9 770210 136004

0 0 2 7 4

CANGUROS ASESINOS JUEGOS INFINITOS CUERDAS COSMICAS ADA Y EL PRIMER ORDENADOR

JULIO 1999800 PTA. 4,81 EURO

TSUNAMIAGUJEROS NEGROSEN LA VIA LACTEAREGENERACIONDE NEURONAS

24

Julio de 1999 Nmero 274

SECCIONES4

HACE...50, 100 y 150 aos.

34PERFILES

George D. Lundberg:el ominoso abuso del poder

contra la libertadde expresin.

36CIENCIA Y SOCIEDADEuropa a media luz...Variacin estacional

de nutrientes... Relojescircadianos... Bancos

de semillas... Colaboracineurohispanoamericana...

Consumo de cocana.

44DE CERCA

Medusas urticantes.

TsunamisFrank I. Gonzlez

En la ltima dcada,los tsunamis se hancobrado la vidade miles de personas.Los avances tcnicosen su detecciny seguimientopodran reducirel nmero devctimas.

Regeneracin de las clulas nerviosasen adultosGerd Kempermann y Fred H. Gage

En contra de lo que se crea, en el cerebro humano adulto se forman nuevas neuronas. El descubrimiento podra ayudar a desarrollar tratamientos para patologas cerebrales irreversibles, como son la enfermedad de Parkinson, la de Alzheimer o el accidente cerebrovascular.

La huella de los agujeros negrosJean-Pierre Lasota

Hasta hace poco no haba sino pruebas circunstanciales de la existencia de los agujeros negros. Distinguirlos de otros cuerpos es por su propia naturaleza complicado. Pero los astrnomos disponen ahora de una prueba directa: la energa desaparece de volmenesde espacio sin dejar rastro.

6

14

46

Edicin espaola de

SECCIONES84

TALLER Y LABORATORIOFormaciones cristalinas

en el microscopio,por Shawn Carlson

86JUEGOS MATEMTICOS

Piratas en apuros,por Ian Stewart

88NEXOS

Entente cordiale,por James Burke

90LIBROS

Gentica... La Tierra... Caos.

96IDEAS APLICADAS

La aspirina,por R. Michael Garavito

P1

NEDAS ORO

1

Canguros asesinos y otros marsupiales sanguinariosStephen Wroe

Los mamferos australianos no fueron siempre koalas cautivadores. Durante millones de aos, el continente fue el hogar de feroces lobos y leones marsupiales que aterrorizaban a sus pequeas presas.

54 Ada y la primera computadoraEugene Eric Kim y Betty Alexandra Toole

Augusta Ada King fue condesa de Lovelacee hija de Lord Byron, el poeta. Ms importante, empero, fue su labor matemtica. Generaliz el trabajo de Charles Babbage sobre el Ingenio Analtico y public el primer artculo de calado sobre la programacin de mquinas computadoras.

60 Aborgenes de las islas AndamnSita Venkateswar

Otrora temidos, estos cazadores-recolectores han habitado las islas Andamn, en el golfo de Bengala, desde hace por lo menos 2000 aos. Pero su singularsimo modo de vivir, degradado bajo los gobiernos ingls y de la India corre peligro de desaparecer.

74 Cuerdas csmicas conductorasAlejandro Gangui y Patrick PeterFruto de la unin entre la fsica de las partculas elementales y la cosmologa, las cuerdas csmicas conductoras podran encerrar la clave del progreso de la astrofsica, que nos permita algn da conocer el origen de la materia oscura.

67 Juegos infinitos y conjuntos grandesJean-Paul Delahaye

No todos los juegos son como el ajedrezy las damas, es decir, finitos, de informacin completa y con empates. En los infinitos se esconden relaciones insospechadas con los sistemas informticos y la teora axiomtica de conjuntos.

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, Senior Associate Editor; Timothy M. Beardsley 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: Heidi Noland

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Fuente

Slim FilmsLisa Burnett; fuente: Martin ElvisSlim FilmsSlim Films; fuente: JeffreyE. McClintockLisa Burnett; fuente: Kristin MenouTomo NarashimaLinda Kitabayashi, Instituto SalkTomo NarashimaJames AronovskyLisa BurnettIlustracin fotogrfica: Jana Brenning; fotografas: Robert Beck y Kathleen Norris CookPalani MohahnLaurie GracePaolo BosioJennifer C. ChristiansenKioto News Service (arriba), NOAA (abajo)Departamento de Geologa e Industrias Minerales de OregnCorbis (fotografas), Laurie Grace (dibujo)Michele G. Bullock, NOAA CorpsRoberto OstiRoberto Osti y Anne MusserAnne Musser (arriba), Norman O. Tomalin (abajo, izquierda), John Cancalosi (centro) y Erwin y Peggy Bauer (derecha)Stephen Wroe (arriba), Lisa Burnett (abajo)Roberto Osti y Anne MusserRetrato: cortesa del Museo Britnico; Sello: Oficina de Correos Britnica; Fondo: cortesa de la Biblioteca del Museo de Ciencias de LondresReimpresin de Scientific Memoirs; dirigido por Richard Taylor, vol. III, 1843Biblioteca del Museo de Ciencias de LondresCorbis-BettmannBourne & SheperdMadhusree MukerjeeMadhusree Mukerjee (fotografas), Laurie Grace (mapa y motivos), fuente: The Jarawa, por Jayanta SarkarMadhusree MukerjeeSita VenkateswarPour la ScienceAlejandro Gangui y Patrick PeterO. D. LavrentovichP. Avelino y P. ShellardAlejandro Gangui y Patrick PeterEly SilkDaniels & DanielsBryan ChristieGeorge Retseck y Bryan Christie

COLABORADORES DE ESTE NUMEROAsesoramiento y traduccin:

Juan Pedro Campos: La huella de los agujeros negros; Jos M. Valderas Martnez: Regeneracin de las clulas nerviosas en adultos y Nexos; Snia Ambrs: Tsunamis; Joandomnec Ros: Canguros asesinos y otros marsupiales sanguinarios; Luis Bou: Aday la primera computadora, Juegos infinitos y conjuntos grandes y Juegos matemticos;Jos Manuel Garca de la Mora: Aborgenes de las islas Andamn; Angel Garcimartn:Perfiles; J. Vilardell: Hace..., Taller y laboratorio e Ideas aplicadas

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, julio, 1999

...cincuenta aos

TENSIN NERVIOSA Y ESQUIZOFRENIA. La corteza suprarrenal parece estar implicada en la esquizofrenia y quizs en otros estados de salud mental. Una muestra de pacientes esquizofrnicos revel una sorprendente incapacidad de reaccin mediante un aumento de es-teroides en pruebas de tensin psquica, y ello pese a que su secrecin normal de esteroide difera muy poco de los niveles medios de la poblacin. As pues, en los esquizofrnicos la corteza suprarrenal no puede adaptar su actividad a los cambios de situacin. Podra ser que deficiencias qumicas de esta ndole, acaso de origen gentico, dejen a ciertas personas ms vulnerables ante las tensiones de la vida.

PAISAJE LUNAR. La explicacin verosmil de los cr-teres de la Luna los atribuye a los tremendos impactos de enormes meteoritos. Para sacar una conclusin ms definitiva, podemos recurrir al conocimiento acumulado durante la ltima guerra acerca de los crteres abiertos en la tierra por bombas de aviacin, minas y granadas de artillera. Se evidencia que el nico tipo de crter que se corresponde con los lunares es el sencillo hoyo que se forma por la aplicacin de potencia explosiva. Esos hoyos presentan siempre la misma forma general.

...cien aos

FERROCARRILES BAJO TIERRA. El Tnel del East River forma parte de las extensas ampliaciones contempla-das por el Ferrocarril de Long Island. Desde la estacin cercana a la Plaza del Ayun tamiento, en Brooklyn, el tnel llegar hasta la actual estacin de Flatbush Avenue, por don de pasar a 5,5 metros por debajo del nivel de la calle (vase ilustracin), y hasta la estacin de Franklin Avenue. Los coches que se emplearn en el tnel sern ms o menos del mismo tamao que los del Puente de Brooklyn, de unos 15 metros de largo y con una capacidad para 60 viajeros sentados.

ENSAYOS DE CASCOS DE BUQUE. El valor de los ex perimentos basados en el remolque de mo-delos a pequea escala de buques, al objeto de deducir la resistencia de una embarcacin a tamao natural, fue puesto de ma-nifiesto, hacia 1870, por Mr. William Froude. La Agencia de Construccin de nuestro Departamento de la Armada ha terminado

un estanque experimental, de ms de 140 metros de largo. Se anuncia ahora la finalizacin y la instalacin de las mquinas e instrumentos especiales. Una carro de remolque, accionado por electricidad, transporta el aparato de medida. El aparato dinamomtrico se ha di-seado evitando el uso de palancas u otros dispositivos que supongan rozamiento, y aqu tambin se echa mano de la electricidad. El tambor est dotado con aparatos para registrar tiempos y distancias, mediante los cuales puede determinarse la fuerza de traccin.

ABASTECIMIENTO DE MARFIL. Es obvio que el marfil africano va a escasear cada vez ms. Si no hubiera otra fuente de abastecimiento, este bello material no tardara en alcanzar precios prohibitivos. Pero en las tundras heladas de Siberia existen reservas que bastan para abastecer el mercado mundial durante muchos aos. Ese marfil es producto del mamut (Elephas primigenius), una especie emparentada con el elefante indio.

...ciento cincuenta aos

TEMPERAMENTO HUMILDE, MAL OLOR. Quienes han visitado las regiones montaosas de Siria, Palestina y la Pennsula del Sina saben muy bien que el camello resiste igual los speros senderos montaosos que las mviles arenas del desierto. Sus plantas endurecidas soportan el fuego de la arena y los cantos afilados. No hay, pues, razones para que el camello no pueda resultar eficaz auxiliar del hombre en las praderas de Texas y en las montaas de Mxico, Nuevo Mxico y California. [Nota de la Redaccin: En 1855 Jefferson

Davis, Secretario de Guerra, fue autorizado a com-prar camellos para usos militares en un

experimento que fracas.]ERA DORADA O HIERBA MS VERDE? Hoy es moda, afirma

Macaulay, situar la era dorada de Inglaterra en unos tiem-pos en que hasta los nobles vivan sin unas comodida-des cuya carencia sera in-tolerable para los modernos lacayos. Nosotros tambin seremos envidiados. Puede que en el siglo XX un cam-pesino de Dorsetshire se considere miserablemente pagado con 15 chelines por semana; que un obrero est tan poco acostumbrado a cenar sin carne como ahora lo est a comer pan de centeno; que la polica sanitaria y los descubri-mientos mdicos hayan aadido algunos aos a la duracin media de la vida humana.

HACE...

