resultado final jpt n; o. l -¡ yj r¡ r t-,'r y r : ; , r : 9 r S , : i c r r , r S r ¡ S5l N o : t i ¡ r ; i " r r i t r '-¡ " ' f t ( i ! : r u ' \ r i t l i c : r n ( g : t ' t i $ i f ' in h5't:itlrr:ir es 1. Sin embargo,el valor real no es exactamente la ' rrr'cc;:ncrr'l:'r:s \íji.r¡ísr!,r3i¡',sca ' - ' 't ,1:iií,:::""' unidad.Briggsrealizóel cálculocon30 cifrasdecimales, tal y como vemosen la figura1, tomadade la Arith2 . L a r e g l ad e o r od e B r i g gas p l i c a daal c á l c u ldoe l o g , ' o ( e ) . metica.El últimonúmeroes un 1 seguidode 16 ceros de v de 14 cifrasmás. Es en realidadla raíz 254-ava puestoque extraeruna raízcuadradaes logaritmode cualquiernúmero suficientementepróximo ig, 9 lgrrzs+, a dividirentredos el exponente que fueranextremaequivalente de una a 1. El problema es que necesitaba potencia: l¡ la columnade la izquierda damentepróximosa 1, más en concreto, que fueranun V10n=1gnt2. de la tabla se muestranlas raíces;en la de la dere- 1 seguido de 15 cerosdecimales. Estaes unalimitación cha,Briggsescribelos exponentes correspondientes, la ideade Briggsfue "llevar" es considerable. Sin embargo, decir,los logaritmos de los númerosde la izquierda. númerohacialas proximidades Si cualquier de la unidad en la columnade la izquierdacada númeroes la raíz calculando raícescuadradas, igualque habíahechocon cuadrada del anterior, pero encontrómuchos en la columnade la derechacada el 10. Es una tareaformidable, puestoque trucospara hacerlamás viable.Por ejemplo,para calnúmeroo logaritmo es la mitaddel anterior, así cambianlos exponentes cuandose extraela raíz cularel logaritmo de 2, primerolo elevóa la décima potencia,cuyo resultadoes 1024,y luegolo dividió cuadradade una potencia. Los últimosnúmerosde la tablatienenuna curiosa por 1000,obteniendo 1,024.Con ello,le bastócalcular propiedad: paraobtener1 y 15 cerosdespués si nos olvidamosdel 1 y sólo atendemos a 47 raícescuadradas la partedecimal,vemosque el últimonúmeroes exac- de la comadecimal.Desouésde esos 15 cerosobtuvo tamentela mitaddel penúltimo, a pesarde que aquél 16851605705394977. Aplicando la reglade oro,calculó es la raíz cuadradade éste.En notaciónmoderna: el logaritmo I de estenúmeroy luegodeshizotodaslas operaciones en el campode los logaritmos: multiplicó .I1 +s=1+9 L por 2+zpara "deshacer" las 47 raícescuadradas, al 2 resultado le sumó3, que es el logaritmo de 1000,y el Comovemosen estafórmula,la partedecimale de un resultado lo dividióentre10 oara"deshacer" la ootencia númerocercanoa la unidadse divideentredos cuando inicial.Finalmente obtuvo: extraemos la raízcuadrada. Se trataen realidadde una = 0,301029995663981 Hoy sabemosque el erroren la fórmula aproximación. logro(2) 195 anteriores del ordende 12,queen el casode los últimos númerosde la tablade Briggsafectaprecisamente a la y, como puedencomprobarcon una calculadora sufipotente,las 18 cifrasque Briggsobtuvo trigésimacifradecimal cientemente Una vez convencido de que, en las cercaníasde la son exactas.Utilizandoestos trucosy otros métodos pudofinalmente unidad,númerosy logaritmosse comportanigual,se de interpolación, elaborar unatablacon puedenaplicarsimplesreglasde tres para obtenerel los logaritmos de los númerosenterosde 1 a 20.000 logaritmo de cualquier númerocercanoa 1. Parahacerlo y de 90.000a 100.000, que ha sidoutilizada por ciende forma sistemática, Briggscalculóel logaritmode tíficose ingenieros durantelos últimoscuatrosiglos 1 + 10-16,es decir,de un 1 seguidode la coma de- para realizartoda clasede cálculos.Puedenencontrar cimal,de 15 cerosy de un 1. La reglade tres,tal y en lnternetla Arithmetica completay anotadapor lan comola describeBriggs,se puedever en la figura2. En Bruce,de la Universidad de Adelaida.Los logaritmos realidad,lo que está haciendoBriggscon estasreglas tambiénsirvieronpara diseñarlas reglasde cálculo,a y CrENcrA de tres es utilizarla aproximación linealdellooaritmo. las que lruvesroRcrÉN dedicóun interesante que hoy escribimos: artículoel pasadomes de julio de 2006. El trabajode Napiery Briggses realmente impresiol o g , o (+1e ) = ¡ 1 ¿ nante.Aún más si se tiene en cuentaoue la notación decimalse habíaintroducido en Europaapenastreinta Si aplicamosesta fórmulaa la raíz 254-ava de 10, añosantes.(Napier fue unode los primeros en utilizarla podemosobtenerk dividiendoel últimonúmerode y propagarla.) A vecescreemosque en aquellaépoca la segundacolumnapor los decimales del últimode la el desarrollo científicoera muchomás lentoque en la primeracolumnade la figura1. Estoes lo que se hace actualidad. Sinembargo, el sigloxvttpuedeconsiderarse presentado en el pasajede la Arithmetrca en la figura2. "frenético" desdeel ountode vista científico. Mientras El resultadoes k = 0,43429448190325. Hoy sabemos Napiery Briggsdesarrollan los logaritmos, Keplerraque k es en realidadla derivadadel logaritmo y Galileodescribe en base cionaliza la astronomía el movimiento 10, es decir,k = loglo(e) = 1/ln('10), cuyovalores el en términosmatemáticos. Unoscincuenta añosdesoués por Briggscon unaexactitud calculado de 14 cifrasdeci- del encuentrode Napiery Briggs,Newtonconcibelos males.El númeroe, comoen el casode Napier,estaba Principia. Y en esta explosiónintelectual, una de las presente en loscálculos para todo el pensamiento de Briggssin quetampocofuera más importantes occidental, que tendríadespuésen la aquelencuentro consciente de la importancia en Edimburgo, en el veranode 1615, y la física. matemática fue sin dudadecisivo. Con la aproximación lineal,a la que Briggsllamóla regla de oro, podíacalcularmediantereglasde tres el parr@ seneca.fis. ucm.es

