Investigación y ciencia 271 - Abril 1999

ESTRELLAS DE RAYOS X SUPERBLANDAS

EVOLUCION DE LAS AVES

INFORME ESPECIAL: ASTRONAVES DEL SIGLO XXI

9 770210 136004

0 0 2 7 1 CICLIDOS DE LOS LAGOS DE AFRICA ORIENTALABRIL 1999

800 PTA. 4,81 EURO

Estrellas de rayos X superblandas y supernovasPeter Kahabka, Edward P. J. van den Heuvel y Saul A. Rappaport

Por raro que parezca, las fuentes espaciales de rayos X de baja energase originan en sistemas solares en los que una enana blanca gira alrededorde una estrella mayor y ms corriente. Parece que aqulla va devorando a sta y, cuando se ha saturado hasta reventar, estalla de forma violenta convertidaen supernova del tipo Ia.

Hipertensin en los afroamericanosRichard S. Cooper, C. N. Rotimi y R. Ward

La hipertensin arterial constituye la principal causa de enfermedadentre los americanos de origen africano. Los habitantes de Africa occidental,sin embargo, presentan la menor prevalencia de hipertensin del planeta.Prejuicios e ideas preconcebidas sobre las razas distorsionan la comprensinde esta enfermedad.

Cclidos de los lagos de Africa orientalMelanie L. J. Stiassny y Axel Meyer

Estos bellos peces evolucionan a un ritmo sorprendente. Cientos de especies viven en slo tres lagos africanos, y muchas de ellas parecen haber surgidode la noche a la maana. Pero en la actualidad el uso que los seres humanoshacen de dichos ambientes amenaza con exterminar estos laboratorios vivientes,nicos para la investigacin en biologa evolutiva.

Factorizacin de nmeros grandesJohannes Buchmann

La seguridad de las codificaciones de datos se basa en la dificultad extremaque reviste la descomposicin en factores primos de nmeros con ms de ciencifras. Pero las tcnicas de factorizacin han experimentado grandes avances;por eso, los sistemas criptogrficos utilizados hoy quiz dejen de ser segurosen un maana prximo.

Las aves de Las HoyasJos Luis Sanz y Bernardino P. Prez-Moreno

Hace 120 millones de aos, el paisaje de la Serrana de Cuenca era muy distinto del que podemos contemplar hoy. Los pinares y sabinares que observamos era entonces una planicie salpicada de abundantes zonas hmedas. Desenterrando sus entraas los paleontlogos estn obteniendo informacin sobre las primeras fases de la historia evolutiva de las aves.

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Abril de 1999 Nmero 271

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Edicin espaola de

SECCIONES

4 HACE...

28 PERFILES

30 CIENCIAY SOCIEDAD

86 JUEGOSMATEMTICOS

Teselaciones en papiroflexia.

42 DE CERCA

84 TALLER Y LABORATORIO

88 NEXOS

90 LIBROS

96 IDEAS APLICADAS

Manchas solares.

Bsqueda de vida en el sistema solarBruce M. Jakosky

Desde la antigedad, el hombre ha imaginado formas de vida que pululabanpor el universo. La ciencia exige rigor y embridar la fantasa. Si la vidase desarroll tambin en otros planetas o satlites, cules seranlos lugares donde habra que buscar pruebas de existencia de organismosextraterrestres?

La va de salida al espacioTim Beardsley

La industria, la ciencia, la exploracin e incluso el turismo tienen los ojos puestos en el espacio exterior. La cuestin es cmo llegar all. Los vehculos espaciales todava son demasiado costosos y limitados como para alentaruna estampida hacia las estrellas. Los nuevos y atractivos conceptosdel transporte espacial, hoy en planificacin y pruebas, se sazonan conimpresiones y comentarios de quienes colaboran en el empeo.

AerorreactoresCharles R. McClintonCables espacialesRobert L. Forward y Robert P. HoytAutopistas de luzLeik N. MyraboVelas de luzHenry M. HarrisCohetes nucleares compactosJames R. PowellAlcanzar las estrellasStephanie D. Leifer

INVESTIGACION Y CIENCIADIRECTOR GENERAL Francisco Gracia GuillnEDICIONES Jos Mara Valderas, directorADMINISTRACIN Pilar Bronchal, directoraPRODUCCIN M.a Cruz Iglesias Capn Bernat Peso InfanteSECRETARA Purificacin Mayoral MartnezEDITA Prensa Cientfica, S. A. Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona (Espaa) Telfono 93 414 33 44 Telefax 93 414 54 13

SCIENTIFIC AMERICANEDITOR IN CHIEF John RennieBOARD OF EDITORS Michelle Press, Managing Editor; Philip M. Yam, News Editor; Ricki L. Rusting, Timothy M. Beardsley, David A. Schneider y Gary Stix, Associate Editors; W. Wayt Gibbs, Senior Writer; Kristin Leutwyler, On-Line Editor; Mark Alpert, Carol Ezzell, Alden M. Hayashi, Madhusree Mukerjee, George Musser, Sasha Nemecek y Glenn Zorpette, Editors; Marguerite Holloway, Steve Mirsky y Paul Wallich, Contributing EditorsPRODUCTION Richard SassoCHAIRMAN AND CHIEF EXECUTIVE OFFICER John J. HanleyCO-CHAIRMAN Rolf GrisebachPRESIDENT Joachim P. Rosler

PROCEDENCIADE LAS ILUSTRACIONES

Portada: Roberto Osti

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Fuente

Alfred T. KamajianBryan Christie; fuente: Peter Kahabka, Edward P.J. van den Heuvel y Saul A. Rappaport (arriba); Wolfgang Pietsch Rosat Team (abajo, izquierda); Sven Kohle (abajo, derecha)Alfred T. KamajianBryan Christie; fuente: Klaus Reinsch (izquierda) y StefanG. Schaeidt (derecha)Bryan Christie (arriba), AlfredT. Kamajian (abajo)Bryan Christie; fuente: Icko IbenDaniels & Daniels (arriba, izquierda), Johnny Johnson (arriba, derecha); Yoram Lehmann, Tompix, Jim Sugar Photography, Donna Binder y Christopher Smith (abajo, de izquierda a derecha)CC Studio/SPL/Photo Researchers, Inc.Johnny JohnsonTomo NarashimaJohnny JohnsonNegroes in the Bilge, grabado de Deroi, publicado por Engelmann, circa 1835 (lito) de Johann Moritz Rugendas (1802-1858) Stapleton Collection, U.K./Bridgeman Art Library, London/New YorkRoberto OstiAxel Meyer (micrografas); Melanie L. J. Stiassny (abajo, izquierda); Ad Konings (abajo, centro y derecha)Roberto OstiDmitry KrasnyHugh C. Williams, Univ. de Manitoba en Winnipeg (Canad)Hugh C. Williams (arriba) Johannes Buchmann/Spektrum der Wissenschaft (abajo)Johannes Buchmann/Spektrum der WissenschaftGerardo F. KurtzCortesa de ABC/Blanco y NegroGerardo F. Kurtz (abajo)Gerardo F. Kurtz, cortesa de ABC/Blanco y NegroCortesa de Bruce M. JakoskyCentro espacial Johnson, NASA (izquierda), J. W. Valley (derecha)JPL/NASA (arriba), Inst. de Ciencias del Telescopio Espacial (abajo)Slim FilmsCortesa de BoeingAlfred T. Kamajian; cortesa de Rotary Rocket Company (inserto)FDC/NYMA, Inc.NASA LANGLEY (arriba), Johann Rosario (abajo)Johann Rosario (arriba), AlfredT. KamajianLeik N. MyraboTom Moore y NASASlim FilmsLaurie GraceCortesa de Space AccessBob SaulsDana Berry y Robert ODellCortesa de Kistler AerospaceDon FoleyDaniels & DanielsMatt Colins (arriba), Dmitry Krasny

COLABORADORES DE ESTE NUMEROAsesoramiento y traduccin:

Juan Pedro Campos: Estrellas de rayos X superblandas y supernovas; Jos M. Valderas Martnez: Hipertensin en los afroamericanos y Nexos; Joandomnec Ros: Cclidos de los la-gos de Africa oriental; Diana Estvez: Factorizacin de nmeros grandes; Manuel Puigcerver: Bsqueda de vida en el sistema solar; Jos Meseguer: Aerorreactores y Cables espaciales; Juan Pedro Adrados: Autopistas de luz; Angel Garcimartn: Velas de luz y Perfiles;J. Vilardell: Cohetes nucleares compactos, Alcanzar las estrellas, Hace..., Taller y laboratorio e Ideas aplicadas; Luis Bou: Juegos matemticos.

Copyright 1999 Scientific American Inc., 415 Madison Av., New York N. Y. 10017.

Copyright 1999 Prensa Cientfica S. A. Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona (Espaa)Reservados todos los derechos. Prohibida la reproduccin en todo o en parte por ningn medio mecnico, fotogrfico o electrnico, as como cualquier clase de copia, reproduccin, registro o transmisin para uso pblico o privado, sin la previa autorizacin escrita del editor de la revista. El nombre y la marca comercial SCIENTIFIC AMERICAN, as como el logotipo correspondiente, son propiedad exclusiva de Scientific American, Inc., con cuya licencia se utilizan aqu.ISSN 0210136X Dep. legal: B. 38.999 76Filmacin y fotocromos reproducidos por Dos Digital, Zamora, 46-48, 6 planta, 3 puerta - 08005 BarcelonaImprime Rotocayfo, S.A. Ctra. de Caldes, km 3 - Santa Perptua de Mogoda (Barcelona)Printed in Spain - Impreso en Espaa

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Difusincontrolada

4 INVESTIGACIN Y CIENCIA, abril, 1999

...cincuenta aos

ANTES DE LA TECTNICA DE PLACAS. Frente a las costas de los continentes principales existen grandes ca-ones submarinos, pero no podemos dar una explicacin de su formacin a partir de los principios de la geologa clsica. Una sugerencia obvia es que fueron excavados por corrientes de agua cuando las laderas ocenicas emergan. Podran los glaciares del Perodo Glacial haber sido lo bastante grandes como para reducir los ocanos hasta el punto de amontonar agua en la tierra firme hasta una alturas de muchos miles de metros? La mayora de los gelogos lo dudan. Otra posibilidad es que los continentes y las cuencas ocenicas pudieran haber sufrido vastos corrimientos que expusieran los mrgenes a la erosin fluvial. Tales ideas podran re-clamar cambios radicales en conceptos geolgicos que se suponan inamovibles.

GUERRA A LA MALARIA. La Organizacin Mundial de la Salud, la Fundacin de Auxilio Internacional a la Infancia y la Organizacin de las Naciones Unidas para la Alimentacin y la Agricultura se disponen a lanzar una ofensiva a gran escala contra la malaria. Gracias al DDT se ha controlado la enfermedad. En Grecia han permanecido equipos de la OMS durante un ao, luchando contra la malaria con DDT y frmacos sintticos. A Birmania, Ceiln, India, Indonesia, Pakistn y Yugoslavia sern enviados equipos similares. En el sur de Grecia, los tres aos de tratamiento con DDT para erradicar los mosquitos transmisores han reducido la incidencia de la enfermedad desde un milln a 50.000 casos al ao a un costo de 30 centavos por ao y persona.