El nuevo tranva subterrneo de Atlantic Avenueen Brooklyn

INTERACCION ENTREFOTONES Y PARTICULASDE GAS

COLISION DE DOSPARTICULAS

La huella de los agujeros negrosHasta hace poco slo haba pruebas circunstanciales de la presenciade agujeros negros. Pero se ha dado ya con un indicio inequvoco:la existencia de volmenes de espacio donde la energadesaparece sin dejar ni rastroJean-Pierre Lasota

FOTON

COLISION DE DOSPARTICULAS DEL GAS

PARTICULA DE GAS

HORIZONTEDE SUCESOS

SINGULARIDAD

Los astrnomos notan la presencia de los aguje- ros negros en el universo. Estos cuerpos apa- sionantes se encuentran en el centro de muchas galaxias (nuestra Va Lctea entre ellas), forman sis-temas binarios con estrellas normales y hasta puede que vaguen solos por el medio interestelar. Se trata de los objetos ms compactos del universo y contienen la forma ms extrema de materia que conoce la ciencia: la concentracin de masas arbitrariamente grandes en un punto matemtico casi. Plantean, en consecuencia, grandes dificultades para la observacin. A la postre, son negros. No emiten radiacin electromagntica, al menos no con una intensidad que podamos esperar detectar alguna vez.

Para inferir su existencia hay que basarse en dos lneas de argumentacin indirectas. Cerca del centro de una galaxia las estrellas se mueven a tal celeridad, que escaparan de la galaxia si no las sujetase la gravedad de una masa inmensa, de hasta un milln de veces la solar. Cualquiera que sea objeto de tal masa, presentar una densidad extrema; para los tericos se trata de un agujero negro, sin alternativa

posible. En segundo lugar, muchos centros galcticos y sistemas estelares binarios emiten radiacin y ma-teria a un ritmo descomunal. Para ello requieren un proceso extraordinariamente eficaz de generacin de energa. En teora, no hay mquina ms eficaz que un agujero.

Con todo, esas pruebas reunidas slo demuestran la existencia de algn tipo de cuerpo compacto. No permiten declarar que nos hallamos ante agujeros negros en razn de alguna de sus notas distintivas. Se infiere por defecto la presencia de un agujero negro. La identificacin resulta harto espinosa en los sistemas binarios, al existir otro cuerpo compacto que comparte con los agujeros algunas propiedades, la estrella de neutrones. Esta forma extrema de la materia comprimida por la gravedad hasta adqui-rir una densidad colosal es, en esencia, un ncleo atmico del tamao de una ciudad, donde acaban su vida muchas estrellas de masa grande. Una estrella de neutrones de la misma masa que el Sol tendr el mismo radio (unos 30 kilmetros) que el horizonte de sucesos que delimita a un agujero negro de 10

1. EL PELIGROSO DESCENSO hacia un agu-jero negro procede de una forma distinta si el gas que cae es espeso (mitad izquierda) o, por contra, tenue (mitad derecha). Si es espeso, menudean las colisiones entre las partculas, que radian fotones. El movimiento de cada se transforma entonces en movimientos aleatorios (es decir, en calor) y en radiacin. Las part-culas han perdido ya, en el momento en que se precipitan a travs del horizonte de sucesos del agujero, la mayor parte de su energa. Los fotones que salen se degradan al interaccio-nar con la materia. Pero si el gas es tenue, las colisiones escasean y los fotones apenas si interaccionan con la materia. Cuando las par-tculas caen dentro del agujero llevan consigo casi toda su energa de movimiento. Con un gas as, resulta ms fcil observar cmo devora energa una singularidad.

8 INVESTIGACIN Y CIENCIA, julio, 1999

masas solares. Las propiedades ob-servables, la temperatura de la ma-teria que cae es una, no permiten distinguir entre ambos objetos. En la investigacin so bre agujeros negros ocupa un lugar central la cuestin de cmo distinguirlos de las estrellas de neutrones.

En los ltimos aos se ha encon- trado una manera de hacerlo. Se basa en una diferencia notable que separa de las estrellas de neutrones a los agujeros negros: aqullas tienen superficies duras donde puede acu-mularse la materia; los segundos, en cambio, se tragan la materia que cae en ellos y hacen que desaparezca para siempre. Esa disparidad comporta una distincin sutil en la radiacin emitida en la vecindad de cada tipo de cuerpo. Apoyados en ello, se muestra que los objetos ms extraos del cosmos no son pura entelequia.

Los agujeros negros deben la efica-cia de su mecanismo a una intenssima gravedad. Del horizonte de sucesos no puede escapar nada, ni aunque se mueva a la velocidad de la luz. Esa superficie atrae a los objetos a una velocidad tambin muy alta; de camino puede que choquen con otros y se destruyan. En consecuencia, en la vecindad del agujero la materia se calienta. Puesto que los objetos se mueven casi a la velocidad de la luz, la energa cintica disponi-ble para su transformacin en calor es comparable a la encerrada en su masa en reposo (E = mc2). Para que un objeto regresase a su punto de partida, lejos del agujero, habra de prescindir de una parte considerable de su masa, convertida en energa pura. En este sentido, los agujeros negros transforman masa en reposo en energa trmica.

La eficacia de esta conversin depen de de la velocidad a la que rote el agujero negro. El momento angular es una de las contadas propiedades de la materia que no se pierde cuando se incorpora a un agujero negro. Aun-que no se puede ver directamente la rotacin del agujero, provoca que, en la vecindad del horizonte, se deforme el espacio-tiempo. Pero un agujero negro no puede girar alrededor de s mismo a una velocidad arbitrariamente grande. Por encima de determinado valor, su superficie dejara de existir. Un agujero que girase casi a su ve-locidad mxima convertira el 42 por ciento de la masa que le cayese en energa; uno esttico, slo el 6 por ciento. Por mor de comparacin, la eficacia de la fusin termonuclear

SOL

SOL

ENANA BLANCA

10.000 KM

1,4 MILLONESDE KM

AGUJERO NEGRO ESTELAR

SINGULARIDAD

HORIZONTE DE SUCESOS

6 KM

60 KM

ESTRELLADE NEUTRONES

ENANABLANCA

PARTICULADE GAS

NEUTRON

2. LAS ESTRELLAS, VIVAS O MUERTAS, son campos de batalla donde se en-frentan la gravedad y una u otra forma de presin hacia fuera. El equilibrio de fuerzas determina el tamao de la estrella. (Los tres objetos representados debajo del Sol tienen la misma masa que l.) En una estrella viva ordinaria, el Sol por ejemplo, la presin es gaseosa y se alimenta en ltima instancia de las reaccio-nes nucleares del ncleo. En una enana blanca el cadver denso y encendido de una estrella similar al Sol la presin se debe a la degeneracin cuntica, creada al estar los electrones apretadamente empaquetados. En una estrella de neutrones, residuo de la cremacin explosiva de una estrella de gran masa, los tomos estn machacados y sus ncleos se apian. En un agujero negro no hay presin hacia fuera; nada contrarresta la gravedad y la estrella se derrumba hasta convertirse en un punto matemtico casi, dentro de una superficie de no retorno, el horizonte de sucesos.

de las estrellas es de un 0,7 por ciento; la de la fisin del uranio, el 0,1 por ciento.

Si las partculas que rodean el agujero comparten entre s su energa mediante colisiones, por ejemplo, la temperatura que alcanza la materia en su cada hacia el agujero resulta difcilmente imaginable. La tempe-ratura tpica de un protn que est justo ms ac del horizonte corres-ponde a la conversin de buena parte de su masa en energa pura, unos 1013 grados. A una temperatura as, la materia debera ser un ascua de rayos gamma. Pero aunque es fcil calentar los protones (y los iones en general), no son buenos radiadores de energa; en las colisiones transfe rirn su energa a mejores emisores, en particular a los electrones, que expi-den fotones de menores energas, de rayos X por ejemplo. Debera verse, pues, procedente de una espesura de electrones, una intensa emanacin de rayos X.

Y eso es, en efecto, lo que se observa en ciertos sistemas de rayos X binarios. El primero se descu-bri en 1962. Desde entonces se han identificado cientos. Se trata de las fuentes de rayos X ms brillantes del cielo, formadas, segn se cree, por un objeto que no se ve y una estrella ordinaria que gira a su alrededor. Algunos emiten radiacin sin cesar, otros, llamados sistemas transitorios de rayos X, lo hacen slo de vez en cuando y durante unos meses cada vez; la mayor parte de su vida la pasan silentes, emitiendo muy pocos rayos X o ninguno. En su mayora slo se han avistado en una ocasin. Emiten de 1030 a 1031 watts en forma de rayos X, es decir, hasta 100.000 veces la produccin total del Sol.

La distribucin de energa de esta radiacin se acerca a la dibujada por la radiacin del cuerpo negro. Es similar a los espectros que emiten objetos tan dispares como el Sol, un carbn encendido y el cuerpo humano, slo que mucho ms intensa. El espectro de cuerpo negro lo producir un me-dio pticamente espeso, lo bastante

denso como para que los fotones no puedan abandonarlo sin sufrir mu-chas colisiones con los electrones. Las colisiones dispersan, destruyen y crean electrones, oscurecen la fuente original de la radiacin y promedian los detalles de cada interaccin. El espectro resultante depende slo de la temperatura y tamao de la su-perficie emisora. En un gas ptica-mente tenue los fotones apenas si experimentan interacciones antes de escapar de l; el espectro depender de las propiedades concretas de esa materia.

Se ha inferido que la temperatura de los rayos X de las binarias es de 107 grados, compatible con la esperada para un agujero negro. Para generar la emisin que se observa el agujero tendra que absorber de 109 a 108 masas solares al ao, lo que concuerda con los clculos de la velocidad a la que pierden masa las estrellas ordinarias que los acompaan. Por tanto, las binarias de rayos X podran ser la mejor prueba de que existen agujeros negros con una masa del orden de la de una estrella.

Pero esos mismos argumentos se esgrimen tambin a propsito de las estrellas de neutrones. Aunque menos poderosas que un agujero negro no dejan de ser unas mquinas formida-bles. La materia se estrella contra su

superficie a la mitad de la velocidad de la luz y se convierte en energa con una eficacia del diez por ciento, no muy lejos de la de un agujero tpico.

Se sabe que en muchos sistemas binarios el objeto compacto no es un agujero negro. Se cree que los radio-plsares encontrados en las binarias son, como los plsares individuales, estrellas de neutrones magnetizadas que rotan velozmente. Los agujeros negros astronmicos no pueden te-ner campos magnticos. Apenas si evidencian rasgos distintivos y no pueden generar las pulsaciones regu-lares observadas en los plsares. Ni los plsares de rayos X pueden ser agujeros negros. Una pulsacin estable y regular excluye la presencia de un agujero negro. Hasta las explosiones irregulares de rayos X requieren que haya una estrella de neutrones que proporcione una superficie donde se acumule la materia y estalle de vez en cuando.

