Investigacion y Ciencia 298 Julio 2001

8/14/2019 Investigacion y Ciencia 298 Julio 2001

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JULIO 2001

800 PTA. 4,81 EURO

RESISTENCIA CONTRA LAS VACUNAS • EDAD DE LAS ESTRELLAS

Prionesy encefalopatíaespongiforme

La red semántica

Test de Rorschach

Sistemas de defensasubmarina



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Julio de 2001 Número 298

SECCIONES4

HACE...50, 100 y 150 años.

31CIENCIA Y SOCIEDADAtención y rendimientovisual... Simetría floral,

mutantes naturales... Terapiamediante captura

de neutrones, aplicaciones

de las fibras de neutrones.

36DE CERCA

Instrumentación sumergida.

Armas submarinassupercavitantesSteven Ashley

Torpedos de alto secretoy otras armas que se muevena centenares de millas por horapueden transformar la guerrasubmarina.

La edad de las estrellas Brian C. Chaboyer

Se deshizo la paradoja.Las estrellas más viejas conocidasno son mayores que el universo.

14

Desarrollo de resistenciacontra los antibióticosK. C. Nicolaou y Christopher N. C. Boddy

Una mirada atenta al funcionamiento internode los microorganismos en esta era de crecienteresistencia a los antibióticos nos ofreceestrategias inéditas para el diseño

de nuevos fármacos.

6



38

Edición española de

SECCIONES84

TALLER Y LABORATORIOUn vacío más o menos... vacío,por R. Lehoucq y J. M. Courty

87AVENTURAS PROBLEMÁTICAS

Algo escamante,por Dennis E. Shasha

88JUEGOS MATEMÁTICOSPerder + perder = ganar.

Juegos de azar paradójicospor Juan MR Parrondo

90NEXOS

La ruta de la seda,por James Burke

92LIBROS

Biodiversidad... Enfermedadescarenciales... Astrofísica básica.

La Red semánticaTim Berners-Lee, James Hendler

y Ora Lassila

Los ordenadores que surquen la Reddel mañana comprenderán mejorlo que ocurre, y será más probableque el cibernauta encuentrelo que realmente desea.

48 El Rorschachy otros tests proyectivosScott O. Lilienfeld, James M. Wood

y Howard N. Garb

El test de Rorschach de las manchas de tintay otros tests similares son con frecuenciamenos informativos que lo que los psicólogosdan por supuesto.

56 Emisión de electrones por efecto campoPedro A. Serena, Juan José Sáenz,

Antonio Correia y Tim Harper

Mediante la combinación del fenómenode la emisión de campo con técnicas propias

de la microelectrónica se han abierto caminonuevos dispositivos, desde minúsculos sensoreshasta propulsores de vehículos espaciales,pasando por pantallas ultraplanas.

74 Priones y encefalopatía espongiformebovina

Manfred Eigen

En los nuevos tests basados en los mecanismosy la velocidad de reproducción de los agentescausales de la encefalopatía espongiformebovina podría hallarse la solución de la

detección precoz.

66 Petróleo y ecologíaW. Wayt Gibbs

¿Qué riesgos y promesas encierrala prospección petrolífera en el inmensoecosistema original de Alaska?



INVESTIGACION Y CIENCIA

DIRECTOR GENERAL Francisco Gracia GuillénEDICIONES José María Valderas, director ADMINISTRACIÓN Pilar Bronchal, directoraPRODUCCIÓN M.a Cruz Iglesias Capón

Bernat Peso InfanteSECRETARÍA Purificación Mayoral MartínezEDITA Prensa Científica, S. A. Muntaner, 339 pral. 1.a – 08021 Barcelona (España)

Teléfono 93 414 33 44 Telefax 93 414 54 13

SCIENTIFIC AMERICAN

EDITOR IN CHIEF John RennieMANAGING EDITOR Michelle PressASSISTANT MANAGING EDITOR Ricki L. RustingNEWS EDITOR Philip M. YamSPECIAL PROJECTS EDITOR Gary StixSENIOR WRITER W. Wayt GibbsEDITORIAL DIRECTOR, ON-LINE Kristin LeutwylerEDITORS Mark Alpert, Steven Ashley, Graham P. Collins, Carol Ezzell,

Steve Mirsky, George Musser y Sarah SimpsonPRODUCTION EDITOR Richard HuntVICE PRESIDENT AND MANAGING DIRECTOR, INTERNATIONAL Charles McCullaghPRESIDENT AND CHIEF EXECUTIVE OFFICER Gretchen G. TeichgraeberCHAIRMAN Rolf Grisebach

PROCEDENCIADE LAS ILUSTRACIONES

Portada: Expogràfic

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Fuente

Eric O’ConnellSlim FilmsEric O’ConnellJeff JohnsonEric O’ConnellHubble Heritage TeamWolfgang Brandner, Laboratorio dePropulsión a Chorro/ IPAC ; Eva K.Grebel; You-Hua Chu y NASA

R. Michael Rich, Kenneth J. Mighelly James D. Neill, Universidad deColumbia; Wendy L. Freedman,Carnegie Observatories y NASA

Donald F. Figer, Instituto deCiencias para el Telescopio Espacialy NASA

Travis A. Rector, Brenda Wolpa yGeorge H. Jacoby, Observatorio Nacional de Astronomía Optica

Aaron FirthPhilip HowePhilip Howe (arriba); J. P. Franc y J.M. Michel, LEGI /img (centro);ARL /Penn Sta te and RTO / NATO (abajo)Philip HoweU. S. Navy/ NUWC (arriba); PhilipHowe (abajo)Miguel SalmerónXPlane

Miguel SalmerónCortesía de la Fundación AndyWarhol, Inc./Art Resource, NY(dibujo); Jelle Wagenar ( fotografía)©1943 The Presidents and Fellows of Harvard College, ©1971 Henry A.Murray ( pintura); Jelle Wagenar( fotografía)Jelle WagenarB. Coll, Motorola Inc., FPD-Division(a y b); P. A. Serena, J. J. Sáenz,A. Correia y Tim Harper (c)B. Coll, Motorola Inc., FPD-Division(a); E. Huq, Rutherford Appleton Laboratory , U.K. (b)B. Coll, Motorola Inc., FPD-Division(a); autores (b)S. Gómez-Moñivas, Universidad Autónoma de Ma drid

Vu Thien Binh, Universidad Claude Bernard de Lyon y autoresB. Coll (a); autores (b y c)M. I. Marqués, Universidad Autónoma de Ma drid

S. Marcuccio, Centrospazio, Italia (ay b); Agencia Espacial Europea (c)Jim BarrLaurie GraceArtic National Wildlife RefugeDavid Fierstein (dibujo); PhillipsAlaska, Inc. ( fotografías 1, 4, 5 y 6 );Judy Patrick (2 y 3)Phillips Alaska, Inc.ExpogràficLópez García, Zahn, Riek yWüthrich, ETHC / PNAS. vol. 97,pág. 8334 (arriba); Detlev Riesnery Thomas Braun (abajo)Manfred Eigen, GöttingenSpektrum der Wissenschaft/ Thomas Braun

Manfred EigenJan Bieschke

COLABORADORES DE ESTE NUMERO

Asesoramiento y traducción:

Esteban Santiago: Desarrollo de resistencia contra los antibióticos; M.ª Rosa Zapatero: La edad de las estrellas; J. Vilardell: Armas submarinas supercavitantes, Hace..., y Taller y laboratorio; Luis Bou: La red semántica y Aventuras matemáticas; José Manuel Garcíade la Mora: El Rorschach y otros tests proyectivos; Francesc Asensi: Priones y encefalopatíaespongiforme bovina; José M.ª Valderas Martínez: Nexos

Copyright © 2001 Scientific American Inc., 415 Madison Av., New York N. Y. 10017.

Copyright © 2001 Prensa Científica S.A. Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona (España)

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ISSN 0210136X Dep. legal: B. 38.999 – 76

Filmación y fotocromos reproducidos por Dos Digital, Zamora, 46-48, 6ª planta, 3ª puerta - 08005 Barcelona

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Difusión

controlada



...cincuenta años

FIBRAS ARTIFICIALES. «En sóloquince años la industria textil seha visto inundada de nailon, allón,vitrofibras, virón, orión y otros pro-ductos. De la invasión del rayón,los acetatos y el nailon no se hasalvado ningún guardarropa nortea-mericano y los usos técnicos y mi-litares a los que se han adaptadoestos y otros productos sintéticosforman legión. Se estima que eneste año la producción mundial defibras sintéticas alcanzará un total

superior a los mil quinientos mi-llones de kilogramos, lo que sig-nifica que han desplazado a la lanay ocupan un segundo puesto sólosuperado por el algodón y el yuteen la jerarquía de las materias pri-mas textiles.»

LA COM PO SI CI ÓN DE UN CO-META. «A gran distancia del Solel cometa estaría inactivo. Pero alaproximarse al Sol, el calor va-porizaría desde el estado sólido lamateria que hubiera en la super-ficie del núcleo. Los gases des-prendidos arrastrarían materialmeteorítico formando un chorrometeórico en la estela del cometa.Los propios gases sufrirían la ac-ción de la radiación solar. La com-ponente ultravioleta de ésta diso-ciaría las moléculas de CH4, NH3y H2O en formas más simples.

Esto explica por qué los espec-tros de los cometas no revelan lapresencia de CH4, NH3 ni H2O,pero sí muestran los radicales deesos compuestos: CH, CH2, NH,NH2 y OH.

—Fred L. Wipple.»

...cien años

SEGURIDAD DE ESTADO Y PRO-GRESO TÉCNICO. «Los inexplica-bles conservadurismo y arroganciade las autoridades aduaneras turcasse pusieron recientemente de ma-nifiesto con la prohibición de impor-tar máquinas de escribir. La razónaducida por la autoridad es que, sise pusieran en circulación escritossediciosos confeccionados por unamáquina de escribir, sería imposi-ble obtener pistas acerca del usua-rio de la máquina. Una gran con-

signación de 200 máquinas deescribir, que se hallaban en el edi-ficio de la aduana cuando se aprobóesa ley, tendrán que ser devueltas.»

AUTOS DE CARRERAS. «Desde elpunto de la distancia de 1190 km

HACE. ..

2 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, julio, 2001



a recorrer, la carrera de coches demotor París-Berlín fue la más in-teresante de las celebradas hasta lafecha, aunque no pueda decirse quesea la más importante para la in-dustria, pues los vehículos partici-pantes no eran de un tipo cuya fa-bricación sea deseable. Los vehículosde carreras, de una clase especial,se construyen para correr mucho,pero son peligrosos, poco fiablesy caros. Nuestra ilustración mues-tra al ganador, Henri Fournier, ya su chófer cruzando la línea demeta en su automóvil Mors.»

...ciento cincuenta años

SUCIEDAD ESTADÍSTICA. «Las300.000 casas de Londres están cru-zadas por una red de calles segúnun promedio de unos 39 metros

cuadrados por casa, una gran pro-porción de los cuales están pavi-mentados de granito. Más de dos-cientos mil pares de ruedas, con laayuda de un número considerable-mente alto de caballos herrados, nocesan de transformar en polvo ese

granito, el cual se mezcla con dosa seis carretadas de excrementosde caballo por kilómetro de calle

y por día, además de una cantidaddesconocida de posos de hollín pro-cedente de medio millón de hu-meantes chimeneas. Los olores yperfumes, casi los propios de unestablo, del aire londinense, la ra-pidez con que se ensucian nuestras

manos, nuestras ropas, las colga-duras de nuestras habitaciones y lasvías de aire de nuestros pulmonestestimonian sobradamente la reali-dad de este desastre.»

LAS MINAS DE ZABARAH. «EnEgipto ha tenido lugar un intere-santísimo descubrimiento. En el mon-te Zabarah, hay una mina de es-meraldas que se abandonó en losúltimos años del reinado de MehmetAlí. Una compañía inglesa ha rea-nudado su explotación, pues secree que aún alberga piedras pre-ciosas. El ingeniero de la compa-ñía ha descubierto, a gran pro-fundidad, rastros de una viejagalería, que data de la más remotaantigüedad. Allí encontraron úti-les arcaicos y una piedra grabadacon signos jeroglíficos, ahora par-

cialmente desfigurados. Del exa-men de esa piedra parece despren-derse que los primeros laboreosen la mina comenzaron en el rei-nado de Sesostris el Grande, quevivió hacia el año 1650 antes deCristo.»

Carrera de autos París-Berlín, 1901

INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, julio, 2001 3



Desarrollo de resistenciacontra los antibióticos

El estudio de los mecanismos que intervienen

en la adquisición bacteriana de resistencia contra los fármacos

nos enseña a diseñar medicinas más eficaces

K. C. Nicolaou y Christopher N. C. Boddy

1. LOS BIOQUIMICOS BUSCAN la derrota de los enterococos resistentes

a la vancomicina ( placa de petri a la derecha). Esas bacterias medran ahoraen presencia del antibiótico (izquierda).




Los responsables de la administración sanita-

ria y los médicos contemplan con temorfundado la creciente ineficacia de la far-macopea antibiótica. Uno tras otro, el do-

ble centenar de antibióticos va quedando fuera deservicio, por inútil. Las bacterias que sobreviven sehacen más fuertes. Y se propagan. Cada vez hay máscepas resistentes a los antibióticos. La tuberculosis,la meningitis o la neumonía, infecciones que se com-batían con antibiótico, no se curan con la facilidadde antaño. Aumenta el número de infecciones bac-terianas de pronóstico quizá letal.

Las bacterias son agresores astutos. Además, les he-mos dado, y les seguimos concediendo, lo que ne-cesitan para su éxito asombroso. Con el uso inade-cuado o abusivo de los antibióticos hemos fomentadola evolución de cepas superiores de bacterias. Así ocurre cuando no completamos una tanda de antibió-ticos, los usamos para una infección vírica o lo apli-camos a un mal inadecuado. Se calcula que entre untercio y la mitad de los antibióticos recetados no erannecesarios. Un 70 por ciento de los antibióticos que

se producen cada año en los Estados Unidos se ad-ministra al ganado. Agregamos antibióticos al líquidode las lavadoras y al jabón de manos. Con todo ello,lo único que conseguimos es que la bacteria débilmuera y la fuerte se torne más vigorosa [véase “Laresistencia contra los antibióticos”, por Stuart B. Levy;INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, mayo de 1998].

Al margen de ese mal uso de la sociedad y de suabuso en clínica, el destino inevitable de los anti-bióticos es su presto envejecimiento. Las bacterias—que se multiplican a través de muchas divisionescelulares a lo largo del día— siempre aprenden algonuevo; algunas de las más fuertes sobrevivirán y pros-perarán. Buena razón ésta para ganarles en astucia.

En los últimos diez años, hemos salido por fin dela situación de complacencia en que nos hallábamossobre el dominio de las infecciones. Laboratorios detitularidad pública y empresas farmacéuticas se hanvolcado en la investigación antibacteriana. Se ensa-yan todos los procedimientos imaginables para ata-car a las bacterias y se multiplican los antibióticosque se preparan con la información obtenida en elestudio del genoma y de las proteínas.

Pero ni la investigación apasionante ni el desarro-llo de fármacos constituyen ninguna panacea. Ahorabien, si se combinan con un uso razonable de losantibióticos pueden prestarnos ayuda. La oficina nor-

teamericana sobre control de alimentación y fárma-cos (FDA) aprobó en abril del año 2000 el primer

tipo nuevo de antibiótico clínico en 35 años; el li-nezolid. En lista de espera, o en fases previas, hayvarios agentes más.

El desmantelamientode la pared bacteriana

C

asi todos los antibióticos que se han desarrolladohasta la fecha proceden de la naturaleza. Los

científicos los han identificado y los han refinado,pero no los han creado. Desde el comienzo de lavida en nuestro planeta, los organismos han luchadopor los limitados recursos que tenían a su disposi-ción. De esa pugna surgió la evolución de los anti-bióticos. La capacidad de producir tales compuestospoderosos confiere a un organismo —hongo, plantau otra especie bacteriana— una ventaja sobre las res-tantes bacterias sensibles al antibiótico. En esa pre-sión de selección se esconde el motor natural del de-sarrollo de los antibióticos.

Nos integramos en semejante carrera armamentís-tica de los organismos con el descubrimiento de la

penicilina en 1928. Alexander Fleming, del hospi-tal clínico Santa María de la Universidad de Lon-dres, advirtió que el moho Penicillium notatum ma-taba las bacterias Staphylococcus que crecían cercanasen agar en una placa de petri. Se había inauguradoel campo de los antibióticos. El análisis al azar deotros compuestos, procedentes o no de mohos, paraaveriguar si destruían bacterias o retardaban su de-sarrollo, llevó a la identificación de una amplia gamade antibióticos.

Entre los que han conocido mayor éxito se cuentala vancomicina, identificada por los laboratorios EliLilly en 1956. El comprender su mecanismo de ope-ración —una proeza que ha llevado más de tres de-cenios culminar— nos ha permitido adentrarnos enel mecanismo de acción de los antibióticos glico-péptidos, una de las siete clases principales. Se tratade un avance importante, por cuanto la vancomicinase ha convertido en el último recurso, el único fár-maco eficaz que nos queda frente a la infección másletal que puede contraerse en el hospital: la delStaphylococcus aureus, resistente a la meticilina. Peroel poder de la vancomicina se encuentra en peligro.

La vancomicina ataca la pared bacteriana; ciñe éstaa la célula y su membrana, confiriéndole estructuray sostén. Ni la vancomicina ni otros fármacos afi-nes dañan las células de humanos y mamíferos, que

carecen de tal pared (poseen en cambio un citoes-queleto, una estructura interna que les da consisten-cia). La pared bacteriana consta fundamentalmente depeptidoglicanos, un material que, de acuerdo con sunombre, contiene péptidos y azúcares. A medida quela célula organiza este material —un proceso cons-tante, porque todo peptidoglicano necesita reempla-zarse cuando se degrada—, las unidades glucídicasse unen entre sí mediante la acción de la enzimatransglucosidasa y forman una suerte de malla. Enesta estructura, una de cada dos unidades de azúcarporta enlazada una cadena peptídica corta. Cada ca-dena peptídica posee cinco aminoácidos, de los cua-

K. C. NICOLAOU y CHRISTOPHER N. C. BODDY hantrabajado juntos en el Instituto Scripps de Investigación enLa Jolla, California. Allí Nicolaou, autor de más de 500 pu-blicaciones y poseedor de 50 patentes, dirige el departa-mento de química, donde Boddy se doctoró con una in-vestigación sobre la síntesis de la vancomicina.

Los autores



les los últimos son una L-lisina y dos D-alaninas. Seencarga la enzima transpeptidasa de reunir las cade-nas peptídicas, eliminando la D-alanina final y uniendola D-alanina penúltima a una L-lisina de una cadenade azúcares diferente. En razón de ello, las cadenasde glúcidos quedan amarradas mediante cadenas pep-tídicas. Todos estos enlaces cruzados tejen un mate-rial muy trenzado, esencial para la supervivencia dela célula; sin él, la célula estallaría por su propiapresión interna.

La vancomicina se interpone en la formación deese material decisivo. El antibiótico se halla cabal-mente preparado para unirse a las cadenas peptídi-cas, antes de que éstas lo hagan entre sí por inter-vención de la transpeptidasa. El fármaco, al engarzarseen las D-alaninas terminales, evita que la enzima llevea cabo su tarea. Sin la espesura de conexiones en-trelazadas, el peptidoglicano se degrada, cual pañomal urdido. La célula se desgarra y muere.

Minando la resistencia

El encaje perfecto de la vancomicina en el extremode la cadena peptídica resulta clave para su efi-

cacia antibiótica. Por desgracia, su conexión peptí-dica es también decisiva para la resistencia bacte-riana. En 1988 apareció un S. aureus resistente a lavancomicina en tres lugares distintos. Hay motivopara preocuparse de la posibilidad de expansión delas cepas, que dejarían sin tratamiento las infeccio-nes letales de estafilococos.

Si conocemos el mecanismo de resistencia, podre-mos derrotarla. La investigación concentra ahora suatención en otra bacteria que, desde finales de los

años ochenta, se sabe que es resistente a este fár-maco poderoso: el enterococo resistente a la vanco-micina (VRE). En la mayoría de las bacterias ente-rocócicas, la vancomicina cumple con su misión deunirse a las dos D-alaninas terminales. En el planomolecular, tal unión comporta la formación de cincoenlaces o puentes de hidrógeno, a la manera de cincodedos que aprieten una pelota. Pero en la VRE lacadena peptídica difiere ligeramente. Aquí, la D-ala-nina final está alterada por una sustitución simple:un oxígeno reemplaza al par de átomos constituidopor un nitrógeno unido a un hidrógeno. En términosmoleculares, esta sustitución determina que la van-comicina se una a la cadena peptídica con sólo cua-tro enlaces de hidrógeno. La pérdida de uno de es-tos enlaces genera la diferencia. Si son sólo cuatrolos dedos que aprietan la pelota, el fármaco no puedeaferrarse bien; las enzimas consiguen entrometerse yposibilitar que las cadenas peptídicas se unan denuevo. Una mera sustitución atómica reduce en unfactor de 1000 la actividad del medicamento.

Se han estudiado también otros antibióticos glico-

peptídicos con la esperanza de observar si los haycon una estrategia que la vancomicina pudiera adop-tar frente a los VRE. Se da la circunstancia de quealgunos miembros de ese grupo de antibióticos po-seen largas cadenas hidrofóbicas, muy útiles. Estascadenas prefieren rodearse de otras moléculas hidro-fóbicas, como las que constituyen la membrana ce-lular, oculta tras el escudo peptidoglicano protector.Los investigadores de Eli Lilly, trabajando sobre esapauta, han unido cadenas hidrofóbicas a la vanco-micina y creado el análogo LY333328. El fármacose adhiere a la membrana celular en concentraciones


STAPHYLOCOCCUS AUREUS

FRENTE A PENICILINAENTEROCOCCUS FAECIUM

FRENTE A CIPROFLOXACIN (CIPRO)STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE

FRENTE A TETRACICLINA

STAPHYLOCOCCUS AUREUS

FRENTE A METICILINAENTEROCOCCUS FAECIUM

FRENTE A AMPICILINASTREPTOCOCCUS PNEUMONIAE

FRENTE A PENICILINA

70%

32% 37%

10%70%98%RESISTANT

MUCHOS ANTIBIOTICOShan dejado de ser efica-ces contra determinadascepas bacterianas.Ofrecemos algunos ejem-plos recogidos en distin-tos hospitales a finales delos años noventa. Una

cepa de Staphylococcus aureus encontrada en Co-rea es resistente hasta el98 por ciento frente a lapenicilina (arriba a la iz-

quierda ); otra, hallada enlos Estados Unidos, esresistente hasta el 32 porciento contra la meticilina(abajo a la izquierda ). Demomento, ninguna cepade éstas es resistente a lavancomicina.

Resistencia creciente



2. LOS COMPUESTOS se mezclan en la campana de gases. A la izquierda aparecen las moléculas orgánicas en fasede purificación. En las dos instalaciones que siguen a la derecha, continúan las reacciones en presencia de gas argón,que se encuentra en los balones y que protege, a las moléculas sensibles, del oxígeno y del agua que hay en el aire.



elevadas, lo que permite un agarre más firme y, en

consecuencia, un poder mayor contra el peptidogli-cano. Este análogo es eficaz contra los VRE y sehalla en fase de ensayo clínico.

Otros antibióticos glicopeptídicos emplean una es-trategia diferente. Se trata de la dimerización, pro-ceso en cuya virtud dos moléculas se unen entre sí para formar un complejo unitario. Al crear parejas,o dímeros de vancomicina, podemos reforzar la fuerzadel fármaco. Una molécula de vancomicina se uneal peptidoglicano y arrastra la aproximación de laotra mitad del par, la otra molécula de vancomicina.Aumenta así la eficacia del fármaco con su presen-cia mayor. En nuestro laboratorio nos proponemosfacilitar el emparejamiento de la vancomicina; hemoslogrado ya varias moléculas de vancomicina diméri-cas con una actividad excepcional frente a VRE.

Pese a todo, podríamos fracasar. Se acaba de des-cubrir un segundo mecanismo en virtud del cual laVRE engaña a la vancomicina. En vez de sustituirun átomo en la D-alanina terminal, la bacteria agregaun aminoácido mayor que la D-alanina en el extremode la cadena peptídica; de ese modo, el aminoácidoevita que la vancomicina llegue a su destino.

Comenzamos a desentrañar también el método quesigue el letal S. aureus para adquirir resistencia. Labacteria apelmaza la capa de peptidoglicano y relaja,a la vez, la unión entre los segmentos peptídicos. No

importa, pues, que la vancomicina se engarce en laD-alanina; el espesor ha sustituido a la interconexióncomo fundamento de la fuerza del peptidoglicano. Lainserción de la vancomicina carece de eficacia.

El filo de la navaja

Nos enseña la historia de la vancomicina que bas-tan alteraciones moleculares muy pequeñas para

engendrar profundas diferencias. Y las bacterias en-cuentran múltiples estrategias para engañar a los fár-macos, lo que obliga a la búsqueda de medicamen-tos, nuevos o regenerados. Tradicionalmente, el proceso

de identificación de candidatos consistía en un mues-treo con células íntegras: las moléculas de interés seaplicaban a células bacterianas vivas. Se trata de unmétodo de probada utilidad, corroborado con el des-cubrimiento de muchos fármacos, la vancomicina in-cluida. Suma a su sencillez el rastreo de toda dianaposible del fármaco en la célula. Pero la criba denumerosas dianas presenta también inconvenientes. Elhombre y las bacterias comparten diversas dianas; loscompuestos que actúan contra éstas resultan tóxicospara las personas. Con tal barrido no se saca nin-guna información acerca del mecanismo de acción:se sabe que un agente actuó, pero no cómo. Sin eseconocimiento imprescindible, es casi imposible queun nuevo fármaco llegue al dispensario.

Los ensayos que se realizan en dominios molecu-lares ofrecen una alternativa poderosa. A través deese muestreo se identifican sólo los compuestos quetienen una mecanismo de acción especificado. Pen-semos, por ejemplo, en la búsqueda específica de in-hibidores de la transpeptidasa. Pese a la dificultadque entraña el diseño de tales ensayos, descubre fár-

macos potenciales con modos de acción conocidos.El problema es que sólo se investiga una enzimacada vez. Se daría un gran paso si pudiéramos per-seguir simultáneamente más de un objetivo (comoocurre en el proceso en que participan células ínte-gras) sin merma del conocimiento implícito del me-canismo de operación del fármaco. El gran paso seha dado. Se ha reconstruido en el tubo de ensayo lavía multienzimática de una bacteria. Con este sis-tema se pueden identificar moléculas que degradanprofundamente una de las enzimas o alteran de unmodo sutil varias de ellas.

Con la automatización y la miniaturización se hamultiplicado la celeridad en el cribado de compues-tos. La robótica permite estudiar los compuestos amillares. Al mismo tiempo, la miniaturización ha re-ducido el costo del proceso utilizando cantidades mí-nimas de reactivos. Con sistemas de cribado ultra-rrápidos, podemos investigar cientos de miles decompuestos en un día. Merced a los nuevos méto-dos de la química combinatoria podemos diseñar can-tidades inmensas de compuestos [véase “Química com-binatoria y nuevos fármacos” por Matthew J. Plunketty Jonathan A. Ellman; INVESTIGACIÓN Y CIENCIA,

junio de 1997]. En el futuro, algunas de estas mo-léculas nuevas procederán de las mismas moléculas.Una vez que comprendamos la vía por la que estos

organismos producen antibióticos, la ingeniería ge-nética facilitará la síntesis de nuevas moléculas re-lacionadas con ellos.

La ventaja de la genómica

El diseño de fármacos y su muestreo se han be-neficiado enormemente del desarrollo reciente de

la genómica. Con el conocimiento de los genes y dela síntesis de las proteínas por ellos cifradas, la cien-cia se ha adentrado en las propias entrañas molecu-lares del organismo. A la manera de un servicio decontraespionaje microbiano, importa ahora atentar con-





tra genes de importancia capital, bloquear la síntesisde una proteína específica o alterar la capacidad deun organismo para infectar o desarrollar resistencia.

Muchos de los objetivos contra los que van diri-gidos los antibióticos son genes esenciales, genes queprovocan la muerte celular si dejan de funcionar.Apenas si cuesta la pronta identificación de dichosgenes. Pensemos en un análisis sistemático de los6000 genes de la levadura Saccharomyces cerevisiae.Podemos alterar experimentalmente cada uno de es-tos genes y determinar el efecto en la levadura.

Las proteínas codificadas por los genes esencialesno son los únicos objetivos moleculares en la bús-queda de antibióticos. Importan también los genesque codifican factores de virulencia; eluden éstos larespuesta inmunitaria del huésped y de ese modo pre-paran el terreno para la colonización de la bacteria.Resultaba antaño harto difícil identificar tales genesporque se “activan” o transcriben por sucesos en eltejido del huésped cuya reproducción in vitro se ha-cía muy compleja. Mas con la técnica actual de ex-presión in vivo (IVET) se puede insertar una se-

cuencia singular de ADN, una forma de etiqueta quedesactiva un gen, en cada gen bacteriano. Se apli-can bacterias etiquetadas para infectar un organismo,se recuperan luego y se identifican las etiquetas. Ladesaparición de cualquier etiqueta significa que losgenes a los que estaban unidas eran esenciales parala supervivencia de la bacteria, tan esenciales que labacteria no podría sin ellos vivir en el huésped.

Desde hace tiempo se esperaba que la identifica-ción e inhibición de los factores de virulencia permi-tieran al sistema inmunitario del organismo comba-tir las bacterias patogénicas antes de su instalación.Algo se ha avanzado. En un estudio reciente, unamolécula experimental que inhibe el factor de viru-lencia de S. aureus ha servido para que los ratonesde prueba resistieran la infección.

Además de investigar los genes esenciales y losfactores de virulencia, los laboratorios empiezan adescubrir qué genes confieren resistencia a los anti-bióticos. La polarización en ellos del ataque nos ayu-dará a rejuvenecer antibióticos desechados por inefi-caces. En esa línea laboran los antibióticos β-lactámicoscomo la penicilina. El mecanismo habitual de resis-tencia contra los antibióticos β-lactámicos estriba enla producción bacteriana de β-lactamasa, enzima quecorta uno de los enlaces del antibiótico, cambiandosu estructura y evitando la inhibición de la trans-

peptidasa. Si se silencia la β-lactamasa, el antibió-tico permanece eficaz. Eso es justamente lo que haceel ácido clavulánico, un inhibidor de la β-lactamasa:se mezcla con la amoxicilina para crear el antibió-tico Augmentine.