...cien aos

SUBMARINO PRIMITIVO. El inters general suscitado por las prestaciones del torpedero submarino Gustave Zd no guarda proporcin con el verdadero valor ofensivo

de este tipo de embarcacin. En la idea de un buque de guerra que pueda desplazarse sin ser visto por la profundidad del mar y causar al enemigo un impacto fatal inesperado hay algo que capta la fantasa popular. Sin embargo, el vicealmirante Dupont, conocido oficial de marina de gran experiencia, ha advertido que el pblico debera comprender que, en una guerra naval, los buques submarinos no tienen ms misin que hacer peligroso para el enemigo el bloqueo de los puertos aliados. Nuestra ilustracin muestra una seccin lon-gitudinal y una vista del buque en la costa de Toln, tras habrsele aadido una torreta de mando para la navegacin en superficie.

MICROBIO DEL CNCER. El Figaro, de Pars, anuncia que el doctor Bra ha descubierto el microbio del cncer y que hay razones para esperar que ese descubrimiento podra no tardar en desembocar en un remedio seguro para tan espantosa enfermedad. En su informe Bra se manifiesta discreto y prudente; avisa que pasarn meses antes de que sea posible hacer una declara-cin definitiva. S ha podido ya aislar y cultivar un parsito procedente de un tumor canceroso y, con su inoculacin, inducir cnceres en animales. El parsito, de tipo hongo, es el agente especfico del cncer. El doctor Bra lleva cuatro aos estudiando el origen de la enfermedad.

...ciento cincuenta aos

ACELERACIN DEL COMERCIO MUNDIAL. El buque Sea Witch, del capitn Robert Waterman, arribado a este puerto [Nueva York] la semana pasada procedente de Cantn, en el inslitamente corto espacio de 74 das y 14 horas, ha realizado, parece, una serie de travesas durante su camino de ida y vuelta, con una rapidez superior a las logradas hasta ahora por cualquier velero. Esas travesas equivalen a un viaje alrededor del mundo, que efectu en 194 das de navegacin.

MENTES EN RUINAS. El doctor W. H. Stokes, del Instituto Mount Hope para Dementes, afirma acerca de la locura moral: Otra fuente fecunda de trastornos mentales de esta especie parece en-contrarse en un indebido exceso en la lectura de los numerosos relatos novelsticos, que tanto han proliferado en la prensa durante los ltimos aos, y que tanto se han multiplicado por todas partes, con el efecto de viciar el gusto y corromper la moral de los jvenes. Los padres nunca sern demasiado cautelosos a la hora de preservar a sus jvenes hijas de esta perniciosa costumbre.

HACE...

El nuevo torpedero submarino Gustave Zd

Estrellas de rayos Xsuperblandas y supernovasAos atrs se descubra un nuevo tipo de estrellaque emita rayos X de una energa inslitamente baja.Ahora sabemos que se trata de enanas blancas,devoradoras de sus estrellas compaerashasta terminar por estallar

Peter Kahabka, Edward P. J. van den Heuvel y Saul A. Rappaport

Desde los aos treinta se sabe que las estrellas brillan por las reacciones de fusin nuclear que se producen en sus entraas. Sin ir ms lejos, en el ncleo del Sol se fusionan 600 millones de toneladas de hidrgeno por segundo para crear helio. El proceso libera energa en forma de rayos X y gamma, que se abren lento paso hacia el exterior a travs de espesas capas de gas. Para cuando la radiacin arriba a la superficie del astro se ha degradado en luz visible.

Pero hace poco se ha descubierto una nueva clase de estrellas en las que la fusin nuclear no se produce en las profundidades, sino en las capas exteriores, bajo la super-ficie mismo. Manifiestan ser enanas blancas estrellas densas, consumidas ya, agotado su combustible nuclear que giran alrededor de estrellas comunes. Las enanas roban gas de hidrgeno a sus compaeras, lo agregan a su propia superficie y reanudan la fusin. La consecuencia es un torrente de rayos X con un intervalo de longitudes de onda blandas, distintivo de tales estrellas, a las que se ha dado en llamar fuen-tes luminosas superblandas de rayos X. Por esa va, el peso de las enanas blancas aumenta hasta que llega un momento en que se vuelven inestables y, entonces, o se desploman convertidas en una estrella de neutrones ms densa o estallan.

Desde tiempo atrs se viene sugiriendo la hiptesis segn la cual la desestructu-racin de una enana blanca sera la causa de cierta explosin de supernova, la de tipo Ia. Gracias al descubrimiento de las fuentes superblandas se ha identificado una clase de sistema estelar que explosiona de idntica forma. Las supernovas del tipo Ia han adquirido inters por su funcin de candelas estndar brillantes para medir la lejana de galaxias remotas y, por ende, la velocidad de la expansin csmica. Buena parte de la pertinaz incertidumbre en las evaluaciones de la edad y de la velocidad de la expansin del universo guarda relacin con nuestro desconocimiento del origen de tales supernovas. En las fuentes superblandas podra esconderse el anhelado esla-bn perdido.

El captulo de las fuentes superblandas se abri con el lanzamiento del satlite de rayos X alemn ROSAT en 1990. Este observatorio orbital acometi el primer rastreo exhaustivo del cielo en las longitudes de onda de los rayos X blandos, una forma de radiacin electromagntica que cae entre la luz ultravioleta y los rayos X duros. Se trata de longitudes entre 50 y 1000 veces menores que las de la luz visible; la energa de sus fotones (la unidad que prefieren los astrnomos de rayos X) va de los 0,09 a los 2,5 kiloelectronvolts (keV). Los rayos X duros tienen energas de hasta unos cientos de keV. Con la excepcin del Observatorio Einstein de la NASA, que cubra el intervalo de energas entre los 0,2 y los 4,0 keV, los satlites que le haban precedido se haban centrado en los rayos X duros.

1. UN DAVID Y UN GOLIAT ESTELARES trenzan un sistema binario simbitico: una enana blanca y una estrella gigante roja, en rbita una alrededor de otra. La enana, con su intensa gravedad, va engullendo las capas exteriores de la gigante. El gas hurtado termina en un disco de acrecin que rodea a la enana, hasta que acaba por asentarse en su superfi-cie, donde puede encender la fusin nuclear y generar abundante cantidad de rayos X de baja energa.


Muy pronto, el equipo del ROSAT, dirigido por Joa-chim Trmper, se fij en ciertos objetos peculiares de la Gran Nube de Magallanes, galaxia satlite de la Va Lctea. Emitan rayos X a una velocidad prodigiosa de 5000 a 20.000 veces la generacin total de energa por el Sol y, sin embargo, su espectro era inesperadamente blando. Las fuentes de rayos X acostumbran generar espectros duros, con el pico de energa entre 1 y 20 keV, producidos por gases a temperaturas de 10 a 100 millones de kelvins. Esas fuentes de rayos X duros son estrellas de neutrones y agujeros negros que estn devorando a sus compaeras estelares. Pero los espectros blandos de las nuevas estrellas cuyos fotones tenan energas de una centsima de los de esas otras fuentes de rayos X indicaban que sus temperaturas eran de slo unos cientos de miles de kelvins. En una imagen de rayos X coloreada se las ve rojas, mientras que las fuentes de rayos X clsicas salen azules.

La culpa de no haber reconocido en las fuentes superblandas una clase distinta de estrellas hemos de achacarla a los detectores de rayos X hasta entonces empleados, menos sensibles a las energas bajas. Tras los hallazgos del ROSAT, se removieron los archivos y se comprob que se haban descubierto ya dos fuentes haca diez aos. Fue con el Observatorio Einstein y las hall el equipo de Knox S. Long. Con los nombres de CAL 83 y CAL 87, estaban clasificadas en la misma categora que otras fuentes intensas de la Gran Nube de Magallanes, aunque los astrnomos notaron que mostraban unos espectros inslitamente blandos.

Por entonces, el grupo de Anne P. Cowley lanz la idea de que CAL 83 y 87 pudieran ser agujeros negros en acrecin, cuyo espectro es a menudo ms blando que el obtenido de estrellas de neutrones. Al descubrirse, en los aos ochenta, estrellas dbiles en ambas fuentes la sospecha arraig. El brillo de las

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

2,50 1,25LONGITUD DE ONDA (NANOMETROS)

0,83 0,62 0,50

ENERGIA (KILOELECTRON VOLTS)

FUENTE SUPERBLANDA DE RAYOS X

FUENTE DE RAYOS X DUROS

RENDIMIENTODEL DETECTOR

ESPECTROINFERIDODE LA FUENTE

ESPECTRODETECTADO

3 x

10 5 G

RADOS

RENDIMIENTODEL DETECTOR

CORTE DEBIDOAL GASINTERESTELAR

ESPECTROINFERIDODE LA FUENTE

ESPECTRODETECTADO

3 x 107 GRAD

OS

3. IMAGEN DE RAYOS X COLOREADA (a la izquierda) para ilustrar cmo vera quien tuviese ojos de rayos X una minigalaxia cercana, la Gran Nube de Magallanes. El color rojo indica una radiacin de una energa menor (o, lo que es equivalente, una longitud de onda mayor); el azul significa una energa mayor (una longitud de onda menor). Las fuentes superblandas destacan como puntos rojos o

naranjas, mientras que las de rayos X duros salen azules. La estrella superblanda CAL 87 parece verde porque una nube interpuesta de hidrgeno altera su verdadero color. (Algunos puntos rojos son, en realidad, estrellas de tipo solar presentes en primer plano.) La vista en rayos X difiere bastante de una fotografa ordinaria de la misma regin (a la derecha).

CAL 83

RXJ0513.9-6951

CAL 87

2. LAS FUENTES DURAS de rayos X se distinguen de las fuentes blandas por sus espectros, tal y como midi el observatorio ROSAT. Una fuente superblanda tpica (arriba) emite rayos X de una energa bastante baja, indicativa de una temperatura, poco elevada en comparacin, de 300.000 grados. Una fuente de rayos X duros (abajo) es cien veces ms caliente y emite, por ende, rayos X de gran energa. En ambos casos el espectro intrnseco de la fuente (curvas rojas) est distorsionado por la respuesta del detector del ROSAT (curvas grises) y por absorcin de gas interestelar.

estrellas oscilaba, signo revelador de la presencia de un sistema binario (donde una estrella gira alrededor de la otra). En el curso de una campaa internacional de observacin dirigida por Alan P. Smale, se hall en 1988 que el brillo de CAL 83 fluctuaba con un perodo de apenas ms de un da. Un proyecto similar, dirigido por Tim Naylor, obtuvo que el perodo de CAL 87 era de 11 horas. Esas estrellas compaeras visibles eran el combustible de los hipotticos agujeros negros. Pesaban, segn las diversas mediciones y suponiendo que todava no estaban esquilmadas, entre 1,2 y 2,5 veces lo que el Sol.