Pero la recproca no es cierta. De la ausencia de pulsaciones o explosio-nes no se sigue que haya un agujero negro. No se espera, por ejemplo, que se produzcan explosiones de rayos X en una estrella de neutrones a la que se agregue materia a un ritmo muy rpido. Como la tasa de acrecin vara con el tiempo, caben las sorpresas.

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50 100DIAS TRAS EL PICO DE LA ERUPCION

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150 200 250

3. LAS ERUPCIONES DE RAYOS X de esta fuente transitoria llegaron al mximo el 13 de agosto de 1975. En unas semanas la intensidad (eje vertical) se multiplic al menos por 10.000. Esta fuente de rayos X, la A0620-00, de la constelacin del Unicornio era la ms brillante que se hubiese visto. Se haba observado una erupcin de luz visible en la misma regin 58 aos antes; mas por entonces no haba detectores de rayos X.

JEAN-PIERRE LASOTA quera de joven estudiar filologa e historia. Pero bajo el dominio comunista en su Polonia natal, la docencia de las humanidades estaba impregnada de ideologa marxista. Su padre le con-venci de que optara por la fsica. Se ha dedicado a la teora de los agujeros negros.

Recurdese que se sospechaba que el sistema Circinus X-1 albergaba un agujero negro hasta que empez a mostrar explosiones de rayos X.

Los agujeros negros tienen dos propiedades que pueden valer para discernir si cierto sistema binario incluye uno: carecen de superficie dura y no hay lmites para su masa. La masa de un agujero est deter-minada por cmo se form en particular, por la masa de la estrella a partir de la cual se desarroll y por la cantidad de materia absorbida. Ningn principio de la fsica seala qu masa llegar a tener un agujero negro. Por otro lado, las estrellas de neutrones no pueden tener una masa arbitrariamente grande.

La masa de cualquier objeto, agu-jeros negros excluidos, est limitada por la capacidad que manifieste de so-portar su propio peso. En las estrellas ordinarias los movimientos trmicos de las partculas impulsados por la fusin nuclear producen la presin que impide el derrumbe. Pero las estrellas muertas, como las de neutro-nes y las enanas blancas, no generan energa. En ellas la presin que se opone a la atraccin gravitatoria es el resultado de la degeneracin, fuerza pasiva originada por las interacciones mecanocunticas cuando la densidad es extrema.

Segn el principio de exclusin de Pauli, el nmero de fermiones (clase de partculas elementales que incluye a electrones, protones y neutrones) que pueden embutirse en un espacio dado tiene un lmite. En una enana blanca los electrones tienden a ocupar

los niveles de menor energa posible. Ahora bien, en razn del principio de Pauli no todos pueden estar en el nivel ms bajo. Slo puede haber dos electrones en cada estado de energa. Los electrones, pues, se van apilando hasta llegar a un determinado nivel de energa, que depende de la densidad. Este apilamiento crea la presin que contrarresta a la grave-dad. (El mismo efecto impide que los niveles electrnicos de los tomos se confundan unos con otros.) Como de-mostr Subrahmanyan Chandrasekhar en 1930, la masa de una estrella enana blanca ha de ser menor de 1,4 masas solares.

En las estrellas de neutrones se ad-quiere tal densidad, que ni siquiera la degeneracin electrnica puede resistir la gravedad. Los tomos se vienen abajo, los protones y los electro nes se mezclan y crean neutrones, los ncleos atmicos se unen. El resul-tado es una bola de neutrones. Las partculas, al no poder ocupar todas el mismo nivel de energa, se apilan y generan una presin hacia fuera.

Las propiedades de la materia nu- clear degenerada se conocen mal porque hay que tomar en cuenta las in-teracciones fuertes entre los neutrones (y los quarks que los constituyen). Por esta razn no se sabe con seguridad cul es la masa mxima de una estrella de neutrones, si bien un argumento sencillo impone un mximo absoluto. En una estrella degenerada, la atrac-cin gravitatoria crece con la masa. Para resistir esa atraccin aumentada, la materia se vuelve ms rgida. Por

encima de cierta masa crtica llega-ra a serlo tanto, que el sonido se propagara a mayor velocidad que la luz, contraviniendo los principios bsicos de la relatividad. Esa masa crtica sextuplica la solar. Segn un clculo ms detallado efectuado por grupos estadounidenses, franceses y japoneses la masa mxima no llega a las tres masas solares. Ninguna estrella de neutrones que se conozca supera las dos masas solares.

Por eliminacin, se llama agujero negro a un objeto compacto cuya masa supere las tres masas solares. La medicin de las velocidades de las estrellas, combinada con las leyes de Kepler del movimiento orbital, esta-blece un lmite inferior a las masas estelares en un sistema binario. Se conocen hasta siete binarias transito-rias de rayos X en las que el objeto compacto satisface este criterio de existencia de un agujero negro. Con algunos supuestos adicionales, se ha calculado que la verdadera masa de estos agujeros vara entre las 4 y las 12 masas solares.

La identificacin de esos objetos con los agujeros negros sera ms fiable si mostrasen la otra caracters-tica que una estrella de neutrones no puede tener: un agujero negro carece de superficie dura. El horizonte de sucesos es una superficie de la que no se vuelve. Todo lo que la atra-viesa desaparecer para siempre de nuestro universo.

Una porcin de plasma caliente que caiga en un agujero negro no tendr tiempo suficiente para radiar toda su energa trmica; su calor

10 INVESTIGACIN Y CIENCIA, julio, 1999

ESTRELLADE NEUTRONES

AGUJERONEGRO

AGUJERONEGRO

DISCO DEACRECION

4. TRES FORMAS DE ACRECION dan tres maneras de desprender radiacin. Cuando un gas cae en espiral sobre una estrella de neutrones libera gran parte de su energa al chocar con ella (izquierda). Pero el gas que cae dentro de un agujero negro no sufre un impacto; desaparece tras el horizonte, sencillamente. O el gas se

va desprendiendo de su energa antes de alcanzar el hori-zonte (centro) como ocurrir si su densidad es grande, porque entonces sus tomos chocarn unos con otros o se la llevar consigo a la tumba (derecha). Siguiendo el hilo de la acrecin los astrnomos descubren el tipo de objeto involucrado.

No hay mejor sitio donde mirar, para una astrnomo que quiera observar la absorcin de energa por un agujero negro, que una fuente transitoria de rayos X. Las tpicas son objetos celestes cuyo brillo, en una semana, se centuplica en la gama de la luz visible y aumenta un milln de veces en el dominio de los rayos X. Persisten resplandeciendo durante un ao ms o menos, hasta que vuelven a apagarse y caer en el olvido. Otras fuentes variables de rayos X, las erupciones de rayos X y las estrellas pulsantes de rayos X, no producen esos aumen-tos intensos, largos y raros del brillo.

Los astrnomos calculan que en nuestra galaxia hay sin descubrir varios miles de fuentes transitorias de rayos X dormidas. Se ha detectado alrededor de una docena en el momento de su erupcin. Son objetos compactos un agujero negro o una estrella de neutrones que estn atrayendo y agregndose el gas de una infortunada estrella compaera.

De estos sistemas, ninguno ha ofrecido mayores tesoros que la fuente transitoria GRO J1655-40, un agujero negro. Shuan Nan Zhang y su grupo lo descubrieron en 1994 gracias al satlite Ob-servatorio de Rayos Gamma. Desde entonces se han ido viendo las variaciones de la velocidad orbital de la estrella compaera (lo que permite medir con precisin la masa del objeto compacto), las seales que desvelaron que se trataba de un agujero negro, una sugerente oscilacin en las proximidades de ste y unos chorros de materia proyectados casi a la velocidad de la luz.

A partir de la velocidad de la compaera se calcula la cota inferior de la masa del objeto com-pacto: 3,2 veces la masa solar. Costaba obtener un mejor clculo de la masa porque haba que conocer los valores de otras dos magnitudes: la masa de la estrella y la inclinacin de la rbita con respecto a nuestra lnea de visin. Se deter-minaron a partir de los cambios de la intensidad de la luz de la estrella, conforme giraba alrede-dor del agujero negro (centro, a la derecha). La intensidad mxima se produce cuando se ve la estrella, alongada por la gravedad del agujero, por su parte ms ancha. El mnimo ocurra un cuarto de rbita ms tarde, cuando se vea una de sus puntas. Por un golpe de suerte, result que el plano orbital y el disco de acrecin eran casi perpendiculares con respecto a nuestra lnea de visin. Adems, la superficie de la compaera estaba libre de mculas, de manchas solares. El resultado fue la medicin de la masa de un posible agujero negro ms precisa jams efectuada: 7,0 masas solares.

Con un comportamiento sin precedentes para una fuente transitoria de rayos X, GRO J1655-40 tuvo un par de erupciones muy seguidas, en 1994 y 1996. El constante aumento de brillo de la luz visible empez unos seis das antes de que comenzase la erupcin de rayos X el 25 de abril de 1996 (abajo, a la derecha). Los tericos creen que el retraso se debi a que a la materia le lleva tiempo difundirse hacia el interior y apelmazar el gas cercano al agujero. De la forma del espectro de rayos X se segua que el agujero giraba casi al 90 por ciento de la velocidad mxima que le sera posible.

Cuatro meses despus, el grupo de Ronald A. Remil lard detect con el satlite Explorador Rossi de la Variacin Temporal de los Rayos X unas oscilaciones ocasionales de

la radiacin X. Esas vibraciones se producan 300 veces por segundo; eran las ms veloces jams vistas en un sistema de agujero negro. Segn la teora, la frecuencia de la vibracin depende del radio del horizonte de sucesos del agujero negro, que a su vez depende de la masa y de la velocidad de rotacin de dicho objeto. Teniendo en cuenta la masa que se le ha medido al sistema, se busca ahora la primera determinacin firme de la velocidad de rotacin de un agujero negro.

Pasada la erupcin, el sistema lanz durante varios meses

dos chorros de materia, uno a cada lado de la fuente, a un 92 por ciento de la velocidad de la luz. Esa materia se aceler seguramente en el borde interior del disco de acrecin, donde el gas est forzado a girar alrededor del agujero a casi la velocidad de la luz.

En estos momentos el sistema ha vuelto ya a su estado silente. El gas, ahora, en vez de caer en espiral mientras despide rayos X se precipita directamente y no le da tiempo a radiar antes de ser atrapado. El resultado es que los tomos del gas y alrededor del 99,9 por ciento de su energa trmica escapan de nuestro universo, donde nunca ms se los ver.

JEFFREY E. McCLINTOCK es investigador del Centro Smithsoniano de Harvard para Astrofsica. Descubri en 1986 el primer agujero negro que formaba parte de un sistema de rayos X transitorio.