y CrENctA, lruvesrtcnctóru enero. 2007

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APLI ADA

MarkFischetti

RECICLADO DEPAPEL

puras Fibras gracias a lacolaboegúndistintas estimaciones, ya másdel ración recicla ciudadana el mundo 50 porcientodelpapelquegasta.Portodas plantas partessurgen de reciclado. Contodo,a causa de unapeculiaridad de lasfibrasde la madera, prescindir nuncapodremos de los árboles. La pulpavirgencontiene moléculas abundantes puentes de aguaquefacilitan la unión,mediante de quemantiene hidrógeno, trabadas lasfibrascontiguas cuando se transforman en papel.Perocadavezque y se secaen una unafibrase limpia,se destinta planta de reciclado, se recupera sóloel 80porciento YulinDeng,del Instituto de la trabazón, explica de Tecnología deGeorgia. Trascuatroo cincoreciclados,.E y se unafibraya no se trabacon luerzasuficiente convierte en desecho. parasalvar Losingenieros nopueden hacermucho física.Porellose concentran esa limitación en la reducción de fibras de los costosde reprocesado menosusadas. Unode los retosconsiste en depurarlos métodos de neutralización de "pegotes", procedentes el revoltijo de adhesivos de sellosde precintos, lomos o correos, etiquetas, cintasadhesivas, y un sinnúmero de publicaciones de otrosorígenes. Todaesamateria indeseable, muydeformable, escapa y atascala a los tamicesdestinados a capturarla por lo que se requiere maquinaria, unaetapade "cribado para fino",de granconsumo energético, La industria aprisionarla. buscaun procedimiento químico paradeshacer perono lo ha los pegotes, resuelto del todo.Partede la dificultad resideen minimizar la contaminación de las masasde agua queporsu partehay empleada en el reprocesado, z quedepurar y reutilizar. también máseficiente reduciría loscostes, Unaclasificación lo que aumentaría la demanda de papelreciclado y ahorraría espacioen los vertederos. Aunqueen algunosmunicipios separenel papel(en cartones y papelde prensa, porejemplo), la mayoría de los desechos lleganmezclados a loscentros derecogida. Alrededor de un 95 porcientose desenmarañan a mano,un trabajo muycaro.Hastahacepocono se han comenzado a vendermáquinas clasificadoras paramejorarlas lossensores automáticas; estánaún E en desarrollo. En la opiniónde Richard A. Venditti, t de la Universidad estatal de Carolina delNorte,una y alimentamaquinaria másrefinada ahorraría costes ría la líneade reprocesado conun flujode entrada más homogéneo, lo que reduciría el consumo de químicas, sustancias aguay energía. 92