Cuando en un futuro próximo dominemos mejor latranscripción del ADN, será práctica rutinaria la iden-tificación de determinantes de resistencia, como laβ-lactamasa, y factores de virulencia. Habrá llegadoentonces el momento de poder identificar los genesque intervienen en diferentes condiciones de desarro-llo celular. Mediante la identificación de los genesbacterianos cuya expresión aumenta al infectar un

huésped determinaremos los genes de virulencia. Es-tableceremos los genes de resistencia a los antibió-ticos mediante la comparación entre niveles de ex-presión en bacterias tratadas con antibióticos y losmanifestados en bacterias sin tratar. Aunque en suinfancia, esta técnica ha detectado cambios minúscu-los en el número de episodios de transcripción. Conel dominio del perfil de transcripción del ADN, po-drá establecerse si determinados fármacos aplican me-canismos de acción totalmente nuevos o tienen dia-nas celulares inéditas que podrían señalar caminos ala investigación antibiótica no transitados.

Sacrificio del mensajero

En otra línea interesante de la investigación genó-mica se busca la inoperancia del ARN bacte-

riano. En su mayor proporción, el ARN es ribosó-mico (ARNr), componente estructural principal de

LOS ANTIBIOTICOS combaten las infeccionesimpidiendo que la bacteria sintetice sustanciasesenciales. La vancomicina y los antibióticosβ-lactámicos obstaculizan la síntesis de la pa-red celular (1 ). La eritromicina y la tetraciclinaalteran los ribosomas donde se sintetizan lasproteínas (2 ). Los antibióticos quinolónicos in-hiben enzimas que participan en la replicacióndel ADN (3 ), y los antibióticos de sulfonamidaobstaculizan también la síntesis de ADN (no representados ).

PARED CELULAR

PROTEINA

1

ANTIBIOTICO

RIBOSOMAENZIMA

23

Mecanismo de acciónde los antibióticos



los ribosomas. Son éstos fábricas de ensamblaje delas proteínas. La vulnerabilidad del ARN ribosómicoyace en la diversidad de lugares donde pueden an-clarse los fármacos. Carece, además, de capacidadpara autorrepararse. En 1987 se comprobó que losantibióticos aminoglicósidos —la estreptomicina, en-tre ellos— se unían al ARNr, lo que comportaba queel ribosoma errase en la lectura del código atinenteal ensamblaje de la proteína. Muchos de estos anti-bióticos, sin embargo, amén de ser tóxicos, presen-tan una utilidad limitada. En el Instituto Scripps deInvestigaciones de La Jolla se acaba de observar unnuevo dímero de aminoglicósido sintético que mues-tra menor toxicidad.

Podemos entorpecer la acción del ARN mensajero(ARNm), que dirige la síntesis de proteínas y cursaentre el código genético y el ribosoma. El ARN men-sajero se crea mediante la lectura de una de las he-bras del ADN, aplicando las mismas interaccionesentre ácidos nucleicos, o pares de bases, que man-tienen unida la doble hélice. La molécula de ARNmporta entonces el mensaje al ribosoma, donde se sin-tetiza una proteína a través del proceso de traduc-ción. Puesto que cada ARNm codifica una proteínaespecífica y difiere de otros ARNm, contamos conla posibilidad de forjar otras interacciones entre pe-queñas moléculas orgánicas —esto es, no proteínas—

y ARNm específicos. Es ni más ni menos lo que seles ha ocurrido a químicos de Parke-Davis para com-batir la infección de VIH. Tras identificar moléculasque se unen a una parte de una secuencia de ARNm,evitan que ésta interaccione con una proteína acti-vadora necesaria, inhibiendo así la replicación delVIH. Semejante logro experimental debería incitarnuevos estudios sobre el ARNm en la búsqueda defármacos.

Se trabaja con similar empeño en el dominio dela terapia antisentido. Al generar secuencias de nu-cleótidos con una secuencia específica de ARNm, en-corsetan dicho ácido nucleico. Así aherrojado, el

ARNm no puede liberarse del fármaco; o se destruyeo queda inactivo. Aunque la FDA ha aprobado ya elprimer fármaco antisentido para infecciones del ci-tomegalovirus en el hombre, este tipo de medica-mentos no han tenido éxito en las infecciones bac-terianas, por diversas razones, entre ellas la toxicidady la dificultad de que el fármaco alcance una con-centración adecuada en el sitio de la infección. Pesea todo, se trata de un campo esperanzador.

De lo que no cabe duda es de que todos estosplanteamientos genómicos facilitan la identificacióny evaluación de una gama de objetivos biológicoscontra los que pueden dirigirse moléculas eficaces.Quedan descartados, por nocivos, numerosos anti-bióticos desarrollados en el siglo XX. Pero al com-parar la secuencia génica del objetivo potencial conlos genes que se encuentran en el hombre, podemosidentificar genes exclusivos de las bacterias; una vezacotados, podemos concentrar la atención sobre ellos.Igualmente, al comparar la secuencia génica de unobjetivo con las de otras bacterias, podemos evaluarla selectividad de un fármaco. Una secuencia obje-

tivo que aparece en todas las bacterias habría de ge-nerar, con probabilidad, un antibiótico activo contramuchas bacterias diferentes; vale decir, un antibió-tico de amplio espectro. Por el contrario, una se-cuencia objetivo que aparece sólo en el genoma dealgunas bacterias generaría un antibiótico de margenestrecho.

Si los médicos descubren en una fase temprana lacepa bacteriana causante de la infección, pueden afi-nar y recetar un antibiótico de espectro limitado.Puesto que el medicamento afectará sólo a un sub-grupo de la población bacteriana, la presión de se-lección para desarrollar resistencia será escasa. Losavances en replicación rápida del ADN y en la ob-tención de perfiles de transcripción podrán hacer quepronto la identificación de cepas bacterianas consti-tuya un protocolo rutinario.

Aunque el cuadro parezca ahora más nítido queaños atrás, conviene no perder de vista que, en bio-logía, la carrera armamentística no es cosa nueva. Acada contraataque del hombre le seguirá una res-puesta de la bacteria, del tipo que sea; a veces lebasta con cambiar un átomo de un aminoácido.


THE COMING PLAGUE: NEWLY EMERGING DISEASES IN AWORLD OUT OF BALANCE. Laurie Garrett. Penguin USA,1995.

THE CHEMISTRY, BIOLOGY, AND MEDI CI NE OF THE GLY-COPEPTIDE ANTIBIOTICS. K. C. Nicolaou, Christopher N.C. Boddy, Stefan Bräse y Nicolas Winssinger en Ange-wandte Chemie International Edition, vol. 38, n.o 15,págs. 2096-2152; 2 de agosto de 1999.

GENOME PROSPECTING. Barbara R. Jasny y Pamela J. Hi-nes en Science, vol. 286, págs 443-491; 15 de octubrede 1999.

Bibliografía complementaria



H

ace unos años la cosmología se enfrentaba a lo que dio en llamarse“crisis de edad”. Las observaciones de la velocidad de expansióndel cosmos otorgaban al universo una edad de 14.000 millones deaños, si no más joven. Pero los datos recabados de las estrellas másviejas señalaban que las había con 15.000 millones de años, o más.

Ante semejante contradicción no faltaron ni estudios sesudos ni chanzas que ha-blaban de hijos mayores que sus padres. La cuestión se ha esfumado. Nadie ha-bla ya de crisis de edad. ¿Qué ha ocurrido?

La ciencia cuenta con una historia muy rica en este tipo de paradojas. A me-nudo han servido para dar un salto imponente en el campo del conocimiento. Eldebate sobre la antigüedad de la Tierra resultó decisivo para la formulación dela teoría de la selección natural de Charles Darwin. Las discrepancias sobre laedad del Sol no se resolvieron hasta el descubrimiento de las reacciones nuclea-res. La convicción de Albert Einstein de un universo eterno y estático terminócon las observaciones de la recesión de las galaxias, de Edwin Hubble.

En la reciente crisis de edad hemos de ver también el primer fogonazo de unarevolución, a saber, la del reconocimiento de que el universo no está dominadopor materia común, ni siquiera por materia oscura, sino por un tipo de energíaoscura de la que los cosmólogos apenas han averiguado nada. La aceleración

cósmica impuesta por la energía oscura aumenta la edad del universo. Pero éstano es toda la historia.

La edadde las estrellas

Se deshizo la paradoja. Las estrellas más viejas

conocidas no son mayores que el universo

Brian C. Chaboyer

14

1. CUMULO ESTELAR allende nuestra galaxia. Se trata deM80. Debe su aspecto rojizo a la cantidad ingente de es-trellas que se hallan en las postrimerías de sus vidas. Hastahace poco, la edad inferida para este cúmulo entraba encontradicción con la edad asignada al universo, lo que mo-tivó que los astrónomos pensaran que las teorías cosmoló-gicas podrían andar muy erradas.




Volvamos atrás. Cuando la crisis de edad se ha-llaba en plena efervescencia, los astrónomos respon-sabilizaban en su mayoría a los cosmólogos. O bienla medición de la velocidad de expansión era in-correcta (decían los teóricos) o bien el modelo cos-mológico era falso (clamaban los observadores). Sólouna minoría cuestionaba la edad de las estrellas. So-bre la velocidad de expansión del universo se havenido disputando, a veces de forma agresiva, du-rante más de medio siglo, pero solían orillarse mu-chos de los puntos principales. Por el contrario, laedad estimada de las estrellas en 15.000 millonesde años, según propusieron Pierre Demarque, de laUniversidad de Yale, y otros investigadores, pare-cía muy bien asentada. Desde mediados de los añossesenta hasta mediados de los noventa del siglo XX,los modelos teóricos predecían tal antigüedad, si nomayor, para las estrellas más viejas. Los astróno-mos se mostraron siempre muy seguros de sus me-diciones.

Seguridad que carecía, en este caso, de fundamento.Basándose en los resultados del satélite Hipparcos y

en nuevos cálculos sobre la evolución de las estre-llas, los astrónomos han llegado a la conclusión deque las estrellas más ancianas tienen apenas 13.000millones de años. Terminó así la crisis de edad.

Devoradores de gas

Imaginemos que se avería el odómetro de nuestrocoche. ¿Cómo determinar la distancia recorrida? Si

se conoce la capacidad del depósito de combustibley el consumo por kilómetro, el cálculo es sencillo;basta con dividir la cantidad de combustible por elconsumo. La misma regla se aplica a las estrellas. El

tamaño del depósito es aquí la masa de la estrella;el consumo, la tasa de combustión nuclear.

Durante la mayor parte de su historia, las estrellasviven de la fusión de hidrógeno. El intenso calor delinterior estelar promueve la combinación de cuatroátomos de hidrógeno (cada uno con un protón) enun núcleo de helio (dos protones y dos neutrones).Cuatro protones juntos pesan un 0,7 % más que unnúcleo de helio; este exceso se libera en forma deenergía, según la famosa ecuación de Einstein E = mc2.El Sol, por ejemplo, emite 4 × 1026 watt de luz, loque significa que tiene que estar transformando600 millones de toneladas de hidrógeno en 596 mi-llones de toneladas de helio por segundo.

En 1000 millones de años el Sol quema un 1 %de su masa total. Puesto que sólo un 10 % de lamasa solar sirve de combustible —a saber, la pro-porción que alcanza las temperaturas y densidadesnecesarias para la fusión del hidrógeno—, el astropuede durar unos 10.000 millones de años. Duranteese intervalo o fase de secuencia principal, el Sol semantendrá a temperatura y luminosidad más o me-

nos constantes.Las estrellas más pesadas que el Sol queman suhidrógeno a una velocidad mucho mayor; tan célere,que, aunque comienzan con más cantidad de com-bustible, lo consumen antes. Esta tendencia se de-duce de las leyes físicas que gobiernan la estructurade una estrella: la ley del equilibrio hidrostático (encuya virtud la fuerza de gravedad se ve compensadacon la presión del gas), la ley de los gases ideales(que relaciona presión, densidad y temperatura) y laley del transporte radiativo del calor (que determinacómo debe ser el gradiente de temperaturas paraasegurar que se libere de la estrella una cantidad su-ficiente de energía). Converge todo ello en un re-sultado neto: que la luminosidad estelar varíe apro-ximadamente con la cuarta potencia de la masa. Lacantidad de combustible, por el contrario, guarda sóloproporción con la masa. Por tanto, el tiempo que unaestrella pasará en la secuencia principal será más omenos proporcional al inverso de la masa al cubo.Una estrella cuya masa decuplique la del Sol brillará10.000 veces más, pero durará unas 1000 veces me-nos; esto es, unos 10 millones de años.

Cuando una estrella agota el hidrógeno de su inte-rior, comienza a expulsar gas hacia el exterior. Aumen-ta de tamaño y entra en la fase de gigante roja, quese distingue por una mayor luminosidad, aunque me-

nor temperatura superficial. Se convierte en una es-trella caliente y roja. Con rapidez, la estrella buscaformas de generar energía y termina por consumirtodas sus reservas de gas. Podemos apreciar tal evo-lución al representar el brillo visual (relacionado con

2. EN LA NEBULOSA NGC 3603 encontramos estrellas endiversas fases de su vida, desde la gestación hasta la ma-durez: nubes incubadoras en forma de glóbulos de Bok (1),pilares de gas denso ( 2), protoestrellas con discos proto-planetarios ( 3), un cúmulo de estrellas jóvenes y calientes( 4), una estrella gigante en vías de extinción expulsandoanillos de gas ( 5) y nubes (6 ).

Panorámica / Estrellas antiquísimas

Con el sentido común no se va muy lejos en cos-mología. En este caso, sin embargo, su fuerza esirrebatible: el universo debe ser más viejo que lasestrellas más ancianas. Pero las observaciones pa-recían indicar lo contrario. Los astrónomos atribu-yeron la contradicción a las teorías cosmológicas. Elerror resultó esconderse en la astrofísica estelar.Muchas de las estrellas más viejas residen en loscúmulos globulares. Todas las estrellas componentesde tales enjambres nacieron por la misma época.

Las estrellas de mayor tamaño y más brillantes vi-ven muy deprisa y mueren jóvenes. Cuanto mayoressean, antes desaparecen. Por lo que si se investi-ga un cúmulo y se observa qué estrellas se han des-vanecido ya, se puede calcular la edad del cúmuloentero.El satélite Hipparcos dio con la solución: descubrióque los cúmulos globulares distaban mucho más delo que se suponía en un principio. Por tanto, susestrellas son intrínsecamente más brillantes y jóve-nes. Su edad, alrededor de 13.000 millones de años,concuerda con la edad del universo, unos 14.000millones de años.



el flujo emergente total) y el color (relacionado conla temperatura superficial) en el diagrama de Hertz-sprung-Russell. Por las leyes de escala examinadasantes, las estrellas de la fase de secuencia principalcaen sobre una línea diagonal. Cuando la estrella seconvierte en gigante roja, abandona la secuencia prin-cipal y pasa a ocupar una línea prácticamente hori-zontal (véase la figura 5).

Aunque los astrónomos pueden deducir el tiempototal de vida de una estrella, resulta harto difícil ave-riguar cuántos años ha vivido tal o cual estrella. Lasque se hallan en la secuencia principal son un ejem-plo excelente de estabilidad; sin embargo, no pode-mos precisar su edad. Sólo cuando una estrella en-tra en el declive de su vida, cambia radicalmente y,de esa forma, facilita su edad. Por ese motivo los


2

1

5

6

6

3

4

2



El primer peldaño de la escalerade las distancias corresponde a laparalaje, o desplazamiento aparentede la posición cuando se mueve elpunto de observación. Para mos-trar la naturaleza de la paralaje se

acostumbra pedirle al alumno queextienda el brazo y levante un dedo,alternativamente cierre el ojo de-recho y después el izquierdo. Eldedo parece que salta hacia un ladoy hacia el otro con respecto alfondo, simplemente porque cadaojo mira al dedo desde distintoflanco de la nariz. Si se acerca eldedo hacia la cara, se observa quela paralaje aumenta. Los objetosmás cercanos tienen una paralajemayor que los lejanos.

Los astrónomos miden la para-laje de las estrellas siguiendo suposición en el transcurso de unaño. Desde distintos lugares de laórbita terrestre, las estrellas cer-canas parecen avanzar y retroce-

der con respecto a las estrellas le- janas. Los astrónomos miden estaparalaje estelar cual ángulo que,combinado con el diámetro de laórbita de la Tierra (a su vez de-terminado por la paralaje de cuer-pos del sistema solar), proporcionauna distancia. La estrella que semueva un segundo de arco en tresmeses se hallará, por definición, aun parsec (3,26 años luz). Por tri-gonometría elemental, la paralajees inversamente proporcional a la

distancia. Los telescopios instala-dos en el suelo distinguen paralajes de 0,01 segundos de arco; pue-den, pues, facilitar distancias conuna precisión del 10% hasta unos10 parsecs.

A escalas galácticas, una dis-tancia de 10 parsecs resulta irri-soria. Es más, los errores crecensistemáticamente con la distancia:los telescopios que operan al lí-mite de su resolución tienden a so-breestimar las paralajes pequeñasy, por tanto, a proporcionar dis-tancias menores. Para definir las

distancias cósmicas la Agencia Es-pacial Europea (ESA) puso en ór-bita el satélite Hipparcos en unamisión de 4 años; la sonda llegódonde ningún otro telescopio detierra había arribado. Con una pre-cisión de 0,001 segundos de arco,se observaron estrellas a distancias10 veces mayores. Aunque es unalejanía insuficiente todavía para al-canzar los cúmulos globulares máspróximos, Hipparcos analizó la dis-tancia hasta algunas estrellas defi-cientes en metales que se parecena las de los cúmulos. Dando porbuena la idea de que estas estre-llas tienen la misma luminosidadintrínseca que la de los cúmulosglobulares y el mismo color, losastrónomos han medido la distan-cia a los cúmulos con una preci-sión nunca alcanzada.

Menos viejode lo que parece

El resultado ha sido sorpren-

dente. Los cúmulos globularesdistan un 10% más de lo que secreía. En consecuencia, son intrín-secamente más luminosos, más jó-venes. Aunque no cabe dudar de lasnuevas mediciones de la edad, la es-cala de distancias podría ser impre-cisa, y los modelos estelares podríanresultar todavía incompletos.

Los astrónomos han buscado otrasvías para corroborar las medicio-nes de distancias. Por ejemplo, elexamen de los movimientos de nu-


4. LAS NUEVAS ESTRELLAS de lanube molecular gigante en Orión Aencienden el polvo, expulsan chorrosde materia y desencadenan ondas dechoque.



merosas estrellas del cúmulo glo-bular. El movimiento de una es-trella consta de dos componentes:la velocidad radial (a lo largo dela línea de visión) y la velocidadangular (a través del cielo). Cadacomponente debe determinarse porseparado: la velocidad radial a tra-vés del efecto Doppler, la veloci-dad angular a través de fotogra-fías tomadas con los años. Puestoque la velocidad angular aparentees función de la distancia, pero noasí la velocidad radial, cualquierecuación que relacione ambas ve-locidades proporcionará la distan-cia. En el caso de una estrella ais-lada, las dos componentes estáncompletamente separadas, pero enel cúmulo globular, donde milesde estrellas se mueven aleatoria-mente, la velocidad radial mediadebe ser igual a la velocidad an-gular media. Así se han medido

las distancias a que se encuentranlos cúmulos globulares.Este método sugiere que Hip-

parcos ha sobreestimado las dis-tancias. La mejor determinación ac-tual de la edad del cúmulo globularmás viejo la cifra en 13.000 mi-llones de años, más o menos 1500millones de años. Esta revisión dela medida coincide muy bien conla edad estimada del universo atenor de las observaciones más re-cientes de la velocidad de expan-

sión. Por primera vez desde queapareciera, cincuenta años atrás,la moderna cosmología, ésta y laastrofísica estelar se han puestode acuerdo.

A pesar de que la datación delos cúmulos globulares es la víaprincipal para determinar la edadde la galaxia, existen otras prue-bas que aportan valores similares.A comienzos del año en curso, elgrupo encabezado por Roger Cay-rel, del Observatorio de París, apli-có una técnica tomada en prés-tamo a arqueólogos y geólogos.Me refiero a la datación por ra-dioisótopos. Midieron la concen-tración de uranio en una estrelladistinta del Sol, una estrella de laantigua Población II. La abundan-cia de los elementos más pesadosen CS 31082-001, de esa estrellase trata, es tan sólo un 12% de lasolar, salvo para el uranio 232 y

el uranio 238. Si aceptamos que eltorio y el uranio comenzaron tam-bién con una concentración del 12 %solar, hubieron de transcurrir unos12.500 millones de años (más omenos 3000 millones de años) paraque estos isótopos radiactivos sedesintegraran hasta las cantidadesactuales. Con el tiempo, el análi-sis y estudio de los radioisótoposdesplazará a los cúmulos globula-res en las técnicas preferidas parala datación.


Temperatura superficial (kelvin)

E n e r g í a t o t a l

e m e r g e n t e ( r e f e r i d a a l S o l )

106 años2×106

108

8×108

2×109

1010

5×1010

15

10masassolares

5

2

1,51

0,8

0,6

0,25

3500600010.00020.00030.00040.000

105

104

103

102

10

100

10-1

10-2

5 ×1011

2 ×1010

–6

–4

–2

0

2

4

6

8

–0,33 –0,31 –0,22 –0,04 0,66 1,90

Color en el infrarrojo cercano (magnitudes)

B r i l l o v i s u a

l a b s o l u t o ( m a g n i t u d e s )

1,3 ×1010 años

STARS. James B. Kaler. W. H. Free-man, 1998.

GLOBULAR CLUSTER DISTANCE DE-

TERMINATIONS. Brian Chaboyer enPost-Hipparcos Cosmic Candles.Dirigido por André Heck y Filip-pina Coputo. Kluwer, 1999.

HIPPARCOS: THE STARS IN THREEDIMENSIONS. Michael Perryman enSky & Telescope, vol. 97, n.o 6; junio 1999.

STELLAR STRU CTURE A ND EVOLU-TION: DEDUCTIONS FROM HIPPAR-COS. Yveline Lebreton en Annual Review of Astronomy and As-trophysics, vol. 38, págs. 35-77;2000.


5. EL DIAGRAMA DE HERTZSPRUNG-RUSSELL muestra que la energíaemergente y la temperatura de las estrellas de mediana edad siguen la “se-cuencia principal”. Cuando una estrella comienza a extinguirse, cambia de di-rección (izquierda). Basándose en el brillo observado y en los colores de lasestrellas del cúmulo NGC 6652 ( derecha), los astrónomos han construido estediagrama y han seleccionado las estrellas que han iniciado el camino de su

muerte. (Debido a la diferente composición química, las líneas de la secuen-cia principal están ligeramente desplazadas.)

Mientras tanto, importa confir-mar las mediciones realizadas delos cúmulos globulares. Los nue-vos telescopios afincados en elsuelo, como el Telescopio Muy

Grande (VLT) del ObservatorioEuropeo Austral, prometen profun-dizar en la composición químicade las estrellas de los cúmulos.Los nuevos observatorios espacia-les, como el satélite Gaia de laESA y la Misión Espacial de In-terferometría de la Agencia Na-cional para la Aeronáutica y el Es-pacio norteamericana (NASA), selanzarán a finales de este decenio.Con una resolución 250 veces su-perior a la de Hipparcos, las nue-vas sondas sortearán procesos in-termedios y medirán la distanciaa los cúmulos globulares directa-mente, para ofrecer la respuestaque los astrónomos han venido per-siguiendo durante mucho tiempo.



ARMAS SUBSUPERC

Viajando dentro de burbujas reductoras de la resistencia al avance, torpedos secretos

y otros sistemas navales submarinos

pueden moverse a centenares de millas por hora

Steven Ashley



MARINASAVITANTES




Cuando, en agosto del año 2000, se hun-dió el submarino ruso K-141 Kursk notardó en propalarse el rumor de quelas misteriosas explosiones que envia-

ron la nave al fondo del mar de Barents teníanque ver con las pruebas de un torpedo ultra-rrápido. Unos meses antes, Edmond Pope, in-dustrial norteamericano, fue detenido en Moscúacusado de espionaje. Se dijo que había inten-tado comprar los planos de un torpedo ultra-rrápido. Aunque los pormenores del trágico ac-cidente naval y del caso de espionaje siguenenvueltos en el misterio, todo indica que am-bos incidentes se hallaban relacionados con unanueva técnica que permite a las armas navalesy a los barcos navegar sumergidos a cientos demillas por hora, en ocasiones más rápidos quela velocidad del sonido en el agua. Recuérdeseque las técnicas subacuáticas tradicionales másveloces tienen su límite en 80 mph.

Cada vez resulta más evidente que las prin-cipales potencias navales del mundo pugnan por

lograr armas y flotas submarinas capaces deoperar a velocidades inauditas. Tal posibilidadde viajar a alta velocidad (una especie de “filoguiado” acuático) se basa en el fenómeno fí-sico de la supercavitación. Se produce esteefecto de mecánica de fluidos cuando se for-man burbujas de vapor de agua al abrigo decuerpos sumergidos en corrientes de agua rá-pidas. El ardid consiste en rodear un cuerpode una envoltura de gas renovable, de suerteque el líquido humedezca sólo una pequeñaparte de la superficie del objeto en cuestión;de ese modo se reduce drásticamente el retardoviscoso. Para la guerra naval, los sistemas su-percavitantes podrían suponer un salto cualita-tivo, no menor que el dado desde los avionesde hélices hasta los reactores e incluso hastacohetes y misiles.

Con la escasez de las inversiones en investi-gación sobre supercavitación (en EE.UU., unos

50 millones de dólares) contrasta la lista, largay sobrecogedora, de armas supercavitantes po-tenciales. Abarca proyectiles submarinos antimi-nas, torpedos buscadores, embarcaciones (inclusoaviones de vuelo rasante y helicópteros) proce-dentes de barquillas sumergidas que recuerdan alas torretas de los bombarderos de la II GuerraMundial. Pueden agregarse torpedos antibuquesy antitorpedos y “rompe-combates no guiadosde alcance medio”, que son armas grandes pro-yectadas para forzar un final en conflictos en-tre submarinos. Se vislumbran, asimismo, em-barcaciones de superficie superrápidas, amén demisiles submarinos con capacidad nuclear con-cebidos para neutralizar grupos de combate deportaaviones enteros.

Los sistemas supercavitantes podrían alterarla naturaleza de la guerra submarina, cambiandolas furtivas luchas de acecho entre submarinosde gran tamaño en algo parecido a combatesaéreos, con enfrentamientos supercéleres entrepequeños “subcazas” de corta autonomía que se

dispararán proyectiles entre sí, lanzados desde“subportadores” gigantes.Se apunta también la posibilidad de poner en

servicio torpedos/misiles supercavitantes mul-tietapa de largo alcance y dotados de cabezasnucleares (“armas guiadas de respuesta precozde largo alcance”); constituirían una contrame-dida bastante barata y eficaz contra futuros sis-temas de defensa misilísticos. Tales artefactospodrían proyectarse desde muchas millas maradentro, emerger en aguas costeras cerca de losobjetivos y soltar su carga letal antes de quepudieran reaccionar las defensas aéreas o espa-ciales.

Nos acabamos casi de enterar de un armasupercavitante que existe desde hace muchosaños. En 1977, tras diez años de investigacióny desarrollo, la armada soviética introdujo untorpedo de propulsión cohete llamado Shkval(Turbonada) capaz de “volar” por el agua a 100metros por segundo (unos 200 nudos) o másdentro de una cavidad de gas autogenerada. Aun-que ese misil submarino de punta nuclear seaen determinados aspectos un tanto tosco, la no-ticia de su existencia obligó a las potencias mi-litares occidentales a prestar atención a la téc-nica supercavitante.

Antes de que cristalicen las técnicas de nuevageneración habrá que resolver numerosas difi-cultades. De navegación, por ejemplo. Aunqueprobablemente el mayor obstáculo para avanzarsea allegar capital suficiente para desarrollar yconstruir sistemas marinos supercavitantes.

Hay quien cree que, en muchos aspectos, nosencontramos en una situación parecida a la delavión inmediatamente después del primer vuelode los hermanos Wright. Así opina Robert Ku-klinski, de la División Newport (Rhode Island)del Centro Naval de Guerra Submarina (NUWC),primer laboratorio de la armada estadounidense

Armas submarinas rápidas! Los principales ejércitos están desarrollando arsenales de ar-

mas submarinas y buques innovadores, muy veloces, basados

en la supercavitación. En virtud de ese fenómeno se reduce la re-

sistencia hidrodinámica y los ingenios se desplazan encerradosen una burbuja de gas y vapor de agua.

! La armada rusa ya ha desplegado un torpedo supercavitante

de propulsión cohete —el Shkval (Turbonada)— del que se dice

que avanza a 230 nudos. Rusia, para paliar su mala situación

económica, proyecta sacar a la venta una versión mejorada.

! La lista de potenciales armas navales supercavitantes com-

prende proyectiles submarinos de corto alcance para destruir

minas y torpedos, torpedos de alta velocidad, grandes misiles

submarinos para destruir grupos de combate completos, pe-

queños buques de superficie ultrarrápidos y, quizá, submarinos

supercavitantes. También se ha pensado en un torpedo/misil

multietapa de largo alcance con cabezas nucleares.



en la investigación de sistemas supercavitantes.Con una salvedad, sin embargo: dominamos bas-tante mejor la física y la técnica.

Supercavitación: fundamentos

Impulsar un cuerpo por el agua requiere unesfuerzo considerable. Acelerar la marcha

cuesta más, pues el rozamiento superficial aumen-

ta con la velocidad. Y todavía más difícil sehace bracear bajo el agua, pues ésta opone unaresistencia al avance mil veces mayor que ladel aire.

Los ingenieros navales bregan constantementecon esos problemas seculares cuando conformanlos cascos diseñándolos para minimizar la re-sistencia de rozamiento y dotan a los barcos demotores potentes para impulsarlos contra el olea-

je. Ahora, científicos e ingenieros proponen unnuevo procedimiento para vencer el retardo vis-coso y moverse por el agua a grandes veloci-dades. Se trata, a la postre, de minimizar la su-

perficie mojada del cuerpo encerrándolo en unaburbuja de gas de baja densidad.