Pero las observaciones del ROSAT minaron la cre-dibilidad de la hiptesis. Las fuentes eran mucho ms fras que cualquier sistema con agujero negro. Adems, su brillo y temperatura revelaban su tamao. Por fsica bsica sabemos que cada unidad de rea de una superficie radia una cantidad de energa proporcional a la cuarta potencia de su temperatura. Dividiendo la emisin total de la estrella por esa cantidad se calcula su superficie y, suponiendo que sea esfrica, su dimetro. Resulta que los de CAL 83, CAL 87 y otras fuentes de la Nube de Magallanes miden entre 10.000 y 20.000 kilmetros, que es el tamao de una estrella enana blanca. Tales objetos multiplican, pues, 500 o 1000 veces el tamao de una estrella de neutrones o el del horizonte en el borde de un agujero negro cuya masa sea de orden estelar. Cuando Trmper habl de las fuentes superblandas en un congreso celebrado en el Instituto de Fsica Terica de Santa Brbara en enero de 1991, varios asistentes hicieron rpidamente este clculo, como quien dice, en la vuelta de la hoja.

Algunos participantes, Jonathan E. Grindlay entre ellos, sugirieron que las fuentes eran enanas blancas que emitan rayos X conforme rompan olas de gas contra su superficie, a la manera en que las fuentes de

rayos X duras se originan por acumulacin de materia sobre una estrella de neutrones o en un agujero negro. Trmper, Jochen Greiner, Gnther Hasinger, Nikolaos D. Kylafis y Kiriaki M. Xilouris se decantaron por estrellas de neutrones; propusieron que las fuentes eran estrellas de neutrones que haban acumulado una cubierta gaseosa de unos 10.000 kilmetros de espesor. En ambos enfo-ques la fuente de energa era, en ltima instancia, de tipo gravitatorio. La gravedad atraa la materia hacia la estrella enana o neutrnica; la energa del movimiento se converta en calor y radiacin durante las colisiones sobre la superficie estelar o dentro del gas.

Ambos modelos merecan un estudio ms hondo. Van den Heuvel y Rappaport, firmantes de este artculo, contando con Dipankar Bhattacharya, lo emprendieron de inmediato. No tardamos en ver que ninguno de los modelos vala. Las fuentes superblandas emiten una energa similar a las ms brillantes estrellas de neu-trones acumuladoras de materia en un sistema binario. Sin embargo, las colisiones del gas son, como proceso generador de energa, de 500 a 1000 veces ms efica-ces sobre las estrellas neutrnicas que sobre las enanas blancas: el efecto de la gravedad en la superficie de una estrella de neutrones es todas esas veces mayor. (Para cuerpos de la misma masa, la energa gravitatoria disponible es inversamente proporcional al radio del cuerpo.) As, para que una enana igualase la emisin de una estrella de neutrones haba de barrer materia de 500 a 1000 veces ms deprisa. Con un flujo de acumulacin tan frentico equivalente a varias veces la masa de la Tierra por ao el material que caera sera tan denso, que absorbera todos los rayos X.

La tesis de las estrellas de neutrones con cubiertas gaseosas no estaba exenta de problemas. Un envoltorio de gas enorme (ingente con respecto al radio de 10 kilmetros de la estrella de neutrones) sera inestable; o

INVESTIGACIN Y CIENCIA, abril, 1999 9

ENANABLANCA

ESTRELLADENEUTRO-NES AGUJERO

NEGROESTELAR20 KM

20 KM

ESTRELLADE NEUTRONES

VELOCIDADDE ESCAPE150.000 KM/S VELOCIDAD

DE ESCAPE300.000 KM/S

ENANABLANCA

TIERRA

SOL

13.000 KM

VELOCIDADDE ESCAPE6000 KM/S



4. LAS ESTRELLAS COMPACTAS tienen unas velocidades de escape enormes. Una enana blanca tpica (a la izquierda) encierra la masa del Sol en el volumen de un planeta como la Tierra. Para liberarse de su gravedad, un objeto ha de moverse a unos 6000 kilmetros por segundo; tal es, aproximadamente, la velocidad que un cuerpo que hiciera el viaje al revs que

cayese sobre la enana llevara en el momento del impacto. Estrellas ms densas de la misma masa, como las de neutrones (en el centro), retienen los cuerpos con fuerza incluso mayor. La estrella ms densa posible, un agujero negro, est definida por una superficie, u horizonte, cuya velocidad de escape es la de la luz (a la derecha).

se derrumbara o se dispersara en segundos o minutos. Pero CAL 83 y CAL 87 llevan brillando desde hace diez aos, por lo menos. Y la nebulosa de gas interestelar ionizado que rodea a CAL 83 tard decenas de miles de aos en crearse.

Tras semanas de analizar y evaluar modelos, ninguno de los cuales funcionaba, nos dimos cuenta de cul era la diferencia crucial entre la acumulacin de material sobre las estrellas de neutrones o en los agujeros negros y la acumulacin sobre las enanas blancas. Aqulla genera mucha ms energa que la fusin nuclear de la misma cantidad de hidrgeno, mientras que sta produce mucha menos. De la energa inherente a la masa (la famosa ecuacin de Einstein E = mc2), la fusin libera un 0,7 por ciento. Pero la acrecin sobre una estrella de neutrones libera ms de un 10 por ciento; en un agujero negro, antes de que el material desaparezca en l, hasta el 46 por ciento. Por contra, la acumulacin sobre una enana blanca, con su gravedad ms dbil, desprende slo un 0,01 por ciento de la energa inherente.

Por tanto, la fusin nuclear puede resultar en las enanas blancas ms potente que la acumulacin. Si el hidrgeno se acumulase en la superficie de una enana blanca y por alguna razn empezase a quemarse (es decir, a experimentar una fusin), se requerira slo al ao un 0,03 de la masa de la Tierra para generar la luminosidad de rayos X observada. Por ser menor la

densidad de la materia entrante, los rayos X podran escapar.

La combustin nuclear estable de la materia que cayese explicara el brillo paradjico de las fuentes superblandas. Pero, era realmente posible algo as? Aqu tuvimos suerte. Mientras buscbamos respuesta se present en Santa Brbara Kenichi Nomoto. Este pro-fesor de Tokyo haba intentado ya despejar ese mismo interrogante, mas para entender otro fenmeno, las ex-plosiones de nova, estallidos de mucha menor energa que las supernovas que hacen que la estrella brille de pronto 10.000 veces ms, si bien no la destruyen. Las novas se producen siempre en binarias cercanas formadas por una enana blanca y una estrella de tipo solar. Hasta el descubrimiento de las fuentes superblandas eran las nicas binarias ceidas que se conocan.

A lo largo de diez aos Nomoto y otros haban venido mejorando las simulaciones primerizas de Bo-hdan Paczynsky y de Anna Zytkow. Confirmaban sus anlisis que el hidrgeno asentado sobre la superficie


17,5

17,0

BRIL

LO V

ISUA

L(M

AGNI

TUD)

16,5

103

24 OCT. 1994

13 DIC. 1994

1 FEB.1995

23 MAR.1995

24 OCT. 1994

13 DIC. 1994

1 FEB.1995

23 MAR.1995

102

BRIL

LO D

E RA

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OR

SEG

UNDO

)

101

LOBULO DE ROCHE

5b

5. LA EMISION ALTERNA de la estrella superblanda RXJ0513.9-6951 es seal de que se encuentra entre dos mo-dos de comportamiento. Cuando brilla con luz visible (a la izquierda) su produccin de rayos X es baja (a la derecha), y viceversa. (Las cuentas inferiores de rayos X son lmites

superiores.) La estrella se halla en la frontera entre una fuente superblanda (que emitira slo rayos X) y una enana blanca rodeada por un gas espeso (que slo emitira luz visible). Las ligeras fluctuaciones de la velocidad de toma de gas hacen que la estrella pase de un comportamiento al otro.

6. EL CICLO VITAL de una estrella superblanda (secuen-cia de arriba) empieza en un sistema binario de estrellas desigual; termina en una explosin de supernova del tipo Ia. Segn la naturaleza de la estrella compaera, la fase superblanda adquirir, de entre tres formas posibles, una. Si la estrella en cuestin es ordinaria y la rbita ceida, rebosar de su lbulo de Roche y ceder el control de sus partes externas a la enana blanca. Se representa este caso en el quinto cuadro de la secuencia (5a). Los diagra-mas inferiores muestran las restantes posibilidades. Si la compaera es una estrella gigante roja de talla suficiente, desbordar tambin su lbulo de Roche (5b). Por ltimo, si es una gigante roja de menor tamao o con una rbita ms amplia, podra alimentar una fuente superblanda con sus fuertes vientos (5c). No todas las fuentes superblandas estallan, pero con las que lo hacen basta para explicar la frecuencia observada de supernovas.

poda entrar en combustin. El mecanismo seguido dependera de la tasa de acrecin; si baja, de menos de 0,003 masas terrestres por ao, la fusin ser es-pasmdica. El hidrgeno recin incorporado permanece pasivo, a menudo durante miles de aos, hasta que la masa acumulada supera determinado valor crtico; en ese momento se producir bruscamente la ignicin de la base del hidrgeno acumulado. La consiguiente ex-plosin termonuclear se ver como una nova.

Si la velocidad de acrecin es un poco mayor, la fusin ser cclica, pero no explosiva. Con el aumento de dicha velocidad, se ir acortando el intervalo entre ciclos de combustin hasta que, pasado determinado valor umbral, se establezca una combustin estable. Para las enanas blancas de masa solar, el umbral se fija en unas 0,03 masas terrestres al ao. En las simulaciones, la fusin genera exactamente la luminosidad de rayos X blandos observada en las fuentes superblandas.

Si el ritmo de acrecin es mayor, de unas 0,12 masas terrestre al ao, el gas que cae no se asentar sobre la superficie, sino que formar una envoltura extensa en torno a la enana. En la superficie proseguir la combus-tin incesante, pero la envoltura, espesa, degradar los rayos X y los convertir en luz ultravioleta y visible. A tenor de recientes clculos, la radiacin alcanza tal intensidad, que ejerce una presin centrfuga sobre el gas de la envoltura, provocando que una parte de sta se aleje de la estrella en forma de viento estelar.

Si la velocidad de acrecin es de unas 0,12 masas terrestres al ao, el sistema podr alternar entre una fase de rayos X y otra visible. Tal es el comportamiento manifestado por la fuente superblanda RXJ0513.9-6951, descubierta por Stefan G. Schaeidt. Desprende rayos X durante semanas y descansa varios meses. Esta emisin alternante desconcert a los astrnomos. Hasta que en 1996 el equipo oxoniense de Karen A. Southwell se percat de que la estrella visible asociada a esta fuente fluctuaba tambin. Cuando la estrella visible es dbil, la fuente de rayos X luce, y al revs. El sistema posee, adems, dos chorros veloces de materia que manan en direcciones opuestas a una velocidad estimada de 4000 o 6000 kilmetros. Son los chorros habituales cuando un disco de acrecin vierte ms materia en la estrella de la que sta puede absorber. Lo que sobra sale despedido en sentido perpendicular al disco, por donde no hay materia que caiga y lo bloquee. Se es-pera que la velocidad a la que mana el chorro sea la misma que la de escape de la superficie de la estrella. En RXJ0513.9-6951 la velocidad inferida casi es igual a la de escape de una enana blanca, en confirmacin de la naturaleza de enana blanca que atribuimos a las fuentes superblandas.