(izquierda), 1. LA CELULOSA o fibravegetal,contieneabundantes mediantepuentesde moléculas de aguaque facilitanla trabazón, que mantiene hidrógeno, unidaslasfibrascontiguas cuandoéstas se aplastay rese prensanparaobtenerpapel.Con cadareciclado y rígidas,que dejan secalas fibrashastaque quedantan retorcidas parala lrabazón(derechal. Terminan de ofrecersuperficie suficiente convirtiéndose en residuos.

relativamente nuevos, AUTOMATICOS, 2. UNOSCLASIFICADORES parareducirel espesorde un fluio se sirvende brazosmecánicos formanunacapasobreunabanda de papelde desecho: (no se muestra). Hacesde luz visibley del transportadora infranojopróximoidentifican cadapiezapor su coloro brillo; haciala rampade recogida unoschorrosde aire la impulsan adecuada.

RECORTE DE COSTES: Lascalidades suoeriores de pulpareciclada requieren un númeromayorde etapasde hastael reprocesado; su costese elevaprogresivamente En general, el cartón de la pulpavirgende los árboles. de las cajasde cerealesy de zapatosobtenidode material reciclado es másbaratoque un producto similarobtenido y el papelde prensa de fibranueva.Lascajascorrugadas No hayahorrorealen el papelde cuestan algomenos. oficina.

peroaúnpuede La parlicipación es elevada, callejeros. propenden las menosal reciclado; mejorar. Loscolegios rápido, todavíamenos. Lospaísesen crecimiento empresas como máspapelde desecho comoChina,deseancomprar primabarata. materia

Lossensores de CLASIFICAR SOBRELA MARCHA: identifican máquinas clasificadoras automáticas las primeras sobretodoel colordel papelque pasapor unacinta por ejemplo, las bolsasde así separan, transportadora; papelmarróndel papelde fotocopiadora. Otrossensores Forestal HABITOS CIUDADANOS: Segúnla Asociación entreel blancoy negrodel papel y Papelera másrefinados distinguen estadounidense, en tornoal 86 porcientode los así comodiferencias de oficinay el del papelde prensa, tienenaccesoal reciclado a travésde residentes en EE.UU. de consumo. de artículos loscubosde basurade su domicilio o de los contenedores de lustreentreembalaies

{ PULPEADO I El papelde desecho se y pulveriza empapa en agua rotatorias mediante unascuchillas quelo lransforman en unalechada de fibrasvegetales.

3 . L A SO P E R A C I O N E S D E P U L P E A DdOe p e n d e n quese desea del producto El pulpeado, el obtener. y la depuración tamizado creanuna pastaaptapara cartónbasto.La pasta para blancay uniforme papelde oficinarequiere y blanqueo. flotación Algunas operaciones tienenlugaren fases en funcióndel distintas, estadodel papelde desecho.

fT ESPESADO del O El producto finoes aguaen cribado un 95porcientoy fibra en un 5 porciento. Unas el calandras expulsan porcompresión; líquido de creanasíla plancha "pastamecánica" que luegose secaaúnmás parapreparafla pafara líneade producción.