Cuando un fluido se mueve rápidamente al-rededor de un cuerpo, la presión en el seno delfluido desciende, especialmente en los bordesde salida de dicho cuerpo. Al aumentar la ve-locidad, llega un momento en que la presión enla corriente se iguala a la presión de vapor delagua; el fluido sufre un cambio de fase y se

transforma en gas, en vapor de agua. En otraspalabras, con una presión insuficiente para man-tenerlas unidas, las moléculas de agua líquidase disocian y forman un gas.

Bajo ciertas circunstancias, y sobre todo enlas aristas vivas, el flujo puede envolver y re-tener cavidades llenas de vapor de agua y airea presión aproximadamente constante que vana remolque. A ese fenómeno se le llama cavi-tación natural. “La cavidad adquiere la formanecesaria para conservar el estado de presiónconstante en su contorno, forma que dependedel cuerpo que la crea, la presión en la cavi-


Modelo computerizado de cavitación parcial

SUPERCAVIDAD

TORPEDO SHKVALCABLE DE GUIADO

1 2 3 4 5 6

Así opera la supercavitación

1. CUANDO EN TORNO aun objeto fluye agua a granvelocidad, la presión en el senode ésta disminuye. A veloci-dades superiores a los 50 me-tros por segundo, la presiónbaja lo suficiente para que elagua se vaporice y forme unaburbuja gaseosa en la parte

posterior del objeto (cavita-ción). Si la burbuja gaseosarodea por entero al objeto, seproduce el fenómeno de la su-percavitación. Los cuerpos es-beltos axisimétricos, tales comoel torpedo ultrarrápido rusoShkval ( arriba), crean unas su-percavidades elipsoidales alar-

gadas. La fotografía del cen-tro muestra una aleta some-tida a ensayo en el túnel hi-drodinámico de la Universidadde Grenoble (Francia). El flujoque discurre a gran velocidad( procedente de la derecha) ge-nera supercavitación en la su-perficie superior. El modelado

fluidodinámico por ordenadorde ARL/Penn State muestrauna cavitación parcial, cau-sada por la corriente sobre uncuerpo de proa roma, y el fe-nómeno que los especialistasllaman “sangría de la cavi-dad” (el líquido es rojo y el vapor es azul ).




CONDUCTOS DE VENTILACIONDE LA CAVIDAD

CAVITADORDE MORRO

ACHAFLANADO

PATIN DESPLEGABLEMOTOR COHETE

CARRETEDEL CABLE DE GUIADO

CABEZANUCLEAR

SISTEMAS DEL MOTOR

COMBUSTIBLETOBERA

MOTOR DE ARRANQUE

dad y la fuerza de la gravedad”, explica Mar-shall P. Tulin, director del Laboratorio de In-geniería Oceánica de la Universidad de Cali-fornia en Santa Bárbara y pionero de la teoría

de flujos supercavitantes. Los ingenieros nava-les tratan de evitar la cavitación porque deformala corriente de agua, con menoscabo del rendi-miento funcional de bombas, turbinas, hidro-aletas y hélices. Puede también inducir unas on-das de choque violentas (a causa del colapsorápido de la burbuja), que corroen y erosionanlas superficies metálicas.

La supercavitación es una versión extrema dela cavitación. Por su efecto se origina una bur-buja que envuelve al cuerpo móvil casi por com-pleto. A velocidades mayores que 50 metros porsegundo, los cavitadores de punta roma y sis-temas de inyección de gas montados en la proaproducen las bolsas de gas de baja densidad quellamamos supercavidades. Con un cuerpo esbeltoy axisimétrico la supercavidad adquiere la formade un elipsoide oblongo que empieza en el frentedel cuerpo y se prolonga por detrás, siendo sulongitud función de la celeridad del cuerpo.

Las cavidades elípticas resultantes se cierranenseguida bajo la presión del agua circundante,zona caracterizada por unos flujos complicadose inestables. La mayoría de las dificultades quese plantean en el modelado matemático de flu-

jos supercavitantes surgen cuando se considerala zona de colapso o de cierre de las cavida-

des. Al no ser constantes las presiones del in-terior de las cavidades, se multiplican los pro-blemas de análisis.

Modelización aparte, en tanto el agua toquesólo al cavitador los ingenios supercavitantes semoverán raudos dentro de las largas burbujasgaseosas con una resistencia mínima.

Supercavitación: avances

En los años cincuenta las investigaciones es-tadounidenses sobre supercavitación se cen-

traron en las hélices de alta velocidad y en el

desarrollo de hidroaletas. Andando el tiempo, laarmada primó otras líneas de trabajo, con es-pecial hincapié en la furtividad, en detrimentode las grandes velocidades. Por culpa de ese

cambio de rumbo, la marina estadounidense ca-rece de armas supercavitantes.Para salvar ese hiato que nos separa de la ar-

mada rusa, la Oficina de Investigación Naval(ONR) en Arlington se ha empeñado en el de-sarrollo de armas supercavitantes, en particularproyectiles y torpedos.

La primera clase está representada por el Sis-tema de Limpieza de Minas AerotransportadoRápido (RAMICS), un arma montada en un he-licóptero que destruye minas marinas de super-ficie y subsuperficie mediante proyectiles su-percavitantes. Estos, de 20 milímetros y puntaplana, viajan estables por aire y mar; los dis-para un arma de tiro rápido modificada con undispositivo avanzado de asignación de blancos.(Se espera aumentar hasta 30 milímetros el ca-libre de los proyectiles RAMICS en servicio.) Seestudia la conveniencia de desplegar un sistemade armas de defensa cercana del tipo RAMICSmontado en las cubiertas de buques para des-truir los torpedos seguidores de estela.

El paso siguiente en la técnica de proyectilessupercavitantes será un sistema completamentesubmarino que empleará munición acuática adap-table de alta velocidad (AHSUM). Tales balas“de destrucción por impacto” supercavitantes se

dispararían desde armas montadas en torretasde perfil hidrodinámico instaladas en la obraviva de submarinos sumergidos, buques de su-perficie o rastras antiminas remolcadas. Se es-pera que el AHSUM, gobernado por sonar, seconvierta en el homólogo submarino del sis-tema de armas Phalanx de la marina estadou-nidense, arma rápida controlada por radar queprotege a los buques de superficie contra mi-siles crucero.

Otro proyecto objeto de interés de la ONRes un torpedo supercavitante capaz de alcanzarlos 200 nudos. Según Kam Ng, gerente del pro-

3. PARA CREAR

UPERCAVIDADES

puede recurrirse

eometrías de morro

diversas: discos

anos, conos, placas

conos “dentados”

( arriba y centro),oncavidades faceta-

as y cavitadores con

onos inscritos que

tran y salen como la

unta de un bolígrafo

( abajo).

2. TORPEDO RUSO

HKVAL ( corte). Dis-

pone de un cavitador

de disco plano en la

punta que crea una

cavidad parcial; ésta

e expande hasta con-

ertirse en supercavi-

dad mediante los ga-

es que se le inyectan

procedentes de los

nductos de descarga

montados en la parte

delantera. Unos pe-

queños cohetes de

arranque ponen en

movimiento al arte-

facto hasta que

se forma la cavidad,

nstante en que entra

en juego el gran

cohete central.



grama, en su camino se alzan obstáculos sus-tanciales de índole técnica y metodológica, quetienen que ver con la zona de lanzamiento, hi-drodinámica, acústica, guiado y mando y pro-pulsión, entre otros. NUWC Newport corre acargo de la investigación aplicada y también departe de la básica. El proyecto cuenta con elapoyo del Laboratorio de Investigación Apli-cada (ARL) de la Universidad estatal de Pennsyl-vania (ARL/Penn State), la Universidad de Flo-rida, Anteon Corporation y Lockheed Martin.

Respecto a los trabajos de dinámica de flui-dos por ordenador (CFD) que acerca de estetorpedo se efectúan en ARL/Penn State, “in-tentamos simular las condiciones en que el tor-pedo actuaría, que es el llamado régimen fluidobifásico con agua y gas a la vez”, afirma Ng.“Hay que averiguar el comportamiento del aguay la forma de la cavidad de gas, amén de ase-gurarse de que ésta encierra al cuerpo en todomomento. Téngase presente que, una vez des-baratada la cavidad, aumenta la superficie mo-

jada y disminuye en picado la velocidad.”Hasta ahora el CFD está dando unos resulta-dos bastante buenos, pero queda mucho trechopor recorrer, lo mismo en informática que enel conocimiento de la física subyacente. “Eneste caso, prosigue Ng, no estamos trabajandocon un fluido newtoniano; se trata de algo máscomplejo que un simple flujo monofásico.”

Torpedo supercavitante

Al ser el iniciador de los modelos existentesde ingenio supercavitante, el misil sub-

marino Shkval es ideal para ilustrar las partesbásicas de un diseño de primera generación. Eltorpedo, con una longitud presumible de másde 8 metros y una masa de unos 2700 kg, es“realmente un proyectil muy grande con un co-hete en la cola”, bromea Yuriy N. Savchenko,

director científico del Instituto Ucraniano de Hi-dromecánica de Kiev, donde empezaron a de-sarrollarse la mayoría de los fundamentos de latécnica de armas supercavitantes.

En líneas generales, el arma consiste en uncasco que contiene un cohete de combustiblesólido y ahusado hacia la ojiva. Del centro dela popa sobresale la amplia boca de descargade una tobera de cohete rodeada de ocho ci-lindros menores, que se cree son pequeños co-hetes de arranque. Estos impulsan al Shkvalhasta la velocidad de supercavitación, momentoen el que se enciende el motor principal. Alo-

jado entre dos de las toberas del motor de arran-que se cree que hay un carrete de cable deguiado que se desenrolla conforme el torpedose abre camino por el agua. Ese cable sirvepara manejar el torpedo desde el submarino ycontrolar la detonación de la ojiva.

Para hablar de la parte delantera, hay que es-pecular algo más. La punta del torpedo presentaun disco plano de forma circular o quizás elíp-

tica. Es éste el imprescindible cavitador, quegenera la cavidad de gas en la que se mueveel ingenio. La parte superior del disco cavita-dor estaría inclinada hacia adelante, proporcio-nando un “ángulo de ataque” que generaría lasustentación necesaria para el cuerpo de proadel artefacto. El borde del cavitador debe serde canto vivo, pues así se crea la superficie deseparación gas/agua más nítida o menos turbu-lenta, es decir, una cavidad “cristalina”. Inme-diatamente a popa del cavitador hay varios ani-llos de canales de ventilación que inyectan, enla burbuja de cavitación y para agrandarla, gasy vapor de escape del cohete. A unos dos ter-cios de la longitud desde la punta hacia atrásse disponen cuatro cilindros desplegables incli-nados hacia popa. Estos, aunque podrían pasarpor aletas, son en realidad patines tensionadospor resortes que soportan la mitad de popa del


INSTALACION DE SONAR

BOTELLA DEL GASDE VENTILACIONDE LA CAVIDAD

SISTEMA SENSORDE CONTACTODE LA CAVIDAD SISTEMA PROPULSOR

POR ESTATORREACTORHIDRICO

CENEFA

NEUMATICA

TOBERADE EMPUJE

ORIENTABLE

ALETAS DESPLEGABLES

CAVITADOR CONICOCON MANDO DE CABECEOY GUIÑADA

4. EL TORPEDO

supercavitante

del futuro podría

incorporar toda

una gama de téc-

nicas innovadoras

de cavitadores,

sensores, control

y propulsión.




RUSIA:Rusia, pio-nera mundialen la técnicade las armas

supercavitantes, podría ha-ber proseguido en su dila-tada historia experimentalen ese campo, se sospe-cha que un importante pro-grama secreto sobre armassupercavitantes se lleva a

cabo en el TsAGI, el afa-mado Instituto Central deAerodinámica en Zhukovsky,donde se cree que se rea-lizó buena parte de la in-geniería del misil subma-rino Shkval. Se acepta quelos rusos fueron los pri-meros en alcanzar veloci-dades supersónicas bajo elagua. Afirman algunos quelos ingenieros del TsAGIestán investigando la po-sibilidad de desarrollar tam-

bién submarinos superca-vitantes.

UCRANIA:La técnica ne-cesaria parael desarrollodel torpedo

ruso Shkval salió del Insti-tuto Ucraniano de Hidrome-cánica en Kiev, que en laépoca soviética estuvo diri-

gido por Georgy Logvino-vitch, uno de los pionerosde la teoría de la superca-vitación. Hay en esas ins-talaciones un sistema avan-zado de pruebas en tanquede agua donde los mode-los, anclados a un cable,son catapultados o propul-sados a chorro mientras seles observa puntillosamente.Los investigadores del Ins-tituto de Hidromecánica, co-nocidos por sus métodos

matemáticos semianalíticosy extensos trabajos experi-mentales, han estado inter-cambiando información sobrela técnica de la supercavi-tación con sus colegas nor-teamericanos desde la ca-ída de la Unión Soviética.

FRANCIA:Bajo la su-pervisión de

la Direcciónde Investiga-

ción, Estudios y Técnicas,Francia se ha volcado enlos últimos diez años en elprograma Action ConcertéeCavitation. Fuentes fiablesinforman que el gobiernoestá interesado en las ar-mas supercavitantes, bajosecreto militar. Francia po-dría haber adquirido a losrusos varios Shkval para suevaluación. En el Instituto

Franco-Alemán de Investi-gaciones de Saint Louis seestán realizando pruebas deprototipos de proyectiles an-timinas supercavitantes lan-zados desde el aire.

ALEMANIA:La Oficina Fe-deral Alema-na para laTécnica y Ad-

quisiciones, en Coblenza,coopera con la armada es-tadounidense en un progra-ma de desarrollo conjuntode nuevos diseños de ca-vitadores y modelado desistemas buscadores paratorpedos. Además, los in-genieros han avanzado enla construcción de un pro-totipo de torpedo superca-vitante cuyas pruebas seespera que se inicien prontoen EE.UU.

5. ARMAS SUB-

MARINAS.

La armada

tadounidense está

esarrollando lan-

adores subacuáti-

cos para torretas

artilleras que se

nstalarían bajo lanea de flotación y

spararían proyec-

iles de “destruc-

ión por impacto”

ontra minas, obs-

culos, ingenios de

uperficie, torpedos

buscadores,

e incluso aviones

de vuelo rasante

y helicópteros.

La supercavitación en el mundo

torpedo, permitiéndole rebotar en la superficieinterna de la cavidad. Los expertos occidenta-les creen que el Shkval realmente “precesiona”lentamente sobre el perímetro de la cavidad, re-botando una y otra vez en las paredes mientrasavanza por el agua.

El Shkval se considera un tanto rudimenta-rio. Sólo puede viajar en línea recta. Pero hayen la oficina de proyectos vehículos supercavi-tantes que podrán maniobrar dentro del agua.Para su gobierno se recurrirá al uso de super-ficies de control que traspasen la cavidad, ta-les como aletas y sistemas de empuje orienta-ble, que son toberas direccionables para ladescarga de los gases del motor. En los vira-

jes, habrá que cuidar mucho que el cuerpo semantenga dentro de la cavidad; si intentara sa-lirse de ella, la fuerza del golpe contra la pa-red de agua circundante lo convertiría de re-pente en una “lata de refresco aplastada”, enimagen de Ivan Kirschner, ingeniero del Cen-tro de Técnica Aplicada de Anteon en Mystic

(Connecticutt).“Además”, prosigue Kirschner, “las maniobrasde cabeceo y guiñada tridimensionales podríanrealizarse moviendo o rotando el cavitador delmorro en dos planos a la vez, aunque tales in-genios serían más complicados”. Se ha pensadotambién en el empleo de artefactos con timo-nes a proa e impulsión delantera.

Sostiene Kuklinsky, del NUWC, que los ve-hículos supercavitantes podrían ser agilísimos silas superficies de mando se coordinaran bien.

La idea es desviar la cavidad hacia un costadopara crear las fuerzas laterales necesarias conun cavitador de morro articulado o con super-ficies de mando y luego guiar el vehículo ha-cia ella. Si los sistemas de control de proa ypopa funcionan en fase, de modo que la partede cola siga las vicisitudes de lo que pase de-lante, podrían conseguirse virajes muy rápidos.

Parte de la solución a los problemas de con-trol pasa por disponer de un bucle de controlde realimentación en tiempo real, capaz de man-tenerse al compás de lo que marquen las con-diciones de la cavidad en la parte trasera delartefacto y reaccionar debidamente a los cam-bios medidos. Como los sistemas supercavitan-tes viajan sin apoyos dentro de burbujas gaseo-sas de baja densidad, sus colas suelen golpearcontra la pared de las cavidades. Este es el fe-nómeno que los especialistas llaman “cacheteode cola”, regularmente observado en fotografíasde pruebas a gran velocidad de los ingenios su-percavitantes. La ONR ha patrocinado el desa-

rrollo de un sensor de “cacheteo de cola”: unsistema de monitorización basado en compo-nentes microelectromecánicos que sigue la su-cesión de contactos intermitentes de la cola conla cavidad.

A propósito de los vehículos supercavitantesdel futuro conviene destacar cierto dato: latransición del viaje submarino normal al régi-men supercavitante, y a la inversa, puede rea-lizarse ventilando artificialmente una cavidadparcial para mantenerla y expandirla a través



de las transiciones de velocidad. Así, una pe-queña cavidad natural formada en la punta (abaja velocidad) puede “hincharse” hasta un ta-maño que encierre al cuerpo entero. Al revés,pueden facilitarse las maniobras de frenadoaumentando la burbuja con gases de inyecciónque mantengan y luego reduzcan lentamente sutamaño para anular de un modo gradual la ve-locidad.

Sistemas de propulsiónavanzados

La mayoría de los vehículos supercavitantes

autónomos, existentes o previstos, depen-den de motores de tipo cohete para generar elempuje necesario. Pero los cohetes al uso com-portan algunos inconvenientes graves: su alcancees limitado y el empuje decrece al aumentar lapresión con la profundidad. Para superar el pri-mero se estudia una nueva técnica de plantasmotrices de alta densidad energética; el segundopodría salvarse empleando un tipo especial detécnica de hélice propulsor supercavitante.

La consecución de velocidades supercavitan-tes requiere mucha potencia. Para que el al-cance de un cohete sea máximo, hay que que-

mar combustibles de alta densidad energéticaque proporcionan el mayor impulso específico.Según estima Savchenko, un motor cohete só-lido puede tener un alcance máximo de algu-nas decenas de kilómetros y una velocidad picode quizá 200 metros por segundo. Tras exami-nar los sistemas de propulsión basados en mo-tores diesel, motores eléctricos, plantas atómi-cas, motores diesel rápidos y turbinas de gas,Savchenko llegó a la conclusión de que sólolas turbinas de gas de alto rendimiento y lossistemas de propulsión a chorro que quemencombustibles metálicos (aluminio, magnesio olitio), y que empleen agua de fuera borda (como

oxidante del combustible y para refrigerar losproductos de la combustión), poseerán un au-téntico potencial para propulsar vehículos su-percavitantes hasta altas velocidades.

El aluminio es el más energético de esos com-bustibles, produciendo una temperatura de reac-ción de hasta 1600 grados Celsius. La reacciónpuede acelerarse fundiendo (licuando) el metaly empleando vapor de agua. En un diseño po-sible de planta motriz, el calor de la cámara decombustión se utilizaría para fundir placas dealuminio a unos 675 grados C y también paravaporizar agua marina. Los productos resultan-


TRAYECTORIA DEL PROYECTIL MINA ANTIBUQUE

LIDAR

6. PROYECTIL

ANTIMINA. Los

proyectiles super-

cavitantes dispara-

dos desde el aire,

por encima de la

superficie del océ-

ano, deben volarestablemente tanto

por el aire como

por el agua, una

gran dificultad

para los ingenie-

ros. La granada

RAMICS (que se

muestra en parte)

fue desarrollada

por C Tech De-

fense Corporation.

Las balas disparadas desde el aire contra unblanco marino que se sumerge salen despe-

didas rebotando o agotan su energía con sor-prendente rapidez a consecuencia de la resis-tencia al avance o a las fuerzas hidrodinámicaslaterales. Cuando la Oficina de Investigación Na-val recibió el encargo de hallar un modo econó-

mico de impedir que las minas de superficie da-ñaran o destruyeran buques de muchos millonesde dólares, recurrió a los proyectiles supercavi-tantes. El resultado fue el Sistema de Limpieza

de Minas Aerotransportado Rápido (RAMICS). Ope-rado desde un helicóptero, el RAMICS localizaminas submarinas mediante un sistema de lídarverde-azul de formación de imágenes, calcula suposición exacta, pese a la desviación de la luzpor la refracción en el agua, y seguidamente lelanza una descarga de proyectiles supercavitan-

tes que viajan, estables, por aire y mar. Esosproyectiles especiales contienen unas cargas quecausan la deflagración, o estallido lento, de losexplosivos de las minas.

Neutralización de minas



tes de la combustión impulsarían la turbina deaccionamiento de las hélices.

Según parece ese sistema ha sido ya desarro-llado en Rusia. En EE.UU. hay también expe-riencia sobre esos tipos de sistemas. En el La-boratorio de Investigación Aplicada de laUniversidad estatal de Pennsylvania opera unsistema “estatorreactor hídrico” quemador de alu-minio, que fue desarrollado como planta de po-tencia auxiliar para un buque de superficie.

En el nuevo diseño norteamericano se añadealuminio en polvo a un remolino de agua ma-rina generado en un combustor de torbellino.La rápida rotación provoca el mutuo rozamientode las partículas, que desprende la capa inertede óxido de aluminio que las cubre; al oxidarseel aluminio se inicia una reacción fuertementeexotérmica. El vapor a gran presión procedentede esa combustión se expande al salir por una

tobera cohete o mueve una turbina que hace gi-rar una hélice.Demuestran los ensayos que la propulsión a

hélice incrementa el empuje en un 20 porciento, en comparación con la potencia del co-hete, aunque en teoría sería posible que lospropulsores de hélice duplicaran el empuje dis-ponible. Se han ensayado diseños de un sis-tema propulsor de rotor de turbina con una“hélice de casco”, o un par de hélices de cascocontra rotativas que circunvalan el ingenio demanera que pueden llegar a la frontera entregas y agua.

Miedo al futuro

Sea lo que fuere lo que los añosvenideros reserven para las ar-

mas supercavitantes, éstas han dejadoya sentir su peso en todos los estadosmayores y servicios de inteligencia.

De entrada han animado la inves-tigación naval. Cuando se tuvo no-ticia de la existencia del Shkval, sedispararon las lucubraciones sobre sumisión. Para unas fuentes de inteli-

gencia occidentales, el Shkval debíapermitir que los ruidosos submarinosde baja técnica diesel de la enton-ces Unión Soviética reaccionaran anteun ataque súbito por submarinos ame-ricanos, ultrasilenciosos y al acecho.Al percibir el ruido de las hélicesdel torpedo clásico, se lanzaría el

Shkval para obligar a huir al enemigo o quizápara cortar el cable de guiado del torpedo ata-cante. El Shkval sería, en esa opinión, un armaletal submarina, dotada quizá de cabeza nuclear.

De acuerdo con otras fuentes informadas setrataría de un arma ofensiva, concebida parahacer estallar una carga nuclear de gran ren-dimiento dentro de un grupo de combate deportaaviones, eliminando así a toda una flota.Durante una guerra nuclear, podría incluso di-rigirse contra un puerto o un objetivo terrestrecostero. Otros han resaltado la carencia de con-tramedidas eficaces, lo que supone una des-ventaja considerable para las fuerzas navalesoccidentales.

Ante su pésima situación económica, Rusiaha puesto el Shkval en venta en las ferias dearmamentos internacionales de Abu Dhabi y Ate-nas. Se da por descontado que Irán ha com-

prado varios. Unos cuarenta habría adquiridoChina de Kazahstan, con la amenaza consi-guiente para las fuerzas navales americanas enel estrecho de Taiwan. Se sospecha que a bordodel hundido Kursk había un oficial de subma-rinos chino, para observar las pruebas de unanueva versión del Shkval.

El incidente del Kursk , el proceso Pope y laambigüedad en torno a ambos refuerzan la ideade que el final de la guerra fría no ha alteradoen modo alguno la competición clandestina dearmas para asegurar una ventaja en cualquierconflicto futuro.


7. BALA SUPERSONICA. En 1997 un

equipo investigador de la División New-

port del Centro Naval de Guerra Sub-

marina consiguió imágenes del disparo

completamente sumergido de un proyectil

supercavitante con una velocidad inicial

de 1549 metros por segundo, superior a

la velocidad del sonido en el agua.

8. MISILES

SUBMARINOS.

La marina esta-

dounidense inves-

tiga en proyectosde armas superca-

vitantes de largo

alcance y alcance

ampliado. La de

a izquierda es un

“rompe-combates

no guiado de al-

cance medio”; la

de la derecha es

un “arma guiada

de respuesta pre-

coz de largo al-

cance.”




Atención

y rendimiento visual

La vida cotidiana moderna —so-bre todo en las grandes ur-

bes— ofrece tal cantidad de in-formación y estímulos, que la ca-pacidad de atender a lo esencial yhacer caso omiso de lo accesorioreviste suma importancia. Si, comoexpone genialmente Borges en Funesel memorioso, el olvido es lo queposibilita el recuerdo y el pensa-miento, en el caso de la percep-

ción visual, la atención selectiva alos estímulos es lo que vuelve co-herente e interpretable el caos deseñales que es la “realidad”.

“Sospecho” —barrunta el narra-dor de Funes— “que en el abarro-tado mundo de Funes no había sinodetalles casi inmediatos”.

La expresión atención visual de-nota el proceso que nos permiteseleccionar información y procesarprioritariamente ciertas posicionesespaciales u objetos del entorno vi-sual. Atender a algo no es equi-valente a mirarlo. De hecho, comoocurre a menudo en las fiestas abu-rridas, podemos estar mirando fi-

jamente a alguien y al mismo tiempoestar buscando de manera más omenos subrepticia a otra personamás interesante en nuestro campovisual. (Se podría decir otro tantode la atención auditiva.) Esta di-sociación entre la mirada y la aten-ción se llama atención encubierta:sin la necesidad de mover los ojos,llevamos a cabo un procesamiento

selectivo de la información visualde cierto lugar.

Se sabe que la atención mejorael rendimiento en muchas tareasvisuales, como la búsqueda visual,la segmentación de texturas y ladetección de letras. No obstante,el proceso mediante el cual la aten-ción produce esa mejora es temade debate. La pregunta “¿Cómoafecta la atención la apariencia delos objetos?” fue central para losfundadores de la psicología expe-rimental y de la psicofísica sen-sorial. A fines del siglo XIX yprincipios del XX, mientras queEbbinghaus, Wundt, Titchener yMach, entre otros, sostenían que

la atención afecta a la intensidadde la sensación, Fechner y otrosnegaban esta idea. Defendía William

James que la atención intensificala impresión sensorial, pero no ladistorsiona. La pregunta sigue siendocentral en los campos básicos depercepción, psicología cognitiva yneurofisiología.

Según el consenso científico ac-tual, la atención puede mejorar elrendimiento en tareas visuales devarias maneras; por ejemplo, redu-ciendo el efecto del ruido (internoy externo) o produciendo cambiosen los criterios de decisión. Se hapropuesto también la posibilidad deque la atención intensifique la re-presentación de la señal.

Aunque los tres factores debenintervenir, ya sea conjuntamente yasea por separado, en distintas ta-

CIENCIA Y SOCIEDAD

1. Este esquema ilustra elcontraste necesario para discrimi-

nar la orientación de estímulosGabor de diferentes frecuencias

espaciales. Como se puede obser-var, el contraste de la señal es

menor cuando el estímulo es pre-cedido por la clave periférica que por la clave neutral para lograr

el mismo rendimiento visual

{

{

{

{

SECUENCIA DE UN ENSAYO EXPERIMENTAL

LA ATENCION ENCUBIERTA INTENSIFICA LA REPRESENTACION DE LA SEÑAL

Clave periférica40 mseg

Estímulo100 mseg

1 cpgCondición

Claveneutral

Claveperiférica

2 cpg 4 cpg 8 cpg

Respuesta1 seg

Intervalo-interestímulo

60 mseg




reas, mis alumnas de doctoradoYaffa Yeshurun y Cigdem Penpeci-Talgar y yo hemos podido aislarcondiciones experimentales en lasque los efectos de la atención sólopueden atribuirse a la intensifica-ción de la representación de la se-ñal. Además, hemos aportado prue-

bas de que la atención afina la re-solución espacial del sistema vi-sual; es decir, nos permite discer-nir detalles con más claridad.

Antes de describir nuestros ha-llazgos experimentales convendríapresentar dos conceptos más: 1)a medida que la excentricidad re-

tiniana aumenta la resolución es-pacial y la sensibilidad al con-traste disminuyen; 2) la atenciónencubierta puede activarse de ma-nera controlada en los experi-mentos mediante el uso de unaclave periférica. Esta clave apa-rece muy brevemente en la pan-talla experimental indicando el lu-gar donde se presentará el estímuloobjetivo, pero sin suministrar in-formación sobre la naturaleza delestímulo.

La clave periférica actúa de ma-nera automática, sus efectos sontransitorios y son más pronuncia-dos a los 100-120 milisegundos.En la condición control, una claveneutral indica que el estímulo tienela misma probabilidad de apareceren cualquier posición. La brevepresentación de los estímulos hace

imposible que el sujeto mueva susojos durante cada ensayo; asegura,pues, la activación de la atenciónencubierta.

Para investigar si la atención in-tensifica la representación de laseñal, utilizamos los estímulos mássimples para el sistema visual, losestímulos Gabor ( figura 1), cuyafrecuencia espacial es de 0,5 a 12ciclos/grado. En cada ensayo elestímulo aparece en la pantalla delordenador durante 100 milisegun-dos en una de 8 posibles posicio-nes equidistantes del centro. Losobservadores indican la orienta-ción del estímulo (derecha o iz-quierda, vertical u horizontal). Ladiscriminación es superior cuandoal estímulo le precede la clave pe-riférica que cuando le antecede laclave neutral. Las condiciones ex-perimentales, el hecho de que losobservadores detecten la presen-cia del estímulo y localicen su po-sición perfectamente, y un modelode detección de señales aplicado

a nuestros datos, nos permiten con-cluir que el rendimiento mejoraporque la atención intensifica laseñal.