No todos los sistemas binarios pueden aportar mate-rial a la velocidad necesaria para producir una fuente superblanda. Si la estrella compaera tiene una masa menor que la enana blanca, fenmeno caracterstico de


DISCODE ACUMULACION ESTRELLA COMPAERA VIENTO SOLAR

ENANA BLANCA5c

Par de estrellascorrientes quequeman hidrge noen su nucleo

Una agota elcombustible delncleo; se vuelvegigante roja

La rbita se estre-cha; la giganteenvuelve a laotra estrella

La gigante sedesprende de suscapas exteriores;se convierte enenana blanca

La enana robagas a la otraestrella; emiterayos X blandos

La enanaalcanza la masacrtica; estalla

1 2 3 4 5a 6

sistemas productores de novas, no podr caer materia a ms de 0,03 masas terrestres al ao. Este lmite viene impuesto por la ley de conservacin del momento an-gular orbital. Conforme la compaera pequea pierde masa, su rbita se ensancha y la velocidad del flujo se estabiliza.

Para que el ritmo de acrecin sea ms clere, la estrella donante ha de tener una masa mayor que la enana. La conservacin del momento angular har entonces que la rbita se contraiga a causa de la transferencia de masas. Las estrellas se acercarn tanto, que se produ-cir un tira y afloja gravitatorio por el control de las capas externas de la donante. El material incluido en el lbulo de Roche seguir dominado por la gravedad de la donante; la enana se llevar el que trascienda esa zona. Pervertida, la donante da alas a su propia destruccin. Mientras pierde masa por la superficie, la cantidad de energa que la fusin genera en el ncleo apenas vara. El continuo calentamiento desde abajo ejerce una presin sobre las capas exteriores y se res-taura la forma de la estrella. Esta presin reemplaza la materia robada por la enana. La situacin slo se estabilizar cuando el ncleo sienta los efectos de la prdida de masa. Para una estrella que tuviese en un principio dos masas solares, la vuelta al equilibrio y por tanto el final de la emisin superblanda slo se producir siete millones de aos despus del comienzo del saqueo. Para entonces la estrella se habr quedado en una quinta parte de su masa inicial, transformada en la menor del sistema. La tasa media de acrecin era de unas 0,04 masas terrestres al ao.

Al hilo de esta argumentacin, predijimos en 1991 que muchas fuentes superblandas seran enanas blancas que describan rbitas ceidas (con perodos de menos de unos cuantos das) alrededor de una estrella compaera cuya masa original fuera de 1,2 a 2,5 masas solares. Y

CAL 83 y 87 son, en efecto, dos sistemas as. Desde 1992 se han medido los perodos orbitales de otras cuatro fuentes superblandas; ninguno pasaba de unos pocos das. La explicacin podra aplicarse tambin a una clase de sistemas binarios similares a las novas, las estrellas V Sagittae, cuyo brillo oscilante sigue dejando perplejos a los astrnomos desde principios de siglo. En 1998, el equipo de Joseph Patterson, por un lado, y Joo E. Steiner y Marcos P. Daz, por otro, mostraron que el prototipo de esta clase presentaba la masa y el perodo orbitales apropiados.

Hay otro grupo ms de estrellas que podra dar lugar a fuentes superblandas: las binarias simbiticas. En stas, la enana blanca describe una rbita amplia alrededor de una estrella gigante roja. Las gigantes ro-jas se hallan prestas a donar materia. Hinchadas por la edad, la gravedad reinante en su superficie es bastante dbil; descargan materia en forma de grandes vientos estelares. En 1994 Kahabka, coautor de este artculo, Hasinger y Wolfgang Pietsch descubrieron una binaria simbitica superblanda en la Pequea Nube de Maga-llanes, galaxia tambin satlite de la Va Lctea. Desde entonces se han encontrado media docena ms.

Cuesta reconocer ciertas fuentes superblandas porque su velocidad de acrecin vara con el tiempo. Una fuente de nuestra galaxia alterna entre la emisin de rayos X y la de luz visible con un ciclo de 40 aos, segn podemos confirmar en los archivos de placas fotogr-ficas. Hay objetos, Nova Muscae 1983 y Nova Cygni 1992 por ejemplo, que combinan un comportamiento de nova con una emisin superblanda; lo entenderemos si les asignamos un perodo de varios aos de poscom-bustin tranquila entre las erupciones.

Las masas que las fuentes superblandas de perodo orbital corto exigen a sus compaeras indican que nos


0,3

0,03

0,003

0,6 0,8 1,0 1,2 1,4MASA DE LA ENANA BLANCA (EN MASAS SOLARES)

RIT

MO

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)

COMBUSTION CONSTANTE,ENVOLTORIO GASEOSO, VIENTO

COMBUSTION CONSTANTE(FUENTES SUPERBLANDAS)

COMBUSTION CICLICA NO EXPLOSIVA

COMBUSTION CICLICA EXPLOSIVA(NOVAS)

7. EL ESTILO DE FUSION NUCLEAR seguido en la su-perficie de una enana blanca depender de la masa que tenga (eje horizontal) y de la velocidad con que devore a la estrella compaera (eje vertical). Si la tasa de acrecin es baja, la fusin (que los astrnomos, induciendo un tanto a

confusin, llaman combustin) ocurrir a golpes, suave o explosivamente; en caso contrario, ser continua. Esta gr-fica muestra que novas y fuentes superblandas, fenmenos antao considerados distintos, guardan, sin embargo, una relacin estrecha.

hallamos ante sistemas jvenes (en comparacin con la edad de nuestra galaxia). Las estrellas con esa masa inferida viven unos miles de millones de aos, como mucho, y se encuentran siempre en el joven plano central de la galaxia o cerca de l. Por desgracia, esa localizacin las sita en una regin rica en nubes in-terestelares que bloquean los rayos X blandos. De lo que se infiere que la poblacin observada sea slo la punta del iceberg. Extrapolando a partir del nmero conocido de fuentes superblandas, hemos calculado que el nmero total en nuestra galaxia es en todo momento de varios miles. Cada mil aos nacen unas y mueren otras, pocas en ambos procesos.

Qu pasa cuando fenecen? Con la fusin de la ma-teria que reciben de la compaera, crece la masa de la enana blanca. Podra llegar al lmite de Chandrasekhar de 1,4 masas solares, lo mximo que una enana blanca puede tener. Superada esa frontera, no bastan las fuer-zas cunticas que la sostienen. Segn cuales sean la composicin inicial y la masa de la enana caben dos resultados: el desplome engendrador de una estrella de neutrones o la destruccin en una explosin nuclear. Las enanas que carecen de carbono o que tenan en un principio ms de 1,1 masas solares se desploman. Los tericos Ramn Canal, Javier Labay, Jordi Isern, Stan E. Woosley, Frank Timmes, Hitoshi Yamaoka y Nomoto han analizado ese sino.

Las enanas blancas que no cumplen ninguno de esos criterios estallan, lisa y llanamente. Pueden ir amasando helio poco a poco hasta que llegan al lmite de Chan-drashekar y explotan. En un curso alternativo, la capa de helio alcanza prematuramente una masa crtica y genera su propia ignicin explosiva. En esta segunda hiptesis, las ondas de choque sacuden la estrella y producen la ignicin del carbono del ncleo. En cuanto empieza la combustin del carbono, se desencadena un proceso desbocado en el material, denso y sometido a tensin, de la enana. En unos segundos la estrella se convierte en nquel y otros elementos (silicio y hie-rro). En menos de un ao, el nquel dispersado por el espacio se desintegra radiactivamente en cobalto y, luego, en hierro.

Pero los astrnomos haban ya atribuido un tipo de explosin a la muerte de las enanas ricas en carbono: las supernovas del tipo Ia. El espectro de stas carece de toda seal de hidrgeno o de helio; se es uno de los factores que las distinguen de otros tipos de supernovas (Ib, Ic y II), creadas seguramente por la implosin y subsiguiente explosin de estrellas dotadas de gran masa. Se cree que las supernovas del tipo Ia constituyen una fuente principal de hierro y de los elementos de su familia, en el universo y en la Tierra.

Supernovas que se producen a razn de cuatro cada mil aos en galaxias como la nuestra.

Antes de que se descubriesen las fuentes superblandas se ignoraba la secuencia precisa de sucesos que engendraba las supernovas de tipo Ia. Se aducan ciertas estrellas simbiticas en particular las novas recurrentes o se apelaba a la unin en una de dos enanas blancas ricas en carbono. Esta segunda explicacin ha quedado en entredicho. Nunca se ha visto un sistema doble de enanas blancas con la masa y el perodo orbital nece-sarios. Los clculos recientes de Nomoto y Hadeyuki Saio han mostrado que una unin as sera demasiado pacfica para producir una explosin termonuclear. Las fuentes superblandas y otras enanas en cuya superficie se quema materia podran ser la solucin. El nmero de muertes de estas estrellas por unidad de tiempo viene a coincidir con el ritmo observado de aparicin de supernovas. La concordancia hace que las fuentes binarias luminosas de rayos X superblandas sean la primera clase de objetos slidamente identificados como candidatos para acabar su vida transformados en super-novas del tipo Ia.

Apoyados en esa conviccin, podra mejorarse la precisin de las mediciones cosmolgicas que se basan en tales supernovas para determinar las distancias. Toda la diferencia entre una conclusin sobre el origen y el destino del universo y otra opuesta a ella puede estribar en sutiles variaciones de brillo. Los cosmlogos siempre andan sospechando de que pequeos errores sistemti-cos fruto quiz de un conocimiento incompleto de las estrellas que acaban como supernovas reflejen variaciones reales. Pero queda todava por estudiar el efecto que los descubrimientos en torno a las fuentes superblandas puedan ejercer sobre la cosmologa.

Cuando se las detect por vez primera nadie imagi- naba que la investigacin ulterior terminara por unificar tantos fenmenos en una teora coherente. Lo que antao constitua un surtido abrumador de estrellas, novas y supernovas aparece hoy formando un conjunto de variantes de un sistema fundamental: una estrella comn en rbita alrededor de una enana blanca reanimada. Las cosas se entienden as mucho mejor en el universo.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA

LUMINOUS SUPERSOFT X-RAY SOURCES AS PROGENITORS OF TYPE IA SUPERNOVAE. Rosanne Di Stefano en Supersoft X-ray Sources, dirigido por Jochen Greiner. Springer-Verlag, 1996. Preprint disponible en xxx.lanl.gov/abs/astroph/9701199 en la World Wide Web.