(lN-s 'Y

/I CBIBAGBUESA Z La lechadaoasaoor un rotatorio. Al fondocaen recipiente (arena las materias máspesadas y metales). Unabombade vacÍo alraelaspartículas másligeras haciacribasqueatrapan las (de impurezas de mayor tamaño de ancho) unospocosmilímetros comolosolásticos.

Materialñ eliminado

|NO E C B T B A DFO rJ Pordepresión se hacepasarel porcribas. material Lasfibras,menores quelasmoléculas de t¡ntay colarestantes, l^^ ta¡

^l'^t¡i^^^ñ dUdvttrodil,

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DEPURACION En unacentrífuga 't FLOTACION se invecta arre. losmate- al n lu lechada separan es pordensidad. Lastintas,lostintes,lós revestry lascolas,usualmente ¡ fibrassonmenos mientos a Ias se adhieren lsasquelosmate- hidrófobos, generaascendentes burbujas presenles; es aún espumante; porarriba. dasporun agente extraen por lasimpurezas se eliminan desespumado o poraspiración. químico compuesto Unsegundo flocula loscontaminantes menudos, lo ouefavorece su tendencia a la adhesión.

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Historia delaanatomía lnportancia delgrabado ZeRcI-moEnuNGEN- ANATOMIEuNo WRHRNEHMUNG IN DERFRÜHENNEUznn. Preparadopor Albert Schirrmeisteren colaboracióncon Mathias Pozsgai. Vittorio Klostermann; Frankfurt am Main, 2005. Art-.cs oB ANnrouÍR HuueNR y CrnucÍ¡. J. M. Bourgery y N. H. Jacob. Edición preparada por Jean-Marie Le Minor y Henri Sick. Taschen; Colonia. 2006.

T a anatomíahumana.ciencia que I-r estudia la constitucióny morfología del cuerpo, avanzó con las técnicas de disección y se propagó con el desarrollo de las artes de reproducción. Anatomía e ilustración han ido de la mano en el curso de la historia (Zergliederungen- Anatomie undWahrnehmungin der Frühen Neuzeit). Entre las obras más hermosas y logradas,el Traité complet de I'anatomie de l'homme, de J. M. Bourgery y N. H. Jacob. Obra monumental, in folio, consta de 2108 páginas de texto y 725 láminas con 3750 figuras. Durante tiempo la fuente principal del conocimiento anatómico advino de la disección de animales.Aunque no es cierto que uno de los primeros sistemáticos,Galeno (c. 130-c.200), médico griego que ejerció en Pérgamo y Roma y que tuvo una considerable influencia hasta el siglo xvI, no abriera cadáveres.Pesea todo, la anatomíade los simios le servía,creyó, de análogofiable. Galeno asociaba estructura y función, anatomía y fisiología, en sus múltiples escritos sobre huesos, músculos, vasos, nervios y órganos.Lejana todavíala histología, en su tiempo seguíavigente la famosa distinción de la zoología aristotélicasobre los últimos componentes u homeomerías. En la Edad Media, la única obra de anatomíarealmente digna de recibir tal nombre fue la de Mondino dei Luzzi escritaen I 3 19. En Anathomia, Mondino sigue a Galeno con aportaciones propias interesantes,observadas sobre diseccioneshumanas que había realizado en 1315. Los textos