En la tarea de búsqueda visual,un observador se sienta frente aun ordenador y mira la pantalladonde aparece el estímulo objetivoen la mitad de los ensayos. Encada ensayo, el observador res-ponde —tan rápida y acertadamentecomo pueda— si el estímulo ob-

jetivo apareció o no. Dado que el

†

*

*

†

†

†

†

*†

0

520

720

920

55

65

75

85

95

PERIFERICA

NEUTRAL

4 8 12

EXCENTRICIDAD

T I E M P O D E R E A C C I O N ( m s e g

)

A C I E R T O S ( % )

16 20

2. Esta gráfica ilustra que la clave periférica mejoró el rendimiento de

los observadores cuando la textura-objetivo apareció en localidades ex-céntricas, pero cuando apareció en localidades centrales esta clave em-

peoró el rendimiento




efecto de la atención en el rendi-miento es más pronunciado en lasposiciones más excéntricas, dondela resolución espacial es menosaguda, postulamos que la atenciónafina la resolución espacial.

Para investigar esta hipótesis ex-ploramos los efectos de la aten-ción en tres tareas de agudeza vi-sual que requieren discriminacionesespaciales finas. Por ejemplo, losobservadores discriminaban si elestímulo ‘cuadrado Landolt’ teníauna discontinuidad del lado dere-cho o izquierdo. Los observado-res respondieron más lentamentey con menos eficacia cuando elestímulo aparecía en las posicio-nes más excéntricas, donde loscampos receptivos de las neuro-nas son mayores y la resoluciónespacial, menor. El rendimiento fue

más rápido y certero si al estímu-lo le precedía la clave periféricaque si lo hacía la clave neutral( figura 3).

En otro estudio utilizamos unatarea de segregación de texturasque requiere la integración de in-formación de baja resolución. Adiferencia de lo que ocurre en lamayoría de las tareas visuales, enésta el rendimiento es inferior enla fóvea, donde la resolución re-sulta ser demasiado fina, que enexcentricidades intermedias, dondela resolución espacial alcanza elnivel idóneo. En una tarea de elec-ción forzada los observadores tie-nen que identificar cuál de los dosintervalos contiene una textura-ob-

jetivo (por ejemplo, un subgrupode líneas inclinadas hacia la de-recha).

Hasta ahora, todos los modelosde atención visual predicen que laatención mejora el rendimiento; aldemostrar que la atención empeorael rendimiento en una tarea donde

una resolución espacial demasiadofina deteriora el rendimiento, pre-sentamos una prueba sólida de quela atención afina la resolución es-pacial ( figura 2).

De la misma manera que si acor-táramos la distancia entre el es-tímulo y nuestros ojos, la atenciónintensifica la señal y nos permitediscernir más detalles de la infor-mación. Esta capacidad de discer-nimiento fino es casi siempre de-seable; en algunas situaciones, no

obstante —cuando uno se encuen-tra ante un cuadro puntillista, porejemplo— la resolución espacialintensificada puede constituir unadesventaja porque imposibilita odificulta la percepción global delfenómeno.

¿Qué influencia ejerce la aten-ción sobre la percepción visual?Hemos podido contribuir a la res-puesta a esta vieja pregunta: la

atención encubierta afecta las pri-meras etapas de procesamiento deinformación visual de dos mane-ras, intensifica la representación dela señal y afina la resolución es-pacial del sistema visual.

MARISA CARRASCO QUEIJEIRODpto. de Psicología

y NeurocienciaUniversidad de Nueva York

**

*

*

*

*

500

550

600

650

DISCONTINUIDAD (MIN/ARCO)

CUADRADO DE LANDOLT

T I E M P O D E

R E A C C I O N ( m s e g )

2,2 4,4 6,6 8,8 11 13,2

*

*

*

*

*

50

60

70

80

90 PERIFERICA

A C I E R T O S ( % )

NEUTRAL

3. Esta gráfica ilustra que la clave periférica mejoró el rendimiento delos observadores cuando discriminaban qué lado del cuadrado contenía

una discontinuidad




Simetría floral

Mutantes naturales

Algunas flores, amapolas y prí-mulas entre ellas, tienen to-

dos los pétalos y todos los es-tambres idénticos entre sí. Podemostrazar numerosos ejes de simetríaque dividen la flor en dos partesiguales. Los botánicos llaman a es-tas flores radialmente simétricas oactinomorfas.

Otras flores, citemos genistas ypensamientos, muestran distintos ti-pos de pétalos y estambres. Sólose puede trazar un eje de simetríaque divide a la flor en dos partesiguales. Estas flores reciben el nom-bre de bilateralmente simétricas o

zigomorfas.

Las flores zigomorfas aparecie-ron tarde en la evolución de lasplantas angiospermas, pero cono-cieron un enorme éxito adaptativo.Por ello hay ahora más especiescon este tipo de flores que conflores actinomorfas. Una explica-ción de semejante triunfo podríahallarse en los mecanismos de po-linización. Las flores zigomorfastienden a desarrollarlos más espe-cializados y eficientes: su formafavorece el acceso de ciertos ani-males, los pétalos ventrales estána menudo transformados en plata-

formas de aterrizaje con señalesque orientan al polinizador en suentrada a la flor, y la forma y ta-maño de los estambres y carpelos

aseguran que el contacto del poli-nizador con el polen y el estigmasea máximo.

En la naturaleza aparecen a ve-ces espontáneamente flores simé-tricas en plantas de especies quenormalmente desarrollan flores asi-métricas. Este es el caso del ejem-plar de Linaria vulgaris mostradoen la figura b cuyas flores pre-sentan —en lugar de un único es-polón en el pétalo ventral comolas flores típicas de su especie ( fi-gura a)— cinco espolones, uno encada uno de sus pétalos.

Se trata de un fenómeno des-crito ya en el siglo XVIII por CarlLinneo ( figura c), a quien este es-pécimen causó bastantes quebra-deros de cabeza. Para Linneo, lasespecies, creadas por Dios, eraninmutables. Esta planta le resul-

taba, pues, tan inexplicable “comosi una vaca diera a luz una ter-nera con cabeza de lobo” (sic). Lallamó Peloria, término griego paramonstruo. Con el tiempo, Goethe,Darwin, de Vries y otros dedica-ron su atención a peloria y des-cribieron mutantes pelóricos en-contrados en poblaciones naturalesde otras especies.

Gracias al trabajo de Coen y suequipo, del Centro John Innes enNorwich, ahora sabemos que unode los genes que controlan la ge-neración de la asimetría floral escycloidea, clonado y caracterizadoen su laboratorio. El gen cycloi-dea actúa desde un momento muytemprano del desarrollo floral y

determina que los primordios depétalos y estambres dorsales crez-can de forma diferente de los pé-talos y estambres ventrales.

Cuando cycloidea y otro gen em-parentado, dichotoma, no funcio-nan de modo normal, por estarmutados, todos los pétalos y es-tambres de la flor son como losventrales de la flor silvestre. Laflor es, entonces, regular.

El gen cycloidea se aisló en unaespecie modelo, Antirrhinum ma-

jus, o boca de dragón. ¿Podía ge-neralizarse lo afirmado en el apar-tado anterior a otras especies conflores asimétricas? En busca de res-puesta nos propusimos averiguar sipeloria era un mutante cycloidea.Si las plantas de Linaria vulgariscon flores simétricas tenían mu-tado el gen cycloidea, cabría in-

ferir que el gen normal estaba im-plicado en la generación de laasimetría floral.

Aislamos el gen cycloidea de Linaria y observamos que, en plan-tas silvestres, aquél actuaba de formasimilar al gen de Antirrhinum . Luegocomprobamos que, en peloria, cy-cloidea se hallaba inactivo. Ello su-gería que peloria era, en efecto, unmutante para el gen cycloidea.

Procedimos a estudiar el origende la mutación. De ordinario ungen mutante presenta un error ensu secuencia de ADN. Por culpadel fallo, el gen no actúa en el lu-gar y momento adecuados, o bienla proteína codificada resulta de-fectuosa. Para nuestra sorpresa, elgen cycloidea de peloria, aunqueinactivo, no experimentaba ningunamodificación en su secuencia deADN, sino que aparecía densamentemetilado. También están metiladasregiones cromosómicas sin activi-dad transcripcional como por ejem-plo los telómeros y centrómeros.

La incorporación de grupos me-tilo (—CH3), o metilación, consti-tuye una alteración reversible queconfiere al ADN un carácter com-pacto, menos accesible a la ma-quinaria celular. Las plantas recu-rren a la metilación como mecanismode defensa genómica para mante-ner inactivos genes defectuosos ysecuencias invasoras (transposonesy virus).

Los genes normales de la plantano están metilados, pues con ello

Inflorescencia de Linaria vulgaris silvestre (a) . La flor de Linaria es bila-teralmente simétrica. El característico espolón de su pétalo ventral acu-mula néctar que atrae a los polinizadores. Inflorescencia de Linaria vul-garis , peloria (b) . Sus flores son radialmente simétricas: todos los pétalostienen espolones como el del pétalo ventral de la flor silvestre. Pliego delherbario de Linneo —actualmente guardado en la Sociedad Linneana de

Londres— que muestra el ejemplar original de peloria (c)

a b c




se inactivarían o silenciarían. Enpeloria había ocurrido un error ce-lular; el gen cycloidea —aunquepotencialmente funcional— estabametilado y silenciado, dando lugara un mutante aparente o epimu-tante. A diferencia de las muta-ciones, cambios irreversibles en lasecuencia de ADN, las epimutacio-nes son cambios reversibles —elADN se puede desmetilar— y enla mayoría de los casos no here-dables. De ahí que hasta entoncesno se hubiera dado importancia alas epimutaciones desde el puntode vista evolutivo.

Sin embargo, el hecho de que labase molecular de peloria, el pri-mer variante natural descrito enplantas, sea una epimutación su-giere que el fenómeno podría sermás frecuente de lo imaginado.

Hemos demostrado, por otro lado,que en peloria la metilación, aun-que reversible, es estable y here-dable. Y no se olvide que el ADNmetilado constituye por sí mismouna fuente de mutación, ya que esmás propenso a generar alteracio-nes en la secuencia de ADN. Todoello sugiere que tal vez las epi-mutaciones desempeñan un papelevolutivo importante.

PILAR CUBASCentro Nacional de

Biotecnología,I.N.I.A., Madrid

Terapia mediantecaptura de neutrones

Aplicaciones de las fibras

de neutrones

En la lucha sin cuartel contra el

cáncer pudiera ocupar prontoun puesto destacado la terapia me-diante captura de neutrones porboro (TCNB). Dicha técnica se basaen la destrucción de las célulascancerosas por energéticos pro-ductos de las reacciones nuclearesque se desencadenan al ser captu-rados los neutrones por el boroaplicado previamente al tumor.

La TCNB utiliza neutrones tér-micos, con energías del orden de0,02 electronvolt. Aunque los neu-

trones térmicos se toleran muchomejor que los más energéticos, im-porta minimizar la cantidad de losprimeros que puedan recibir los te-

jidos sanos que rodean al tumor.Ahora bien, para que el flujo deneutrones térmicos resulte eficaz,ha de ser, al menos, de 5 × 108

neutrones por centímetro cuadradoy segundo. Un flujo inferior exi-giría una prolongación excesiva delperíodo de suministro del haz deneutrones, con secuelas negativaspara el paciente.

Los haces de neutrones térmi-cos, procedentes de un reactor nu-

clear, se podrían propagar confi-nados a lo largo de una fibra del-gada, a la manera en que lo hacela luz (fotones) a través de una fi-bra óptica. Para entender su com-portamiento, imaginémonos una fi-bra formada por dos cilindroscoaxiales, uno interno (núcleo) yotro externo (revestimiento). El re-vestimiento podría ser de níquel ohierro; el núcleo, de aluminio, dió-xido de silicio o aire (fibra hueca).El diámetro total de la seccióntransversal es de unos milímetros.El flujo de neutrones térmicos con-finados, que habrían penetrado yse propagarían a lo largo del nú-cleo de la fibra, estaría controladopor el propio núcleo y podrían fo-calizarse hacia la zona que se de-sease. En la aplicación a la TCNB,la fibra permitiría concentrar el

flujo de neutrones térmicos de formaselectiva en la zona tumoral, conmenoscabo mínimo de la zona sanacircundante.

Merced al avance de la técnicase han construido lentes de neu-trones y sistemas para guiar y fo-calizarlos mediante haces de múl-tiples fibras capilares. Se espera,además, que las nuevas fuentes deneutrones estén basadas en acele-radores de alta energía, de pulsos.

Los haces de partículas de altaenergía, procedentes de un acele-rador, bombardean un blanco demetal pesado; la reacción nuclearresultante genera neutrones que semoderan para reducir su energía.El resultado final es un haz pul-sado de neutrones, con energías enel rango de los milielectronvolt, queno tiene un flujo constante en eltiempo, sino variable.

Aunque el flujo medio de los neu-trones procedentes de fuentes pul-sadas es más bajo que en los hacesconstantes generados en reactores

nucleares, podría quizás aplicarseen radioterapia de tumores. Conello adquirirían interés crecientelos dispositivos que permitan con-centrar haces de neutrones en pe-queñas regiones del espacio conun flujo suficiente.

MARÍA LUISA CALVODepartamento de Optica,

Facultad de Ciencias Físicas,Universidad Complutense

Madrid

Posible geometría de una fibra de neutrones. El revestimiento puedeser de níquel o hierro y el núcleo de aluminio, dióxido de silicio o

aire (fibra hueca). Si la longitud es de 10 cm, R es el radio del nú-cleo (inferior a 100 micras) y hay incidencia de un haz de neutrones,el ángulo i de aceptancia para confinamiento es muy pequeño, del or-den de centésimas de minutos de arco. El confinamiento, por tanto, no

es muy crítico

REVESTIMIENTO

LONGITUD DE LA FIBRADE NEUTRONES

NUCLEOR

i




Durante la última década se han multiplicado

las posibilidades instrumentales con que cuen-ta el estudio de los organismos marinos.

Desde que la escafandra autónoma se convirtió enun equipamiento habitual en los años sesenta delsiglo XX, la instrumentación utilizada ha ganado enrefinamiento. Los equipos actuales de medición, re-gistro y observación permiten trabajar casi en lasmismas condiciones en el mar que en los acuarioso laboratorios.

Si de zonas litorales poco profundas se trata, po-demos ya conocer la actividad, metabolismo o ali-

mentación en tiempo real de muchos organismos.Los avances se han centrado, sobre todo, en elestudio de los organismos sésiles, pues permitenser manipulados sin sacarlos de su hábitat. Me-diante cámaras fotográficas o de vídeo instaladasen el lecho marino seguimos los ritmos de activi-dad y contemplamos eventos que requerirían largashoras o días de observación continua.

El mayor desarrollo lo han experimentado los apa-ratos que registran las corrientes (correntímetros) otoman en continuo datos oceanográficos (tempera-tura, salinidad, etc.). Con otros equipamientos, ymediante la inclusión durante pocas horas de losorganismos en campanas, nos es dado evaluar surespiración y alimentación en condiciones naturales.En las fotografías se muestran sólo algunos ejem-plos de aparatos utilizados por investigadores delInstituto de Ciencias del Mar (CSIC) de Barcelonay del departamento de ecología de la Universidadde Barcelona. De la instrumentación depende, a la

postre, el progreso del conocimiento de los ecosis-temas litorales en particular y de la oceanografíaen general.

DE CERCA

Instrumentación sumergida

Texto y fotos: Josep-Maria Gili, Rafel Coma y Sergio Rossi

1. Buceador inspeccionando instalaciones fijasmediante cuerdas señalizadas que permitenun seguimiento muy preciso del crecimiento y evolución de las comunidades bentónicas

2. Trampas de sedimentación instala-das a 35 m de profundidad para

evaluar los procesos de sedimentación y de aporte de materia orgánicaa los fondos marinos. Se alcanzauna precisión de días a semanas



3. Instalación de uncorrentímetro tipo

Doppler para reco-ger durante semanasmedidas de dirección

e intensidad de lacorriente a lo largo

de un transecto y cada metro, desdeel fondo hasta

la superficie

4. Recipiente que al-berga un sistema de

baterías y sensoresque permiten evaluar en continuo la respi-

ración de las espe-cies encerradas mo-

mentáneamente enunos recipientes de plástico. Los senso-res detectan tambiéncambios de tempera-

tura y presión

5. Campanas de incubación diseñadas para mantener en óptimas condiciones los organismos y determinar sus tasas de alimentación. Las campanas se mantie-

nen con sistemas de bombas y sensores quegarantizan la circulación continua de agua

en el interior de las campanas

6. Correntímetro avanzado para medir la intensidad y dirección de la corriente en un punto cada

segundo. Dada la simplicidad de su diseño, apenasmolesta a los organismos de alrededor.

Constituye uno de los sistemas más eficaces para evaluar flujos a alta resolución



Los Beatles anunciaban a todo volumendesde el equipo musical que “Nosotros lopodemos resolver” cuando sonó el telé-fono. En cuanto Germán descolgó, el apa-rato telefónico se encargó de bajar el ni-

vel sonoro, dirigiendo un mensaje a todos los equiposlocales provistos de mando de volumen. Era su her-mana Lucía, que llamaba desde la consulta del mé-dico: “Mamá tiene que ir a un especialista y des-pués someterse a varias sesiones de fisioterapia. Cosade un par de días a la semana. Voy a encargar a miagente que establezca las citas.” Germán se ofrecióinmediatamente para ayudar en lo necesario.

Lucía, desde la consulta del médico, dio instruc-ciones a su agente de la Red semántica mediante sunavegador portátil. Al cabo de unos instantes, elagente había obtenido del agente del médico la in-formación necesaria sobre el tratamiento prescrito,había consultado varias listas de profesionales, y ve-rificado cuáles pertenecían al seguro médico de sumadre en un radio de 30 kilómetros del domicilio

de ésta, y había recibido valoración de excelente omuy bueno por servicios de evaluación de calidaddignos de confianza. El agente empezó entonces abuscar concordancias entre las horas de cita previade que disponían estos profesionales (proporcionadospor los agentes de cada uno de ellos desde sus si-tios en la Red) y los escasos huecos con que con-taban los atareados Germán y Lucía. (Las palabrasclave resaltadas denotan términos cuya semántica,vale decir, cuyo significado, le fue definido al agentea través de la Red semántica.)

Al cabo de algunos minutos, el agente había con-feccionado un posible plan. A Germán no acabó de

gustarle, porque para llevar a su madre hasta el Hos-pital Clínico había que atravesar la ciudad, y al re-greso sería hora punta. Volvió a instruir a su agentepara que repitiese la búsqueda con preferencias másestrictas de localidad y hora. El agente de Lucía,que para la tarea actual tenía plena confianza en elagente de Germán, se puso automáticamente a suservicio; le proporcionó certificados de acceso y ata-

jos hasta los datos que había ya previamente clasi-ficado.

El nuevo plan fue expuesto casi al momento: ha-bía otra clínica mucho más próxima y a horas mástempranas; constaban, empero, dos notas de adver-tencia. En primer lugar, Germán tendría que cambiaralgunas de sus citas profesionales menos importan-tes. Les echó un vistazo: no habría problema. La se-gunda mencionaba que en la lista de profesionalesfacilitada por el seguro médico no constaba este pro-fesional bajo el epígrafe fisioterapeutas: “Tipo deservicio y cobertura del seguro verificada por otrosmedios”, le aseguró el agente. “¿Detalles?”

Lucía consignó su asentimiento más o menos cuandoGermán empezaba a murmurar “¡Ahórramelos!” ytodo quedó arreglado.

Expresión del significado

Germán y Lucía no pueden servirse de tales agen-tes en la Red (o Telaraña) de nuestros días, pero

sí podrían hacerlo en la Red semántica hacia la queseguramente evolucionará aquélla en el mañana. Lamayor parte de cuanto actualmente contiene la Redestá concebido para ser leído por personas, no paraser manipulado con sentido por programas informáti-


La Red semánticaContenidos de nuevo tipo van a desencadenar una avalancha

de posibilidades que revolucionarán Internet

Tim Berners-Lee, James Hendler y Ora Lassila




cos. Hemos adiestrado a los orde-nadores para examinar las páginas,cuyos componentes saben separary manipular —un titular aquí, unhipervínculo allá—, pero las máqui-nas carecen de métodos fiables paraprocesar los aspectos semánticos:

ésta es la página de Fisioclínica delos doctores Martín y Hernando, yeste vínculo lleva al historial pro-fesional del doctor Martín.

La Red semántica aportará es-tructura al contenido significantede las páginas de la Red; crearáun ambiente en el que los agentesinformáticos, que irán visitando unapágina tras otra, realizarán con pres-teza tareas complejas por encargode los usuarios del sistema. Lle-gado a la página de la clínica, talagente no sólo sabrá que la páginacontiene términos clave como “tra-tamiento, medicina, fisioterapia”,sino también que el doctor Martínconsulta en esta clínica los lunes,miércoles y viernes, que el script o ‘guión’ acepta intervalos de fe-chas en el formato dd-mm-aa yresponde con horas de cita. Podrá“enterarse” de todo ello sin nece-sidad de poseer una inteligencia ar-

tificial. El contenido semántico quedócodificado en la página de la clí-nica cuando sus administradores ledieron forma valiéndose de pro-gramas ya prestos para escribir pá-ginas de la Red semántica, a lavez que enumeraban los recursos

de la clínica en el sitio que man-tiene en la Red el Colegio Profe-sional de Fisioterapeutas.

La Red semántica no constituyeuna Red independiente de la ac-tual, sino una ampliación; una Reden la cual la información está do-tada de significados bien defini-dos, con el fin de que la coordi-nación del trabajo entre humanosy ordenadores sea más completa.Se han dado ya los primeros pa-sos para imbricar la Red semán-tica en la estructura de la Red yaexistente. En un futuro no lejano,estos desarrollos introducirán pres-taciones nuevas e importantes, allograr que las máquinas multipli-quen su capacidad de procesar y“comprender” los datos que hoy selimitan a exhibir en la pantalla.

En su universalidad tiene la Ma-lla Máxima Mundial su nota prin-cipal. La potencia de los vínculos

de hipertexto es que permiten “co-nectar cualquier cosa con todo”.Por lo tanto, la técnica de la Redno debe discriminar entre el bo-rrador apresurado y la prestaciónmás depurada, entre la informacióncomercial y la académica, ni en-tre culturas, idiomas, medios decomunicación y así sucesivamente.La información varía a lo largo demuchos ejes. Uno de ellos es ladiferencia entre la información pro-ducida para uso humano y la di-rigida a máquinas. En un extremode la escala se encuentran desdeel anuncio televisivo de cinco se-gundos hasta la poesía; en el otroestán las bases de datos, los pro-gramas informáticos y las señalesemitidas por dispositivos sensores.Hasta ahora, la Red se ha desarro-llado con suma rapidez, pero con-

cebida mucho más como medio deproporcionar documentos a los hu-manos que para la manipulaciónde datos e informaciones procesa-bles de forma automática. La Redsemántica aspira a llenar esta de-ficiencia.

La Red semántica, al igual queInternet, será descentralizada. Ta-les sistemas “retiformes” han des-pertado enorme interés, y en el pre-sente resulta difícil o imposiblepronosticar sus beneficios. La des-centralización obliga a componen-das: la Red tuvo que arrojar porla borda la imposición de cohe-rencia total entre todas sus inter-conexiones, e introducir el denos-tado mensaje “Error 404: NotFound”. Tal sacrificio hizo posibleun crecimiento exponencial.

La representacióndel conocimiento

Para que la Red semántica fun-cione, los ordenadores han de

tener acceso a recopilaciones deinformación debidamente estructu-radas y a conjuntos de reglas deinferencia que puedan utilizar paraefectuar razonamientos automáti-cos. Tales sistemas se han venidoestudiando en inteligencia artificialdesde mucho antes de la creaciónde la Red. La representación delconocimiento, nombre que suele re-cibir esta técnica, se encuentra enla actualidad en un estado com-parable con el del hipertexto an-

TIM BERNERS-LEE, JAMES HENDLER y ORA LASSILA están atraídos porlas posibilidades que ofrece la Red semántica. Berners-Lee es director del Con-sorcio de la Red (World Wide Web Consortium, o W3C) e investigador en elLaboratorio de Ciencias de la Computación en el Instituto de Tecnología de Mas-sachusetts. Cuando inventó la Telaraña, o Red de redes, en 1989, quería quecontuviera más elementos semánticos de lo hoy habitual. Hendler es profesor deinformática en el Colegio Park adscrito a la Universidad de Maryland, donde hainvestigado sobre representación de conocimientos en el contexto de la Red du-rante bastantes años. Ha desarrollado el lenguaje SHOE, el primer lenguaje derepresentación de conocimientos residente en la Red. Lassila es investigador ti-tular en el Centro Nokia en Boston y miembro del consejo asesor del W3C. Fueuno de los autores de la especificación del RDF para el W3C.

Los autores

! Hasta la fecha, la Red se ha desarrollado con suma rapidez, pero la infor-mación y los documentos que contiene están concebidos para ser leídos porpersonas, no para manipulación automática. Al enriquecer sus páginas condatos destinados a ordenadores y añadir documentos creados exclusivamentepara ordenadores, la Red se transformará en la Red semántica.

! Los ordenadores averiguarán el significado de los datos semánticos siguiendohipervínculos hasta las definiciones de términos-clave y de las reglas para ra-zonar lógicamente con ellas. La infraestructura resultante estimulará el de-sarrollo de servicios automatizados en la Red; por ejemplo, agentes suma-mente funcionales.

! Los usuarios no necesitarán especiales conocimientos para componer pági-nas de la Red semántica y añadir nuevas definiciones y reglas valiéndose deprogramas ya preparados que resolverán las tareas de anotación semántica.

Panorámica / Red semántica



tes del advenimiento de la Red:es, de cierto, una buena idea, dela que existen plasmaciones de in-terés. Aunque contiene en germenimportantes aplicaciones, para quemanifieste con plenitud sus posi-bilidades ha de quedar vinculadaa un sistema global.

Los sistemas tradicionales de re-presentación del conocimiento hansido, de ordinario, sistemas cen-tralizados, que exigen a todos sususuarios que compartan exactamentela misma definición de conceptoscomunes, como “padre” o “vehícu-lo”. Pero el control central resultaagobiante; y, por otra parte, si seaumentan el tamaño y alcance detales sistemas pronto resultan im-posibles de manejar.

Sistemas que, por otra parte, sue-len imponer estrictos límites a las

preguntas que se pueden plantearal ordenador, para que éste res-ponda fiablemente. El problematiene reminiscencias del teorema deGödel en matemáticas: en todo sis-tema de complejidad suficiente paraser útil hay lugar para preguntasque no admiten respuesta; para algoasí como variantes muy refinadasde la paradoja fundamental “Estafrase es falsa”. Con el fin de elu-dir tales problemas, los sistemastradicionales de representación delconocimiento tenían cada uno unsistema estricto y peculiar de re-glas idiosincrásicas para efectuarinferencias a partir de sus datos.Por ejemplo, un sistema de paren-tesco que operase sobre una basede datos formada por árboles ge-nealógicos, podría contener la re-gla “la esposa de un tío es unatía”. Aun cuando los datos pudie-ran transferirse de un sistema aotro, las reglas, por existir en formacompletamente diferente, no po-drían, por lo general, serlo.

Los investigadores de la Red se-mántica, por el contrario, aceptanque la necesaria versatilidad exigeun precio: la aparición de parado-

jas y de preguntas sin respuesta.Estamos haciendo que el lenguajecorrespondiente a las reglas seatodo lo expresivo que se requierapara permitir que la Red razonecon la amplitud deseada. Este plan-teamiento se asemeja al de la Redcomún: cuando comenzó el desa-rrollo de la Telaraña, sus detrac-

tores señalaron que nunca llegaríaa ser una biblioteca bien organi-zada: falta de una base de datos

central y careciendo de la necesa-ria estructura arborescente, nuncase podría tener la seguridad de en-contrar todo cuanto contiene. Lessobraba razón. Pero la potencia ex-presiva del sistema hizo disponi-bles vastas cantidades de informa-ción, y los motores de búsqueda(que hace un decenio hubieran pa-recido muy poco prácticos) produ-cen ahora índices notablemente com-pletos de gran parte del materialdiseminado por ella.

El problema que la Red semán-tica ha de resolver consiste, pues,en proporcionar un lenguaje capaz

de dar expresión tanto a datos comoa las reglas para razonar sobre da-tos, y que permita, además, la ex-portación a la Red de las reglasde inferencia de cualesquiera sis-temas de representación de cono-cimientos que existan ya.

La tarea que la comunidad de laRed semántica tiene ante sí en estemomento consiste en dotar de ló-gica a la Red, es decir, de mediospara usar reglas de inferencia, ele-gir vías de acción y responder a


1. LAS BUSQUEDAS EN LA RED devuelven un volumen desmesurado deaciertos completamente irrelevantes, que exigen al usuario mucho trabajo defiltrado manual. Por ejemplo, en una búsqueda basada en la palabra clave“cook” el ordenador no tiene forma de saber si estamos buscando un coci-nero, información sobre la forma de cocinar algún plato, un lugar, una per-sona o una empresa o entidad cuyo nombre contenga la palabra “cook”. Elproblema reside en que, para el ordenador, la palabra “cook” carece de con-tenido semántico, es decir, no tiene significado.



preguntas. La tarea se ve compli-cada por una conjunción de deci-siones, de tipo matemático unas,de tipo técnico otras. La lógica hade tener potencia suficiente paradescribir propiedades complejas deobjetos, pero no tanta que permitaproponer a los agentes paradojasque les dejen bloqueados. Feliz-mente, la mayor parte de la in-formación que deseamos expresares del tipo “un perno de cabezahexagonal es un tipo de perno quese usa en máquinas”, que se re-

dacta sin dificultad en lenguajesexistentes añadiendo un poco devocabulario extra.

Ya están disponibles dos impor-tantes técnicas para el desarrollode la Red semántica: la llamadaXML (eXtensible Markup Language,lenguaje ampliable de anotación) yla RDF ( Resource Description Fra-mework , un descriptor de recursos).El lenguaje XML permite a todoscrear etiquetas propias, es decir,marcas o anotaciones no visibles

(“tags”), como <código postal> o<universidad>, que agregan anota-ciones a páginas de la Red o asecciones de texto contenido en lapágina. Los guiones (“scripts”), unosprogramas especiales, pueden ser-virse de estas etiquetas de formasmuy elaboradas, pero el redactorde los guiones ha de saber con quéfin utiliza las marcas el autor dela página. En breve, el lenguajeXML permite a los usuarios aña-dir a sus documentos estructura ar-bitraria, pero nada dice sobre lo

que significan tales estructuras.