LUMINOUS SUPERSOFT X-RAY SOURCES. P. Kahabka y E.P.J. van den Heuvel en Annual Review of Astronomy and As-trphysics, vol. 35, pgs. 69-100. Annual Reviews, 1997.

SNEIA: ON THE BINARY PROGENITORS AND EXPECTED STA-TISTICS. Pilar Ruiz-Lapuente, Ramn Canal y Andreas Burkert en Thermonuclear Supernovae, dirigido por Ramn Canal, Pilar Ruiz-Lapuente y Jordi Isern. Kluwer, 1997. Preprint disponible en xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/9609078 en la World Wide Web.

TYPE IA SUPERNOVAE: THEIR ORIGIN AND POSIBLE APPLICA-TIONS IN COSMOLOGY. Kenichi Nomoto, Koichi Iwamoto y Nobuhiro Kishimoto en Science, vol. 276, pginas. 1378-1382, 30 de mayo de 1997. Preprint disponible en xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/p706007 en la World Wide Web.


PETER KAHABKA, EDWARD P. J. VAN DEN HEUVEL y SAUL A. RAPPAPORT afirman que jams imaginaron que las enanas blancas encerrasen la llave de las fuentes superblandas. Por puro accidente se descubri que lo eran, en el curso de un seminario que Van den Heuvel y Rappaport haban organizado sobre estrellas de neutrones. Ms tarde se les uni Kahabka, que haba descubierto muchas de las fuentes superblandas mientras colaboraba en el equipo del ROSAT. Kahabka se halla adscrito al Instituto Astronmico de la Universidad de Amsterdam, que dirige Van den Heuvel. Rappaport ensea fsica en el Instituto de Tecnologa de Massachusetts.

Casi todos los norteamericanos experimentan, con los aos, un incremento persistente de la presin sangunea. Cerca de una cuarta parte rebasa el dintel de hipertensin, trmino con el que nos referimos a una elevacin crnica de la presin sangunea. Esta afeccin contribuye de forma silenciosa a la enfermedad cardaca, al ictus y a la insuficiencia renal; se la relaciona con unas 500.000 muertes anuales. La situacin es ms acuciante entre los afroamericanos: el 35 por ciento de ellos padece hipertensin. La afeccin, particularmente letal en esta poblacin, se halla implicada en el 20 por ciento de las muertes entre los negros, una cifra que dobla la de los blancos.

La explicacin al uso de esta disparidad entre negros y blancos atribuye a las personas de origen africano una proclividad intrnseca hacia la presin sangunea elevada, en virtud de una gentica vagamente definida. Semejante juicio, amn de no corresponderse con los datos observados, resulta inquietante. Deriva, en efecto, de una actitud ante las razas muy arraigada en la investigacin en salud pblica; prevencin que, a veces, lleva a interpretaciones reduccionistas, al destacar la importancia de los rasgos raciales o genticos. La raza se convierte en causa de la enferme-dad, cuando en realidad se trata de una caracterstica que engloba muchas


Hipertensinen los afroamericanos

Richard S. Cooper, C. N. Rotimi y R. Ward


otras variables que influyen en el desarrollo de la enfermedad, como por ejemplo las relacionadas con el nivel socioeconmico.

Estamos convencidos de que la superacin de las hiptesis habituales relativas a la raza proporcionara un enfoque ms fructfero para entender la elevada prevalencia de hipertensin entre los afroamericanos. La hipertensin es un resultado al que se puede lle-gar por distintas vas: complejas interacciones entre factores externos (estrs o dieta), fisiologa interna (sistemas biolgicos que regulan la presin sangunea) y genes implicados en la regulacin de la presin de la sangre. Cuando se conozcan las interacciones entre estos tres elementos del modelo, comprenderemos los mecanismos por los que se desarrolla un aumento persistente de la tensin arterial. Los investigadores podrn luego replantearse con mayor xito la cues-

tin de la alta prevalencia de este trastorno entre los afroamericanos y alcanzar mejores tratamientos para todos los pacientes.

Para descubrir la importancia proporcional de los diferentes factores ambientales, se podra mantener constante el acervo gnico de una poblacin y observar las variaciones de sus condiciones de vida o de su comportamiento en entornos distintos. No se puede llevar a cabo este tipo de experimento en con-

EE.UU.

(MEDIO U

RBANO)

BARBAD

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URBANO

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1. LA INCIDENCIA DE LA HIPERTENSION se ha estu-diado en africanos y en norteamericanos y caribes descen-dientes de africanos. Se observa un progresivo descenso de la proporcin de hipertensos desde los EE.UU., a travs del Atlntico y hasta Africa (grfico). La mxima diferencia se dio entre afroamericanos de medio urbano (abajo, a la de-recha) y nigerianos de entorno rural (abajo, a la izquierda). Los hallazgos indican que la hipertensin puede ser, en buena medida, una enfermedad de la vida moderna y que los genes no bastan por s solos para explicar la cifra de hipertensos entre afroamericanos.

De la hipertensin arterial comn entre los americanos de origen africano suele culparse a los genes. Ocurre, sin embargo, que, en

Africa, tal hipertensin no se da. Nos encontramos ante un ejemplo ptimo de interaccin entre genoma y entorno


diciones ideales, sobre todo, porque un gran nmero de americanos pre-senta, cuando menos uno, y frecuen-temente varios, de los factores y las conductas de riesgo de la hipertensin: el sobrepeso, la dieta rica en sal, el estrs psicolgico de larga duracin, la inactividad fsica y el consumo excesivo de alcohol. Se puede estable-cer una analoga con la identificacin de las causas de cncer de pulmn en una sociedad en la que todo el mundo fuma. Sin un grupo de control formado por personas que no fumen, los investigadores nunca sabrn que el tabaco contribuye de forma deter-minante al cncer de pulmn.

Una solucin a este problema podra pasar por volver a Africa. En 1991, comenzamos un proyecto de investigacin centrado en la dispo ra, la emigracin forzada de africanos occidentales ocurrida entre los si-glos XVI y XIX. En este vergonzoso captulo de la historia, los trafican-tes europeos de esclavos compraron y capturaron en la costa occidental de Africa diez millones de personas y las transportaron al Caribe y al continente americano, donde gradual-mente se mezclaron con europeos y americanos nativos. Hoy en da sus

descendientes habitan todo el hemis-ferio occidental.

Desde hace tiempo se sabe que la prevalencia de la hipertensin en las zonas rurales de Africa occidental es la menor del mundo, si dejamos de lado ciertos enclaves de la cuenca amaznica y del Pacfico Sur. Los norteamericanos y britnicos des-cendientes de africanos occidentales, por contra, presentan una llamativa prevalencia, de las ms altas del mundo. Esta discrepancia apunta a factores ambientales o conductuales, ms que a factores genticos, como causa fundamental del incremento de la tendencia a la hipertensin.

Para determinar las causas de hipertensin en estas poblaciones, instalamos centros de estudio en comunidades de Nigeria, Camern, Zimbabwe, Santa Luca, Barbados, Jamaica y los EE.UU. Con el pro-yecto en marcha, centramos nuestra atencin en Nigeria, Jamaica y los EE.UU. Consideramos que los tres pases nos permitiran, en cierta me-dida, captar los efectos mdicos del desplazamiento de los africanos desde sus pases de origen hacia occidente. Seleccionamos de forma aleatoria in-dividuos de cada uno de esos sitios para determinar la prevalencia general

de la hipertensin y de sus factores de riesgo (dieta rica en sal, obesidad o inactividad fsica).

Como era de esperar, se obser-varon importantes diferencias entre estas tres sociedades. En Nigeria se estudi, con la colaboracin de la fa-cultad de medicina de la Universidad de Ibadan, una comunidad rural del distrito de Igbo-Ora. La poligamia es all una prctica frecuente y las familias son grandes y complejas; las mujeres tienen una media de cinco hijos. Los habitantes de Igbo-Ora, de complexin delgada, se ocupan en tareas agrcolas y ganaderas de subsistencia, exigentes desde el punto de vista fsico, y siguen la dieta tradicional nigeriana, que se basa en arroz, tubrculos y fruta.

Las naciones del Africa subsaha-riana no suelen llevar registros de mortalidad o de esperanza de vida. Pero podemos suponer, a partir de estudios locales, que las infeccio-nes, la malaria sobre todo, son la primera causa de muerte. Nuestra investigacin puso de manifiesto que los habitantes de Igbo-Ora corren un riesgo anual de mortalidad de entre uno y dos por ciento, lo que se puede considerar alto comparado con cualquier referencia occidental. Los que alcanzan edades avanzadas acostumbran llegar bastante sanos. En particular, la tensin arterial no aumenta con la edad y, aunque se dan casos de hipertensin, stos son raros. (Nos complace haber podido coordinar con el personal mdico de la regin el tratamiento de los pacientes a los que se diagnostic hipertensin.)

En Jamaica, una economa in-dustrial emergente con riesgo muy bajo de enfermedades infecciosas, las crnicas tienen, en cambio, una mayor prevalencia que en Nigeria. Nuestro equipo estableci su base de operaciones en Spanish Town, la antigua capital colonial de Jamaica. Con sus 90.000 habitantes, Spanish Town ofrece un corte transversal de la sociedad jamaicana. Se encarg del proyecto la unidad de investigacin del metabolismo tropical de la Uni-versidad de las Indias Occidentales en Mona Campus.

La estructura familiar de Jamaica ha evolucionado hasta apartarse del patriarcado africano. Existen numero-sas unidades familiares, generalmente pequeas y a menudo fragmentadas, gobernadas por las mujeres. El desem-pleo crnico ha favorecido la margi-nacin de los hombres y ha minado su posicin social. Son comunes las

Lo que significa la lectura de la presin

La presin sangunea se mide con un esfigmomanmetro que pro- porciona dos resultados: la presin sistlica y la diastlica. La sistlica indica la presin mxima ejercida por la sangre en la pared de las arterias; aparece cuando el ventrculo izquierdo del corazn se contrae y empuja la sangre hacia las arterias. La presin diastlica mide la presin mnima sobre la pared de los vasos sanguneos; aparece cuando el ventrculo izquierdo se relaja y se llena de sangre. La presin sangunea normal ronda los 120 mm de mer-curio para la sistlica y los 80 para la diastlica.

Muchas personas expe-rimentan aumentos transi-torios de su presin san-gunea, particularmente en situaciones de estrs. Cuando la presin sangu-nea se mantiene de forma persistente por encima de 140/90 los mdicos diag-nostican hipertensin. La enfermedad se puede tra-tar con dietas especiales, regmenes de ejercicios y medicacin.

labores exigentes desde el punto de vista fsico. La dieta se compone de productos locales y otros modernos. A pesar de la pobreza generalizada, la esperanza de vida en Jamaica sextuplica la de los afroamericanos estadounidenses, debido a una menor tasa de enfermedad cardiovascular y de cncer.