BRIL

LO V

ISUA

L (M

AGNI

TUD) 17,0

17,1

17,2

17,3

17,4

TIEMPO (PERIODOS ORBITALES)0 0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 1,75 2,0

AMPL

ITUD

DE

LA L

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ISIB

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AGNI

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AMPL

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DE

LOS

RAYO

S X

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GUN

DO)

ABRIL DE 1996

100

50

0

0,3

0,1

19 21 23 25 27 29

LUZVISIBLE

RAYOS X

GRACIAS AL BRILLO OSCILANTE de la estrella compaera se ha podido pesar el agujero negro del sistema binario GRO J1655-40. No es normal que una estrella se encienda y apague as. Pero a sta la ha deformado la gravedad del agujero. Como una pera, es mayor vista de costado y parece que entonces genera ms luz (recuadros insertados). El perodo orbital manifiesta la masa del agujero.

SEIS DIAS despus de que el sistema binario GRO J1655-40 empezara a brillar ms en la luz visible (izquierda) comenz tambin a emitir rayos X (derecha).

Un agujero negro en accinJeffrey E. McClintock

ser arrastrado con ella hasta el in-terior del agujero. Los observadores no veran nunca su energa, engu-llida a travs del horizonte hasta desaparecer. Semejante fuga no viola la ley de conservacin de la masa-energa, porque la energa trmica se incorpora a la masa del agujero. Pero reduce grandemente la eficacia aparente de ste como mquina. Mas si un plasma caliente cae sobre una estrella de neutrones, toda su ener-ga acaba radin dose, bien porque lo ha ga el propio plasma, bien porque lo haga la superficie de la estrella de neutrones.

La circunstancia, pues, en que me-jor se distinguira un agujero negro de una estrella de neutrones sera cuando la materia que se agregase no pudiera expedir su calor antes de encontrarse con el horizonte o con la superficie. En un seminario celebrado en Kyoto en 1995 llam a esos flujos ADAF (flujos de acrecin dominados por la adveccin), denominacin que hoy es de uso comn. Los plasmas muy calientes y tenues son psimos radiadores. Por eso se han buscado fuentes de rayos X y gamma que aparezcan ms oscuras de lo que seran si su rendimiento radiativo rondara el diez por ciento.

La materia que se precipita hacia un objeto compacto no avanza en corto y por derecho. En virtud de la conservacin del momento angular, se instala en rbitas ms o menos circulares. Desde all caer slo si hay rozamiento, que va quitando mo-mento angular. La friccin calien ta, adems, el gas que se va agregan do; si el gas puede enfriarse eficazmente perder energa orbital y formar una estructura plana y delgada: un disco de acrecin. Se han observado estos discos en muchos sistemas binarios. Pero si el enfriamiento es ineficaz, como ocurre en el caso de los ADAF, la materia adoptar una configuracin casi esfrica.

En 1977 Setsuo Ichimaru se vali ya de esta idea para explicar algunas propiedades de la binaria de gran masa Cygnus X-1, que incluye el primer posible agujero negro recono-cido. Su trabajo pas inadvertido. El reciente inters por los ADAF parte de 1994, con los modelos tericos simples de ADAF pticamente tenues de Ramesh Narayan e Insu Yi, de la Universidad de Harvard, y de Marek Abramowicz y Ximing Chen, de la de Gothenburg, Shoji Kato, de la de Kyoto, Oded Regev, de la Tecnion de Haifa, y el autor. En manos de es-

12 INVESTIGACIN Y CIENCIA, julio, 1999

AGUJERONEGRO

DISCO DE ACRECION

LUZVISIBLE

RAYOS X

1

2

3

4

5

5. FLUJO DE ACRECION de un sistema transitorio de rayos X. Consta de un gas caliente, tenue, esfrico (rosa) abrazado por un disco de acrecin fro, denso, plano (rojo). En su estado usual, silente (1), el gas caliente cae en el agujero negro y emite slo una pequea cantidad de radiacin, orden de cosas que los astrnomos llaman flujo de acrecin dominado por la adveccin (ADAF). Pero en una erupcin el inestable disco se calienta y las estrellas resplandecen en la luz visible (2). El borde interior del disco empieza a avanzar hacia el agujero (3, 4, 5) y reemplaza el ADAF hasta que empieza la emisin de rayos X. Este modelo explica el retraso de seis das entre la erupcin visible y la de rayos X en GRO J1655-40.

ADAF

tos investigadores, a los que debemos sumar Ann Esin, Rohan Mahadevan y Jeffrey E. McClintock, del Centro Smithsoniano de Harvard para la Astrofsica, y Fu-mio Honma, de Kyoto, los modelos de los ADAF han ido de xito en xito. Un ADAF explica ahora el es-pectro del centro de nuestra galaxia, reivindicando una idea adelantada por Martin J. Rees, en 1982.

Parece que hay un tipo de sistema binario, las fuentes transitorias silentes de rayos X, que posee un flujo de acrecin con dos compo-nentes. La parte interior es un ADAF; la exterior forma un disco de acrecin plano. Estos sistemas pasan la mayor parte del tiempo silentes, en cuyo estado la dbil radiacin que se ob-serva es emitida, en buena medida, por el ADAF. De vez en cuando emiten un pulso intenso de radiacin. Por ser los ADAF de suyo estables, las erupciones deben desencadenarse en el disco exterior.

El 20 de abril de 1996 un equipo de astrnomos McClintock, Ronald Remillard, Jerome Orosz y Charles Bailyn observaban el sis-tema de rayos X transitorio GRO J1655-40. Daba la impresin de que algo no funcionaba en el proceso observador. Cayeron pronto en la cuenta de su suerte: estaban captando un suceso muy raro, un pulso de radiacin. A lo largo de los cinco das siguientes el brillo del sistema se intensific en la luz visible, aunque persisti sin detectarse en rayos X.

Al sexto da empez a resplande-cer en rayos X. Como explicamos Jean-Marie Hameury, McClintock, Narayan y yo, el retraso fue justo el que caba esperar con un flujo de acrecin de dos componentes. El disco exterior, lejos del agujero negro, emite luz pero no rayos X. Por eso se produce al principio una erupcin slo en las longitudes de onda de la luz visible. Luego, la materia corre hacia el agujero negro ms deprisa; la tenue regin del ADAF se va llenado hasta que empieza a emitir rayos X. Las observaciones fueron una hermosa e inesperada confirmacin de esta teora.

Narayan, McClintock y Michael Garca fueron los primeros, valindose

de los sistemas transitorios de rayos X, en avanzar un criterio cuanti-tativo para distinguir entre objetos con superficies duras (estrellas de neutrones) y objetos carentes de ellas (agujeros negros). Propuse yo otro criterio, basado en que las fuentes transitorias silentes con estrella de neutrones han de ser ms brillantes que los agujeros negros que agre-guen materia al mismo ritmo. No puede medirse directamente la tasa de acrecin; en su lugar podemos valernos del perodo orbital, pues dos objetos con el mismo perodo han de absorber materia a pareja velocidad. Juntando todas las piezas, se llega

a la conclusin de que un sistema con agujero negro ser ms oscuro que otro con estrella de neutrones y el mismo perodo orbital. Puesto que slo se conocen los perodos orbitales de un puado de sistemas de esta naturaleza, no se ha deter-minado todava bien la di-ferencia que se espera. Aun as, para un perodo orbital dado los agujeros negros con-firmados son, en efecto, ms oscuros que las estrellas de neutrones.

Aunque trabajos recientes han sembrado dudas so-bre el modelo simple de los ADAF porque no tiene en cuenta los flujos hacia fuera, los modelos genera-les siguen necesitando de la presencia de un agujero negro para reproducir las observaciones. La creacin de modelos de los flujos que caen hacia los agu-jeros negros es un campo de investigacin muy activo.

En cualquier caso, los cuerpos con una masa demasiado grande para ser estrellas de neutrones pueden ahora pasar de la categora de posible agujero negro a la de agujero negro confirmado. Slo un objeto con un horizonte de sucesos hace que la energa desaparezca tal y como los astrnomos infieren que acontece en esos sistemas. Las observaciones que pronto efectuarn algunos observato-rios de rayos X, el Chandra, el XMM, alargarn seguramente la lista. Los agujeros negros continuarn siendo negros, pero ya no podrn ocultarse tras un disfraz. Estamos aprendiendo a quitarles la careta.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA

BLACK HOLES, WHITE DWARFS AND NEUTRON STARS: THE PHYSICS OF COMPACT OBJECTS. Stuart L. Shapiro y Saul A. Teukolski. John Wiley & Sons, 1983.

BLACK HOLES AND RELATIVISTIC STARS. Dirigido por Robert M. Wald. University of Chicago Press, 1998.

GRAVITYS FATAL ATTRACTION: BLACK HOLES IN THE UNIVERSE. Mitchell C. Begelman y Martin J. Rees. W. H. Freeman and Company, 1998.

PROBING STRONG GRAVITATION FIELDS IN X-RAY NOVAE. Jeffrey E. McClintock, en Accretion Processes in Astrophysical Systems: Some Like It Hot! Dirigido por Stephen S. Holt y Timothy R. Kallman. American Institute of Physics, 1998. Preprint disponible en xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/9802080 en la World Wide Web.

ADAFS: MODELS, OBSERVATIONS AND PROBLEMS. Jean-Pierre Lasota en Physics Reports, vol. 311, nms. 3-5, pgs. 247-258; abril de 1999. Preprint disponible en xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/9806064 en la World Wide Web.

INVESTIGACIN Y CIENCIA, julio, 1999 13

1031

1033

1032

101PERIODO ORBITAL (HORAS)

LUM

INO

SIDA

D (E

RGS

POR

SEGU

NDO)

100 200

GRO J165540

1034

6. PRUEBA DE LA PRESENCIA de agujeros negros, ob-tenida comparando objetos de ms de tres masas solares (crculos negros) y de menos (crculos blancos). Los pesados no brillan tanto como los ligeros aunque tengan el mismo perodo orbital (eje horizontal). Sin embargo, dos objetos con el mismo perodo orbital agregan materia al mismo ritmo, as que deberan emitir ms o menos la misma cantidad de radiacin. Entenderemos la discrepancia si desaparecen materia y energa de nuestro universo, operacin que slo un agujero puede realizar. (Las flechas indican las cotas superiores de una medicin.)

HIPOCAMPO

CEREBRODE ROEDOR

CEREBRO HUMANO AXON

CELULAGRANULOSA

CA3

HILIOCAPA DE CELULASGRANULOSAS

DE LA CIRCUNVOLUCION DENTADA

HIPOCAMPO

zonaampliada

Si nos rasgamos la piel, la he- rida se cerrar en pocos das. Si nos rompemos la pierna, la fractura se soldar, siempre que el hueso est en la posicin correcta. Casi todos los tejidos se autorreparan en alguna medida a lo largo de la vida. Mucho tienen en ello que ver las clulas madre, verstiles; se parecen a las del embrin en desarrollo por su capacidad de multiplicarse punto menos que ilimitada y de generar no slo copias de s mismas, sino tambin tipos celulares diversos. La mdula sea proporciona un ejemplo esclarecedor. De las clulas madre de la mdula proceden todas las clulas de la sangre: eritrocitos, plaquetas y leucocitos. Otras clulas madre producen los diversos componentes de la piel, el hgado o el epitelio intestinal.