La significación se expresa me-diante el descriptor RDF, que lacodifica en conjuntos de ternas.Los elementos de cada terna vie-nen a ser como el sujeto, el verboy el predicado de una oración ele-mental. Estas ternas pueden escri-birse usando marcas XML. En eldescriptor RDF, los documentoscontienen asertos que declaran queobjetos particulares (personas, pá-ginas de la Red o lo que sea) tie-nen propiedades (“es hermana de”,“es autor de”) con ciertos valores(otra persona, otra página de laRed). Resulta que esta estructuraproporciona una vía natural paradescribir la vasta mayoría de losdatos procesados mediante máqui-nas. El sujeto y el objeto quedanidentificados mediante un URI(identificador universal de recursos),

como los utilizados en los víncu-los de las páginas de la Red. (LosURL —sigla de Universal Resour-ce Locators— son los URI de tipomás utilizado.) También los ver-bos quedan identificados medianteURI, lo cual permite a todos de-finir conceptos o verbos nuevossin más que definir el URI corres-pondiente en algún lugar de laRed.

El lenguaje humano se enriqueceal utilizar un mismo término paraaludir a entes distintos. En auto-matización ocurre lo contrario. Ima-ginemos que contrato un serviciode payasos mensajeros con el finde que feliciten el cumpleaños amis clientes llevándoles globos adomicilio. Desafortunadamente, elservicio transfiere las direcciones demis clientes desde mi base de datosa la suya, sin saber que las “di-recciones” de la mía correspondena direcciones de envío de las factu-ras, no a domicilios, y que muchasdesignan apartados de correos. Los

payasos que he contratado acaban

2. SERAN POSIBLES BUSQUEDAS AUTOMATICAS acertadas y complejascuando la Red se encuentre vigorosamente cargada de semántica. En estecaso, un programa de búsqueda consigue localizar correctamente a una per-sona partiendo de informaciones olvidadas a medias: su apellido es “Cook”,trabaja para una compañía que consta en nuestra lista de clientes y tiene unhijo que asiste, como hicimos nosotros, a la Universidad de Larin. La com-binación correcta de estos datos no reside en una sola página de la Red; lasemántica hará más fácil que un programa discierna entre los elementos devarias páginas, comprenda relaciones como “Mike Cook es hijo de WendyCook” y los ensamble con fiabilidad. Con mayor generalidad, la semánticapermitirá efectuar automáticamente procesos o transacciones complicadas.


HTML: Hypertext Markup Language (lenguaje de anotación de hipertexto).Lenguaje utilizado para codificar los formatos, vínculos y demás aspectos delas páginas de la Red. Se vale de marcas (“tags”) normalizadas como <H1> y<BODY> cuyo significado e interpretación se halla establecida con carácteruniversal por el World Wide Web Consortium.XML: eXtensible Markup Language (lenguaje ampliable de anotación). Es,como el HTML, un lenguaje de anotación, pero permite a todo usuario definirsus propias marcas. El XML no dispone de mecanismos propios que hagan sa-ber a los demás usuarios los significados de las nuevas anotaciones que unusuario pueda crear.RECURSO: voz de argot para designar cualquier ente. Entre ellos, páginas, dis-positivos, personas y otros.URL: Universal Resource Locator (localizador universal de recursos). Códi-gos familiares (como http://www.investigacionyciencia.es/index.html) que seutilizan en los hipervínculos.URI: Universal Resource Identifier. Los URL son los tipos de URI más habi-tuales. Un URI define o especifica un ente, sin aludir forzosamente a su ubi-cación en la Red.RDF: Resource Description Framework (descriptor de recursos). Un métodopara definir información en la Red. El RDF proporciona la técnica para expre-sar el significado de términos y conceptos en una forma que los ordenadorespuedan procesar rápidamente. RDF puede utilizar XML en su sintaxis y losURI para especificar entes, conceptos, propiedades y relaciones.ONTOLOGIAS:

Colecciones de enunciados redactados en un lenguaje, comoel RDF, que define las relaciones entre conceptos y especifica reglas lógicaspara razonar con ellos. Los ordenadores “comprenderán” el significado de losdatos semánticos de una página de la Red s iguiendo vínculos con ontologíasespecificadas.AGENTE: Un programa que opera sin necesidad de control humano directo nide supervisión constante, con el fin de alcanzar metas fijadas por el usuario.BUSQUEDA DE SERVICIOS: El proceso de localización de un agente o de unservicio automático de la Red que realice una función requerida. La semánticafacultará a los agentes para describir unos a otros la función exacta que reali-zan, y qué datos han de recibir para ello.

Glosario



divirtiendo a cierto número de fun-cionarios de correos, lo que puedeno estar mal, pero no es el fin de-seado. Este problema se resuelveutilizando un URI distinto paracada concepto concreto. Una di-rección postal puede distinguirseasí de una dirección domiciliaria,y ambas de la dirección de unaentidad cualquiera.

Las ternas del descriptor de re-cursos RDF forman mallas de in-formación sobre entes relaciona-dos. Dado que RDF utiliza XMLpara codificar la información enlos documentos, los URI garanti-zan que los conceptos no sean me-ras palabras de un documento, sinoque están vinculados a una defi-nición unívoca que todo el mundopuede encontrar en la Red. Su-pongamos, por ejemplo, que te-

nemos acceso a una variedad debases de datos con informaciónsobre personas, incluida su direc-ción. Si queremos encontrar per-sonas con un determinado códigopostal, necesitamos saber en cadabase de datos cuáles son los cam-pos que representan nombres, ycuáles, códigos postales. RDF pue-de especificar que “(el campo 5 dela base de datos A) (es un campode tipo) (código postal),” utilizan-do para cada componente URI enlugar de frases.

Ontologías

Desde luego, la historia no ter-mina aquí, porque dos bases

de datos pueden utilizar identifi-cadores diferentes para un mismoconcepto, por ejemplo, código pos-tal y zip code. Un programa quese proponga comparar o combinarinformación tomada de ambas ba-ses de datos ha de estar informadode que estos dos términos se es-

tán empleando para designar unamisma cosa. Lo ideal sería que elprograma tuviera una forma de des-cubrir estas identidades de signi-ficado para cualesquiera bases dedatos que se encuentre.

El tercer integrante básico de laRed semántica proporciona una so-lución a este problema. Está for-mado por recopilaciones de infor-maciones, llamadas ontologías. Enfilosofía, una ontología es una teo-ría que trata de la naturaleza de

la existencia, o del tipo de cosasque existen. Los investigadores dela inteligencia artificial y de la Redse han apropiado del término y lohan incorporado a su jerga; paraellos, una ontología es un archivoo un documento que define for-malmente las relaciones entre tér-minos. Las ontologías más típicaspara la Red constan de una taxo-nomía y de un conjunto de reglasde inferencia.

La taxonomía define clases deobjetos y relaciones entre ellos.Por ejemplo, una dirección puededefinirse como un tipo de locali-dad; se puede establecer que loscódigos de ciudad solamente seanaplicables a localidades, y así su-cesivamente. Las clases, las sub-clases y las relaciones entre enti-dades constituyen un útil muy

potente para utilizar la Red. Es po-sible expresar un gran número derelaciones entre entidades por asig-nación de propiedades a clases yhaciendo que las subclases here-den tales propiedades. Si los có-digos de ciudad han de ser deltipo ciudad y las ciudades tienen,por lo general, sedes en la Red,podemos hablar de la sede de laRed asociada con un código deciudad, aun cuando no haya unabase de datos que vincule directa-mente un código de ciudad a unasede de la Red.

Las reglas de inferencia inte-gradas en ontologías proporcionanuna potencia mayor todavía. Unaontología puede expresar la regla“Si un código de ciudad está aso-ciado con un código provincial, ysi una dirección menciona ese có-digo de ciudad, entonces esa di-rección contiene el código provin-cial asociado”. Un programa podríaentonces deducir fácilmente que,por ejemplo, una dirección de la

Universidad Pompeu Fabra, por es-tar en la ciudad de Barcelona, tieneque estar en la provincia de Bar-celona, que se halla en España, yque, por consiguiente, ha de tenerel formato prescrito por las nor-mas españolas. En realidad, el or-denador no “comprende” nada deesta información, pero ahora sí escapaz de manipular los términosmucho más eficazmente de modomucho más útil y significativo parausuarios humanos.

Provista la red de páginas de on-tología, se columbran soluciones alos problemas terminológicos. Elsignificado de los términos o có-digos XML utilizados en una pá-gina de la Red puede ser definidomediante punteros que vayan desdela página hasta una ontología. Desdeluego, se plantean ahora los mis-mos problemas que antes si apuntohacia una ontología que defina di-recciones como datos que contie-nen un zip code y se alude a unaque hable de código postal. Lasconfusiones de esta clase admitenresolución por medio de ontolo-gías (u otros servicios de la Red)que proporcionen relaciones de equi-valencia: una o ambas de nuestrasontologías pueden contener la in-formación de que el zip code alque yo apunto es equivalente al

código postal que usted utiliza.Nuestro plan para que los pa-yasos vayan a entretener a misclientes queda resuelto en partecuando las dos bases de datos apun-ten a distintas definiciones de di-rección. El programa, valiéndosede URI distintas para las diferen-tes nociones de dirección, no lasconfundiría; de hecho, tendría quedescubrir más adelante que talesconceptos presentan algún tipo derelación. El programa podría en-tonces utilizar un servicio que to-mase una lista de direcciones pos-tales (definidas en la primeraontología) y la convirtiese en unalista de direcciones domiciliarias(la segunda ontología), reconociendoy suprimiendo las referencias aapartados de correos y demás sig-nificados que no vinieran al caso.La estructura y la semántica quelas ontologías proporcionan le fa-cilitan a un empresario ofrecer talservicio y pueden hacer que su usosea del todo transparente.

Las ontologías pueden ampliar elfuncionamiento de la Red de mu-chas formas. Pueden aplicarse deun modo sencillo para mejorar laprecisión de las búsquedas: el pro-grama de búsqueda ciñe su con-sulta a las páginas que aludan a unconcepto exacto, en lugar de pre-sentar todas las obtenidas por me-dio de palabras clave ambiguas.Aplicaciones más avanzadas podríanutilizar las ontologías para relacio-nar la información de una página




con las estructuras de conocimientoy las reglas de inferencia asocia-das. Hay un ejemplo de página mar-cada con indicadores aptos a tal finen http://www.cs.umd.edu/~hendler.Si el lector encamina su navegadora esa página podrá ver una páginanormal de la Red titulada “Dr. Ja-mes. A. Hendler.” No tendrá difi-cultad en localizar un enlace a unabreve nota biográfica y leer en ellaque Hendler es doctor por la Uni-versidad Brown. Un programa in-formático, en cambio, tendría queser de gran complejidad para adi-vinar que esta información podríaencontrarse en una biografía y paracomprender el lenguaje natural uti-lizado en ella.

Pensando en los ordenadores, sinembargo, esta página se halla vin-culada a una página ontológica que

define información atinente a fa-cultades y departamentos de in-formática. Por ejemplo, los profe-sores trabajan en universidades yson, en general, doctores. Un se-gundo nivel de anotaciones en lapágina (no visibles por los nave-gadores típicos de la Red) se valede conceptos de la ontología paraespecificar que Hendler se docto-ró en la entidad descrita en la URIhttp://www.brown.edu/, la página dela Red correspondiente a la Univer-sidad Brown. Los ordenadores pue-den descubrir también que Hend-ler es miembro de un determinadoproyecto de investigación, que tie-ne una dirección electrónica y así sucesivamente. Toda esta informa-ción es procesable sin dificultadpor un ordenador y podría servirpara responder a indagaciones (porejemplo, ¿dónde se doctoró el doc-tor Hendler?) que normalmente exi-girían que una persona fuera revi-sando el contenido de varias páginasofrecidas por un motor de bús-

queda.Este marcado, además, facilitamucho el desarrollo de programascapaces de habérselas con pregun-tas complicadas cuya respuesta nose encuentra en una sola página dela Red. Supongamos que desea us-ted localizar a una tal señora Cook,que le fue presentada en un con-greso profesional del año pasado.Usted no recuerda su nombre depila, pero sí que trabajaba para unode sus clientes, y que su hijo era

estudiante en la misma universidaddonde se formó usted. Un programa

de búsqueda inteligente puede irrevisando todas las páginas de per-sonas que se llamen “Cook” (de-

jando de lado las referentes a otrasacepciones inglesas de esta pala-bra, a las islas Cook, etc.), hallarlas que mencionen que esa personatrabaja para una compañía que fi-gure en su lista de clientes, y quesiga vínculos a páginas de la Redcreadas por sus hijos para locali-zar si se encuentran estudiando enel lugar correcto.

Agentes

La auténtica potencia de la Redsemántica no se hará efectiva

hasta que se creen muchos pro-gramas que recopilen contenidosde la Red tomados de diversasfuentes, procesen la información eintercambien sus resultados conotros programas. La eficacia de es-tos agentes informáticos crecerá ex-ponencialmente conforme vayan es-tando disponibles en la Red máscontenidos maquinalmente legiblesy más servicios automáticos (en-


Lucía dainstrucciones

Su agenteva siguiendohipervínculos hasta

ontologías dondeestán definidos términosclave. En todos los pasosse usan vínculos

Tras recibirdel ordenadordel médico informaciónsobre el tratamiento,y consultar los horariosde Lucía y Germánen sus ordenadores,el agente va a un servicio

de búsquedade profesionales

El servicio de búsquedaenvía a sus agentesa consultar listas semán-ticamente ampliadas deprofesionales adscritosa compañías de seguros

y a localizar las sedesde los profesionales

El agente de Lucíay el serviciode búsquedanegocian usandoontologías y convienenel importe del servicio

El agente de Lucíainteractúa con lossitios de losprofesionalesseleccionados paraver qué horas tienendisponibles; las reservaprovisionalmente

El agente (a peticiónde Lucía) envía elplan de citasal domicilio

de Germán, parasometerlo a suaprobación

1

2

3

4

5

7

6

Consultadel médico

Ontologías

Listas del SeguroMédico Sedes de Profesionales

Serviciode búsqueda

Sitio de un profesionalconcreto

TRATAMIENTO

RAS CIT

SEG. 2307

DIST. 8 KM

H O R A S C I T A T R A T A M I E N T O E N L U G A R E S D I S T . 8 K M S E G . 2 3 0 7 - 2

1

M A R. 6

M A Y O

4 : 3 0 T

A R D E

D R. M A

R T I N

C. P R A

D O 2 2

S I

N O

MAR. 6 MAYO

DR. MARTIN

C . P R A D O 2 2

4:30 TARDE

3. LAS TAREAS DE LOS AGENTES informáticos se verán muy facilitadaspor los contenidos semánticos de la Red. En este supuesto, el agente de Lu-cía localiza una clínica de fisioterapia que cumpla una serie de requisitos ycuyo horario de citas encaje con los suyos y los de su hermano Germán. Lasontologías que definen el significado de los datos semánticos desempeñan unpapel esencial a la hora de dotar al agente de capacidad para comprenderqué hay en la Red semántica, para interactuar con los sitios de ella y parautilizar otros servicios automáticos.



tre ellos, otros agentes). La Redsemántica promueve esta sinergia:incluso agentes no expresamentediseñados para trabajar en colabo-ración pueden transferirse datos unoal otro si éstos se hallan provis-tos de semántica.

Una faceta importante del fun-cionamiento de los agentes será elintercambio de “demostraciones” re-dactadas en el lenguaje unificadorde la Red semántica (el lenguajeque expresa inferencias lógicas queson resultado de reglas de razona-miento y de información, como lasespecificadas mediante ontologías).

Supongamos, por ejemplo, que unservicio de Internet ha recabado in-formación para contactar con la se-ñora Cook y que, para gran sor-presa nuestra, la sitúa enJohannesburgo. Como es natural,deseamos verificar que tal infor-mación sea correcta, así que nues-tro ordenador le solicita al servi-cio que demuestre su respuesta, loque cumple sin dificultad tradu-ciendo su razonamiento interno allenguaje unificador de la Red se-

mántica. Un motor de inferenciasde nuestra máquina verifica rápi-damente que esta señora Cook coin-cide con la que estábamos bus-cando, y puede incluso dejarnos verlas correspondientes páginas de laRed si aún tenemos dudas. Aun-que distan mucho de poder calaren las profundidades que podríaofrecer la Red semántica, ciertosprogramas pueden ya intercambiarsedemostraciones en la forma des-crita, valiéndose de las versionespreliminares del lenguaje unifica-dor.

Las firmas digitales constituirán

otra característica esencial. Las fir-mas digitales son bloques encrip-tados de datos que los ordenado-res y los agentes pueden utilizarpara comprobar que la informaciónagregada procede de una fuenteidentificada y digna de confianza.Nos gustaría, desde luego, estarbien seguros de que un aviso decargo enviado a nuestro programade contabilidad por un minoristade la Red no es una falsificacióngenerada por un adolescente ve-

cino nuestro, avezado en ordena-dores. Parece obvio que los agen-tes deberían desconfiar de los aser-tos que leyeran en la Red semánticasi no han verificado las fuentes deinformación.

Aunque existen ya en la Redmuchos servicios automáticos, porcarecer de semántica los demásprogramas y los agentes en parti-cular no tienen forma de localizaruno que realice una tarea especí-fica. Este proceso, la búsqueda deservicios, sólo podrá producirsecuando exista un lenguaje comúnpara describirlos de modo tal queotros agentes puedan “comprender”tanto la función ofrecida como lamanera de aprovecharla. Serviciosy agentes pueden dar a conocer sufunción depositando, por ejemplo,sus descripciones en anuarios se-

mejantes a las Páginas Amarillas.En la actualidad se dispone deunos pocos sistemas de búsquedade servicios, pero son de bajo ni-vel, como el Universal Plug and Play, de Microsoft, centrado en laconexión de dispositivos de dis-tintos tipos, y el Jini , de Sun Mi-crosystems, orientado a la cone-xión de servicios. Estas iniciativas,sin embargo, abordan la estructurao sintaxis del problema; se basanen la estandarización de un con-

junto predeterminado de descrip-ciones de funciones. Pero la es-tandarización no puede ir demasiadolejos, pues no hay forma de pre-ver todas las necesidades futuras.

La Red semántica es, por el con-trario, más flexible. Los agentesproductor y consumidor pueden lle-gar a entenderse mediante el in-tercambio de ontologías, que pro-porcionan el vocabulario requeridopara “dialogar”. Los agentes po-drían incluso crear por sí mismosnuevas capacidades de razonamiento

cuando descubrieran nuevas onto-logías. Con semántica también re-sulta más fácil sacar partido de unservicio que sólo atiende en partea una petición.

Un proceso típico entrañaría lacreación de una “cadena de valo-res” donde se van transfiriendo sub-ensamblajes de información de unagente a otro, cada uno de los cua-les “añade un valor”, tratando deconstruir el producto definitivo so-licitado por el usuario final. No nos


La aplicación ‘estrella’

La estrella de una técnica cualquieraes la que lleva a un usuario a inte-

resarse por esa técnica y a empezar autilizarla. Los aparatos portátiles de ra-dio fueron una aplicación estrella de lostransistores, y el teléfono móvil, una delas más importantes de las comunica-

ciones inalámbricas. En nuestro caso,la Red semántica es precisamente laaplicación estrella. La Telaraña es laaplicación estrella de Internet. La Red semántica es otra aplicación estrellade la misma magnitud.Nuestra tesis es que las capacidades de la Red semántica son demasiadogenerales para poder considerarlas como solución de un problema clave ocreación de un cierto artilugio. Tendrá aplicaciones que ni siquiera hemossoñado.Sí podemos, no obstante, prever algunas aplicaciones entusiasmantes (ya queno estelares) que inducirán inicialmente a su uso. Los catálogos electróni-cos semánticamente anotados resultarán útiles tanto para los vendedorescomo para los compradores. A las empresas pequeñas les será más sencilloestablecer transacciones seguras de comercio electrónico, y con mayorautonomía. Y un último ejemplo: hacemos reservas para un largo viaje por el

extranjero. Las líneas aéreas, los hoteles, los campos de fútbol, etc., al con-firmar las reservas, incluyen anotaciones semánticas. Todas las fechas y ho-ras quedan directamente consignadas en nuestra agenda electrónica, y todoslos gastos, cargados directamente a nuestro programa de contabilidad, con in-dependencia de los programas semánticamente capacitados que utilicemos.Ya no será necesario el laborioso recorte y pegado desde el correo electró-nico. No será necesario que las empresas faciliten los datos en media docenade formatos diferentes, ni de que creen e impongan formatos propios.



engañemos: para crear automática-mente sobre pedido cadenas de va-lor complejas, algunos agentes sevaldrán no sólo de la Red semán-tica, sino también de técnicas deinteligencia artificial. Pero la Redsemántica proporcionará los cimientosy la estructura necesarias para ha-cer más realizables tales técnicas.

El resultado de armonizar todasestas propiedades son las capaci-dades exhibidas por los agentes deLucía y Germán en el supuesto conque empezó este artículo. Sus agen-tes habrían ido delegando la tarea,fragmentada, a otros servicios yagentes descubiertos por medio deanuncios de servicios. Podrían, porejemplo, haber utilizado un servi-cio de confianza para tomar unalista de profesionales y averiguarcuáles están inscritos en un deter-

minado seguro médico y realizanun determinado tratamiento. Lalista de profesionales podría habersido suministrada por otro serviciode búsqueda, etc. Estas actividadesforman cadenas en las que una in-gente cantidad de datos dispersospor la Red (y casi inútiles en esaforma) se van progresivamente re-duciendo a una pequeña cantidadde datos de gran valor para Lucíay Germán: un calendario de citasy consultas que se ajustaba a sushorarios y a otros requisitos.

En la siguiente etapa, la Red se-mántica desbordará el mundo vir-tual y se extenderá hasta nuestromundo físico. Las URI pueden apun-tar a cualquier cosa, sin exceptuara las entidades materiales. Signi-fica esto que podemos servirnos dellenguaje RDF para describir obje-tos, como teléfonos móviles o apa-ratos de televisión. Tales equipospueden anunciar, al estilo de losagentes informáticos, las funcionesque pueden realizar y el modo en

que pueden ser controlados. Por sermucho más flexible que los siste-mas de bajo nivel, como el Uni-versal Plug and Play, esta meto-dología semántica abre un abanicode posibilidades apasionantes.

Por ejemplo, lograr lo que hoyse denomina automatización del ho-gar exige una minuciosa configu-ración de los aparatos domésticos,para que puedan operar en con-

junción. La descripción semánticade las funciones y capacidades de

tales aparatos permitirá lograr di-cha automatización con interven-ción humana mínima. Tenemos unejemplo trivial cuando Germán res-ponde al teléfono y baja el volu-men del equipo musical. En lugarde tener que programar cada apa-rato concreto, Germán podría pro-gramar tal función de una vez portodas para cubrir cada dispositivolocal que advirtiese que poseemando de volumen, como la TV,el DVD o incluso los reproducto-res de multimedios del ordenadorportátil.

Ya se han dado los primeros pa-sos en esta dirección. Se ha tra-bajado en el desarrollo de unanorma para la descripción de lascapacidades funcionales de los equi-pos (por ejemplo, los tamaños depantalla) y las preferencias del usua-

rio. Este estándar, construido so-bre el RDF, ha sido llamado CC/PP(Composite Capability / PreferenceProfile). En un principio, permi-tirá que los teléfonos móviles yotros clientes no estándar de laRed describan sus característicasde modo que el contenido de laRed pueda ajustarse para ellos so-bre la marcha. Más adelante, cuandose añada la plena versatilidad delos lenguajes de manipulación deontologías y de lógica, los dispo-sitivos podrían buscar y emplearautomáticamente servicios u otrosdispositivos, aumentando su ver-satilidad o información. No resultaimposible imaginar que nuestrohorno de microondas, acoplado ala Red, consultase al fabricante dealimentos congelados para optimi-zar los parámetros de cocción.

Evolución del conocimiento

La Red semántica no es un meroútil para la realización de ta-

reas individuales como las que he-mos estado comentando hasta ahora.Si acertamos en su creación, ha-brá de contribuir a la evolucióndel conocimiento humano.

La iniciativa humana está atra-pada en una tensión eterna entrela eficacia de pequeños grupos queactúan con independencia y el im-perativo de integración en la grancomunidad. Un grupo pequeño escapaz de innovación rápida y efi-ciente, pero al hacerlo produce una

subcultura cuyos conceptos no soncomprendidos por otros. La coor-dinación de acciones en un grupoextenso, de una lentitud exaspe-rante, requiere una inmensa canti-dad de comunicación. El mundofunciona en el espectro que va deuno a otro extremo, con tendenciaa empezar en lo pequeño —a arran-car de la idea de un individuo—para ir avanzando con el tiempohacia una comprensión más am-plia.

Uno de los procesos esencialesconsiste en el ensamblaje de sub-culturas cuando se precisa un len-guaje común. Es frecuente que dosgrupos desarrollen por separadoconceptos muy parecidos; la des-cripción de la relación entre ellosreporta grandes beneficios. De lamisma forma que un diccionario

bilingüe, o que una tabla de con-versión de pesos y medidas, lasrelaciones permiten la comunica-ción y la cooperación incluso cuandola unidad de concepto no ha lle-vado (todavía) a una unidad ter-minológica.

La Red semántica, al denominarde forma sencilla cada conceptomediante una URI, permite a to-dos expresar los nuevos conceptosque inventen. Su lenguaje unifica-dor lógico posibilitará que estosconceptos vayan progresivamentequedando imbricados en una Reduniversal. Gracias a esta estructura,los conocimientos y el funciona-miento de la humanidad se some-terán al análisis de agentes infor-máticos; éstos proporcionarán unanueva clase de útiles mediante loscuales podremos vivir, trabajar yaprender conjuntamente.


WEAVING THE WEB: THE ORIGINALDE SI GN AND ULTIMATE DESTINYOF THE WORLD WIDE WEB BY ITSINVENTOR. Tim Berners-Lee, conMark Fischetti. Harper San Fran-cisco, 1999.

World Wide Web Consortium (W3C):www.w3.org/

Actividad sobre la Red Semánticaen W3C: www.w3.org/2001/sw/

DARPA Agent Markup Language(DAML. Página en la Red:www.daml.org/




¿Ysi le pidiesen al lector quedescribiera las imágenes queestuviese viendo en una man-cha de tinta o que inventara

una historia basándose en una ilustraciónambigua, por ejemplo en la de un hombrede mediana edad que aparta su mirada deuna mujer que le iba a tomar del brazo?Para acceder a lo pedido, tendría que re-

currir a sus propias emociones, experien-cias, recuerdos e imaginación. En suma, seproyectaría él mismo en las imágenes ob-servadas. Una vez hecho esto, muchos psi-cólogos aseguran que podrían interpretar lasexpresiones del lector y extraer conclusio-nes sobre los rasgos de su personalidad,sus necesidades inconscientes y, en resu-midas cuentas, sobre su salud mental.


El Rorschach y otros tests

proyectivos Los psicólogos recurren al test de manchas de tinta

ideado por Rorschach y a otras pruebas afines

para evaluar la personalidad y los trastornos mentales.

La investigación pone en cuestión la validez

general de dichos métodos

Scott O. Lilienfeld, James M. Wood y Howard N. Garb




Pero, ¿hasta qué punto seríanacertadas esas conclusiones? No setrata de una cuestión baladí. A me-nudo los psicólogos aplican talesmétodos “proyectivos” (presentandoimágenes, palabras u objetos am-biguos) como elementos de eva-luaciones mentales y los resulta-dos pueden afectar profundamentea las vidas de los sometidos a laspruebas. Estas se emplean, con fre-

cuencia, para diagnosticar enfer-medad mental, para predecir si losconvictos volverán o no a delin-quir cuando se les dé libertad con-dicional, para evaluar la estabili-dad mental de padres que se peleanpor la custodia legal de sus hijosy para discernir si los niños hansufrido abusos sexuales.

Los autores han revisado un grannúmero de investigaciones acercade la fiabilidad y la eficacia delos métodos proyectivos, concen-tradas sobre tres de las pruebas

más difundidas y mejor estudiadas.

¿Mariposas o bisontes?

El famoso test de Rorschach delas manchas de tinta —que

pide a los sujetos que describan loque ven en una serie de 10 man-chas— es con mucho el más exten-dido de los métodos proyectivos.Se aplica, cada año, a centenaresde miles o quizás a millones depersonas. Nuestra investigación se

refiere a la versión moderna, re-habilitada, no a la construcción ori-ginal del test introducida en losaños veinte del siglo XX por el psi-quiatra suizo Hermann Rorschach.

La prueba inicial fue objeto deseveras críticas en los años cincuen-ta y sesenta, en parte porque ca-recía de procedimientos estandari-zados y de un conjunto de normas(resultados promediales del total dela población). La estandarizaciónes importante, pues lo que podríanparecer diferencias triviales en eldesarrollo de una prueba influyeen las respuestas dadas. Las nor-mas codificadas proporcionan unpunto de referencia para determi-nar cuándo las respuestas se salendel intervalo de lo aceptable.

Por los años setenta, John E. Ex-ner, Jr., corrigió manifiestamente

los problemas que había en el testoriginal de Rorschach introduciendoel Sistema Comprensivo. Consistíaéste en una serie de instruccionesque establecían reglas minuciosassobre cómo proponer el test de lasmanchas de tinta y cómo inter-pretar las respuestas; daba tambiénnormas según se tratara de niñoso de adultos.

Pese a la popularidad del Sis-tema Comprensivo, en líneas ge-nerales se queda corto respecto ados criterios cruciales que tambiénresultaban problemáticos para elRorschach original: la fiabilidad yla validez de la medición. Unaprueba paramétricamente fiable daresultados similares con indepen-dencia de quien califique y tabulelas respuestas. Una técnica válidamide aquello que trata de medir:sus resultados concuerdan con losproducidos por otros métodos fi-dedignos, predicen un comporta-miento o ambas cosas.