En EE.UU. trabajamos en el rea metropolitana de Chicago, en la ciu-dad de Maywood, cuya poblacin es mayoritariamente afroamericana. Muchos de sus ancianos nacieron en el sur, en Mississippi, Alabama o Arkansas. Con la emigracin me-joraron situacin econmica y salud. El trabajo en la industria pesada, regulado por los sindicatos, ofrece mayores oportunidades a los hombres; las mujeres se han incorporado a la po-blacin activa en empleos de diversa categora. La dieta es tpicamente americana: rica en sal y grasas. La generacin ahora en la edad adulta tarda ha disfrutado de incrementos sustanciales en la esperanza de vida, aunque el progreso ha sido desigual en los ltimos diez aos.

Antes de estudiar sociedades tan dispares, nos aseguramos de que los sujetos participantes presen-taran una dotacin gentica similar. Hallamos que los afroamericanos y jamaicanos que participaron en el estudio compartan con los nigerianos un promedio del setenta y cinco por ciento de su herencia gentica. Este bagaje gentico comn contrastaba con importantes diferencias.

Consideremos en primer lugar la prevalencia de la hipertensin entre los participantes. En Nigeria, slo un siete por ciento de la poblacin rural presentaba hipertensin, obser-vndose un incremento en el rea urbana. Alrededor del 26 por ciento de los negros de Jamaica y del 33

por ciento de los estadounidenses padecan hipertensin o se medicaban para controlarla. Algunos factores de riesgo de la hipertensin adquiran mayor frecuencia conforme nos desli-zbamos a occidente. De Africa a los EE.UU. se registraba un incremento persistente en la ingesta de sal y en el ndice de masa corporal, una medida que relaciona el peso con la altura. El anlisis de estos datos indica que el sobrepeso, la falta de ejercicio y una dieta pobre podran justificar entre el 40 y el 50 por ciento del incremento de hipertensin de los afroamericanos en comparacin con los nigerianos. Se supone que las variaciones en la ingesta diaria de sal fomentan tambin el riesgo.

La dispora africana ha demostrado resultar una potente herramienta para evaluar los efectos que los cambios sociales y ambientales pueden provo-car sobre un bagaje gentico estable. Se plantea, asimismo, la cuestin de si el incremento de la tensin arterial es un riesgo inevitable de la vida mo-derna, independientemente del color de la piel. El sistema cardiovascular humano evolucion en un medio, el Africa rural, donde la obesidad es

infrecuente, moderada la ingesta de sal, baja en grasas la dieta y ele-vada la actividad fsica requerida. La vida de subsistencia en Africa no ha cambiado mucho, al menos en estos aspectos. Hemos observado que la tensin arterial de las personas que viven en tales condiciones no aumen ta con la edad y que la aterosclerosis es una afeccin casi desconocida. Los campesinos africanos constituyen, pues, un interesante grupo de control con el que los epidemilogos pueden comparar poblaciones de sociedades industriales.

Una variacin de estas condiciones basales, moderada incluso, produce cambios notables en el riesgo de hipertensin. La presin sangunea es substancialmente ms alta en la ciudad de Ibadan que en reas rurales prximas. Esto es as, a pesar de que las diferencias entre ambos grupos, en cuanto a obesidad e ingesta de sodio, son pequeas. El estrs psicolgico y la falta de actividad fsica ayudaran tambin a explicar el incremento.

El estrs psicolgico y el social, difciles de medir, divergen de una cultura a otra. Pocos objetarn, sin embargo, que los negros de Norteam-


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INDICE DE MASA CORPORAL

EE.UU.(MEDIO URBANO)

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CAMERUN (MEDIO RURAL)NIGERIA (MEDIO RURAL Y URBANO)

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2. EL INDICE DE MASA CORPORAL es una medida de la razn de peso a altura. Se habla de sobrepeso en ndices superiores a 25. En el estudio desarro-llado por los autores entre descendientes de africanos, un ndice medio bajo de una poblacin se corresponda con una tasa baja de hipertensin. A medida que aumentaba el ndice de masa corporal medio, creca la prevalencia de la hiper-tensin. La obesidad contribuye al desarrollo de la hipertensin arterial.

RICHARD S. COOPER, CHARLES N. ROTIMI y RYK WARD vienen trabajando en el tema del artculo desde hace ocho aos. Cooper, cardilogo y experto en incidencia de la raza en la investigacin biomdica, trabaja con Rotimi en la facultad de medicina de la Universidad Loyola de Chicago. Rotimi dirige en Nigeria, su pas de origen, la investigacin de campo del programa sobre diabetes e hipertensin financiado por la Universidad Loyola y el Insti-tuto Nacional de Salud. Ward preside el Instituto de Antropologa Biolgica de la Universidad de Oxford.

rica y Europa se enfrentan a un tipo singular de estrs: la discriminacin racial. Se desconocen los efectos a largo plazo del racismo sobre la presin sangunea; s se sabe que los negros de Trinidad, Cuba y zo-nas rurales de Puerto Rico muestran niveles de tensin arterial similares a los de otros grupos raciales. Tal vez, se podra conjeturar que las rela ciones interraciales en estas sociedades sean menos agresivas para el sistema car-diovascular que en EE.UU.

En cuanto epidemilogos, nos in- teresa ir ms all de la mera des-cripcin de los agentes relacionados con el incremento de riesgo de hiper-tensin y analizar la interaccin entre factores ambientales y biolgicos que producen la enfermedad. No se co-noce en su pormenor el mecanismo regulador de la presin sangunea. S

se sabe que el rin desempea un papel fundamental mediante el control de la concentracin en la sangre de los iones de sodio (que provienen de la sal comn cloruro sdico de la dieta), que a su vez incide en el volumen de sangre y su presin.

Los riones evolucionaron en una situacin en que la dieta humana era pobre en sodio, por lo que de-sarrollaron una enorme capacidad de retencin de este ion vital. Cuando filtran la sangre, los riones retienen hasta un 98 por ciento del sodio, que luego termina por volver a la circulacin. Pero si reciben mucho sodio, lo secretan en grandes canti-dades, con el incremento consiguiente de la presin arterial. Un exceso de sal en los riones daa el mecanismo interno de filtracin, lo que tambin redunda en un aumento mantenido de la presin.

Para saber si los riones de nues-tros pacientes regulaban bien la con-centracin de sodio, nos pusimos a medir la actividad de una importante va bioqumica que interviene en la regulacin de la presin sangunea. El sistema renina-angiotensina-al-dosterona (SRAA, nombre derivado de tres de los compuestos que par-ticipan) es una complicada cadena de reacciones qumicas que regula la concentracin sangunea de la protena angiotensina II. Cuenta sta entre sus varias funciones la de in-ducir la constriccin de la luz de los vasos sanguneos. El aumento de la presin sangunea que ello provoca, dispara la liberacin de aldosterona, sustancia que incrementa la recuperacin renal de sodio. En resumen, a una intensa actividad de la va SRAA debera corresponder una presin sangunea alta.


El sistema renina-angiotensina-aldosteronaEsta va bioqumica opera sobre la presin sangunea. Las personas con una elevada actividad del sistema suelen pa-decer hipertensin arterial.

1El angiotensingeno se sintetizaen el hgado de forma continua.

2Los riones libe-ran ren ina como respues ta al estrs, tanto fisio lgico (ejer-cicio fsico, cambios de dieta) como emocional.

3La angiotensina I resulta de la re-accin del angiotensingeno y de la renina. Cuando la sangre llega a los pulmones, la angiotensina I re-acciona con la enzima ECA (enzima convertidora de la angiotensina).

HIGADO

ANGIOTENSINOGENO

ANGIOTENSINA I

ANGIOTENSINA II

RENINAECA

TORRENTESANGUINEO

RION

PULMON

Al objeto de establecer la actividad SRAA de los participantes, extrajimos muestras de sangre y determinamos la concentracin en ellas de angiotensin-geno, una de las sustancias implicadas en el primer paso del SRAA. La eleccin de este compuesto se basa en su concentracin en sangre, que, a diferencia de otros compuestos de la misma va de vida media corta, se revela bastante constante.

De acuerdo con lo esperado, los niveles elevados de angiotensingeno incrementaban la probabilidad de hi-pertensin. Esta asociacin era ms dbil en las mujeres (las variaciones en los estrgenos tambin afectan a su presin sangunea). Adems, la concentracin media de angiotensin-geno en cada grupo estudiado tenda a aumentar conforme nos trasladamos de Nigeria a Jamaica y de aqu a los Estados Unidos. Se observ

idntico patrn en el caso de la hipertensin, lo mismo en mujeres que en varones.

A tenor de nuestros resultados, algunos factores de riesgo de la hi-pertensin operan mediante la ele-vacin de los niveles sanguneos de angiotensingeno. Ocurre, por ejem-plo, con la obesidad. Una cantidad excesiva de grasa corporal conlleva aparejada una elevacin en los niveles de angiotensingeno. La incidencia de la obesidad aument de forma ms o menos paralela a los niveles de hipertensin y de angiotensingeno en nuestros grupos de estudio. Verdad es que correlacin no es causalidad, pero los hallazgos apuntan a que la obesi-dad induce hipertensin, al menos en parte, mediante el incremento de la produccin de angiotensingeno.

Ciertos hallazgos del mbito de la gentica parecen respaldar el determinante papel que el incremento de angiotensingeno desempea en la aparicin de la hipertensin. Hay personas portadoras de ciertos alelos de los genes que cifran la produccin de angiotensingeno. Estas variantes allicas favorecen un incremento de su concentracin y sus portadores acostumbran correr mayor riesgo de hipertensin.

Hace unos aos, investigadores de la Universidad de Utah y del Col lege de France informaron de la asociacin mostrada entre dos alelos del gen del angiotensingeno (235T y 174M) y niveles elevados de angiotensingeno, en personas de ascendencia europea. Se ignora si estos alelos intervie-nen en el control de los niveles de angiotensingeno o si se trata de simples marcadores que se heredan junto con otros alelos que s dejan sentir su influencia.

Un gen asociado a una mayor proclividad a la hipertensin no tiene necesariamente que hallarse implicado en la patogenia de la en-fermedad. Por tanto, los portadores del gen no deben forzosamente sufrir hipertensin. Se ha determinado que los factores genticos explican del 25 al 40 por ciento de la variabi-lidad de la presin sangunea. Se calcula que los genes relacionados con esta variabilidad pueden ser 10 o 15, lo que indica que cada gen contribuye nicamente con un dos o un cuatro por ciento de las diferencias de presin sangunea en-tre distintas personas. Que un gen induzca hipertensin depender en medida notable de la presencia de influencias ambientales necesarias

para instar la expresin real de semejante susceptibilidad.