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de anatomíadifundidos en el Medievo apenassi contenían ilustraciones y las escasasaducidas caían en un esquematismoingenuo. Con la invención de la imprenta por Johann Gensfleisch(Gutenberg) hacia 1450, el panoramase transformó. Entre los incunables figura la edición príncipe de la Anathomia de Mondino, impresaen 1478,reeditada en múltiples ocasiones,una de ellas comentadapor Berengario da Carpi, publicada en 1521. Berengario trabajó sobre cadávereshumanos.Otro incunable importante fiie la Anatomia sive historia corporis humani (1493), de AlessandroBenedetti,troquelador del lenguaje anatómico moderno y creador del anfiteatro de la Universidad de Padua. No pudieron, sin embargo, los médicos humanistas disfrutar con los dibujos anatómicos de Leonardo da Vinci, cuyas láminas manuscritasde una calidad científica extraordinaria no se publicarían hasta 1898. En 1543 apareció enBasllea De humani corporis fabrica, de Andrés Vesalio. Las limitaciones y deficiencias que el análisiscientífico de esta obra cumbre de la historia de la anatomía estádescubriendono empecensu eficacia radicalmente innovadora de la disciplina. En adelante,la anatomíase dividirá en prevesaliana y vesaliana, partición con un significado teórico por encima del sentido cronológico. Atiende a la estructura (partes constructivas, unitivas y órganos), pero Loshuesos de lospies.Dibulode Leonardo da Vinci.Windsor, RoyalLibrary, f o l i o1 9 0 l l r .

deja de lado la función. Pocos años despuésaparecióel tratado de Charles Estienne De dissectionepartium corporis humani, otra anatomíavaliosa, cuya elaboración, sin embargo, había iniciado en 1530. El sucesor de Vesalio en Padua, Realdo Colombo, publicó en 1559 una exitosa De re anatomica. Entre los discípulos de Colombo en Roma se contó el español Juan Valverde de Amusco, autor de una Historia de la composición del cuerpo humano (1556), cuya versión latina apareció diez años más tarde en Amberes.Las Vivae imagines partium corporis humani de Valverde introducen grabados en cobre, una técnica novedosa que permitía una precisión y una finura en las medias tintas imposibles de obtener con las xilografías; la técnica perduró hasta principios del siglo xx. Colombo y el español rectifican y completan descripciones vesalianas.En esa misma onda debe mencionarse la Historia anatomica humani corporis (1600), de André du Laurens,cuyas 26 láminas, espléndidas, están grabadas en cobre.

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lruvtsnenclóru YCrENctA, enero, 2007

Del siglo xvlt deben rescatarselas figuras de Julius Casseriuscon sus póstumasTabulaeanatomicae (1627), que reúne 97 láminas grabadas en cobre, y de Govert Bidloo, cuya Anatomia humani corporis (1685) contiene 105 láminas muy originales grabadas en cobre por Peter van Gunst, según dibujos de Gérard de Lairesse. En los años ochenta de ese siglo se desarrolló también la preparación del Atlas anatómico de Crisóstomo Martínez, que recoge el espíritu de la época al proponer una interpretación funcional de las estructuras anatómicas. Precedidas por la Neurographia (1685) de Raymond de Vieussens, en la centuria siguiente se asiste a una avalancha de monografías. Así, la Myotomia reformata (1724), de William Cowper, la Osteology(1728), de Alexander Monro, y, sobre todo, las Tabulae sceleti et musculorum corporis humani, impresas en Leyden en 1740, preparadas por Bernhard Siegfrid Weiss ('Albinus"). Se desprende del propio título que estaban consagradasa la osteología y la miología. Otros trabajos reseñables fueron los Icones anatomicae (17431756) de Albrecht von Haller, Vasorum lymphaticorum corporis humani historia (1787), monografía de Paolo Mascagni sobre los vasos linfáticos, y Tabulae nevrologicae (1794), de Antonio Scarpa.Sin que esa tendencia supongaabdicarde las anatomías generalesde observanciavesaliana,es decir, sin atender a la fisiología; por muestra, la Exposition anatomique de Ia structure du corps humain (1732), de Jacob Benignus Winslow. La introducción, en artes gráficas, de la litografía permitirá poner en manos de los médicos, a un precio asequible,atlas anatómicosde cierta ambición. Con ese propósito se presentael Traité complet de I'anatomie de l'homme comprenantla médecine opératoire par le Docteur J. M. Bourgery avec planches lithographiées d'aprés nature par N. H. Jacob, la obra más acabada de anatomía ilustrada del siglo xx. Asistimos a otro cambio más profundo, la búsqueda de puentescon la fisiología: "Sin la anatomía, la fisiología no es más que un tejido de fábulas más o menos ingeniosas, la cirugía carece de guía y la medicina se reduce a un empirismo ciego", declara Bourgery.