Ayudará a entender los defectos

del Rorschach en cuanto a fiabili-dad de la medición el saber cómose interpretan las reacciones a susmanchas de tinta. Primero, el psi-cólogo clasifica las reacciones re-cogidas distribuyéndolas en más de100 características o variables. Elevaluador, por ejemplo, registra sila persona se fue fijando en lasmanchas enteras o sólo en partesde ellas, anota si las imágenes de-tectadas fueron inusuales o fueronlas típicas de la mayoría de los

SCOTT O. LILIENFELD, JAMES M.WOOD y HOWARD N. GARB sonespecialistas en métodos y pruebas deevaluación psicológica. Han colabo-rado en una reciente encuesta sobrela validez científica de los métodosproyectivos publicada por la Socie-dad Americana de Psicología. Lilien-feld y Wood son profesores de laUniversidad de Emory y de la Uni-versidad de Texas en El Paso, res-pectivamente; Garb enseña en la dePittsburgh.

Los autores

“Parecen dos dinosaurios con cabeza enorme y cuerpo pequeño. Y como que estuvieran separándose el uno del otro y mirando hacia atrás. La manchita negra del centro me

sugiere una nave espacial.”

Considerado antaño una “radiografíade la mente”, el test de las manchasde tinta ideado por Rorschach siguesiendo la más famosa —y denosta-

da— prueba proyectiva. El psicólogo pone en manos del sujeto un mazo de10 láminas con manchas simétricas de tinta, presentándoselas una por unay en un orden determinado, para que diga qué le parece o qué ve en cadauna. Cinco manchas contienen algún color; cinco son negras y grises. Lossujetos de la prueba pueden hacer girar las imágenes. La de aquí arriba esuna versión invertida de una efectuada por Andy Warhol; las manchas delRorschach auténtico no se pueden publicar.

Se presupone que las respuestas a las manchas revelan aspectos de lapersonalidad y de la salud mental del sujeto. Los defensores de tal presun-

ción creen, por ejemplo, que las referencias a animales en movimiento—como a los dinosaurios arriba mentados— indican a menudo impulsividad,mientras que las alusiones a la ‘negrura’ de una mancha —como en la dela nave espacial— suelen indicar depresión.

Es probable que la idea de mostrar manchas de tinta se la inspirase alpsiquiatra suizo Hermann Rorschach un juego de salón. El test empezó autilizarse en 1921 y por 1945 estaba muy bien considerado; pero en losaños cincuenta su prestigio comenzó a declinar, porque la investigación des-cubrió que los psicólogos interpretaban de modo diferente las mismas res-puestas y que muchas de éstas no guardaban ninguna correlación estrictacon determinados trastornos mentales ni con rasgos de la personalidad.

EL TEST DE RORSCHACH

¿Mero borrón?



sometidos a la prueba, y apuntaqué aspectos de las manchas detinta (forma o color) fueron losmás determinantes de la respuestaexpresada.

A continuación, el examinadorcompila esos datos y traza un per-fil psicológico del individuo encuestión. Como parte del procesointerpretativo, los psicólogos po-drían concluir que el fijar la aten-ción en detalles menores (por ejem-plo, en salpicaduras aisladas) delas manchas, en vez de fijarse enlas imágenes enteras, es indicio detendencias obsesivas en el sujeto,

y que el ver cosas en los espaciosen blanco entre las manchas ma-yores, en vez de verlas en las su-perficies tintadas, revela un fondode negativa contrariedad.

Para que la puntuación de unavariable se considerase muy de fiar,dos evaluadores distintos deberíananotar similares calificaciones alexaminar las respuestas de cual-quier persona. Sin embargo, la in-vestigación reciente demuestra quesólo se logra un alto grado deacuerdo para la mitad aproximadade las características examinadaspor los que puntúan las respuestas

al Rorschach; para las restantes va-riables, los evaluadores podrían ofre-cer calificaciones muy dispares.

No menos preocupante resultasaber que los análisis de la vali-dez del Rorschach revelan su es-casa capacidad para descubrir lamayoría de los trastornos psiquiá-tricos, si exceptuamos la esquizo-frenia y otros desequilibrios ca-racterizados por desórdenes delpensamiento, tales como el tras-torno bipolar (psicosis maniacode-presiva). Pese a las pretensionesde algunos abogados del Rorschach,este método no detecta, de una

Imágenes imperfectas

EL TEST DE APERCEPCION DE TEMAS

El Test de Apercepción de Temas (TAT),creado en los años treinta por Henry A.Murray y su discípula Christiana Morgan,en la Universidad de Harvard, es una delas pruebas proyectivas más utilizadas.Los psicólogos van presentando a los su-

jetos unas cuantas láminas (de 5 a 12)de un mazo de 31 en las que hay imá-genes de situaciones ambiguas, la mayo-ría de ellas de seres humanos. Los suje-tos han de construir una historia en tornoa cada lámina, describiendo los sucesosque allí ven, qué llevó hasta los mismos,qué piensan y sienten los personajes yqué irá a pasarles luego. Hay en uso nu-

merosas variantes del TAT, tales como elTest de Apercepción Infantil, que presentaanimales en situaciones de ambigua inte-racción, y el Test de Blacky, que muestralas aventuras de un perro negro y su fa-milia.

Los psicólogos interpretan de diversosmodos las respuestas al TAT. Un enfo-que prometedor —desarrollado por DrewWesten, de la Universidad de Boston—cuenta con un sistema de puntuación es-pecífico para evaluar cómo perciben unaspersonas a las otras (las “relaciones ob-

jet ivas”). Según este enfoque, si alguienrespondiese a la imagen visible en la fo-

tografía de la derecha hilvanando unahistoria en la que una vieja induce a una

joven a sospechar o a conspirar, talcuento significaría que el sujeto tiende aver malevolencia en los otros... pero estosólo si temas similares volviesen a apare-cer en los cuentos que refiriera al serlepresentadas otras láminas.

Hay, empero, estudios que muestranque la mayoría de quienes aplican estetest no usan sistemas de puntuación es-pecíficos para interpretar las historias delTAT, sino que confían en sus propias in-tuiciones. Tales interpretaciones “impresio-nistas” del TAT son de muy dudosa vali-

dez y muchas de ellas convierten el TATen mero divertimiento proyectivo tantopara el psicólogo como para el sujeto.



forma consistente, la depresión, lostrastornos de ansiedad ni la per-sonalidad psicopática (condiciónque se caracteriza por la falta dehonradez, la insensibilidad y elnunca creerse culpable).

Además, aunque los psicólogosaplican frecuentemente el Rorschachpara descubrir tendencias violentas,impulsivas y criminales, las inves-

tigaciones sugieren, en su mayoría,que tampoco sirve para estos pro-pósitos. Ni hay motivo sólido queabone su empleo para detectar lapedofilia.

Han ido emergiendo nuevos pro-blemas. Algunos datos sugieren quelas normas del Rorschach destina-das a distinguir entre la salud yla enfermedad mentales son poco

representativas de la población yyerran al reputar inadaptados mu-chos adultos y niños. En un estu-dio realizado en 1999 en un bancocaliforniano de donantes de san-gre, uno de cada seis de 123 adul-tos voluntarios tuvo evaluacionessupuestamente indicativas de es-quizofrenia.

El error se incrementa a propósitode las minorías. Varios trabajos handemostrado que las evaluacioneshechas para afroamericanos, indiosnorteamericanos, naturales de Alaska,hispanos y centro y sudamericanosdifieren notoriamente de las nor-males. En conjunto, la investiga-ción suscita serias dudas sobre eluso de las manchas de tinta deRorschach en psicoterapia y en pe-ritajes judiciales.

Dudas sobre el TAT

Otra prueba proyectiva, el Testde Apercepción de Temas

(TAT), puede ser tan problemáti-ca como el Rorschach. Exige esetest que los sujetos narren una his-toria a partir de escenas ambiguasrepresentadas en dibujos o lámi-nas. Entre las 31 láminas de quedisponen los psicólogos hay unaen la que un muchacho contemplaun violín, otra en la que una mu-

jer enloquecida se agarra a unapuerta, y otra en la que se ve alhombre y la mujer mencionados alcomienzo de este artículo. Paracolmo de la ambigüedad, hay unalámina absolutamente en blanco.

Al TAT se le ha llamado “deli-cia del psicólogo y pesadilla delestadístico”. Su desarrollo no sueleajustarse a ningún estándar: segúnel psicólogo presentará tantas ocuantas láminas, éstas o aquéllas.Añádase que las historias redacta-das por los sujetos las interpretan

la mayoría de los psicólogos intui-tivamente, en vez de seguir un pro-cedimiento de puntuación consoli-dado. En una encuesta reciente aun centenar de psicólogos ejercientesen ámbitos juveniles y familiaresse descubrió que, al aplicar el TAT,sólo el 3 % contaban con un sis-tema de puntuación estandarizado.Y se sabe que los psicólogos queinterpretan el TAT intuitivamentetienden a exagerar en los diagnós-ticos de trastornos psíquicos.


Los psicólogos pueden elegir entre docenas de métodosproyectivos, además del Test de Rorschach, el TAT y los dedibujo de figuras. Aunque algunos resisten bien el escrutinio

de la investigación, no así la mayoría.

Test de las manosLos sujetos han de decir qué pueden estar haciendo unas manosrepresentadas en diversas posiciones. Se recurre a esta prueba paratabular la agresividad, la ansiedad y otros rasgos de la personalidad.

No se ha estudiado con detenimiento.

Análisis grafológicoLos intérpretes se basan en que determinados ‘signos’ de la escritura

manual reflejan rasgos de la personalidad. Aunque poco eficaz, estemétodo sigue utilizándose todavía para la orientación profesional y la

selección de empleados.

Test de colores de LüscherEl sujeto ha de poner en el orden que prefiera unas fichas de colo-

res, con lo que revelará rasgos de su personalidad. La mayoría delos estudios conceden poco crédito a esta prueba.

Jugar con muñecos anatómicamente completosSegún la investigación, los pequeños que han sufrido abusos sexualestienden a jugar con los genitales de los muñecos. Pero esta conducta

no sirve para la diagnosis, porque muchos menores que no hansufrido abusos hacen lo mismo.

Imágenes de Rosenzweig para el estudiode la frustración

Se pide al sujeto que imagine la reacción de uno de los personajesfigurados ante la provocación del otro. Sirve para predecir con éxito

la agresividad en los niños.

Test de completar frasesLos sujetos han de completar frases por el estilo de ésta: “Ojalá

pudiera yo...”. La mayoría de las versiones han sido poco estudiadas,pero una preparada por Jane Loevinger, de la Universidad deWashington, es válida para medir aspectos del desarrollo del

ego tales como la moralidad y la empatía.

Test de SzondiEntre unas fotografías de pacientes afectados de diversos trastornos

psíquicos, los sujetos han de seleccionar las que les gusten másy las que menos. Se da por sentado en esta prueba que las seleccio-

nes revelan algo acerca de las necesidades del que las hace, perola investigación ha desacreditado tal supuesto.

¿Qué calificación merecen?

OTRAS PRUEBAS PROYECTIVAS



Dispone el TAT de numerosossistemas de puntuación estandari-zados, pero algunos de los máspopulares resultan poco fiables encuanto a la verificación de laspruebas: las calificaciones que sedan de una sesión de test no guar-dan coherencia con las que se dande la sesión siguiente. Y su va-lidez también es con frecuenciacuestionable; los estudios quehallan resultados positivos que-dan, a menudo, en entredicho porotras investigaciones. Se ha com-probado que varios sistemas decalificación son incapaces de dis-tinguir entre los individuos nor-males y los psicóticos o los de-presivos.

De unos pocos sistemas de eva-luación estandarizados para el TAT

sí puede admitirse su capacidadpara discernir ciertos aspectos dela personalidad, en particular la ne-cesidad de conseguir algo y la ma-nera en que una persona percibea las otras (las llamadas “relacio-nes objetivas”). Pero no es raroque los individuos que muestranuna fuerte necesidad de lograr fi-nes no puntúen bien en las medi-ciones del logro efectivo, por loque puede que sea limitada la ca-pacidad de esta variable para pre-decir el comportamiento de unapersona. A estos sistemas de eva-luación suelen faltarles normas co-dificadas; no han alcanzado ma-durez suficiente para su aplicaciónfuera de los marcos de la investi-gación, aunque merecen que se lossiga estudiando.

Faltas en las figuras

Adiferencia del Rorschach y delTAT, que provocan reacciones

de los sujetos ante imágenes ofre-cidas, una tercera prueba proyectivademanda que dibujen ellos las imá-genes. En una versión, así el Testde Dibujar una Persona, se ha deesbozar un ser humano; en otras,se trata de dibujar casas o árboles.Los psicólogos interpretan los di-bujos a través de relaciones entredeterminados “signos” —rasgos delcuerpo o del vestido— y aspectosde la personalidad o especiales tras-tornos psíquicos. Podrían asociarunos ojos grandes a paranoia, nu-dos de corbata anchos a agresiónsexual, falta de rasgos faciales a de-presión, y así por demás.


Los psicólogos disponen de muchas pruebasproyectivas basadas en el dibujar. De todas,la más popular es el Test de Dibujar una Per-sona, sobre todo para calificar a niños y ado-lescentes. El psicólogo pide al pequeño quedibuje una persona de su mismo sexo y des-pués otra del sexo opuesto, y que lo haga a

su aire. (En una variante se pide a los pe-queños que dibujen una persona, una casa yun árbol.) Los que aplican este test creen quelos dibujos así obtenidos proporcionan datosimportantes sobre la personalidad o la saludmental del niño.

En la representación de un hombre, por ejem-plo, unos pies pequeños indicarían supuesta-mente inseguridad o inestabilidad, y una ca-beza pequeña, inadaptación. Las manos o losdientes grandes pasarían por ser signos deagresividad; los brazos cortos, signo de timi-dez. Y rasgos femeninos —largas pestañas olabios oscuros— sugerirían presuntamente con-fusión respecto a las funciones del sexo.

Sin embargo, todas las investigaciones coin-ciden en demostrar que esos supuestos ‘sig-nos’ no guardan relación alguna con la perso-nalidad ni con la salud mental. Los científicoshan denunciado tales interpretaciones semióti-cas tachándolas de “frenología para el siglo XX”,en alusión a la decimonónica pseudociencia que in-fería las personalidades de la gente a partir de lasprotuberancias del cráneo.

No obstante, el método semiótico sigue siendo muyutilizado. Psicólogos hay que hasta pretenden identi-ficar el abuso sexual fijándose en ciertos signos clave.Por ejemplo, en el dibujo que está haciendo la niña

de arriba, entre los presuntos signos de abuso se in-cluirían el que la persona representada sea de másedad que la niña, el que tenga medio cuerpo sin ves-tir, una mano cerca de los genitales, una mano me-tida en un bolsillo, nariz grande y bigote... En reali-dad, la conexión entre estos ‘signos’ y el abuso sexuales, cuando menos, dudosa.

Signosequivocantes

LOS DIBUJOS DE FIGURAS HUMANAS



Lo mismo que los otros méto-dos, la investigación fundada enlos tests de dibujos despierta se-rias preocupaciones. En algunos es-tudios concuerdan bastante las no-tas dadas por distintos evaluadores,pero en otros el acuerdo es escaso.Peor aún, ninguna prueba sólidarespalda la validez del enfoque síg-

nico en la interpretación; en otraspalabras, no parece que los psicó-logos puedan basarse en nada paravincular determinados signos a par-ticulares rasgos de la personalidado a diagnosis psiquiátricas. Ni haypruebas sólidas de que los signosque se supone vinculados al abusosexual sufrido por niños (lenguaso genitales) revelen en realidad unahistoria de pedofilia. El único re-sultado positivo repetidamente ob-tenido es que, en cuanto grupo, las

personas que dibujan figuras hu-manas con omisiones o deforma-ciones tienen tasas un tanto ele-vadas de trastornos psíquicos. Porel contrario, hay estudios donde semuestra que los psicólogos tiendena atribuir patologías mentales a mu-chos individuos normales que ca-recen de destreza artística.

Ciertos proponentes de los mé-todos semióticos defienden la va-lidez de los mismos en manos deexpertos avezados. No es lo quecomprobó un grupo de investiga-dores: los expertos que aplicaronel Test de Dibujar una Persona an-duvieron menos finos que los re-cién licenciados a la hora de dis-tinguir entre la normalidad y laanormalidad psicológicas.

Podrían servir algunos sistemasde evaluación global, no basados

en signos. En vez de dar por su-puesta una correspondencia exactaentre una característica de un di-bujo y un rasgo de la personali-dad, los psicólogos que aplican ta-les métodos combinan muchosaspectos de las imágenes para ha-cerse con una impresión general dela adaptación de la persona. En un

estudio de 52 niños, una prueba deevaluación global ayudó a distin-guir los individuos normales y losque padecían trastornos de talanteo ansiedad. En otro informe, la in-terpretación global sirvió para dis-tinguir con acierto a 54 niños yadolescentes normales de otros queeran agresivos o extremadamenterebeldes. Quizás el enfoque globalfuncione mejor que el semióticodebido a que la agregación de in-formación podría cancelar el “ruido”


Encuesta sobre popularidad y frecuencia de usode las pruebas psicológicas

En 1995 cierta encuesta preguntó a 412 profesionales, elegidos al azar y pertenecientesa la Asociación Americana de Psicología, con qué frecuencia recurrían a pruebas de medición,

proyectivas y no proyectivas; entre ellas, las abajo enlistadas. Los métodos proyectivospresentan a los sujetos imágenes, palabras o cosas ambiguas; los otros les dejan menos libertad

de respuesta. El número de psicólogos que se valen de pruebas proyectivas podría haberdisminuido algo desde 1995, pero estas técnicas siguen siendo muy socorridas.

*Los tests no proyectivos que figuran en esta lista son los más empleados para medir el CI adulto (WAIS), lapersonalidad (MMPI-2), el CI infantil (WISC) y la depresión (Inventario Beck).

FUENTE: “Contemporary Practice of Psychological Assessment by Clinical Psychologists”, por C. E. Watkins et alii , en Professional Psychology: Research and Practice , vol. 26, n.o 1, págs. 54-60; 1995.

TECNICAS

PROYECTIVAS

Rorschach

Dibujar una figura humana

Test de Apercepción de Temas (TAT)

Test de completar frases

CAT (versión infantil del TAT)

LAS USAN SIEMPRE

O FRECUENTEMENTE

43 %

39 %

34 %

34 %

6 %

LAS USAN AL MENOS EN

ALGUNAS OCASIONES

82 %

80 %

82 %

84 %

42 %

LAS USAN SIEMPRE

O FRECUENTEMENTE

59 %

58 %

42 %

21 %

LAS USAN AL MENOS EN

ALGUNAS OCASIONES

93 %

85 %

69 %

71 %

TECNICAS

NO PROYECTIVAS*

Escala Wechsler de Inteligenciaen Adultos (WAIS)

Inventario Multifásico de la Persona-lidad, Minnesota -2 (MMPI-2)

Escala Wechsler de Inteligencia enNiños (WISC)

Inventario Beck de la Depresión




procedente de variables que des-víen o menoscaben la información.

Nuestra revisión de la bibliogra-fía indica, además, que tal comosuelen desarrollarse, el Rorschach,el TAT y los tests de dibujar unafigura humana solamente son úti-les en muy limitadas circunstan-cias. Y lo mismo ocurre con otrosmétodos proyectivos.

También hemos comprobado que,aun cuando los métodos evalúen loque pretenden medir, tiende a fal-tarles “validez aditiva”: raramenteañaden gran cosa a la informaciónque puede obtenerse por otros me-dios menos pretenciosos, es decir,entrevistas o tests de personalidadobjetivos. (Los tests objetivos pi-den que se responda a preguntasclaras y definidas, tales como:“Tengo con frecuencia pensamien-

tos de estar perjudicándome a mí mismo: ¿Verdadero o falso?”). Esteinconveniente de los métodos pro-yectivos hace que sea difícil de

justificar el dinero y el tiempo quecuestan.

¿Qué decisión tomar?

Algunos psicólogos y psiquiatrasno están de acuerdo con nues-

tras conclusiones. Sostienen que laspruebas proyectivas presentan unalarga historia de uso constructivo y,si son aplicadas e interpretadas de-bidamente, pueden traspasar la cos-tra de los informes que de sí mismosvan dando los sujetos y proporcio-nar una visión de los más hondosrecovecos de sus mentes. En sus crí-ticas alegan que hemos insistido enlos resultados negativos sin tener encuenta los positivos.

Recriminaciones aparte, nuestrasconclusiones están respaldadas porla investigación. Mientras nuestroshallazgos son negativos, quizá los

otros estén pintando en rosa la ima-gen de los métodos proyectivos, in-ducidos por el selectivismo exclu-yente propio del dibujante. Sabidoes que hay más probabilidades deque las revistas científicas publi-quen los informes que demuestrenque un procedimiento funciona queno los que lo encuentren fallido oinservible. Así pues, no es raro quelos investigadores den carpetazo asus datos negativos, que nunca sal-drán a la luz.

A nosotros nos parece preocu-pante que los psicólogos apliquenpruebas proyectivas en situacionespara las que su validez no ha po-dido demostrarse. Muchas personaspueden sufrir graves consecuenciassi unos diagnósticos erróneos in-fluyen en los planes terapéuticos,en las normas de custodia o en lasdecisiones de los tribunales de jus-ticia. Basándonos en nuestras in-vestigaciones, urgimos con insis-tencia a los psicólogos que reduzcanla utilización de la mayoría de laspruebas proyectivas y que, cuandolas hayan seleccionado debidamente,se limiten a puntuar e interpretarel corto número de variables quese ha comprobado fidedignas.

Nuestros resultados ofrecen tam-bién una lección más amplia a lospsicólogos ejercientes, a los alum-

nos de psicología y al público engeneral: la de que aun a profesio-nales muy avezados pueden enga-ñarles sus intuiciones y su fe eninstrumentos de cuya eficacia nohay pruebas sólidas.

THE RORSCHACH: A COMPREHENSI-VE SYSTEM, VOL. 1: BASIC FOUN-DATIONS. 3ª edic. John E. Exner.John Wiley & Sons, 1993.

THE COMPREHENSIVE SYSTEM FORTHE RORSCHACH: A CRITICAL EXA-MINATION. James M. Wood, M. Te-resa Nezworski y William J. Stej-skal en Psychological Science, vol.7, n.o 1, págs. 3-10; enero 1996.

STUDYING THE CLINICIAN: JUDGMENTRE SEA RCH A ND PSYCHOLOGICALASSESSMENT. Howard N. Garb.American Psychological Associa-tion, 1998.

EVOCATIVE IMAGES: THE THEMATICAPPERCEPTION TEST AND THE ARTOF PROJECTION. Dirigido por Lon

Gieser y Morris I. Stein. Ameri-can Psychological Association, 1999.

PROJECTIVE MEASURES OF PERSO-NALI TY AND PSYCHOPATHOLOGY:HOW WELL DO THEY WORK? ScottO. Lilienfeld en Skeptical Inqui-rer , vol. 23, n.o 5, págs. 32-39;septiembre/octubre 1999.

THE SCIENTIFIC STATUS OF PROJEC-TIVE TECHNIQUES. Scott O. Lilien-feld, James M. Wood y HowardN. Garb en Psychological Sciencein the Public Interest , vol. 1, n.o 2,págs. 27-66; noviembre 2000.




Alo largo de los últimos cienaños se han producido cam-

bios sin precedentes gra-cias a la revolución técnica quesupuso la utilización de corrientesde electrones para mover máqui-nas, transportar energía, y generary recibir ondas electromagnéticas.Si el siglo XIX fue testigo de lamecanización industrial y el desa-rrollo de los motores térmicos, ensimbiosis con el desarrollo de latermodinámica, la centuria reciéncerrada ha estado condicionada porla electrónica.

Bajo ese término incluimos lossaberes y técnicas por los que sepuede controlar el flujo de elec-trones entre distintos materialespara producir efectos que se plas-man en dispositivos. Desde 1897,

año en que Joseph John Thomsonutilizó un tubo de rayos catódicospara estudiar las propiedades delos electrones, hasta nuestros días,la sociedad ha evolucionado gra-cias a la aparición de herramien-tas electrónicas que han modifi-cado nuestra forma de entender losprocesos industriales, la economía,las comunicaciones y los hábitossociales.

El perfil funcional de los dis-positivos electrónicos toma mil for-mas. Basta echar un vistazo a nues-tro alrededor para encontrarnos conreceptores de radio, microprocesa-dores, lámparas, motores, sensores,monitores de televisión, hornos mi-croondas, etcétera. Una lista in-terminable. No es difícil percatarsede los beneficios obtenidos de la“domesticación” del electrón.

La electrónica ha evolucionadopor caminos paralelos: la electró-nica de estado sólido y la electróni-ca de vacío. La primera abarca losdispositivos basados en el movi-

miento de electrones a través de lamateria (metales, semiconductores).El desarrollo de la electrónica deestado sólido, espectacular en losúltimos 50 años, ha dado lugara la microelectrónica, en su bús-queda incesante de reducción detamaño y aumento de rapidez, conel aumento consiguiente de la com-plejidad de los dispositivos.

La segunda línea evolutiva, laelectrónica de vacío, aprovecha lascorrientes electrónicas que se des-

plazan en sistemas donde se haefectuado un vacío adecuado. Unmonitor de televisión o un mi-croscopio electrónico se apoyan enesta forma de manipular haces deelectrones.

Observando los equipos que usa-mos en nuestros hogares o puestosde trabajo, cabría pensar que losdispositivos de estado sólido hansuperado en versatilidad y volumende negocio a los desarrollos de laelectrónica de vacío, que muestransíntomas de cierto estancamiento.No siempre fue así. En los albo-res del siglo XX el avance de laelectrónica se cimentó sobre eltriodo o válvula de vacío (desarro-llado por Lee De Forest en 1907).Ese dispositivo tan simple persis-tió en nuestro entorno (receptoresde radio y televisión) hasta no hacemucho tiempo. Los triodos consti-tuyeron los componentes esencia-les de las primeras computadoras.El propio sistema de cálculo ENIAC,puesto en marcha en 1940, con-

taba con 18.000 triodos. Sistemassimilares de cálculo pervivieronhasta principios de los años se-senta.

Con la llegada del transistor seinicia otra revolución, que entrañael paulatino abandono de los trio-dos, el inicio de la miniaturizaciónde los circuitos y el auge de la mi-croelectrónica. Sin embargo, cuandoJohn Bardeen y Walter Brattain pre-sentaron su histórico artículo so-bre el transistor en 1948 lo titu-


PEDRO A. SERENA, JUAN JOSESAENZ, ANTONIO CORREIA y TIMHARPER han abordado desde enfo-ques complementarios la emisión deelectrones. Serena, adscrito al Insti-tuto de Ciencia de Materiales de Ma-drid, y Sáenz, del Departamento deFísica de la Materia Condensada dela Universidad Autónoma de Madrid,estudian aspectos básicos de la emi-sión de campo y modelan complejossistemas de microelectrónica de va-cío. Correia y Harper desarrollan suactividad en la empresa CMP-Cientí-fica S.L. de nanotecnología aplicada,asociada a la Agencia Espacial Eu-

El autor

Emisión de electronespor efecto campo

Mediante la combinación del fenómeno de la emisión de campo

con técnicas propias de la microelectrónica se han abierto camino

nuevos dispositivos, desde minúsculos sensores hasta propulsores

de vehículos espaciales, pasando por pantallas ultraplanas

Pedro A. Serena, Juan José Sáenz, Antonio Correia y Tim Harper



laron “El transistor: un TRIODOsemiconductor”, aludiendo al ele-mento electrónico por antonomasiaen aquellos momentos.

Todo cambió en 10 años. En1959 apareció la segunda ge-

neración de computadoras, basadaya en microprocesadores. Quizá lahistoria hubiera sido otra de aten-derse los trabajos realizados porK. Shoulders a finales de los añoscuarenta. Este investigador del Ins-

tituto de Tecnología de Massa-chusetts propuso un dispositivo devacío, pequeño, con funcionamientoelectrostático y características si-milares a las del transistor. Se tra-taba, en realidad, de un micro-triodo de vacío.

Sin embargo, el apoyo econó-mico y el interés de la industriase marcharon tras la idea del tran-sistor. La microelectrónica comenzóa dar sus pasos hacia el estado só-lido, relegando a la electrónica de

vacío a la fabri-cación de moni-tores y otros sec-tores restringidos.En 1968 el grupode Shoulders fa-brica los prime-ros microemiso-res de molibdenosiguiendo un mé-todo propuesto por C. Spindt, quepermitía generar emisores puntia-gudos de electrones. Semejante con-

figuración se revelaría decisiva paramejorar la emisión de electrones.A este tipo de emisores se les de-nomina emisores “Spindt”.

En los años setenta y ochenta seproducen avances sustanciales enlos procesos de fabricación. Elgrupo encabezado por H. F. Gray,del norteamericano Laboratorio deInvestigación Naval, construye en1987 el primer transistor de vacíomicrofabricado. Desde ese momentosurge una nueva forma de conce-

bir dispositivos mediante técnicasde fabricación propias de la mi-croelectrónica, observándose una

tendencia hacia la miniaturizaciónde los dispositivos de vacío y ha-cia su integración con otros ele-mentos con un resultado final máscompacto, menos voluminoso y demayores prestaciones. Esta alianzade saberes define a la microelec-trónica de vacío (VME).

Para describir cualquier disposi-tivo de electrónica (o microelec-

trónica) de vacío podemos valer-nos de un esquema sencillo. En


a b

PUNTA

AISLANTE

ELECTRODOEXTRACTOR

c

PUNTA

ELECTRODOEXTRACTOR

1. MICROEMISOR INTEGRADO. Se recurre a técnicas li-tográficas para fabricar micropuntas metálicas cuyos ex-tremos miden unos pocos nanómetros de radio de curva-tura ( a). Dichas puntas están integradas con lenteselectrostáticas y otros componentes electrónicos. En ( b) po-demos ver una sección transversal de una micropunta, dondela capa metálica superior hace de sistema extractor de elec-trones al poseer voltaje positivo respecto de la punta ( c).Los potenciales se distribuyen de suerte que en el extremode la punta se generen intensos campos eléctricos que ins-ten la emisión de electrones por efecto de campo. Las di-mensiones del sistema son de unas pocas micras en cadadirección.




primer lugar necesitamos una fuentede electrones, de adecuadas pres-taciones en función de la aplica-ción requerida. Una vez emitidos,los electrones se mueven en unaregión donde se ha practicado elvacío (que impide encuentros delhaz de electrones con moléculasde gas que distorsionen el “viaje”del electrón). La evolución del hazde electrones está gobernada porlos campos electromagnéticos. Di-cho haz también puede ser coli-

mado mediante diafragmas y ob-turadores, para así orientarlo y en-focarlo, concentrando a voluntadel flujo de electrones sobre el ob-

jet ivo deseado. Este punto final detrayecto para el haz electrónicopuede ser un píxel (unidad de in-formación visual) sobre una pan-talla, dando lugar a una señal lu-minosa, como ocurre en un monitorde televisión. El final del trayectopuede ser también una muestra quedispersa el haz o produce elec-

trones secundarios, susceptibles deanálisis, como acontece en un mi-croscopio electrónico.