El cerebro de un humano adulto puede, a veces, compensar la lesin sufrida estableciendo nuevas conexio-nes entre las neuronas supervivientes. Pero no puede repararse a s mismo, pues carece de clulas madre que permitan la regeneracin neuronal. Al menos eso era lo que la neurobiologa aceptaba hasta hace muy poco.

En noviembre del ao pasado, Peter S. Eriksson, del Hospital Universita-rio Sahlgrenska de Goteburg, Gage, del Instituto Salk de Investigaciones Biolgicas de La Jolla, y varios participantes hicieron pblica una sorprendente noticia: en el cerebro humano se generan neuronas de forma habitual, al menos en el hipocampo, un rea importante relacionada con la memoria y el aprendizaje. (Si bien en el hipocampo no se almacena la memoria, colabora en su formacin, despus de integrar seales proce-dentes de otras regiones cerebrales. Las personas con lesiones hipocam-pales tienen problemas para adquirir conocimientos nuevos, pero pueden recordar la informacin aprendida antes de la lesin.)

Comparada con el nmero total de clulas del cerebro, la cifra absoluta de clulas nuevas es pequea. Aun as, considerando los recientes hallaz-gos en animales, el descubrimiento insina prometedoras posibilidades en medicina. A tenor de los datos disponibles, las clulas madre po-dran producir neuronas nuevas en otra regin del cerebro humano y residen, probablemente, si bien in-activas, en localizaciones adicionales. Pese a su pobre autorreparacin, el cerebro adulto podra, en realidad, albergar un gran potencial de rege-neracin neuronal. Si se descubriera cmo provocar que las clulas madre existentes generen una cantidad til de clulas nerviosas funcionales en partes seleccionadas del cerebro, se

Regeneracin de las clulasnerviosas en adultos

Segn tesis defendida en neurologa, el cerebro humano adultono regenera sus clulas. Pero semejante declaracin debe revisarse.

Ms an, la capacidad formadora recin descubierta podra llevarnosal tratamiento eficaz de las enfermedades neurolgicas

Gerd Kempermann y Fred H. Gage

CELULAPIRAMIDAL

14 INVESTIGACIN Y CIENCIA, julio, 1999

aliviaran los trastornos relacionados con la lesin y la muerte neuronal; estamos pensando en la enfermedad de Alzheimer y en el Parkinson, as como en las discapacidades que acompaan al accidente cerebrovas-cular y a los traumatismos.

Por sorprendente que haya re-sultado el hallazgo de produccin de neuronas en el cerebro humano maduro, no hemos de olvidar que ciertos estudios con otros mamferos adultos haban proporcionado pistas desde haca aos. En 1965, Joseph Altman y Gopal D. Das, del Insti-tuto de Tecnologa de Massachusetts, describieron el desarrollo de neuronas (neurognesis) en el hipocampo de ratas adultas, concretamente en la circunvolucin dentada (gyrus den-tatus), la misma rea hipocampal donde se ha observado el fenmeno en humanos.

Otros estudios confirmaron el in- forme de Altman y Das. Pero la mayora de los investigadores no vieron en esos datos una prueba concluyente de la neurognesis en mamferos adultos; ni siquiera los consideraron indicio de que el cerebro humano escondiera la capacidad de regenerarse. Los mtodos entonces disponibles no podan estimar el n-mero de neuronas que se formaban, ni demostrar que esas nuevas clulas fueran neuronas. Por no conocerse, se ignoraba incluso la nocin de clulas madre enceflicas. Para que aparecieran nuevas neuronas, la ciencia dominante exiga la replicacin de clu-

las maduras, una hazaa increble. Se subestim la pertinencia de los hallazgos sealados para el cerebro humano. Lo que tena su explicacin. Nadie haba obtenido pruebas defini-tivas de neurognesis en chimpancs o monos, que son primates y, por tanto, ms prximos gentica y fi-siolgicamente a los seres humanos que otros mamferos.

As qued la cuestin hasta media-dos de los aos ochenta cuando Fer-nando Nottebohm, de la Universidad Rockefeller, sacudi el campo con resultados espectaculares en canarios adultos. Descubri que la neurog-nesis ocurra en los centros cerebra-les responsables del aprendizaje del canto; ms an, que el proceso se aceleraba durante las estaciones en las que los pjaros adultos aprendan sus canciones. Nottebohm y sus colabora-dores tambin demostraron que la for-macin de neuronas en el hipocampo de los carboneros aumentaba durante las estaciones que ms demandaban de la memoria de los pjaros, en particular cuando los animales tenan que seguir la pista de alimentos guardados y dispersos aqu y all. Los resultados de Nottebohm volvieron

a despertar el inters por el pro-ceso de neurognesis en mamferos adultos y, por supuesto, a retomar en consideracin la posibilidad de capacidad regenerativa en el cerebro humano adulto.

El optimismo engendrado en torno a la neurognesis en humanos se es-fum en seguida. Por aquel entonces, el grupo de Pasko Rakic, de la Uni-versidad de Yale, inici sus estudios sobre neurognesis en primates adul-tos. En su trabajo de investigacin, impecable para la poca, no hallaron nuevas neuronas en el cerebro de monos rhesus adultos.

La lgica continuaba oponindose a la regeneracin neuronal en el cerebro adulto del hombre. La biologa mostraba que la neurognesis haba ido restringiendo progre-

1. NEUROGENESIS en el hipocampo del cerebro adulto, una regin vinculada con la memoria. Las etapas del proceso se han identificado en la circunvolucin dentada del hipocampo de roedores. Las clulas madre indiferenciadas se dividen (1) en la zona que separa la capa de clulas granulosas (que contienen los cuerpos celulares granulares de las neuronas granulosas) y el hilio (rea adyacente formada por los axones de las neuronas granulosas, esto es, las proyec-ciones que transmiten las seales). Algunas de las clulas resultantes se adentran en el interior de la capa de clulas granulosas (2). Por ltimo, algunas de estas clulas se diferencian y transforman en neuronas granu losas completas, con sus proyecciones caractersticas (3).

PROGENIEDE LA CELULA

MADRE

CELULA MADRE

1

2

CELULAEN MIGRACION

NEURONANUEVA

3

INVESTIGACIN Y CIENCIA, julio, 1999 15

16 INVESTIGACIN Y CIENCIA, julio, 1999

sivamente su alcance en el curso evo-lutivo, conforme el cerebro ganaba en complejidad. Mientras que los lagartos y otros animales inferiores disfrutan de una regeneracin neu-ronal plena ante una lesin cerebral, los mamferos carecen de respuesta tan eficaz. Pareca razonable suponer que la adicin de neuronas en las intrincadas redes del cerebro humano deba amenazar el flujo ordenado de las seales a lo largo de las vas establecidas.

Pero la debilidad de esta argumen-tacin termin por salir a flote. El equipo dirigido por Elizabeth Gould y Bruce S. McEwen, de Rockefeller, y por Eberhard Fuchs, del Centro Alemn de Primates de Gttingen, dieron cuen ta en 1997 de la presencia de cierto grado de neurognesis en el hipocam po de tupaiidos. En marzo de 1998 observaron el mismo fen-meno en el Callithrix. Ms alejados de los humanos, desde un punto de vista evolutivo, que los monos rhesus, los calitrcidos tambin son primates.

Para determinar si los humanos adultos poseen capacidad de neu-rognesis, podra estudiarse direc-tamente en personas. Pero esa va de investigacin pareca vedada, por la imposibilidad de transferir a las personas los mtodos aplicados a la demostracin de la formacin de nuevas neuronas en animales.

Las tcnicas empleadas, aunque varen, se fundan en la duplicacin de los cromosomas previa a la divisin celular. Cada clula hija recibe as una dotacin cromosmica completa. En los experimentos, se inyecta en los animales un material marcado (un marcador) que se integra slo en el ADN de las clulas que se preparan para la divisin. El marcador pasa luego a formar parte del ADN de las clulas hijas resultantes, que lo transmitirn a su vez a la progenie celular subsiguiente.

Algunas de las clulas marcadas no tardarn en diferenciarse, en transfor-marse en neuronas especficas o en gla (el otro tipo bsico de clulas del cerebro). Transcurrido el tiempo necesario para la diferenciacin, se extrae el cerebro. Se corta en sec-ciones. Se tien los cortes para su observacin al microscopio. Aquellas clulas que presenten el marcador (prueba de su procedencia de la clula en divisin) y porten, asimismo, las caractersticas anatmicas y qumicas propias de neuronas se tomarn por clulas devenidas neuronas despus de la administracin del marcador. Las neuronas ya diferenciadas ni se dividen, ni pueden incorporar el marcador; difcilmente podran pre-sentarlo.

Resulta evidente que no podamos seguir esa pauta para abordar el fenmeno en humanos. Un obs-tculo insuperable hasta que Eriksson dio con una solucin tras un ao sabtico en Salk. En el ejercicio de sus tareas clnicas, se encontr cierto da conversando con un onclogo. Adentrados en la charla, Eriksson se enter de que la sustancia empleada de marcador de las clulas anima-les en divisin bromodeoxiuridina (BrdU) se administraba a pacientes con cncer de lengua o de laringe terminales. Los enfermos en cuestin

se hallaban encuadrados en un ensayo experimental y se les inyectaba el compuesto para controlar el creci-miento del tumor.

Si pudiera obtenerse, pens Eriks-son, el hipocampo de los participantes en el estudio cuando murieran, los anlisis realizados en Salk permitiran identificar las neuronas y obser-var si haba alguna que portara el marcador de ADN. La presencia de BrdU significara que las neuronas interesadas se formaron despus de la administracin de la sustancia. En otras palabras, el estudio podra demostrar la realidad de un proceso de neurognesis en pacientes adultos, presumiblemente mediante prolife-racin y diferenciacin de clulas madre.

Eriksson obtuvo el consentimiento de los pacientes para el estudio post mrtem de su cerebro. Desde princi pios de 1996 hasta febrero de 1998, acudi al hospital, para extraer muestras de tejido cerebral de cinco indi viduos, que haban fallecido a edades comprendidas entre cincuenta y siete y setenta y dos aos. De acuer do con lo esperado, todos ellos presentaban neuronas nuevas espe-cficamente c lulas granulosas en la circunvolucin dentada. Merced a la generosidad de los pacientes, que donaron su rgano para esta causa, contamos con la prueba de la neu-rognesis en humanos adultos. (Por la fecha en que se hizo pblico el estudio, los grupos de Gould y Rakic daban cuenta de la produccin de clulas nerviosas en el hipocampo de monos rhesus adultos.)