lruvesnenclóru YCtENctA, ene¡s, 2007

Jean Marc Bourgery 079'7-1849), natural de Orleans,asistió a los cursos de Jean Baptiste de Lamarck en el Museo de Historia Natural de París. antes de matricularse en la facultad de medicina. Terminada la carrera, ejerció su profesión durante algunos años entre los empleadosde fundiciones de cobre en el departamento de Aube, al tiempo que se introducía en el arte de la coloración de la madera. En 1827 volvió a París para doctorarse con una tesis sobre ligaduras circulares de los miembros. Dos años más tarde, publicó un útil Traité de petite chirurgle, de cierto éxito. En 1830, Bourgery inició su proyecto del Traité complet de l'anatomie de l'homme, al que dedicaría los años restantesde su vida. Consultó su plan con Georges Cuvier, profesor de historia natural en el Collége de France y de anatomía comparadaen el Museo de Historia Natural y, sobre todo, creador de la anatomía comparada y la paleontología de Vertebrados. Cuvier lo aprobó y le animó. La obra constaría de ocho volúmenes: los cinco primeros sobre anatomía descriptiva, el sexto y séptimo sobre anatomía y manual quirúrgicos, y el octavo sobre anatomía general y "filosófica". Aunque el trabajo se realizó fuera de las estructuras universitarias y académicas, puertas que siempre encontró cerradas, Bourgery contó con la ayuda de Cuvier, de Constant André Marie Duméril, Etienne Geoffroy Saint-Hilaire, Frangois Magendie, Henri Ducroy de Blainville y Mateo Orfila. No cayó en la comodidad de compilar la obra ajena. Antes bien, realizó múltiples observaciones personales meticulosas, apoyadas en disecciones y preparaciones anatómicas originales. Una tarea para la que contó con la ayuda de Tessier (miología), L. M. Hirschfeld (anatomía descriptiva) y C. Bernard (tracto olfatorio). La iconografía, láminas litografiadasdel natural, corrió a cargo de N. H. Jacob,quien había sido discípulo de Jacques Louis David. Apareció el tomo primero, sobre osteologíay artrología, en el curso del bienio 1831-1832.El tomo segundo, que vio la luz en 1834, está consagrado también al aparato locomotor o aparato de relación. Abarca una parte dedicada a la miología, donde incorpora músculos que ha descubierto y

sometea crítica, y otra a la aponeurologla.Desde1840,Bourgeryenvía primero a los ComptesRendus de l'AcadémiedesSciencesde Paris las personales que recogerá aportaciones el Traité. Sobreel sistemanervioso versa el tomo tercero,impresoen 1844,despuésdel cuarto que, dedicadoa la angiología,salidode tiros en y del tomo quinto,sobre 1835-1836, esplacnología, impresoen 1839. Tambiénprecedieron al tomo tercero los tomos sextoy séptimo,sobre anatomíaquirúrgica.En esosañosde 1839y 1840el métodoclínico-anatómico se encontrabaen su apogeo, coyuntura que se refleja en varias láminas.relacionadasdirectamente con elementosde anatomíapatológica. En 1854,años despuésde la muerte del autor, aparecióel tomo octavo,que exponela anatomíageneral y filosófica.Tiene un aspecto heterogéneoe inacabado."Lo que me propongo es plasmar,desde el punto de vista general del médico filósofo, el cuadro de la historia de la vida, con sus diversasmodificaciones de salud y enfermedad,tal como me pareceque se deducede los recientesprogresosde la ciencia de la organización."Bourgerydefine la anatomíageneralcomo el estudio especialde los tejidos,y la anatomía filosóficacomo la historiade las modificacionesque experimentala forma animal bajo la influencia de las causasfísicasy morales. -LUIS