En un dispositivo de micro-electrónica de vacío, lo mismo lafuente de electrones que los siste-

mas de control del haz (las lenteselectromagnéticas) tienen dimen-siones micrométricas, con los be-neficios que ello reporta para lasaplicaciones donde importen la re-ducción de tamaño o la disipaciónde energía. Las ventajas fundamen-tales de los dispositivos VME so-bre los de estado sólido estriban ensu relativa insensibilidad al calory la radiación, así como su mayorvelocidad; gracias a la insensibili-dad operan en una mayor variedadde condiciones; el movimiento delos electrones en el vacío, sin co-lisiones, explica la segunda carac-terística. Apoyados en el aumentode la velocidad de propagación po-demos diseñar sistemas que fun-cionen a altas frecuencias, con al-tas velocidades de refresco.

La clave de un dispositivo demicroelectrónica de vacío resideen la fuente de electrones, cuyaspropiedades determinan el tipo deaplicación, el rendimiento y la du-ración del dispositivo. Desde el

nacimiento de la electrónica de va-cío importó entender los mecanis-mos de la emisión de electronesdesde diversos materiales (los es-tudios del efecto fotoeléctrico porAlbert Einstein a principios delsiglo XX son buena prueba de eseinterés). Hoy conocemos varios me-canismos capaces de emitir elec-trones desde una superficie con-ductora. Nos ceñiremos a los queafectan a los emisores usados enelectrónica de vacío: la tempera-

2. LA UNION HACE LA FUERZA.En situaciones donde se necesiten al-tas densidades de corriente se puederepetir la estructura de un micro-emisor integrado y generar superfi-cies formadas por millares de ellos( a). En una superficie de 1 mm2 sepueden alojar más de 100.000 pe-queños emisores. No sólo se empleanmetales para fabricar conjuntos de

microemisores. Otros materiales pro-porcionan también altos rendimien-tos. Por ejemplo, en ( b) se muestraun conjunto de emisores de silicio.En este caso, los elementos indivi-duales son muy parecidos entre sí.

a

b



tura y el campo eléctrico que seaplica en la superficie.

Antes de describir dichos meca-nismos, hagamos un rápido bocetode un metal. En un metal los elec-trones se mueven en libertad y for-man lo que se llama “un mar deFermi”. Estos electrones no emer-gen espontáneamente del material.Para escapar necesitan cierta can-tidad de energía que les permitafranquear una barrera característicapara cada material; dicha energía,o “función de trabajo”, suele serde unos pocos electronvolt.

El primer mecanismo de emi-sión, conocido por fenómeno

de emisión termoiónica, es senci-llo de entender. Mediante una ex-citación térmica, el electrón adquie-re la energía precisa para escapar

de la atracción del metal. A me-dida que se eleva la temperatura,aumenta la probabilidad de que lapartícula supere la barrera y seintensifica la corriente electrónica.

El segundo mecanismo de emi-sión es más sutil. Cuando sobreuna superficie metálica se aplicaun campo electrostático (que tiendaa extraer electrones del sistema),se produce una situación parecidaa la de un embalse donde el aguapermanece confinada por un murode anchura y altura determinadas.En el caso del metal, el “mar” deelectrones está represado por unabarrera cuya altura y anchura con-trola el campo aplicado. A medidaque el campo crece, la altura y an-chura de la barrera decrecen.

Por fortuna para los electrones,su situación difiere de lo que ocu-rre en el embalse. La mecánicacuántica predice que la barrera esfranqueable con cierta probabilidadmediante el efecto túnel, y así acon-tece. A bajas temperaturas, y en

presencia de campos eléctricos ade-cuados, se observa una corrienteasociada a los electrones que atra-viesan la barrera. Para referirnosa ese mecanismo empleamos la ex-presión “emisión por efecto delcampo electrostático” o, más sen-cillamente, “emisión por efectocampo” (FE, de Field Emission).

Puesto que no se requiere nin-guna excitación térmica, los emi-sores FE son “cátodos fríos”. Laemisión de campo hunde sus raí-

ces en la física cuántica y ha aus-piciado grandes avances a lo largodel siglo XX. Se considera a E. E.Muller el padre de la disciplina.El desarrolló en 1936 el primermicroscopio de efecto campo y, en1951, construyó el microscopio deemisión de iones por efecto campo(FIM, Field Ion Microscope). Con

dicho microscopio, donde las par-tículas emitidas son iones, se ob-servarían por primera vez átomosen 1956. Hubo que esperar casidos décadas hasta que se alcan-zara una resolución similar me-diante un microscopio electrónico(que, por cierto, usaba una fuentede electrones de emisión de campo).


HACESDE ELECTRONES

SUSTRATO CONDUCTOR

NANOTUBOSDE CARBONO

3. NUEVOS MATERIALES PARA EMISORES EFICIENTES. Para obtener in-tensas emisiones de electrones podemos emplear superficies recubiertas de car-bono amorfo, diamante, nanotubos de carbono y otros. A menudo la emisiónguarda relación con la morfología del sistema, como ocurre en láminas de car-

bono tipo “coral” ( a

) con millares de micropuntas que contribuyen a la emisiónde electrones. En superficies recubiertas de nanotubos de carbono, la emisiónarranca de los átomos que ocupan posiciones más extremas de los nanotubos ( b).

a

b



Ya sabemos de la capacidad delos electrones para atravesar

la barrera que les separa del va-cío y salir impulsados hacia el ex-terior. Pero, ¿podemos controlar elnúmero de electrones emitidos? Po-demos. Si disminuimos la funciónde trabajo, mengua entonces la al-

tura de la barrera que confina alos electrones y aumenta la emi-sión electrónica. Sin embargo, lafunción de trabajo del material nopuede modificarse una vez fabri-cado el emisor. Hay otra forma decontrolar la intensidad, o brillo, dela emisión: con el campo eléctrico.Un campo intenso aplicado sobrela superficie determina también unmenor grosor de la barrera y unamayor emisión. El campo elec-trostático es una magnitud que sí

varía mediante la aplicación de po-tenciales. Dicho de otro modo, elvoltaje aplicado al emisor nos fa-culta para controlar el flujo de elec-trones emitidos.

Por lo general, la forma del emi-sor es aguda (una punta) porquelos campos electrostáticos se hacen

mayores en regiones de gran cur-vatura. No es otro el motivo de laestilización de los pararrayos. Enambos casos estamos ante una ma-nifestación de la “ley de las pun-tas”. Aplicando unos miles de volta una punta metálica de 100 na-nómetros de radio se obtienen cam-pos suficientes para provocar laemisión electrónica.

Con las modernas técnicas lito-gráficas se fabrican puntas agu-dísimas con radios de curvatura

de 10 nanómetros. Por tanto, bas-tarán unos centenares de volt paradesencadenar corrientes de interésen múltiples aplicaciones. En al-gún caso se ha reducido el radiode curvatura hasta el nanómetroy obtenido así con unas pocas de-cenas de volt emisión electrónica.

La situación se hace más intere-sante cuando se fabrican emiso-res/puntas que acaban en uno ounos cuantos átomos, lo que acon-tece en el dominio de la nano-tecnología (véase “¿Ante una nue-va revolución?”, por G. Stix, enINVESTIGACIÓN Y CIENCIA, juniode 1996).

Para un emisor acabado en sóloun átomo se tiene garantizado uncampo electrostático bastante ele-vado, aunque se opere a voltajes


Fundamentos de la emisión de campo

La emisión de campo consiste en la emisión de elec-trones sometidos a la acción de un campo electros-

tático. En ausencia de campo eléctrico aplicado (a ), los elec-trones de un metal se encuentran confinados por una ba-rrera de potencial que impide su emisión hacia el exterior.La altura de dicha barrera, o “función de trabajo”, toma

valores diferentes para cada material.

Si un metal en forma de punta metálica se sitúa frentea un electrodo plano (b ) y entre ambos se aplica una di-ferencia de potencial V, aparece un intenso campo elec-trostático E en el extremo de la punta que modifica laforma de la barrera confinadora de los electrones (c ).Ahora los electrones pueden atravesar la barrera mediante

efecto túnel, según predice la física cuántica, dando lu-

gar a una corriente de electrones que es-capan desde la punta hacia el electrodoplano y se propagan por el vacío.

Si la punta tiene un menor radio de cur-vatura (d ), el campo electrostático E crecey la barrera de potencial se hace más bajay estrecha (e ), provocando un aumento con-siderable de la corriente emitida. Otra formade intensificar la emisión se logra esco-giendo materiales de menor función de tra-bajo o aplicando mayores potenciales. Esteúltimo método permite una fácil variación

de la corriente emitida controlando el po-tencial aplicado a la punta.

FUNCIONDE TRABAJO

MAR DE FERMI

BARRERA

METAL VACIO

ELECTRONESATRAVESANDO

LA BARRERA POREFECTO "TUNEL"

BARRERA

V

E

PUNTAMETALICA

PANTALLA

ELECTRONESATRAVESANDO

LA BARRERA POR

EFECTO "TUNEL"

BARRERA

V

E

PUNTAMETALICA

PANTALLA

a b c

d e



bajos. Con todo, no es ése el as-pecto más interesante. Si analiza-mos la secuencia de emisión desdetales nanopuntas, resulta fácil en-tender que todos los electrones su-fren un proceso similar al ser emi-tidos desde la misma región, siendoréplicas unos de otros. Recordandoque la mecánica cuántica nos en-seña que las partículas poseen elcarácter dual onda-corpúsculo, la“clonación” de las partículas emi-tidas se traduce en una gran “co-herencia” del haz emitido; permitesu aplicación en holografía elec-trónica para abordar experimentossimilares a los que se pueden efec-tuar con luz. Es decir, a medidaque reducimos las dimensiones delemisor nos encontramos con inte-resantes efectos que aumentan lasposibilidades de uso de estas na-

nopuntas.La necesidad de utilizar emiso-res de efecto campo en distintossectores de la industria ha estimu-lado la búsqueda de nuevos mate-riales que posean óptimas caracte-rísticas de emisión y permitan obteneraltas densidades de corriente. Enesa dirección se ha apostado porabandonar los emisores metálicosen favor del silicio, silicio poroso,óxido de aluminio poroso, metaleslíquidos o materiales de gran an-cho de banda prohibida. Tambiénse ha propuesto usar recubrimien-tos específicos sobre materiales tra-dicionales, en particular recubri-mientos con películas de diamantey películas de nanotubos de car-bono o de moléculas de fullerenos(C60). Aunque los resultados ob-tenidos han sido satisfactorios, nosiempre se ofrece una descripciónrazonable de los mecanismos deemisión.

La investigación en emisión de

campo ha traído avances co-laterales en otras ramas del saber,pero su renacer se debe a la po-sibilidad de miniaturizar los emi-sores y de poder integrarlos juntocon otros componentes fabricadosmediante técnicas clásicas de mi-croelectrónica. El contar con unemisor de electrones muy brillante,de gran densidad de corriente, yde tamaño nanométrico no es útilen muchas ocasiones donde se re-quiere un flujo neto de electrones

mucho mayor. En estas situacio-nes la microelectrónica proporcionauna solución. ¿Por qué un únicoemisor? Mediante técnicas litográ-ficas comunes es posible repetir laestructura de un único emisor, for-mando una red de emisores sobreuna superficie. Cada uno de estosemisores se fabrica de suerte que,en su entorno, se sitúen, por elmismo proceso litográfico, lentes

electromagnéticas que permitancrear, desviar o enfocar el haz deelectrones. De esta manera pode-mos tener sistemas donde hay unsolo emisor o sistemas multiemi-

sores, en función de la aplicaciónde interés.En el caso de los sistemas mul-

tiemisor se controla cada emisor porseparado y se incluyen las cone-xiones necesarias con las fuentesde alimentación correspondientes.Sobre una sola oblea se fabricanasí decenas de miles de microemi-sores, activados a voluntad y cu-yos haces emitidos pueden des-viarse en la dirección deseada. Lasfuentes de electrones operan por

la emisión de campo; miniaturiza-das e integradas con otros ele-mentos constituyen elementos demicroelectrónica de vacío. Peroexisten otras aplicaciones donde esprimordial el control de la fuentede electrones, se halle integrado ono el emisor con el resto de com-

ponentes.Veamos algunas de estas apli-caciones donde no se requieren téc-nicas de integración. Con la ob-tención de emisiones razonablesdesde micropuntas de pequeño ra-dio de curvatura mediante la apli-cación de voltajes pequeños (de-cenas de volt) se ha desatado unacarrera por desarrollar microsco-pios electrónicos de barrido de bajaenergía. Estos equipos se caracte-rizan por poseer unas dimensiones


4. MICROSCOPIOS ELECTRONICOSde baja energía. Gracias a los emiso-res puntiformes con muy pequeño ra-dio de curvatura se obtienen intensoscampos eléctricos y elevadas corrien-tes con sólo aplicar unas decenas devolt. Los electrones emitidos, al sermenos energéticos, pueden manipularsecon ayuda de lentes electrostáticas queenfoquen y desvíen el haz hacia el lu-

gar deseado de la muestra. Una va-riante de este tipo de equipos es el mi-croscopio de proyección; el haz incideen la muestra y posteriormente evolu-ciona ensanchándose hasta que se re-coge en una pantalla, obteniéndose fac-tores de aumento de la imagen de 106.En la figura de la derecha se muestrala imagen de un nanotubo de carbono.Obsérvese que aparecen franjas de di-fracción alrededor de la imagen.

MUESTRA

IMAGEN

PANTALLA DONDE SE FORMA LA IMAGEN

SISTEMADE CONTROLDE DESPLAZA-MIENTO DE LAPUNTA EMISORA

POSIBLESDESPLAZAMIENTOS

PUNTA EMISORA

SISTEMA EXTRACTOR

SISTEMA DE ENFOQUE




El funcionamiento de una pantallade emisión de campo

Una pantalla de emisión de campo (FED) como

la mostrada en (a ) está formada por dos lá-

minas delgadas distantes entre sí unos milímetros

(b ). En una de ellas encontramos un sistema depíxeles y subpíxeles que forman la imagen (co-

rrespondientes a los tres colores fundamentales) y

un sistema de filtros para mejorar su nitidez. Los

píxeles (constituidos por tres subpíxeles, uno por

cada color fundamental) están fabricados por ma-

teriales fosforados.

La primera lámina es similar a la que encontra-

mos en los monitores comunes. La otra lámina, que

genera el flujo de electrones, es la que realmente

caracteriza a la pantalla FED; consta de cientos de

miles de micropuntas integradas (microemisores).

Cada subpíxel recibe el flujo de electrones prove-

nientes de miles de micropuntas, que trabajan enexclusiva para él. Esta es la principal diferencia con

los monitores de tubos de rayos catódicos.

En un monitor de tubos de rayos catódicos, los

electrones parten de un emisor único. Mediante un

sistema de campos electrostáticos, se desvía el haz

de forma sincronizada a los distintos píxeles. Para

que el tiempo de vuelo de los electrones desde el

emisor hasta el píxel sea similar para cada píxel,

el emisor se sitúa a una distancia adecuada de la

pantalla. Esto implica que la pantalla se agranda a

medida que cambian sus dimensiones laterales.

En una pantalla FED sus dimensiones laterales no

condicionan el espesor del monitor (de hecho el es-

pesor es de sólo 2-3 milímetros), aspecto que resul-

ta decisivo para poder desarrollar la televisión dealta definición. Hay otras ventajas: tampoco se ne-

cesitan sincronizaciones que tengan en cuenta la for-

mación de la imagen mediante barridos y, por tanto,

desaparecen los parpadeos molestos. Podemos decir

que la imagen “fluye de forma continua”. El hecho

de que los microemisores funcionen a bajos voltajes

hace que el consumo se reduzca bastante.

La pantalla FED tiene ventajas adicionales sobre

las pantallas de cristal líquido o las pantallas de

plasma, de espesor equiparable. La calidad de la

imagen en un FED no se deteriora con el cambio

del ángulo de observación y posee un contraste

idéntico al del tubo de rayos catódicos. Además, suscondiciones de funcionamiento no dependen exce-

sivamente de la temperatura. Motorola, Samsung,

PixTech, PFE, Candescent, Ceravision, Axtron, Saint

Gobain, SAES y Futaba llevan años investigando en

este tipo de pantallas o en algunos de sus com-

ponentes (fósforos específicos, sellados, mejora de

la duración de emisores). La investigación no se de-

tiene y se tiende hacia pantallas basadas en emi-

sores más eficientes y de menor consumo. Se han

presentado ya prototipos de pantallas FED basadas

en la emisión desde nanotubos de carbono.

FILTRO DE MEJORA DE CONTRASTEPANTALLA CON MATERIALES FOSFORADOS

CONTROLADORES

MICROPUNTAS EMISORAS

2 , 5 mm

PIXEL

SUBPIXELES: ROJO VERDE AZUL

SISTEMAEXTRACTOR

MICROPUNTAS

CATODO

ANODO

LUZ

+++++

a b



mucho más reducidas que los mi-croscopios electrónicos corrientesdebido al menor tamaño de las len-tes y colimadores necesarios paraenfocar el haz electrónico sobre lamuestra.

Dentro de esta familia de dis-positivos encontramos el micros-copio de proyección, que recuerdaal funcionamiento de un retropro-yector. En tal microscopio el emi-sor electrónico coherente (recor-demos que la emisión se producea través de unos pocos átomos) sesitúa cerca de la muestra. Los elec-trones emitidos, desviados por la

muestra, viajan hasta una pantallalejana, donde se recoge y analizala imagen electrónica. A menordistancia entre la fuente y la mues-tra, mayor aumento del microsco-pio. Además de obtener una ima-gen de la “sombra electrónica” delobjeto se evidencian franjas de in-terferencia (causadas por disponerde una fuente coherente). Del aná-lisis de dichas franjas se puedeextraer información sobre la es-tructura del objeto. La ventaja fun-

damental de este tipo de equiposreside en el menor tamaño de lossistemas de enfoque del haz, loque hace que su volumen y pesosean mucho menores en compara-ción con los microscopios elec-trónicos al uso.

Los microscopios descritos noson sólo una herramienta po-

derosa de análisis y caracteriza-ción. La posibilidad de enfocar unhaz de electrones de baja energíaha hecho de estas fuentes firmescandidatos a nuevas aplicacionesdonde se requiere un fácil manejo

del haz. Además se puede enfocarel haz de forma que el tamaño delpunto donde convergen los elec-trones es de unas decenas de na-nómetros. Es decir, se dispone deuna herramienta capaz de generarun punto “electrónico” que pode-mos mover. La aplicación es clara:usar dicho punto para escribir siem-pre que se disponga del “papel”adecuado; aquí, el papel es unacapa de resinas diseñadas parareaccionar ante la débil densidad

de corriente que proviene del mi-croemisor.

Comparado con las técnicas delitografía óptica ese sistema de na-nolitografía resulta lento, y segu-ramente no podrá competir con lalitografía de rayos X, salvo que enun futuro próximo contemos condispositivos de nanolitografía for-mados por miles de microemisoresintegrados operando en paralelo.

Los microemisores de emisiónde campo se han introducido tam-bién en el diseño de nuevos sen-sores, cuyo eficaz rendimiento re-sulta determinante para el desarrollo

de técnicas de control de proce-sos industriales, en robótica, en elfuncionamiento de aviones, auto-móviles y vehículos espaciales. Unsensor de efecto campo se basaen detectar las variaciones que su-fre un haz de electrones debido ala presencia de una perturbaciónexterior. Si dicha perturbación mo-difica los campos electromagnéti-cos de las regiones por donde semueve un haz de electrones, en-tonces éste será desviado. La me-

V s

ELECTRODOSDE DETECCION

B

EMISOR DE TIPO ARISTA

LENTE EXTRACTORA

LENTE DE ENFOQUE

V e

V f

–200 –150 –100 –50 0 50 100 150 200

0

100

200

300

400

500

y(µm)

y ( µ

m )

D E N S I D A D

D E C O R R I E N T E

N O R M A L I Z A D A

0,00,20,40,60,81,0

–200 –150 –100 –50 0 50 100 150 200

0

100

200

300

400

500

y(µm)

y ( µ m )

D E N S I D A D

D E

C O R R I E N T E

N O R M A L I Z A D A

0,00,20,40,60,81,0

a b

c


5. SENSOR DE CAMPO MAGNETICO, un dispositivo de mi-croelectrónica de vacío. Los emisores de efecto campo microfa-bricados pueden utilizarse en la construcción de diversos tipos desensores. En el sensor de campo magnético ( a), el haz de electro-nes emerge de un conjunto de puntas o de una arista. En ausen-

cia de campo magnético, B = 0, el haz emitido no sufre desvia-ción alguna y los dos electrodos de detección miden la mismacantidad de corriente ( b). En presencia de un campo magnético,el haz de electrones es desviado y un colector de electrones re-coge más corriente que el otro ( c). A partir de la diferencia decorrientes se determina la magnitud del campo magnético. Me-diante la adecuada selección de los distintos voltajes del sensor(extracción, focalización, etcétera) podemos modificar su eficien-cia y rango de medida. Usando similares configuraciones se handiseñado sensores de presión, temperatura, inerciales y otros.



dición de tal desviación nos per-mitiría estimar la magnitud de laperturbación.

Sabemos, por ejemplo, que la tra-yectoria de los electrones se mo-difica en presencia de un campomagnético. Un sensor de campo mag-

nético mide la desviación que su-fre el haz de electrones sometidoa dicho campo. Esto se logra distri-buyendo adecuadamente detectoresde corriente dentro del dispositivo.Observando y comparando los cam-bios de las corrientes medidas (an-tes y después de la presencia de laperturbación) conocemos los cam-bios de trayectoria del haz elec-trónico operados.

De forma similar, mediante in-geniosas configuraciones, se fabri-

can sensores de presión, de tem-peratura o inerciales. Aunque elmecanismo de funcionamiento esmás tosco que otros tipos de sen-sores, su principal ventaja estribaen su tamaño: el sistema emisor,constituido por lentes, vacío y de-tector de corrientes, puede ocupar1000 µm3. Estas dimensiones loshacen muy atractivos para su em-pleo en sistemas miniaturizados decontrol o en situaciones donde im-porte el peso de los dispositivos,como en equipos embarcados en

naves espaciales. El poco volumentambién permite incluir un grannúmero de sensores que propor-cionan medidas redundantes nece-sarias para realizar estudios esta-dísticos.

En el diseño de los sensores in-tervienen multitud de parámetros,que requieren el concurso de téc-nicas numéricas para optimizar sufuncionamiento. De la misma ma-nera que existen complejos códi-gos informáticos para describir el

funcionamiento de circuitos condispositivos de estado sólido, huboque desarrollar poderosas herra-mientas de simulación para los dis-positivos de microelectrónica devacío.

De todas las aplicaciones de laemisión de campo, la que más

impacto tendrá en los próximosaños es la relacionada con el dise-ño y fabricación de monitores ul-traplanos. Es necesario encontrarsistemas de visualización de peque-

ño espesor para desarrollar equi-pos receptores de la televisión dealta definición, para fabricar orde-nadores de sobremesa y portátilesmás ligeros, para aumentar la ca-lidad de la información gráfica queaparece en teléfonos celulares, cá-maras de vídeo, equipos industria-les y otros. Hay varias técnicas enpugna por hacerse con el control deeste mercado. Unas se basan en mo-nitores tradicionales, otras en cris-tales líquidos o pantallas de plas-


6. NUEVOS SISTEMAS de propulsiónen vehículos espaciales. La emisión decampo también se está aplicando enel desarrollo de nuevos propulsores envehículos espaciales. El funcionamientodel propulsor a se basa en la ioniza-ción de átomos de cesio o indio porfuertes campos eléctricos creados en

una punta. Por la perforación que hayen la punta fluye el combustible desdeun depósito (punta de estructura de“volcán”). Los iones salen despedidosy proporcionan el impulso necesario.Los electrones perdidos por los áto-mos son emitidos por un mecanismoneutralizador que evita acumulaciónde carga. En un vehículo espacial sepueden acoplar varias unidades pro-pulsoras ( b). El impulso se puede con-trolar de forma continua evitándosevibraciones en la puesta en marcha oen la parada del propulsor. Se usa-rán motores de propulsión por emi-sión de campo ( c) en la misión LISA,

donde seis vehículos espaciales debenmantener unas posiciones relativas deforma precisa con el fin de medir on-das gravitacionales de baja frecuenciamediante interferometría.

Ve

Cs+

e–

Va Vn

DEPOSITO DE Cs

EMISOR

EMISOR PUNTA

TIPO "VOLCAN" ACELERADOR

NEUTRALIZADOR

a

c

b



ma, pero el tipo de pantalla confuturo más prometedor está basadoen la emisión de campo (FED).

El funcionamiento de un moni-tor tradicional y un FED es simi-lar. En ambos, los electrones emi-tidos desde un emisor viajan hastacolisionar en una pantalla de ma-terial fosforado. En el primero, elhaz de electrones emitido desdeun cañón de electrones se muevede píxel a píxel en la pantalla (aun ritmo de 24 barridos por segun-do), merced a un complejo siste-ma de sincronización. Para tener unfuncionamiento sencillo, sin correc-ciones específicas para cada pí-xel, todos los puntos de la panta-lla deben hallarse a una distanciasimilar del cañón, lo que deter-mina un tamaño bastante grandedel monitor.

En la pantalla con emisión de

campo cada píxel recibe el bom-bardeo de electrones que provie-nen de cientos de microcañones.La distancia pantalla-emisor puedeacortarse mucho: el espesor de unapantalla FED, incluidos los circui-tos de control es de unos ¡2 mm!Además, la imagen puede obser-varse con nitidez desde cualquierángulo. Dado que no hay que ba-rrer los puntos de la pantalla unoa uno, la imagen se forma simul-táneamente sobre todos los píxe-

les y se evitan parpadeos. Se tra-ta, asimismo, de pantallas menossensibles a cambios térmicos, ca-paces de funcionar en condicionesextremas y a la intemperie. Aun-que ya se comercializan pantallasFED de cinco pulgadas para mos-trar datos en sistemas de pequeñoformato, el gran reto es conseguirpantallas de grandes dimensiones,necesarias para visualizar televi-sión en el formato de alta defi-nición.

Hemos descrito aplicaciones queafectarán a nuestra vida cotidianao proporcionarán nuevas herra-mientas y métodos de análisis alos científicos. Pero existen aplica-ciones más específicas. Por ejem-plo, en el desarrollo de nuevos pro-pulsores para vehículos espaciales.Ya en los años sesenta, V. E. Kronpropuso utilizar una micropunta

con una pequeña perforación (si-milar a un volcán) como inyectorde iones de metales líquidos. Elcampo intenso en la punta del in-yector ioniza las gotitas del metallíquido que ascienden por el tubointerior y salen repelidas a granvelocidad. El principio de accióny reacción se encarga del resto.Aunque los impulsos conseguidospuedan parecer muy pequeños hayque recordar que en maniobras dereorientación y control de altitud

de satélites las fuerzas involucra-das son diminutas. Las dificulta-des técnicas de fabricación de es-tos microvolcanes, causa de sufreno, podrían superarse con la in-tegración de miles de micropro-pulsores que actúan de forma si-multánea.

Dentro del ámbito espacial, elestudio de la emisión de campo serevela como fundamental para evi-tar la emisión descontrolada de par-tículas cargadas dentro del satélitecuando éste navega entre camposelectromagnéticos intensos. Es de-cir, en muchos casos se debe es-tudiar la emisión de campo paraevitar sus nocivos efectos cuandoaparece sin control.

Alo largo del artículo hemos re-pasado algunas aplicaciones

recientes del efecto de emisión porcampo. La mayoría son factiblesgracias al desarrollo de la micro-electrónica de vacío, que ha permiti-do el resurgir de viejos conceptosahora plasmados en dispositivos deescala micrométrica. Este renacermodificará muchos aspectos de lastécnicas microscópicas ahora exis-tentes; al replantear la fabricaciónde dispositivos electrónicos, se es-timulará el desarrollo de sensoresmás pequeños, de televisores ultra-planos, etcétera. Podemos citar apli-caciones biomédicas, en el mundode la automoción o de la telefonía.Además ha incentivado la búsquedade nuevos materiales que se em-pleen como emisores electrónicos osirvan para detectar electrones deenergías más bajas.


La red europea de emisión de campo

En los últimos 10 años hemos asistido al renacimiento del fenó-

meno de la emisión por efecto campo de la mano de la mi-

croelectrónica de vacío (VME). La fabricación de dispositivos VME

y su aplicación revolucionará algunas ramas técnicas. Sin duda al-

guna, el desarrollo estrella es la pantalla ultraplana de emisión de

campo.El enorme mercado existente, demandante de sistemas más rá-

pidos, eficientes y baratos, hace que las empresas del sector de

la electrónica hayan apostado por los desarrollos de la VME. ¿Cuál

es el papel de Europa en este panorama de tan rápida evolución?

Estados Unidos, Japón y Corea están a la cabeza de la investi-

gación. Europa desempeña un papel secundario, con menor tejido

industrial en microtécnica. Para cambiar esta situación ha sido ne-

cesario establecer una red europea sobre emisión de campo. Di-

cha red, lanzada por la Fundación Europea para la Ciencia, está

coordinada por la empresa española CMP-Científica en colabora-

ción con el laboratorio francés LETI/CEA. Con la red, que opera

centralizando información sobre la emisión de campo y la microe-

lectrónica de vacío, se pretende fomentar las colaboraciones entre

los sectores académicos e industriales europeos.

FIELD EMISSION AND FIELD IONIZA-TION. R. Gomer. Harvard UniversityPress, Cambridge, 1961.

RECENT PROGRESS IN FIELD EMITTERARRAY DEVELOPMENT FOR HIGHPERFORMANCE APPLICATIONS. Do-rothea Temple, en Materials Scien-ce and Engineering Reports, vol.R24, n.o 5; 1999.