Por supuesto, la mera demostracin de la existencia de neurognesis en humanos no basta. Si se busca inducir la regeneracin neuronal controlada en el cerebro, habr que localizar las clulas madre capaces de devenir neuronas. Deber tambin asegurarse de que las neuronas derivadas de

GERD KEMPERMANN y FREDH. GAGE colaboran desde 1995, cuan-do el primero llam a la puerta del laboratorio de Gage en el Instituto Salk de Investigaciones Biolgicas en La Jolla. Kempermann trabaja ahora en la Universidad de Regensburg. Gage comparte la investigacin en el Salk con la docencia en la Universidad de California en San Diego.

2. FORMACION de neuronas cerebrales revelada en estas mi-crografas de tejido de hipocampo, procedente de adultos que murieron por cncer. En estas imgenes obtenidas mediante diversos mtodos, las neuronas se ven de color rojo. El color verde de una neurona en la imagen izquierda y el sombrea do oscuro de una neurona en la imagen de la derecha indican que los cromosomas de estas clulas contienen bromodesoxiuridina

(BrdU). Sustancia que se inyect en los pacientes para estudiar el crecimiento tumoral. La bromodesoxiuridina se integra en el ADN de las clulas en divisin, como es el caso de las clulas madre, pero no en el de las neuronas ya formadas. Su presencia revela que las clulas marcadas maduraron en neuronas despus de la administracin de bromodesoxiuridina, hacia el final de la vida de los pacientes.

estas clulas sean funcionales, que enven y reciban seales de forma apropiada. Para nuestra fortuna, el descubrimiento de la correspondencia entre la neurognesis en el hipocampo de roedores y la de humanos significa que podemos volver a la investigacin con ratones para descubrir claves inditas.

Los trabajos acometidos con roedo-res han revelado que se produce en el curso de la vida cierto grado de neu-rognesis, no slo del hipocampo, sino tambin en el sistema olfatorio del cerebro. Las clulas madre residen en el septo (relacionado con la emocin y el aprendizaje), el cuerpo estriado (relacionado con la actividad motora de ajuste fino) y la mdula espinal. Pero, en condiciones normales, las clulas que no estn en el hipocampo ni en el sistema olfatorio no parecen producir nuevas neuronas.

Imaginemos que la parte frontal del cerebro del animal fuera transpa-rente. En ese caso, la circunvolucin dentada del hipocampo se vera en parte formando una capa delgada y oscura, que dibujara una V. Esa estructura se corresponde con los cuerpos celulares de las neuronas granulosas, la parte globular que contiene el ncleo. Dentro de la V, la capa adyacente integra el hilio (hilus), constituido por axones de las clulas granulosas, esto es, por las largas proyecciones que transportan las seales a la estacin de relevo del hipocampo, la CA3.

Las clulas madre de las que pro-ceden las clulas granulosas recin formadas residen en la frontera entre la circunvolucin dentada y el hilio. Estas clulas se dividen sin cesar. Buena parte de la progenie es vivo retrato de las clulas originales; no pocas mueren en seguida. Pero hay algunas que emigran y se internan en la capa de clulas granulosas; adoptan el aspecto de las clulas granulosas circundantes, que rema-tan con proyecciones mltiples para recibir y enviar seales. Tambin ex-tienden sus axones a lo largo de las mismas vas usadas por sus vecinas ya establecidas.

Las clulas madre que rinden nue-vas neuronas del sistema olfatorio tapizan las paredes de los ventr-culos laterales, cavidades cerebrales llenas de fluido. El equipo de Arturo Alvarez-Buylla, de Rockefeller, ha demostrado que hay descendientes de estas clulas madre que emigran hasta llegar al bulbo olfatorio, donde adquieren las caractersticas propias de las neuronas del contorno.

En ambas regiones cerebrales, las nuevas neuronas formadas remedan en su apariencia a las compaeras preestablecidas. Cabe suponer que cumplan parejos cometidos. Cmo saber lo? Para desentraarlo, ha re-sultado de notable valor el trabajo realizado sobre los efectos del medio ambiente operados en la anatoma del cerebro y en el aprendizaje.

A comienzos de los aos sesenta, el grupo encabezado por Mark R. Rosenzweig, de Berkeley, modific las condiciones habituales de laborato-rio, un tanto monacales, de una serie de roedores para colocarlos en un entorno de mayor bienestar, con jaulas mejores y en compaa de otros. Se les dejaba explorar los alrededores (cambiados de forma constante por los cuidadores) y divertirse con ruedas giratorias y otros juguetes.

El grupo de Rosenzweig y, ms tarde, el de William T. Greenough, de Illinois, describieron los resultados de vivir en condiciones tan relajadas. Comparados con los animales aloja-dos en las jaulas habituales, los que

disfrutaron una vida mejor mostraban al final algo ms de masa cerebral, mayor grosor de algunas estructuras cerebrales, diferencias en los niveles de ciertos neurotransmisores (las mo-lculas que portan mensajes activa-dores o inhibidores de una neurona a otra), ms conexiones entre las clulas nerviosas y una ramificacin aumentada de las proyecciones neu-ronales. Adems, realizaron mejor las pruebas de aprendizaje; por ejemplo, la de moverse con soltura por el laberinto.

Considerados en su conjunto, los resultados abonaban la idea de que los cambios ambientales mejoraron la funcin cerebral. Desde entonces los neurobilogos estn convencidos de que el bienestar del entorno de los roedores adultos incide en la arquitectura cerebral y potencia su capacidad. Pese a todo, se rechaz durante aos la hiptesis de que la produccin de clulas nerviosas nue-vas en cerebros adultos tuviera nada que ver con semejante reordenacin, por mucho que ya en 1964 Altman aconsejara su consideracin.

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CELULA MADRE TOTIPOTENTE

1

2

3

CELULA MADRE DIRIGIDA

CELULA PROGENITORADIRIGIDA

CELULAS DIFERENCIADAS

HUEVOFECUNDADO

PRECURSORESDE TEJIDOS AJENOS

AL CEREBRO

GLIOBLASTO(FORMA CELULAS

DE LA GLIA)

OTRAS NEURONAS

PRECURSORDE CELULAS

DEL CEREBRO

NEUROBLASTO

CELULAS GRANULOSAS

3. ETAPAS DE DESARROLLO de las clulas granulosas de un embrin. Se parte de una clula madre totipotente, capacitada para dar lugar a cualquier clula del cuerpo. La prole inicial cuenta con clulas madre sin diferenciar cuya misin consiste en producir clulas madre del cerebro (1). Estas darn lugar, a su vez, a clulas progenitoras destinadas a producir slo neuronas (2) o slo clulas de la gla, que estimulan la supervivencia neuronal. De los progenitores neurona-les proceden clulas granulosas del hipocampo (3) u otros tipos de neuronas en cualquier otra parte del cerebro. Las etapas segunda y tercera se suceden en el hipocampo humano durante toda la vida del ser humano.

En ayuda de la tesis ambientalista han llegado nuevos descubrimientos. Con tcnicas desconocidas en los aos sesenta, nuestro grupo demostr en 1997 que los ratones adultos que han gozado de unas condiciones de bienestar desarrollan un 60 % ms de c lulas granulosas adultas en la circun volucin dentada que los indi-viduos control, idnticos en gentica. Los primeros sacaron tambin un mejor rendimiento en una tarea de aprendizaje que consista en salir de la piscina. El bienestar potenci la neurognesis y el aprendizaje incluso en ratones muy viejos, cuya produc-cin basal de neuronas est muy por debajo de la tasa juvenil.

No estamos afirmando, en abso-luto, que las nuevas neuronas sean las nicas responsables del mejor comportamiento. Los cambios en la configuracin de la estructura y el microambiente qumico en las reas cerebrales relacionadas desempean tambin un papel destacado. Mas, por otro lado, sera llamativo que un cam-bio tan radical en la fabricacin de neuronas, as como la conservacin de la neurognesis en adultos a travs de la evolucin, no sirvieran para nada.

Si, como sospechamos, las neuro- nas que brotan de modo ruti-nario en el cerebro humano adulto son funcionales, los neurobilogos podran estudiar los controles que regulan su formacin con el propsito ltimo de promover la generacin de neuronas doquiera se necesiten. Amn de la mejora del entorno, se han identificado otros factores que inciden en la neurognesis.

Para entenderlos en su justa me-dida, habr que recordar las diversas etapas de la neurognesis, desde la proliferacin de clulas madre hasta la diferenciacin, pasando por la selec-cin de determinadas supervivientes de alguna progenie y la migracin. Ahora bien, los factores que in-tervienen en una etapa podran no influir en otras. El incremento de la proliferacin de clulas madre puede comportar el aumento neto de neuro-nas nuevas, si la supervivencia y la diferenciacin de las clulas hijas se mantiene constante. Pero si las tasas de supervivencia y diferenciacin se modificaran en sentido opuesto, quiz no aumentase la cifra de neuronas. En el mismo rango, el nme ro de neuronas crecer si la proliferacin se mantiene constante, pero aumentan la supervivencia y diferenciacin.

Entre las influencias reguladoras descubiertas, algunas se consideran

contrarias a la neurognesis. A tenor de los trabajos de Gould y McEwen, determinados estmulos comunes so-bre la circunvolucin dentada podran revestir un franco inters contra la produccin de neuronas. As, los neurotransmisores que estimulan las clulas granulosas en el giro dentado inhiben tambin la proliferacin de clulas madre en el hipocampo. Los niveles elevados de hormonas gluco-corticoides en la sangre bloquean la neurognesis en adultos.

Sabido esto, no encierra mayor sorpresa que el estrs reduzca la produccin de clulas madre en la regin aludida. El estrs potencia, en el cerebro, la liberacin de neurotrans-misores excitadores; en las supra-rrenales, la secrecin de hormonas glucocorticoides. Si conociramos el mecanismo de la inhibicin podra-mos evitarla. Pero andamos muy lejos de ello. El hecho de que niveles desmesurados de neurotransmisores excitadores y de ciertas hormonas bloqueen la neurognesis, por ejem-plo, no implica necesariamente que niveles menos extremos sean nocivos; incluso podran ser tiles.

En lo concerniente a los factores que estimulan la neurognesis en el hipocampo, nos proponemos iden-tificar qu aspectos de un entorno acogedor ejercen mayor efecto. El grupo de Gould ha demostrado que la participacin en una tarea de apren-dizaje, incluso sin las condiciones de bienestar, potencia la supervivencia de las clulas generadas por divisin de clulas madre, lo que se traduce en una multiplicacin neta del nmero de nuevas neuronas.