ALONSo

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Opticamedieval (rHEOprrcs)or n.fllsnr IBNAL. K|TAB AL.MANA4R ANDTMAGES Hnwumr.BooxslV-V.ONREFLEcToN, por lbn aFHaytham, SEEN By REFLECIo¡{, vol.'l al-Hasan, (24 págs.en inglés+ 22. págs.de la introducción en árabe+ 402 págs.de la edicióndel textoárabe):Text, Concordance Tables. Vol.ll (297págs.en Introduclions, Diagrams, Appendices, Analytical Index, árabe):Apparatus, porAbdelhamid l. Sabra. TheNational Plates. Dirigido Councilfor Culture,Artsand Letters;Kuwait,2002. la continuación constituyen de fstos dosvolúmenes porA. l. Sabra,de la l- unaenormetareainiciada Universidad de Harvard,en 1983,con la publicación, en Kuwail,de unaedicióncríticade los tres primeros ("Optica')de lbn al-Haytham, fibrosdef Kitábal-ManáZir conocidoen la tradicióneuropeacomoAlhacén(965publicación c.1040). A la mencionada le siguió(Londres, 1989)unatraducción inglesaconsu correspondiente comentario de los tres libroscitados.El profesorSabra ha dedicadounagranpartede su laborde investigación no limitándose a la figurade lbn al-Haytham, a sus trabajosde carácteróptico(cf.,por ejemplo,Sabra, and Logic,Yariorum; Aldershot, 1994). Optics,Astronomy En estecampoun egipciocomoSabra(quenuncaha queridoadquirirla nacionalidad norteamericana, a pesar de habervividoen EstadosUnidosdurantela partemás productiva de su vida)ha sidoel grancontinuador de otrofamosoeruditoegipcio,MuglafáNa7if,autorde dos brilfantes volúmenes centrados en la Opticade lbn alque constituyen Haytham(Cairo,1942-43) el iniciode la invesligación seriay detalladaen tornoa la obrade este granautor,de origeniraquíaunqueafincado en Egipto, quefue, sin duda,el ópticomásimportante de todala EdadMedia. Tenemos aqulunaedicióncríticade los libros4 y 5, por introducciones acompañada textuales, apéndices e lndices.Tendremos aún que esperarhastadisponerde (6 y 7), así como la ediciónde los dos librosrestantes parapoderleerunatraducción inglesa, acompañada por el correspondiente comentario, del conjuntode la obra.La introducción textualaparece,en árabe,en las págs.3--20-(cifrasorientales) 1, aunque del volumen podemos leerun resumen en inglésen las págs.5-9 (ciÍrasoccidentales) del mismovolumen. Paracomprender queplanteapreparar las dificultades unaediciónde estétipo,bastaconseñalarqueSabraha utilizado tres manuscritos, conservados en bibliotecas de Estambul, de los que sólodos conlienenel textoíntegrode los geométricos que lbn dos libros,perono losdiagramas aFHaytham incluyeen su libro5. La totalidadde estos que,como no apareceen el tercermanuscrito, diagramas hemosdicho,es incompleto. Porestarazón,Sabraha recuperado los dibujosquefaltabana partirdel Tanqill ('Revisiónde la Optica')de Kamálal-Din al-Manázir (m.1319).Existeasimismo al-Fárisi unatraducción latina por medieval atribuida impresa a Gerardo de Cremona, 1572,y conservada Risneren Basilea, en multitud de perono sirve,en estecaso,de granayuda manuscritos, ya que el textolat¡node los libros4-5 (no sucedelo mismoconlos libros1-3)no pareceser unalraducción,