Los resultados de gentica a los que hemos llegado nosotros ilustran lo que acabamos de afirmar. Hemos descubierto que el alelo 235T duplica, en afroamericanos, la frecuencia que acostumbra en euroamericanos. Sin embargo, los negros con esta va-riante del gen no parecen correr un riesgo mayor de hipertensin que los negros que no lo presentan. En-tre los nigerianos encontramos una elevacin moderada de los niveles de angiotensingeno en los porta-dores de la variante del gen 235T; de nuevo, este factor no se tradujo en un mayor riesgo de hipertensin. An ms, el 90 por ciento de los africanos que estudiamos portaban dicho alelo, mientras que la tasa de hipertensin en esa comunidad es, segn lo comentado, bajsima. La frecuencia del alelo 147M result ser equivalente en ambos grupos.

Podra suceder que los niveles ele-vados de angiotensingeno no basta-ran para disparar la hipertensin en personas de ascendencia africana. Para inducir la enfermedad se requerira la presencia de factores genticos, fisiolgicos o ambientales adicionales. Cabe tambin que el papel del alelo 235T en el desarrollo de la hiperten-sin no sea el mismo en todos los grupos tnicos.

Segn nuestras investigaciones, un aspecto al menos de la nutricin puede modificar la fisiologa de una persona y producir hipertensin. Pero hay que andar cautos a la hora de las generalizaciones fciles. Para explicar la frecuencia de la hipertensin en-tre afroamericanos no basta un solo alelo o un nico factor externo. De acuerdo con nuestro rastreo de la dispora africana, un individuo con una dotacin gentica dada puede presentar cierta proclividad a la hi-pertensin, aunque sta slo se mate-rializar en un entorno determinado. El reto estriba en acotar los factores genticos y ambientales que afecten a la hipertensin, para luego juntar todas las piezas y establecer las ml-tiples maneras en que tales factores condicionan una elevacin crnica de la presin sangunea.

La hipertensin produce un siete por ciento de las muertes en todo el mundo, una proporcin que aumentar conforme crezca el nmero de socie-dades que adopten los hbitos y el estilo de vida de los pases industria-lizados. Sin retorno posible al medio de donde salimos, compete a la ciencia


5La aldosteronainduce la retencinde sal y agua porel rin, lo queincrementa la pre-sin sangunea.

4La angiotensina II es el productode la reaccin de angiotensina Iy la ECA. La angiotensina II tiene dosefectos principales: induce la liberacinde aldosterona por las glndulassuprarrenales y estimula la contraccindel msculo liso vascular, lo que incrementala presin sangunea.

ALDOSTERONA

GLANDULASSUPRARRENALES

VASO SANGUINEO (CONTRAIDO)

buscar soluciones. La revolucin sanitaria lleg tras conocerse los mecanismos del contagio. Pudo tra-tarse la cardiopata cuando que d mani-fiesta la impor tancia de la dieta en el me-tabolismo del coleste-rol. La preven cin y el tratamiento de la hipertensin tambin estn sometidos al conocimiento sobre la forma en que los ge nes y el ambiente unen sus fuerzas para obstruir la regulacin de la presin san-gunea.

El desentraa-miento de los fen-menos implicados en el desarrollo de la hi-pertensin en los afro-americanos instar el replanteamiento de las divisiones tnicas y raciales de nuestra especie. El concepto de raza carece de fundamento biolgico; a lo sumo se trata de un constructo social sin perfiles cientficos. Hace tiempo que los antroplogos renunciaron a clasificar Homo sapiens en razas o subespecies. Pese a ello, la medi-cina y la epidemiologa continan asignando un sentido biolgico a las clasificaciones raciales, argumentando que la raza es til no slo para distinguir entre grupos de personas, sino tambin para explicar la preva-lencia de determinados trastornos. Sin embargo, las clasificaciones raciales que incorporan no se basan en cri-terios cientficos, sino en categoras

polticas o burocrticas como las que se usan en los censos.

No podemos olvidar el contexto social de la idea de raza. Vi-vimos en un mundo donde las de-signaciones raciales asumen un sig-nificado desafortunado. Los efectos destructivos del racismo complican cualquier estudio de enfermedades que, como la hipertensin, afectan a las minoras. A medida que ex-ploremos las complejas interacciones entre los factores de riesgo externos (estrs y obesidad) y los genes aso-ciados con la regulacin de la presin sangunea, los resultados debern ser tiles para todos, al margen del color de su piel.


ALELO 235THIPERTENSION

100

80

60

40

20

0 EUROPEO-AMERICANOS

NIGERIANOS JAMAICANOSAFRO-AMERICANOS

PORC

ENTA

JE D

E LA

PO

BLAC

ION

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA

FAMILIAR AGGREGATION AND GENETIC EPIDEMIOLOGY OF BLOOD PRESSURE. Ryk Ward, en Hypertension: Pathophysiology, Diagnosis and Management. Dirigido por J. H. Laragh y B. M. Brenner. Raven Press, 1990.

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3. LA PROPORCION de portadores del alelo 235T de cierto gen y la hipertensin en distintos grupos tnicos constituye un rompecabezas. Se crea que los portadores de 235T tendran una alta incidencia de hipertensin, pero se ha observado que tal asociacin no puede generalizarse. As, la variante 235T es muy comn entre los nigerianos, que apenas si conocen la hipertensin. No basta slo un gen para controlar el desarrollo de hipertensin.

Negros en el Bildge,grabado de Deroi,alrededor de 1835

Hipertensin y trfico de esclavos

Una controvertida explicacin que se aduce con frecuencia sobre la prevalencia de la hipertensin entre los estado-unidenses negros, se basa en el viaje recorrido desde Africa a Amrica por barcos de esclavos, el pasaje medio. Segn dicha teora, durante los viajes, los esclavos habran experimentado una situacin darwinista de supervivencia del ms adaptado, en la que la supervivencia dependera de la disponibilidad de los genes adecuados. Estos mismos genes seran los que hoy conferiran un incremento del riesgo de hipertensin.

A menudo se invocan teoras evolucionistas para explicar el motivo en cuya virtud cierto grupo racial o tnico muestra un riesgo mayor de desarrollar una enfermedad particular. El argu-mento suele atenerse al siguiente dictado: sobre la poblacin actu cierta presin de seleccin que favoreci la supervivencia de algunos miembros del grupo (y de sus genes) y elimin otros. Si la poblacin resultante no mezcl sus genes con otros grupos raciales o tnicos, algunas caractersticas genticas podran aparecer con una frecuencia creciente. Suponiendo que los afroamericanos tengan una predisposicin gentica a la hipertensin, los tericos evolucionistas se preguntan cul fue esa nica y extrema presin de seleccin que ha hecho tan comn un rasgo tan lesivo.

Algunos proponen que el viaje infrahumano en barcos de esclavos es un suceso de este tipo. Los esclavos padecan unos ndices de mortalidad extraordinariamente elevados antes, durante y despus de llegar a las plantaciones americanas. Muchas de estas muertes se debieron a lo que los mdicos llaman enfermedades con prdida de sal: diarrea, deshidratacin y ciertas infecciones. La capacidad para retener sal podra haber tenido un valor capital para la supervivencia de los africanos arrastrados a Amrica. En circunstancias modernas, la retencin de sal predispondra a sus descendientes a la hipertensin.

Dada su aparente linealidad, se ha aceptado de forma acrtica la hiptesis de la esclavitud. La verdad, sin embargo, pudiera ser muy otra. Los estudiosos de la historia de Africa han cuestionado la veracidad de ese relato. No existen prue-bas fehacientes de que las enfermedades con prdida de sal fueran la primera causa de muerte en los barcos de esclavos. Los africanos moran a bordo por otras razones, entre ellas

la tuberculosis (una infeccin que no se asocia a la prdida de sal) y la violencia.

Si atendemos al fundamento biolgico de la tesis, resulta harto endeble. La diarrea y otras enfermedades con prdida de sal, en nios sobre todo, han sido las ms letales en cualquier poblacin durante toda la historia de la evolucin humana. La presin de seleccin resultante de tales enfer-medades debera esperarse que afectara a todos los grupos raciales y tnicos. Al menos en el Caribe y durante el siglo XVIII, los blancos tuvieron tasas de supervivencia apenas mejores que las de los esclavos, lo que indica de nuevo que cualquier presin de evolucin no estaba limitada a los africanos. Por ltimo, los datos actuales sugieren que los africanos que han emigrado a Europa en las ltimas dca-das tambin presentan una mayor presin arterial que los blancos, lo que apunta a efectos ambientales o algo comn al bagaje gentico africano general.

Desconocemos todava los genes relacionados con la sen-sibilidad a la sal, que permitiran comprobar de forma directa la hiptesis del pasaje medio. Si ste hubiera funcionado como un cuello de botella evolutivo, debera haber reducido el tamao de la poblacin y la variabilidad gentica, pues slo habran sobrevivido las personas con una dotacin gentica muy especfica. Los datos disponibles abogan por una gran diversidad gentica entre los afroamericanos, lejos de una presumida uniformidad.

La hiptesis cmoda de la esclavitud para explicar la tasa de hipertensin refleja el atajo de las teoras gen-ticas y raciales. Su aceptacin expresa la proclividad a atribuir razones genticas de las diferencias entre blancos y no blancos sin evaluar las pruebas disponibles. Se trata de un sesgo tendencioso y anticientfico. La investigacin gentica es cada vez ms objetiva y la capacidad de medir variaciones reales en las secuencias de ADN puede forzar a la sociedad a abandonar los prejuicios raciales y tnicos. O tambin revestirlos de nueva legitimidad. Lo que ocurra depender de cmo interpreten los cientficos los hallazgos en un contexto que tenga en consideracin las complejidades de la sociedad y la historia.

R.S.C., C.N.R. y R.W.

La hembra de Haplotaxodontricoti incuba a sus cras

Los morfos de color de Tropheus duboisi viven en montones

de piedras distintos

Cclidos de los lagosde Africa oriental

La extraordinaria diversidad que ofrecen estos pecespone en tela de juicio opiniones arraigadas

sobre la celeridad en la formacin de nuevas especiesMelanie L. J. Stiassny y Axel Meyer


Las aguas del lago Tanganika son limpias, oscu- ras y profundas. En las orillas someras ilumina- das por el sol viven la mayora de los cclidos. Los raspadores de algas del gnero Eretmodus, pardos o verdes y moteados de lunares azules, medran entre las olas que rompen; la turbulencia empuja su dorso redondeado sobre las rocas, en vez de alejarlos de su superficie. Mordisquean algas de las rocas con sus dientes

en cincel. Sus vecinos, los Tanganicodus, recolecto res de insectos, presentan tambin el lomo redondea do; pero la cabeza ahusada, el hocico agudo y los dientes largos y finos nos hablan de su capacidad para extraer larvas de insectos de entre las grietas.

En aguas ms tranquilas, los resaltes arenosos entre bloques estn sembrados de viejas conchas de caraco-les, en cuyo interior vive la hembra, minscula, de un

Eretmoduscyanostictuscome algas

Tanganicodus irsacaeextrae insectos del fondo

El macho de Lamprologusocellatus cuida de la hembra,instalada en una concha

Las cobras hacen presaa veces en los cclidosque habitan en conchas

1. EN LAS ORILLAS ROCOSAS del lago Tanganika medran

cientos de especies de cclidos,cada una de ellas adaptada

a un nicho ecolgico restringido.

cclido del gnero Lamprologus con sus huevos y cras. Los machos, amarillos, verdes o pardos, son demasiado grandes y no caben en la morada. Acostumbran robarse conchas unos a otros, a veces con las hembras dentro, y pavonearse para seducir a sus harenes.