En nuestro grupo comparamos el proceso de neurognesis en dos gru-pos de ratones instalados en sendas jaulas normalizadas; una dispona de

rueda giratoria, la otra no. Los ratones con acceso ilimitado a la rueda se ejercitaron en ella y terminaron con el doble de neuronas nuevas que sus sedentarios compaeros; esta propor-cin es similar a la observada con ratones alojados en un entorno de bienestar. En el grupo de los corre-dores, el incremento de la divisin de las clulas madre fue responsable de una parte importante del efecto final, pero no intervena en las ganancias obtenidas por ratones de un entorno de bienestar. En este ltimo caso, lo mismo que en el estudio de Gould, las condiciones mejoradas promovan la supervivencia de la progenie de clulas madre; pervivan un mayor nmero para convertirse en neuronas. Nos reitera este descubrimiento que los mecanismos reguladores de la neurognesis son complejos y operan en diversos planos.

De ciertas molculas se sabe que influyen en la neurognesis. Hemos sometido a criba el factor de cre cimiento epidrmico y el factor de crecimiento de fibroblastos. No obstante su denominacin, inciden en el desarrollo de neuronas en cultivos celulares. Junto con H. Georg Kuhn, de Salk, y Jrgen Winkler, de San Diego, inyectamos estos compuestos en los ventrculos laterales de ratas adultas; all mostraban una notable proliferacin merced a las clulas ma-dre locales. El factor de crecimiento epidrmico favoreci la diferencia-cin de las clulas en gla, dentro del bulbo olfatorio; pero el factor de crecimiento de fibroblastos estimul la produccin de neuronas.

La induccin de crisis epilpti-cas, accidentes cerebrovasculares y otros estados patolgicos en animales adultos desencadena la divisin de

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las clulas madre e incluso la neu-rognesis. Ignoramos si el cerebro apela a este tipo de respuesta para reponer las neuronas necesarias. En el caso de las crisis, las conexiones aberrantes formadas por las neuronas nuevas podran ser parte del problema. La divisin de clulas madre y la neurognesis revelan que el cerebro tiene capacidad autorreparadora. Por qu, pues, no emplea con regularidad dicho potencial?

En todos los experimentos refe-ridos, se han examinado los fen-menos de regulacin manteniendo constante la dotacin gentica. Obser-vbamos las respuestas neurolgicas de animales genticamente idnticos ante estmulos distintos. Otra manera de desentraar los controles de la neurognesis consistira en abordar, dejando constante el entorno, los ge-nes de cepas de animales que difieran en su rendimiento neuronal. Entre los genes divergentes haba, cabe presumirlo, los involucrados en la produccin de nuevas clulas nervio-sas. En la misma lnea, se comparan tambin genes activos en distintas regiones cerebrales, segn presenten neurognesis o no. La investigacin gentica est en marcha.

Los genes sirven de patrn para la sntesis de las protenas. Son stas las que llevan el peso de la actividad celular, vale decir, de la induccin de la divisin celular, la migra-cin o la diferenciacin. Por ello, si pudiramos identificar los genes que participan en la fabricacin de neuronas, estaramos en el camino de descubrir las protenas asociadas y establecer la contribucin de esos genes y sus protenas al proceso neurogentico.

Con diligente tenacidad podramos recorrer la trayectoria de las casca-

das moleculares que llevan de un estmulo especfico, sea ambiental o interno, a alteraciones particulares de la actividad gentica y, a su vez, a una intensificacin o disminucin de la neurognesis. Se dispondra as de la informacin necesaria para inducir a voluntad la regeneracin neuro nal. Este enfoque clnico podra tradu cir se en la administracin de molculas reguladoras, u otros agentes farmaco-lgicos, en la aplicacin de terapia gnica para aportar molculas tiles, en el trasplante de clulas madre, modulacin de estmulos ambientales o cognitivos y alteraciones de la actividad fsica.

El desarrollo de las tcnicas de ese tenor quiz requiera decenios. Una vez dominadas, sin embargo, podran aplicarse con amplia ver-satilidad. Podra quizs alcanzarse con ellas cierto grado de reparacin en reas cerebrales con neurognesis conocida y en zonas donde las clulas madre se hallen en reposo. Podra el mdico inducir el traslado migrador de clulas madre hacia zonas donde no suelen recalar, promoviendo su maduracin en el tipo especfico de clulas nerviosas que demanda el paciente. Aunque las nuevas clulas no podran regenerar partes comple-tas del cerebro ni reparar prdidas de memoria, s podran, por contra, sintetizar cantidades importantes de dopamina (el neurotransmisor cuya carencia provoca los sntomas del Parkinson) u otras sustancias.

La investigacin en dominios prximos de la ciencia facilitar la bsqueda de enfoques teraputicos avanzados. En algunos laboratorios se cultivan clulas madre embriona-rias humanas: un tipo celular muy verstil, derivado de embriones en

fase precoz de desarrollo y capaz de producir cualquier tipo celular en el cuerpo humano. Es posible que llegue el da en que se coloquen clulas madre embrionarias en un embrin para producir un determinado linaje de neuronas. Clulas que se tras-plantaran luego a regiones daadas para suplantar la prdida de clulas nerviosas.

Los trasplantes podran ser recha-zados por el sistema inmunitario del receptor. Para orillar ese obstculo se exploran varias vas. Una solucin podra consistir en cultivar clulas madre del cerebro del paciente que las ha de recibir, e intervenir en dicho material segn el fin deseado, en vez de utilizar clulas madre de un donante. Se han diseado ya medios bastante inocuos para extraer tales clulas cerebrales.

Cierto es que nos movemos an en el terreno de la pura especu-lacin. En el de un horizonte que nos lanza un desafiante reto. En algn momento del estudio de los controles de la neurognesis y de los tratamientos propuestos para los trastor nos cerebrales, se tendr que sustituir a los roedores por humanos. Para estudiar a personas sin afectar su salud, habr que recurrir a proto-colos extremadamente refinados, del tenor de las tcnicas de formacin de imge nes (resonancia magntica funcional o tomografa de emisin de positrones). Habr que desarrollar mecanismos de seguridad para que las neuronas trasplantadas o cuya formacin se estimule en el mismo cerebro humano hagan lo que se espera de ellas y no interfieran en la funcin cerebral normal. Los benefi-cios esperados del aprovechamiento del potencial regenerativo del cerebro justifican todos los esfuerzos.

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RATONESDE CONTROL

RATONES ENUN ENTORNOPRIVILEGIADO

4. SUPERIORIDAD DEL ENTORNO DE BIENESTAR (pgina opuesta) sobre las condiciones habituales de laboratorio (arriba) a la hora de estimular la neurog-nesis en la circunvolucin dentada del hipocampo de ratones (grfico). Se busca qu aspectos de este ambiente privilegiado inciden con mayor determinacin. Los resultados de la comparacin entre animales que viven en jaulas estndar con otros cuya jaula adems dispone de una rueda giratoria indican que el ejercicio desarrollado en la rueda podra ser un factor importante.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA

NEUROGENESIS IN THE ADULT HUMAN HIPPOCAMPUS. Peter S. Eriksson et al. en Nature Medicine, vol. 4, n.o 11, pgs. 1313-1317; noviembre 1998.

LEARNING ENHANCES ADULT NEU-ROGENESIS IN THE HIPPOCAMPAL FORMATION. Elisabeth Gould et al. en Nature Neuroscience, vol. 2, n.o 3, pgs. 260-265; marzo 1999.

RUNNING IN CRISIS CELL PROLIFE-RATION AND NEUROGENESIS IN THE ADULT MOUSE DENTATE GYRUS. Henriette van Praag et al. en Nature Neuroscience, vol. 2, n.o 3, pgs. 266-270; marzo 1999.

E l sistema nervioso interviene en los procesos de la percepcin, pensamiento y control de nuestro or-ganismo. Para llevar a cabo estas funciones, las neu-ronas del sistema nervioso perifrico (SNP) recogen informacin del cuerpo y del exterior, que transmiten a las neuronas de la mdula espinal y tronco del en-cfalo, situados en el sistema nervioso central (SNC). Las neuronas de estas estructuras contactan con otras del SNC, hasta que la informacin llega al cerebro, donde se procesa para emitir una respuesta o queda almacenada.

Las rdenes generadas por el cerebro viajan a los rganos efectores siguiendo la ruta inversa, hasta alcan-zar los msculos o las estructuras correspondientes. El sistema nervioso constituye, pues, una suerte de potente conductor formado por multitud de cables (los axones)

que transmiten impulsos elctricos hacia el cerebro (vas ascendentes), as como rdenes del cerebro a rganos efectores (vas descendentes).

Cuando el sistema nervioso sufre una agresin, se inte-rrumpen las vas nerviosas en el lugar de la lesin y ya no se pueden transmitir impulsos elctricos. A principios de siglo, Santiago Ramn y Cajal haba observado que los SNP y SNC de mamferos adultos no respondan igual ante las lesiones. Mientras que los axones del SNP daados podan regenerarse y reconectarse con las estructuras a las que inervaban antes de la lesin, los axones del SNC que sufran una agresin se mostraban incapaces de crecer, quedando interrumpida permanentemente la va nerviosa lesionada. Del mismo modo, si la lesin del nervio afectaba a la zona de transicin entre el SNP y SNC, los axones podan regenerarse en el tramo de ner-

vio situado en el SNP, mientras que eran incapaces de penetrar y crecer dentro del SNC.

La diferente capacidad regenerativa de los SNP y SNC se debe a la existencia de un entorno celular distin to en ambos. En el sistema peri-frico, los axones estn rodeados por clulas de Schwann, que producen las molculas necesarias para que esos cilindroejes o axones puedan crecer. En el sistema central, sin embargo, las clulas de gla (oligodendrogla, astrogla y microgla) constituyen un obstculo para la regeneracin de los axones, pues crean un entorno no permisivo para su extensin.

Por una parte, ciertas protenas asociadas a la mielina y sintetizadas por la oligodendrogla hacen que la sustancia blanca del SNC sea inhi-bidora del crecimiento axonal. Por otra, la astrogla y la microgla forman una cicatriz en el lugar de la lesin que impide tambin la elongacin de axones.

De esa regla general se aparta el bulbo olfatorio, una estructura del SNC, donde la regeneracin axonal es posible a lo largo de toda la vida del individuo. En esta regin del sistema nervioso central, los axones de las neuronas olfatorias seccionados se regeneran y restablecen la integridad histolgica y funcional del sistema.