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quecontiene numerosos sinomásbienun comentario que no parecenrelacionarse con el texto diagramas árabede lbn al-Haytham. El Tanqlhha sidouna granayudaparaSabra,quien ha utilizado, en su edicióndel textode lbn al-Haytham, por Kamálal-Dinde los pasajes la clasificación elaborada distingueenlremabáhith de Afhacén: ef comentarista y maqásid (proposiciones). (investigaciones) Estofacilita quetienemuy la lecturadel textode lbn al-Haytham, pocassubdivisiones. por último,la Sabraha editado, por Kamálal-DTn, descripción, del instrumento elaborada paramedirreflexiones por lbn al-Haytham diseñado y cónicos. cilíndricos en espejosplanos,esféricos, Estoresultaextraordinariamente útil,ya que lbn alno consideró necesario incluirun diagrama del Haytham quesl aparece instrumento, en el comentario de Kamál mencionado recibeel nombrede al-Din.El instrumento paraexperimentar) y resulta álatal-ictibár(instrumento del método interesante señalarquela largadescripción paraconstruirlo y utilizarlo va seguida, en el textode (libro4), por unaformulación lbn al-Haytham completa quepareceser el resullado de las leyesde la reflexión, (ictibe\,aunqueno se describen de fa "experimentación" relacionados con estetema. experimentos detallados Estapartees, en mi opinión, unade las más interesantes del libro4, a la quehayqueañadir,en detallado del llamado'problema el libro5, el análisis de Alhacén", en el que lbn al-Haytham demuestra su queconocemuybien competencia comomatemático las Cónicasde Apolonio: utilizando la formulación del propioSabra,el problema en hallarla posición consiste de un espejo del puntode reflexión sobrela superficie del ojo y del esféricoconvexo, dadaslas posiciones objetoreflejado, El problema se resuelvetambiénpara y paraespejoscilíndricos espejosesféricos cóncavos y cónicos,tantocóncavos comoconvexos. Resulta interesante señalarque lbn al-Haytham es uno mitad en la segunda de los escasos autoresquevivieron del xt cuyaobrafue conocida en del siglox o principios y resultóluego,graciasa las traducciones al-Andalus La accesible a los científicos europeos. árabo-latinas, fue la desconexión conOriente causade estefenómeno quetuvolugaren al-Andalus de la muertedel después ll (976).Probablemente la Opticade lbn califaaFflakam al-Haytham llegóa al-Andalus dadoel interésquesentía porellael granrey-matemático de Zaragoza al-Mu'taman recientes ibn Hüd(r. 108'l-85). Losestudios sobrela de estemonarcahan dadolugara obramatemática precisamente, sorprendente en relación, un resultado de Alhacén": lbn al-Haytham resuelve conel "problema recurriendo a dos lemas(muqaddimát) esteproblema geométricos. En 1942-43, NaZifdemostróque los dos lemasse podíanreducira unosoloy simplificar la de lbn al-Haytham, siendoseguido, a esle solución por Sabraen trabajospublicados respecto, en 1972y 1982.El textode al-Mu'taman eradesconocido entonces. que el matemático zaragozano Hogendijk ha demostrado la mismasimplificación a la quese refería descubrió Nazf a finesdel sigloxl. _JULIosAMsÓ

y CtENctA, 2007 lruv¡sletc¡ót'¡ enero,

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ONCOLOC GA I AN I N A , p o rD a v i Jd . W a t e r s y K a th l e en W ildasin Elestudio delcáncer enperros ofrece unaayuda única enlalucha contra laversión humana dela quesupone enfermedad, altiempo unamejora enelcuidado deestos animales domésticos.

A G UE A NM A R T pEo, rJ i mB e l l queagua Nuevas observaciones indican líquida parte planeta cubrió buena delasuperficie del rojo, quizá durante miles demillones deaños.

o rU L U ZS U P E R C 0 N TpI N RA o ,b eR r t.A l f a n o y tiempos Laluzdeláser supercontinua mide frecuencias con precisión. gobernar máxima Podría latransmisión óptica de datos a velocidades nunca igualadas.

A S U N T 0D S E P E S 0p, o r l a n R o b i n s o n queviene Hace másdeunsiglo definiéndose launidad elkilogramo, fundamental demasa, a partir deuncilindro Hallegado metálico. porunpatrón elmomento desustituir esteartefacto máspreciso propiedad basado enuna invariante delanaturaleza.

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