Otros raspadores de algas, del gnero Tropheus, ron-dan asimismo entre las rocas protectoras. De un grupo a otro de bloques media en ocasiones un banco de

arena de varias decenas de metros de ancho, un trecho harto expuesto para cruzarlo sin peligro. De ah que los cclidos del gnero Tropheus, asentados en montones de piedras dispersos, hayan seguido una va evolutiva similar a la tomada por los pinzones de Darwin de las islas Galpagos; han optado por un aislamiento drstico y diversificador. En un saliente podemos hallar un Tro-pheus negro con bandas verticales amarillas; en otro,



un pez idntico aunque con bandas blancas y azules. Hasta un centenar casi de estos morfos de color se han descubierto.

Tamaa diversidad ha convertido a la familia Cclidos en el ejemplo arquetpico de manual. Los cclidos, peces de agua dulce con aletas de radios espinosos, aparecen en multitud de colores, formas y hbitos. Medran en los ros y lagos clidos de Africa, Madagascar, India meridional, Sri Lanka y Amrica central y del sur, que en su mayora formaban parte del antiguo continente austral de Gondwana, dis-gregado hace 180 millones de aos. (Slo una especie, el cclido de Texas, se ha adentrado en Norteamrica.) La observacin sugiere un linaje antiguo para la familia, si bien el registro fsil permanece silencioso ms all de los ltimos 30 millones de aos.

Gracias a la investigacin de Stiassny, coautora del artculo, se conocen 15 especies de cclidos en Madagascar, a los que hay que sumar otras

tres en la India meridional. Representaran las estirpes ms antiguas. Muchas de estas especies antiguas so-breviven en Madagascar, donde no pudie ron llegar sus competidoras que evo-lucionaron en el conti-nente africano. La India permaneci tambin ais-lada durante millones de aos. En aguas america-nas hay unas 300 espe-cies. Con mucho, la mayor diversidad de ccli dos se encuentra, sin embargo, en Africa oriental, en los gran-des lagos Victoria, Malawi y Tanganika.

La geologa indica que el lago Victoria, en figura de plato y con la extensin de Irlan da, se form hace

entre 250.000 y 750.000 aos. Alberga ms de 400 especies de cclidos. Los lagos Malawi y Tanganika son estrechos y profundos; llenan el rift entre la placa tectnica de Africa oriental y la de Africa central. Con unos cuatro millones de aos de antigedad, el lago Malawi aloja de 300 a 500 especies de cclidos. Dos centenares viven en el Tanganika, cuya edad se cifra entre nueve y doce millones de aos. No obstante la dilatada historia familiar de los Cclidos y de los lagos que habitan, la variedad que los caracteriza surgi en los ltimos millones de aos.

Se atribuye a varios factores tal diversidad. De entrada, la anatoma. Los Cclidos po-seen dos juegos de mandbulas: uno en la boca, con el que succionan, raspan o mordisquean fragmentos de comida; otro en la garganta, para triturar, macerar, cortar o perforar el bocado antes de ingerirlo. Son los nicos peces de agua dulce que poseen un segundo juego mandibular modificado; a grandes rasgos, se trata de ar-cos branquiales (series de huesos que sostienen las branquias) remodelados. Ambos juegos de mandbulas manifiestan una notable plasticidad y adaptacin. Meyer, el otro firmante, ha de-mostrado que pueden cambiar de forma incluso durante la vida del animal. (Hasta los dientes se transforman de punzones agudos y afilados en trituradores planos, semejantes a molares.) Los peces forzados a comer un tipo de dieta pueden terminar con un aspecto muy distinto.

Los dos juegos de mandbulas, ajustados a los hbitos alimentarios, permiten que cada especie ocupe su exclusivo nicho ecolgico y as que coexistan cientos de ellas sin entrar en compe-tencia directa. De haber pretendido explotar los mismos recursos, la mayora se hubiera visto condenada a la extincin.

En los comedores de escamas hallamos ejem-plificada la razn de semejante especializacin alimentaria. Viven en los tres grandes lagos. Se acercan a otros cclidos por detrs y arrancan un bocado de escamas del costado. En el lago Tanganika hay siete especies, pertenecientes al

a

b

cMANDIBULAS

GULARES

MANDIBULAS BUCALES

TANGANIKA

MALAWI

VICTORIA

3. ANATOMIA DE LOS CICLIDOS y su asom-brosa capacidad de adaptacin. Los dientes de Cichlasoma citrinellum pueden adoptar la forma de agudos punzones (a) o de trituradores planos (b). La radiografa (c) muestra los dos juegos mandibulares de un cclido.

4. FECUNDACION de los huevos de Ophthalmotilapia ventralis. Advirtase su inslita rutina. La hembra pone un huevo y lo toma en la boca para dejarlo a buen recaudo (izquierda); a continuacin el ma-cho libera su esperma en el mismo lugar. Manchas

2. LOS LAGOS DE AFRICA ORIENTAL, Tanganika, Malawi y Victoria, contienen la mayor diversidad de especies de cclidos. Pero la familia se extiende por las aguas clidas de la mayor parte del globo.

gnero Perissodus. Michio Hori descubri dos tipos de comedores de escamas dentro de la misma especie P. microlepis, los que presentan la cabeza y las mandbulas curvadas hacia la derecha y los que lo hacen a la izquierda. Los peces no slo comen exclusivamente escamas, sino que, adems, se han especializado en arran-car las escamas de un mismo lado. Los zurdos atacan el flanco derecho de sus vctimas; los diestros, el costado izquierdo. Podemos atribuirle un origen evolutivo a esta asimetra morfolgica, en el seno de una misma especie inclusive; en efecto, una cabeza ladeada facilita la operacin de arrancar las escamas. Una vez introducidas en la boca, el segundo juego mandibular apila las escamas una sobre otra, antes de ingerirlas como paquetes de protena.

(Las vctimas sobreviven, pero se vuelven ms precavidas con los atacantes de ambos flancos. Ahora bien, si la poblacin de comedores zurdos aumentara y superase el nmero de los diestros, los afectados se haran ms cautelosos ante posibles ataques de la derecha. Se les ofrecera una ventaja a los comedores de escamas diestros, con el aumento consiguiente de su poblacin. La interaccin entre tales fuerzas garantiza que la demografa relativa de diestros y siniestros permanezca en equilibrio.)

Para explotar medios muy dispares cuentan los cclidos con una estrategia reproductora singular. Es ste otro factor de diversificacin. Del resto de los peces se separan los cclidos por el tiempo y la energa que invierten en la progenie. Siguen cuidando de la puesta mucho despus de la eclosin; la asociacin entreverada entre padres e hijos fomenta un sistema complejo de comunicacin. Si de los huevos fecundados puede ocuparse un solo progenitor, en cuanto la puesta adquiere movilidad se requiere la asistencia de los dos. Y entonces entra en juego un muestrario fascinante de sistemas sociales: monogamia, poliandria e incluso poliginia.

Muchos cclidos mantienen los huevos fecun-dados o las cras en la boca. Con esa estrategia

compartida proporcionan refugio seguro a las cras amenazadas y, con el ramoneo de algas o la ingestin de otro tipo de comida, las ali-mentan en el interior de la boca. Abundan las especies que, a la manera del cuco, colocan subrepticiamente sus huevos fecundados o sus juveniles entre las puestas de otros cclidos, para librarse del esfuerzo de la crianza.

Los incubadores bucales ponen menos huevos que otros, a veces no ms de 10; invierten, pues, mucho tiempo y energa por hijo. Adems, la poblacin total de una especie que incuba con la boca suele ser reducida, hasta el punto de que

bien pueden constituir una especie los escasos cientos de individuos que viven en un saliente rocoso. Pero las mutaciones que llevan a la formacin de una especie distinta se propagan antes en una comunidad pequea que a travs de una poblacin extensa. El tamao restringido de las poblaciones de los incubadores bucales pudo haber contribuido a la diversificacin especfica de los cclidos.

En los lagos de Africa oriental, los machos de los incubadores bucales no cuidan de la progenie. Pugnan, sin embargo, por fecundar el mayor nmero de huevos. A veces forman congregaciones en lek, en cuyo marco se mue-ven rpidamente y se pavonean para atraer a las hembras. Un lek puede consistir en 20 a 50 machos, aunque en algunas especies se han observado ms de 50.000. Tambin, los machos (as en Ophthalmotilapia, con sus vistosos colo-res de pavo real) construyen prgolas complejas sobre las que se exhiben ante las hembras. Para levantar la prgola, unos individuos que pesan alrededor de 300 gramos llegan a remover ms de 750 gramos de arena y grava. Cuando se-ducen a la hembra para que realice la puesta en su prgola (la mayor suele ser la elegida), el macho fecunda en seguida los huevos. La


amarillas en la punta de sus aletas ventrales imitan el huevo, y la hembra intenta recolectar tambin este falso huevo (derecha). En el proceso, absorbe los espermatozoides, de modo que el huevo es fe-cundado en la boca.

5. LA INCUBACION BUCAL es una estrategia mediante la cual muchos cclidos aseguran la supervivencia de sus cras. Esta hembra de Nimbochromis livingstonii del Malawi recupera a sus cras cuando algn peligro amenaza.

hembra se los lleva a la boca y se va nadando, en busca de otro macho.

Las hembras de los cclidos suelen ser de un color gris o pardo apagado; los machos, de colores brillantes. Los diversos tonos recur-dense los morfos de color citados responderan, probablemente, a la presin de seleccin sexual. Habra sta promovido la divergencia especfica con mayor peso que lo haya hecho la supervi-vencia fsica. Los colores distintos de peces que, en todo lo dems, son idnticos pueden servir de barrera interespecfica: una hembra de Tropheus, que prefiere machos amarillos, no se aparear con otro de color rojo.

Hasta hace muy poco se desconocan las precisas relaciones de parentesco entre estos centenares de especies. Las respuestas comienzas a llegar gracias a las tcnicas moleculares, que tambin plantean cuestiones nuevas. Aunque la investigacin gentica

confirma hiptesis basadas en la anatoma, no es infrecuente que contradiga ideas arraigadas.

Segn sugiriera Mutsumi Nishida, fueron estirpes precoces de cclidos de Africa oriental las que colonizaron el Tanganika. Los cclidos de este lago antiguo, con peculiaridades genticas exclusivas, corresponden a 11 linajes (derivan de 11 especies ancestrales). Mucho ms tarde, algunos abandonaron los lmites del lago e in-vadieron los sistemas fluviales de Africa oriental que les transportaron hasta los lagos Victoria y Malawi. Investigando las secuencias de ADN mitocondrial, el equipo de Meyer ha puesto de relieve la proximidad gentica e

Investigación y ciencia 271 - Abril 1999

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