Una diferencia notable entre el bulbo olfatorio y el resto del SNC radica en la presencia de la gla envolvente en aqul. La gla envolvente es un tipo de clula glial que rodea a los axones olfatorios en todo su recorrido, aislndolos as del entorno no permi-sivo propio del SNC. Segn parece, estas clulas aportan a los axones

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LESION REGENERACION

REGENERACION

NO REGENERACION

NO REGENERACION

LESION

LESION

SNP

SNC

SNP

SNP

SNPSNP SNC SNC

SNCSNC

LESION

NEURONAOLFATORIA

NEURONAOLFATORIA

BULBOOLFATORIO

BULBOOLFATORIO

TRANSICION SNP-SNC

1. Las neuronas responden de manera diferente a las lesiones en el sistema nervioso perifrico (SNP) y en el sistema nervioso central (SNC). En ambos casos, tras una lesin se produce una degeneracin de la parte del axn alejada del cuerpo celular (aspa) y un intento de la neurona de regenerar su axn. Los axones lesionados en el SNP son capaces de regenerarse (a), pero no los axones lesionados en el SNC (b). Los axones lesionados en la transicin SNP-SNC se regeneran en el tramo de SNP, aunque son incapaces de crecer dentro del sistema nervioso central (c). S es posible la regeneracin en el bulbo olfatorio (d). Los axones olfatorios lesionados regeneran tanto en el tramo de SNP como dentro del SNC (bulbo olfatorio) debido a que la gla envolvente los rodea, los asla del entorno propio del SNC y favorece su regeneracin. (Verde: clulas de Schwann; marrn: oligodendrogla; rojo: gla envolvente; azul: cicatriz glial; gris: SNC.)

Regeneracin de la mdula espinalLa gla envolvente

como instrumento favorecedor

las molculas que requieren para su crecimiento.

La ausencia de regeneracin axonal en el SNC lesionado causa la prdida permanente de las funciones. En el caso de la mdula espinal, no se puede trans-mitir la informacin recogida por el SNP al cerebro (ascendente), ni las rdenes motoras generadas por el cerebro a los msculos (descendente), provocando una prdida de la sensibilidad y una parlisis por debajo del nivel de la lesin.

La prevalencia de lesiones medula-res y sus consecuencias devastadoras para los pacientes que las sufren han instado la bsqueda de una estrategia experimental que permita a los axones lesionados crecer dentro del SNC. Los resultados obtenidos en animales de laboratorio podran ayudar a encontrar un tratamiento eficaz en personas. La mayora de las estrategias experimentales empleadas responden a una misma idea bsica: proporcionar al axn lesionado el entorno adecuado que necesita para su elongacin.

Se han colocado en el lugar de la lesin injertos de tejido nervioso em-brionario, de nervio perifrico, infusiones de factores neurotrficos y molculas de adhesin, trasplantes de clulas de Schwann, trasplantes de clulas mo-dificadas genticamente para producir molculas favorecedoras del crecimiento axonal, etctera.

Aunque los axones medulares lesio-nados crecieron dentro de los mltiples entornos permisivos implantados, fueron incapaces de salir de ellos y no pudie-ron regenerarse en el entorno inhibidor del SNC. Este hecho impidi que se pudiera restablecer la integridad histo-lgica perdida y, por tanto, la funcin del sistema daado.

Se han conseguido mejores resultados empleando anticuerpos bloqueantes de la actividad inhibidora de la mielina, que pro-mueven el crecimiento axonal en mdulas espinales lesionadas de forma incompleta o parcial (hemiseccin medular o lesin especfica del haz corticoespinal). Mas slo se consigui la regeneracin, en escasa longitud, de muy pocos axones; probablemente, los anticuerpos emplea-dos no bloqueaban la actividad inhibidora de la cicatriz glial.

Hemos obtenido resultados muy pro- metedores en ratas adultas mediante trasplantes de gla envolvente del bulbo olfatorio. La estrategia se aplic en m-dulas espinales enteramente seccionadas. Tras cultivar y purificar la gla envolvente, a partir de bulbos olfatorios de ratas adul-tas, trasplantamos los cultivos puros en mdulas espinales de otras ratas adultas, a las cuales se les haba extrado el segmento medular T9 completo (lesin tipo traumtico). La gla envolvente se

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BULBO OLFATORIO

T8 T10

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GLIA ENVOLVENTE

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2. Los trasplantes de gla envolvente promueven la regeneracin axonal en mdulas espinales seccionadas de ratas adultas. La gla envolvente se obtiene de los bulbos olfatorios de ratas adultas, se cultiva y se purifica (a). En la foto de la derecha se muestra un cultivo de gla envolvente pura observada en un microscopio de fluorescencia. Los cultivos de gla envol-vente pura se trasplantan en mdulas espinales en las que se elimin por seccin el segmento T9 (b), con la consiguiente interrupcin de todos los axones descendentes (rojo) y ascendentes (ocre). La gla envolvente (puntos verdes) se inyecta en los muones medulares a ambos lados de la lesin (segmentos T8 y T10). Para unir los muones y rellenar el hueco creado al quitar el segmento T9 se usa un tubo relleno de clulas de Schwann (rosa). Seis semanas despus del trasplante, los axones descendentes de neuronas del tronco del encfalo (rojo) y los axones ascendentes de neuronas espinales (ocre) atraviesan el lugar de la lesin y se regeneran bastante trecho en los muones medulares (c). La gla envolvente migra del lugar de inyeccin y acompaa a los axones en regeneracin (puntos verdes). En la microfotografa de una seccin histolgica de una mdula espinal trasplantada con gla envolvente, se distinguen axones en regeneracin por la zona del corte (d)

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inyect en los muones medulares y entre los muones se tendi un tubo relleno de clulas de Schwann, en sustitucin del segmento medular eliminado. Pasadas seis semanas del trasplante, varios de los axo-nes medulares seccionados haban regenerado.

Los axones ascendentes de neu-ronas espinales salieron del tubo regenerando como mnimo una dis-tancia de 2,5 centmetros dentro de la mdula espinal. Los axones descendentes de neuronas del rafe (tronco del encfalo) regeneraron fuera del tubo y dentro de la m-dula espinal una distancia de al menos 1,5 centmetros. Los axones ascendentes y los descendentes crecieron en los entornos inhibi-dores de la cicatriz glial y de la sustancia blanca. La gla envolvente migr del lugar de la inyeccin invadiendo ambos muones me-dulares y acompa a los axones en regeneracin en su recorrido dentro de la mdula espinal. Es probable que estas clulas estu-vieran aportando las condiciones que los axones necesitan para su regeneracin.

Mediante el trasplante de gla envolvente hemos conseguido que los axones se regeneren en m-dulas espinales seccionadas. Se dispone, adems, de un injerto que migra del lugar donde se implant acompaando a los axones en re-generacin a travs de entornos inhibidores y creando a su alrededor las condiciones necesarias para que puedan crecer.

Estos hallazgos constituyen un primer paso previo y necesario para que se pueda producir el restable-cimiento de los circuitos neuronales daados y una posterior recupera-cin de las funciones perdidas tras la lesin. Sin regeneracin nerviosa difcilmente se podra producir una recuperacin funcional.

Aunque an queda mucho por hacer antes de que estos re-sultados puedan tener una aplica-cin clnica, lo conseguido arroja nueva luz sobre el problema de la regeneracin nerviosa y abre una nueva ventana de esperanza para el tratamiento de la parlisis y de aquellas patologas del sistema ner-vioso que requieran de crecimiento axonal para su curacin.

ALMUDENA RAMN CUETOCentro de Biologa Molecular

Severo Ochoa, Madrid

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Apenas haban pasado doce minutos de la puesta del Sol. Haba empezado a oscurecer en la costa norte de Papa Nueva Guinea. Aquella noche del viernes 17 de julio de 1998 llegaba tranquila para los hombres, mujeres y nios de Sissano, Arop, Warapu y otras aldeas del apacible banco de arena que separa del mar de Bismarck la laguna de Sissano. Mien-tras, en las profundidades de la Tierra, lejos de los habitantes de las cabaas, donde tremendas fuerzas haban comprimido las rocas subyacentes durante aos, en pocos minutos, se liber, con suma violencia, toda la energa acumulada, hasta provocar un terremoto de 7,1 grados de mag-nitud. A las 18,49 horas, el temblor ms intenso sacudi, en una extensin de 30 kilmetros, el litoral de la laguna y deform el fondo costero ocenico. El nivel del mar, en respuesta, subi de repente y engendr un temible tsunami.

John Sanawe, un coronel retirado, viva en el extremo sur del banco de arena, en Arop. So-brevivi al tsunami y le cont su peripecia personal a Hugh Davies, de la Universidad de Papa Nueva Guinea. Tras la primera sacudida, ocurrida a slo 20 kilmetros de la costa, Sanawe vio la elevacin del mar sobre el horizonte; el agua, pulverizada, rozaba los 30 metros de altura. Oy un ruido bronco, al principio como de un trueno lejano y despus parecido al de un helicptero cercano; el sonido se fue apagando, mientras retroceda el nivel del mar muy por debajo de su cota normal. Pasaron cuatro o cinco minutos de silencio. Oy entonces un

TSUNAMISNo es posible domear su energa, pero las lecciones aprendidas

de los desastres ocurridos en estos ltimos diez aos,junto con los avances en el seguimiento de estas olas imponentes,

nos ayudarn a salvar vidas

Frank I. Gonzlez

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estruendo de reactor en vuelo rasante. Y de pronto, la primera ola del tsunami, de unos tres o cuatro metros de altura. Corri hacia su casa, pero la ola lo alcanz. Una segunda ola, mucho mayor, arras la aldea y lo arroj un kilmetro ms all, hasta el manglar interior de la laguna.

Otros no tuvieron la suerte de Sanawe. Algunos fueron despedidos ms all de la laguna, lanzados sobre las ramas rotas del manglar. Muchos recibieron golpes continuos de toda clase de escombros. De los que sobrevivieron, una treintena perdi alguna extremidad gangrenada. Antes de que llegara la ayuda, cocodrilos y perros salvajes carroearon los cadveres, circunstancia que dificult, an ms, el recuento de vctimas mortales. Se cifran en unas 2200; de ellas, 230 eran nios. Las olas de ms de 15 metros de altura, que alcanzaron la costa un cuarto de hora despus de la sacudida principal, sorprendieron a muchos habitantes. Los pocos enterados sobre los riesgos de tsunami quedaron atrapados sin saber adnde huir.

1. LOS TSUNAMIS DE ESPECIAL VIOLENCIA podran arrancar un faro de cuajo, tal y como se lo imagin el artista. Sera imposible escapar de estas olas, muy prximas a la costa, con alturas de hasta 30 metros y velocidades de 15 metros por segundo.

Las olas de los tsunamis que han afectado a Papa Nueva Guinea son las ms devastadoras que se conocen, segn los registros de incidencia ob-tenidos a partir de las bases de datos desarrolladas por James F. Lander, Patricia A. Lockridge y su grupo del Cetro Nacional de Datos Geofsicos de Boulder, as como por Viacheslav K. Gusiakov y sus colegas del Labo-ratorio de Tsunamis de Novosibirsk. La mayora de los tsunamis reseados se dan en el ocano Pacfico, el 86 por ciento de los cuales se generan por los terremotos submarinos origi-nados alr