Información sobre los grupos quetrabajan en el área de la emisiónde campo puede encontrarse enhttp://www.cmp-cientifica.com/eurofe.




Volando rumbo oeste desde Deadhorse, Alaska, ha-cia la nueva explotación de Phillips Petroleumen Alpine, desfila a nuestros pies, como una se-cuencia de imágenes congeladas en el tiempo, laevolución de la explotación petrolífera en la Ca-

dena Norte. Al despegar, ocupa toda la escena el yacimientode mamuts donde todo empezó: Prudhoe Bay, descubierto en1968 y que desde 1977 envía crudo, por el oleoducto Trans-Alaska, hasta el puerto libre de hielos de Valdez.

Ascendiendo a mayor altura se divisa en dirección oeste elsinuoso trazado del oleoducto a Kuparuk, cuya riqueza sóloPrudhoe la supera. Kuparuk ha crecido desde su apertura en1981 hasta convertirse en una maraña de pozos sobre plata-formas de grava diseminados en más de 2000 kilómetros cua-drados y ligados por una red de carreteras y conducciones agigantescas plantas de refinamiento, edificios de acampada,parques de vehículos y oscuros pozos llenos de rocas y lo-dos extraídos del fondo.


Petróleo y ecología Bajo la mayor reserva natural de las costas estadounidenses

se esconde un extenso yacimiento petrolífero.

Compete a la ciencia ponderar los beneficios económicos

y las amenazas que comporta su explotación

W. Wayt Gibbs




Hacia el norte, se destacan muy próximas a la costalas islas artificiales de Northstar y Endicott. Y alaterrizar en la pista de Alpine irrumpimos en la van-guardia técnica de la ingeniería del petróleo. Los di-rectivos de esta industria suelen tomar este proyectode 38 hectáreas como modelo de desarrollo respon-sable, demostrando que las compañías han aprendidoa coexistir con los delicados ecosistemas del Artico.

Alpine es el yacimiento más moderno y más oc-cidental de la Cadena Norte, pero no lo será por mu-cho tiempo. Cuando abrió sus válvulas en noviem-bre de 2000, el crudo recorrió unos 80 kilómetroshasta la estación de bombeo 1, cerca de Deadhorse—donde también afluye todo el petróleo producidoen la Cadena Norte—, a través de un nuevo ramaldel sistema de oleoducto. La producción de Alpineroza los 90.000 barriles diarios.

Pero la conducción a Deadhorse admite mucho más.Se construyó con miras al futuro inmediato de la in-dustria de hidrocarburos de la Cadena Norte, que con-templa tres direcciones. Primeramente al oeste, haciala Reserva Nacional de Petróleo de Alaska (NPR-A),

de 9,3 millones de hectáreas, con la que limita Al-pine. El gobierno federal puso en arriendo 1,62 mi-llones de hectáreas en 1999, y la exploración se ini-ció el año pasado. Pronto habrá nuevos yacimientosque envíen crudo por la conducción de Alpine.

El futuro también puede apuntar hacia el sur. Lasubida de los precios del gas impulsó a las compa-ñías asentadas en la Cadena Norte a invertir cercade 14.000 millones de pesetas en un oleoducto de gasnatural cuyo coste alcanzaría 1,8 billones de pesetasy que a finales de la década podría ofrecer 991 mi-llardos de metros cúbicos de reservas todavía intac-tas a los estados de la Unión situados al sur.

Después de 2010, Phillips, BP y otros productoresde petróleo de Alaska buscarán nuevas oportunida-des en el este. A menos de 50 kilómetros de Ba-dami, terminal oriental de la infraestructura de la Ca-dena Norte, se extiende la llanura costera y la tundramontuosa denominada Zona 1002, llamada así por lasección de la Ley de Conservación de las Tierras deInterés Nacional de Alaska de 1980, que reservó600.000 hectáreas de propiedad federal atendiendo alas sospechas de que la región encierra millardos debarriles de crudo y de metros cúbicos de gas.

Esa misma ley colocó la Zona 1002 dentro del Re-fugio Natural Nacional del Artico (siglas en inglés,ANWR), atendiendo a las observaciones de biólogos

sobre la idoneidad de la planicie costera como há-bitat privilegiado para la vida del Artico: terrenosdonde paren las manadas de caribús, humedales paraque aniden los cisnes de la tundra y otras aves acuá-ticas migratorias, guaridas para osos polares y zorrosárticos, y pasto permanente para una pequeña ma-nada de bueyes almizcleros.

El 26 de febrero, el senador por Alaska Frank H.Murkowski promulgó el decreto S. 389, que permiti-ría la exploración y producción de crudo y de gas enla Zona 1002. El decreto autoriza a la Oficina deGestión Territorial a restringir las actividades con elfin de garantizar que “no produzcan efectos adversosapreciables en la ictiofauna y otras especies, en suhábitat y recursos de subsistencia y en el ambiente”.

¿Pueden evitar tales efectos unas minuciosas dis-posiciones legales? ¿O por el contrario hasta el máscontenido, tecnificado y rigurosamente vigilado de-sarrollo petrolero supone un riesgo inaceptable parala mayor reserva de fauna silvestre en Norteaméricaque se mantiene prácticamente intacta?

Es un error obligar a los científicos a ponderar losvalores relativos del petróleo y de la ecología. Elpasado noviembre, unos 245 biólogos que no espe-raban ser consultados firmaron una carta abierta alpresidente Clinton instándole a prescindir del Con-greso y declarar reserva natural toda la zona, que así

quedaría excluida del desarrollo. Por otra parte, en-trevistados numerosos petrólogos de Alaska, asegu-raron casi todos que podría asentarse allí la indus-tria petrolera con daños muy superficiales solamente.En una controversia esencialmente política, no debeconcederse un valor especial a las opiniones de loscientíficos.

Pero la ciencia y la ingeniería tienen que entraren el debate sobre el destino final del Refugio delArtico, y no como grupo de presión sino como fuentede realidades que deben admitir todas las posicionesimplicadas. Al cabo de treinta años de innovacioneshay ya procedimientos más respetuosos con el en-

ALPINE CAMPOS DE PETROLEO

DE LA CADENA NORTE

RESERVA NACIONAL

DE PETROLEO-ALASKA

REFUGIO NACIONAL

DE VIDA SALVAJE

DEL ARTICO

ZONA 1002

C R E S T AS DE LA C O R D I L L E R A B R OO K S

! El Decreto S. 389 del Senado abriría al desarrollo pe-trolero la llanura costera y las pendientes montuosas delRefugio Nacional de Vida Salvaje del Artico, la llamadaZona 1002. Contra él compite el decreto S. 411, que de-signaría la zona como reserva natural, prohibiendo sudesarrollo.

! Los geólogos han utilizado datos sísmicos de 1985para estimar la cantidad de crudo y de gas aprovechableque subyace bajo el suelo. Pero antes de cualquier de-cisión sobre compra o arriendo, las compañías petrolerasemprenderían nuevas prospecciones sísmicas, que de-

jarían una retícula de desgarros visibles en la vegeta-ción de la llanura, aunque tendrían un efecto escaso onulo sobre la vida salvaje.

! A esto seguirían calzadas de hielo y pozos de pros-pección. La ictiofauna y las aves acuáticas pueden verseafectadas si se extrae demasiada agua de ríos y lagos.

! La extracción del crudo utilizaría una red de campospetrolíferos, plantas de tratamiento y oleoductos. Si en eldesarrollo se prescinde casi por completo de carreteras,los efectos sobre la manada de 130.000 caribús quecrían en la llanura pueden ser poco importantes. Si no es

así, puede desalojar los animales, hacer empeorar sunutrición, tasas de predación y de nacimientos, y a largoplazo limitar el crecimiento de su población.

Debate: Petróleo o Vida Salvaje



torno para extraer crudo del subsuelo de la tundra.Y los progresos de la biología en 25 años permitencuantificar las alteraciones de la vida en la superfi-cie que originan tales actividades.

Subsuelo

A

l menos ocho grupos distintos de geólogos seaprestaron en el pasado a predecir cuánto pe-

tróleo y gas natural yace bajo la Zona 1002. Los ochoequipos se apoyaron en un conjunto de datos obte-nido de un examen sísmico realizado en los inviernosde 1984 y 1985. Se enterraron en la nieve largas hi-leras de micrófonos de baja frecuencia para captar losecos de sonidos que generaban camiones a distanciasde hasta dos kilómetros y se reflejaban en capas ro-cosas de diversa profundidad. La cadena de micrófo-nos se fue desplazando y repitiendo el proceso, hastaobtener 2330 kilómetros de instantáneas transversalesque cubrían toda la Zona 1002 en cuadrículas de apro-ximadamente cinco por diez kilómetros.

La conversión de los datos tomados en imágenes

del subsuelo y la consiguiente deducción de cuálesson las formaciones existentes y cuánto petróleo en-cierran tiene tanto de arte como de ciencia. Comoexplica Mark Myers, del Departamento de RecursosNaturales de Alaska, “la estimación de las rocas ori-ginarias, las formaciones que atrapan bolsas de crudoy sus desplazamientos tiene que apoyarse en analo-gías y experiencias anteriores”. Lesley Wallace, dela Universidad de Alaska en Fairbanks, señala másincógnitas: el tamaño, el espesor y la porosidad de laformación, asignando a cada una de ellas una barrade error, cuya magnitud puede ser grande aunque entodo caso subjetiva.

No es de extrañar, pues, que los ocho estudios men-cionados condujeran a estimaciones divergentes, queera inútil comparar dadas las diferencias en los mé-todos empleados. Por todos los conceptos, la mejorevaluación hasta hoy ha sido la última, dirigida porKenneth Bird, del Servicio de Inspección Geológicade EE.UU. (USGS). Entre 1996 y 1998, Bird y suequipo procesaron los datos sísmicos antiguos en nue-vos modelos informáticos. Reunieron así registros ymuestras de rocas de 41 pozos perforados año trasaño cerca de los límites del Refugio. Examinaron denuevo las rocas manchadas de petróleo que aflorabana través del permafrost y viajaron a las montañas ve-cinas en las que quedaban al descubierto estratos deposibles embalsamientos de crudo. También exami-naron la reflectancia de la vitrinita y las trazas de-

jadas por núcleos radiactivos sobre la apati ta halladaen la Zona 1002, buscando pistas sobre la historiatérmica de estos minerales, que es importante porquela transformación de los hidrocarburos en petróleo ne-cesita precisamente este proceso de cocción.

Resultan de ahí varias estimaciones, puesto que elvalor relevante no es la cantidad de petróleo exis-tente sino la que puede extraerse de manera renta-ble, lo que a su vez depende del precio del crudo.El equipo de Bird llegó a la conclusión de que unaprospección completa daría casi con seguridad unos7 bbo (“billions of barrels of oil”, millardos de barri-les de crudo) económicamente aprovechables si los


1. EL REFUGIO DEL ARTICO ofrece un valioso terrenode crianza para el caribú. Los ecólogos sostienen que tam-bién tiene un valor intrínseco como “zona de control” conla que poder comparar los efectos del desarrollo humanoen el entorno.



1 4

2 5

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La extracción de crudo del Refugio del Artico probable-mente requeriría al menos cuatro campos petrolíferos.

Habría que remolcar plantas de tratamiento, fraccionadas enmódulos de 1500 toneladas (1), sobre calzadas de hielo

(2) construidas con agua extraída de los lagos próximos yesparcida sobre la helada tundra. En cada plataforma degrava de 2,10 metros de espesor, en verano sólo accesiblepor aire, se situarían hasta 60 cabeceras de perforación muy

juntas. Util izando torres de sondeo de 50 metros de alturao equipos más pequeños de perforación entubada (3), lospozos atravesarían el permafrost para luego desviarse y lle-gar en horizontal a bolsas de petróleo que pueden distarhasta diez kilómetros. Inyectando agua de mar o gas natu-ral en las rocas al menos por la mitad de los pozos se des-plazaría el crudo hacia los pozos productores de las inme-diaciones. Una planta de tratamiento centralizada eliminaríael agua y el gas del crudo procedente de campos satélites,a veces alejados 50 kilómetros; después, bombearía el crudopor un oleoducto hacia Prudhoe. Este oleoducto cruzaría los

ríos por debajo y se alzaría un metro y medio sobre la tun-dra para dejar paso a caribús y bueyes almizcleros. Unos“bucles” a separaciones regulares (4) detendrían automá-ticamente el paso de crudo si se produjera una fuga im-portante. Durante todo el año atenderían la instalación unas300 personas.En invierno, grandes caravanas de unos 100 trabajadores,ocho a diez camiones vibradores (5) y tres docenas deotros vehículos cruzarían en todas direcciones la helada tun-dra, realizando pruebas sísmicas. Otros equipos de dotaciónsemejante formarían las plataformas de hielo, trasladarían aellas torres de perforación móviles de 800 toneladas y per-forarían después a toda prisa pozos al azar (6) antes deldeshielo primaveral.

Modelode campo petrolífero

EL SUBSUELO NO ESTA A ESCALA




precios de la Cadena Norte se mantienen por encimade 24 dólares el barril.

Con una producción de 7 bbo, la Zona 1002 da-ría alrededor de la mitad de crudo aprovechable quePrudhoe Bay en 1977. Pero, como sucedió en aquelcaso, el crudo sólo pudo obtenerse al cabo de va-rios decenios, siguiendo una clásica curva de cam-pana. Probablemente transcurran diez años entre ladecisión de abrir el Refugio al desarrollo y la pri-mera aportación de crudo al oleoducto de Alaska. Sise toma la NPR-A como referencia, se tardará dosaños en estudiar y discutir el impacto ambiental. Lascompañías tendrán luego de uno a dos años paraefectuar pruebas sísmicas más rigurosas y prepararsus ofertas de arriendo. Cada descubrimiento sueleimplicar varios años de prospección. Todo lugar deperforación, instalación de tratamiento y prolonga-ción de oleoducto de carácter permanente habrá desuperar análisis y objeciones legales, y cada uno deellos necesitará dos o tres años para equiparse.

La Administración de Información de la Energíade EE.UU. (EIA) sugiere que, si la estimación del

USGS en 7 bbo es correcta, la Zona 1002 produciráalgo menos de 200.000 barriles al día durante loscinco primeros años. La EIA predice asimismo queel consumo de crudo en los Estados Unidos, cifradoen 19,5 millones de barriles/día en el año 2000, cre-cerá en 2010 hasta 23 millones, en un 66 por cientoimportados. La producción máxima de la llanura cos-tera del Refugio del Artico en su total desarrollo al-canzaría, probablemente no antes de 2030, una cotacercana a un millón de barriles/día. La Zona 1002proporcionaría entonces un modesto 4 por ciento dela demanda nacional de petróleo.

Primeros impactos

Los petrólogos saben que es preciso reducir la graninseguridad del análisis del USGS. Según Myers,

debería realizarse un nuevo reconocimiento sísmicoen tres dimensiones. En el examen de 1985 los da-tos sísmicos estaban espaciados hasta en diez kiló-metros, con lo que cualquier prospección perforadaeste año sería invisible en aquel sistema. Para Mi-chael Faust, director de técnicas geológicas de Phil-lips en Anchorage, la cuadrícula debe ser esta vezmucho más fina, con líneas separadas unos 350 me-tros. Introduciendo nuevos datos, de alta resolución,en supercomputadores se podrían elaborar modelos

tridimensionales del subsuelo.De todos modos, la caravana del equipo de pros-pección se parecería mucho a la antigua. Típicamentepodría comprender ocho vehículos vibradores y sietevehículos registradores, acompañados por transportesde personas, camiones mecánicos, camiones tienda,camiones cisterna, una incineradora, más una dota-ción de 80 a 120 personas y un tren de acampadade 20 a 25 contenedores sobre esquís, arrastrado porvarios tractores oruga con ruedas estriadas. La ca-ravana partiría en enero y volvería en abril, regre-sando el próximo invierno si fuera necesario paracubrir en su totalidad la Zona 1002, a 350 metros

cada vez. Cada compañía o asociación petrolera in-teresada realizaría su prospección completa, con supropia caravana.

Esta perspectiva preocupa a Martha Raynolds, bió-loga de la Universidad de Alaska. En compañía deJanet Jorgenson, botánica del Servicio de Fauna Sil-vestre e Ictiológica de Fairbanks, ha visitado por seisveces 200 parcelas de tundra elegidas aleatoriamentepara analizar el impacto del último paso de vehícu-los sísmicos sobre ellas, hace 17 años. El diez porciento todavía presentaba deterioros o reducción desu cobertura vegetal al cabo de 10 años, y el sietepor ciento —cerca de 160 kilómetros de pista— nose habían recuperado en 1998.

El problema, según ellas, está en el terreno. Losneumáticos anchos, de baja presión, dejan poca hue-lla en las praderas llanas, heladas y cubiertas de nieveque circundan Prudhoe Bay y Alpine. Los neumáti-cos estriados de los tractores se agarran allí bastantebien. Pero en dirección este, hacia la ANWR, lasmontañas avanzan al norte y la costa se retira, conlo que la Cadena Norte penetra 40 o 50 kilómetros

en la Zona 1002, y lo típico es que descienda sua-vemente desde las ondulantes colinas hacia la llanurasurcada por arroyos y hasta los hielos del mar deBeaufort. A menudo esto no es así, la tundra se apilaen mogotes, y el viento barre la nieve que los cu-bre dejando al descubierto sauces enanos y vegeta-ción muerta persistente. Las ruedas y los esquís aplas-tan los arbustos y compactan las hierbas. Los neumáticospierden tracción en las pendientes y son reemplaza-dos por ruedas de acero, que inevitablemente se hin-can en el suelo.

Al principio de mayo, el permafrost que subyacebajo las zonas aplastadas se deshiela prematuramente,privado de su aislamiento habitual. Se forman lagu-nas, ciertas especies vegetales endémicas mueren yotras colonizadoras toman su lugar. Las tres cuartaspartes de los destrozos de la vegetación son visiblesdesde el aire a los diez años de la prospección, ymuchos de ellos resultan permanentes. Con todo, lainvestigación no sugiere que tales cambios ejercenefectos negativos sobre la vida salvaje.

Gasto de agua

Los reconocimientos sísmicos dan indicios; no des-cubren nada. Para un petrólogo la única verdad

es la que brota de hoyos excavados en la tierra. En

cuanto los supercomputadores hayan regurgitado sustandas de imágenes, las brigadas de prospección sedesplegarán por la helada Zona 1002 para perforarpozos por todas partes. Una torre de perforación mó-vil como la de Alpine pesa un millón de kilogra-mos, y tiene que trasladarse y estacionarse sobre lo-sas de hielo de 15 centímetros de espesor, formadaspor pilas de láminas de hielo aglutinadas con agua.

Y el gasto de agua es enorme, unos 2,4 millonesde litros por kilómetro de trayecto. En torno de Prud-hoe hay decenas de miles de lagos que aseguran elsuministro de agua líquida, aunque la temperatura delaire baje hasta –30 oC. Doce años atrás, sin embargo,




una exploración exhaustiva de la Zona 1002 en abril—cuando el hielo alcanza su máximo espesor de2,20 metros— sólo descubrió 34 millones de litrosde agua líquida embolsada en cavidades del hielo alo largo de 380 kilómetros de los principales ríos delinterior. Dentro de la Zona 1002, Steve Lyons, jefede hidrología del Refugio, localizó 255 lagos, lagu-nas y pozas; sólo 59 con más de 2,20 metros de pro-fundidad y ocho de ellos con agua deshelada sufi-ciente para construir al menos 1,6 kilómetros decalzada helada. Los lagos mayores se sitúan en losdeltas de los ríos Canning y Jago, y en su fondosuele haber agua salobre, potencialmente tóxica parala vegetación.

Según Lyons, si los escasos lagos líquidos se dejan congelar totalmente en invierno, al verano si-guiente las aves migratorias que se alimentan de in-vertebrados en esas aguas tendrán muy poco quecomer. Advierte también que una extracción excesivadel río Canning, que brota de manantial y corre li-bremente todo el año, dañaría la ictiofauna que pasaallí el invierno.

“El agua en la ANWR podría crear un problema”,afirma Thomas Manson, responsable ambiental en Al-pine, que trata y recicla su agua dulce, a pesar delo cual consume 265.000 litros diarios. La dificultadno estriba sólo en la cantidad, sino también en ladistribución: como norma no se trae agua desde másde 16 kilómetros del lugar en que se necesita, sopena de que se congele en los camiones que la trans-portan. Lyons admite que habría soluciones técnicas,como sería enlazar una planta desalinizadora a unoleoducto aéreo calentado. Pero tales medidas alte-rarían la economía del proyecto y por tanto la cali-dad del crudo extraíble.

La vida

Si se quiere extraer petróleo, habrá que construirinstalaciones adecuadas. “Si se ubican en la

ANWR cuatro o cinco explotaciones del tamaño deAlpine con sus instalaciones de tratamiento auxilia-res, estaremos hablando de mil o más hectáreas dedesarrollo”, señala Myers. “Es evidente que parte del

hábitat se dañará o será destruido. La cuestión es sa-ber cómo va a incidir esto en el comportamiento delos animales.”

En teoría, el desarrollo petrolero puede afectar demuchas maneras a los animales. Es cierto que losresiduos de la perforación y las basuras ya no se en-tierran en pozos superficiales, sino que se incinerano se inyectan en pozos muy profundos, lo que re-duce grandemente los perjuicios a zorros y osos. Perohay otras emisiones contaminantes. Alpine contem-pla el paso de seis a ocho aviones al día. Flotanconstantemente sobre la tundra los olores que despi-den hasta 700 trabajadores y el ruido de numerososcamiones y de dos turbinas poderosas. Una llamade gas de 30 metros arde sobre una chimenea de300 metros de altura. Y tres canalizaciones —dospara introducir agua de mar y gasóleo y otra paraextraer el crudo— se extienden hacia el horizonte auna altura que casi roza las astas de un caribú.

¿Cómo reaccionarán los pobladores animales de laZona 1002? La biología sólo puede hallar piezas suel-tas de este inmenso rompecabezas. Parece que los

campos de Prudhoe y Kuparuk han hecho retrocederla fauna silvestre en sus cercanías. Los cisnes de latundra, por ejemplo, ya hacen sus nidos a más de200 metros de las calzadas de paso, y los caribúscon sus crías se han alejado a 4 kilómetros comomínimo.

Brad Griffith, del Instituto de Biología del Articode la Universidad de Alaska, descubrió recientementedos características importantes en la distribución desde1985 de los 130.000 caribús, que llegan a la zonapor junio para parir y destetar a sus crías antes deemigrar hacia climas más cálidos a mediados de ju-lio. La primera particularidad es que existe una es-trecha correlación entre la supervivencia de las críasy la cantidad de alimento rico en proteínas que con-tenga el terreno de crianza. La segunda es que lashembras de caribú con crías en lactancia se concen-tran invariablemente allí donde más deprisa crece lahierba (según se comprueba desde satélites). ScottWolfe demostró el año pasado que la segunda ca-racterística también es aplicable a la mitad de la ma-nada del Artico Central, que cría al este del Río Sa-gavanirktok.

Cruzando ese río se encuentran las grandes explo-taciones petrolíferas, y Wolfe constató que de 1987a 1995 la mitad occidental de la manada se habíadesplazado hacia el sur buscando nuevos terrenos de

parida, alejándose del desarrollo expansivo y de pas-tos más abundantes. Otro biólogo del Instituto, RayCameron, teme que esa migración pueda afectar alnúmero de caribús en suficiente medida para ser per-ceptible por encima de las fluctuaciones normalesproducidas por los ciclos del clima, los insectos ymuchos otros factores. Todavía no ha ocurrido esto:la manada del Artico Central —27.000 cabezas— escinco veces mayor que en 1978.

Pero en 1995 un estudio de Cameron y otros de-mostró que una bajada de 9 kilogramos en el pesode la madre podría reducir su fecundidad en un 30 porciento, y en un 20 por ciento la supervivencia de la


! El desarrollo pleno de la Zona 1002 produciría casi concerteza cerca de siete millardos de barriles aprovecha-bles, según estudio del USGS en 1998, pero solamente silos precios del crudo de la Cadena Norte se mantienenpor encima de los 24 dólares por barril.

! La producción de crudo alcanzaría hacia 2030 un má-ximo de un millón de barriles diarios —apenas el 4 porciento del consumo diario de los EE.UU.— según elUSGS.

! El USGS estima que la Zona 1002 probablemente con-tiene alrededor de 113 millardos de metros cúbicos degas natural. La producción de gas exigiría construir unnuevo oleoducto para conectar la Cadena Norte a los48 estados de la Unión situados al sur.

Hechos: Predicción del flujo



cría. El seguimiento de hembras provistas de radio-transmisores demostró que parían el 23 por cientomenos crías las que pastaban entre los campos pe-trolíferos que sus congéneres al este del río. Perofalta un eslabón esencial en esta cadena lógica: laprueba de que el caribú, sacado de sus pastos pre-feridos, no halle suficiente comida.

El caribú de la ANWR podría sufrir más que losdel Artico Central, porque allá pastan casi cinco ve-ces más animales en una superficie que es la quintaparte de la llanura que circunda Prudhoe y Kupa-ruk. Al tener menos opciones, una fracción mayorde las hembras podría perder peso y parir menornúmero de crías. Los campos de petróleo provoca-rían su huida a las colinas, donde los jóvenes estánmás expuestos a ser presa de águilas, lobos u osos.Recientemente Griffith y sus colegas combinaron enun modelo informático imágenes tomadas por saté-

lite con datos de la Zona 1002 sobre cría de cari-bús y seguimiento de osos grises. El resultado pre-dice que el desplazamiento de los terrenos de críahacia las estribaciones de la montaña reducirá en un14 por ciento la tasa de supervivencia de las crías.

Patricia Reynolds, bióloga del Servicio de FaunaSilvestre e Ictiológica que vigila los 250 bueyes al-mizcleros que habitan la Zona 1002, indica que es-tos animales sobreviven a los terribles inviernos dela llanura porque se mueven poco y conservan lagrasa almacenada. Si durante los trabajos se extraegrava de las orillas de los ríos donde residen, estasreses saldrán huyendo, trastornando un balance ener-


INFORME ESPECIAL: ¿SE ES TÁ AGOTANDO EL PETRÓLEO?,en Inves tigación y Ciencia, mayo de 1998, págs. 65-83.

THE OIL AND GAS RESOURCE POTENTIAL OF THE ARCTICNATIONAL WILDLIFE REFUGE 1002 AREA, ALASKA. OpenFile Report 98-34 del USGS, 1999.

THE NATURAL HISTORY OF AN ARCTIC OIL FIELD. Pre-parado por Joe C. Truett y Stephen R. Johnson. Aca-demic Press, 2000.


2. LA CONSTRUCCION DE CAMPOS PETROLIFEROSsemejantes al nuevo de Alpine podría iniciarse de aquí aseis años en el Refugio del Artico, si el Congreso apruebaun decreto dentro de ese plazo. En cada campo se perfo-rarían al menos 60 pozos que traerían petróleo de distan-cias de hasta diez kilómetros.

gético de por sí precario y poniendo en peligro sudescendencia.

Por otra parte, si las plataformas de perforaciónestán atendidas por cortas pistas de aterrizaje en lu-gar de largas redes de carreteras, tal vez el caribúse asuste menos y sus desplazamientos sean meno-res. Ya no es necesario situar los pozos directamentesobre la bolsa de crudo, por lo que las plataformaspodrían ubicarse respetando los macizos de junciamás nutritivos. Muchos de los bueyes almizcleros lle-van collares transmisores, y es posible tomar pre-cauciones para no tropezarse con ellos.



Desde que apareció en Europa el primercaso de enfermedad de las vacas locasreina una gran inquietud entre la po-blación. La encefalopatía espongiformebovina (EEB) ocupa portadas de perió-

dicos y revistas. La patología debe su nombre a ladegeneración que en forma de esponja aparece en elsistema nervioso central en las vacas que sufren elestadio final de la enfermedad.

Por lo que sabemos, la EEB puede trasmitirse tam-bién a las personas y, después de un período de in-cubación de uno a varios años, provocar una nuevavariedad de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, quetermina en una demencia progresiva y en la muerte.(La genuina enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, cono-cida desde hace tiempo, sigue el mismo curso, perono es contagiosa. Surge espontánea, sin intervenciónde factores externos, con una probabilidad sumamenteescasa.)

¿Qué riesgo hay de infectarse? ¿Qué se puede co-

mer sin peligro? ¿Hasta qué punto son seguros lostests utilizados para detectar la enfermedad? ¿Cuántodura el período de incubación en las vacas y en laspersonas? Se trata de preguntas inquietantes a las queno podemos ofrecer respuestas definitivas y exactas,por una razón poderosa: nos faltan datos sobre lamultiplicación del agente causal de la enfermedad delas vacas locas. Desconocemos cómo se originan lossíntomas característicos. Para entender el mecanismode infección de la EEB y sus efectos resulta indis-pensable poner en claro la cinética de los procesosmoleculares subyacentes. Sólo así podremos encon-trar medidas eficaces para paliar la epidemia.

En un artículo que publiqué en 1996 analizaba lasdistintas hipótesis sobre la multiplicación del agentecausal de la EEB y de otros “priones” para deter-minar su relación con el curso clínico y los conoci-mientos adquiridos sobre la difusión de la epidemia.Los nuevos hallazgos confirman las conclusiones aque llegaba en dicho trabajo. Entretanto, basándoseen aquellas conclusiones, se ha desarrollado un mo-delo molecular que ha servido de fundamento paraun nuevo test de detección de agentes infecciosos;la prueba permite demostrar la presencia de prionesde la EEB en unas concentraciones de diez a cienveces inferiores a las que se necesitan con los mé-todos estándar actuales. Se podrá así diagnosticar laenfermedad de las vacas locas en una fase precoz.En cualquier caso, seguirá necesitándose un test mu-cho más sensible para poder asegurar que una de-terminada pieza de carne de ternera se puede con-sumir sin peligro, es decir, para garantizar que contienemenos priones peligrosos de los requeridos para trans-

mitir la enfermedad.

¿Qué es un prion?

AStanley Prusiner, de la Universidad de Califor-nia en San Francisco, le corresponde el mérito,

galardonado con el Nobel de química en 1997, dehaber demostrado que una proteína era el agente in-feccioso de la EEB y enfermedades afines. Comprobóla presencia en todos los organismos sanos de unaproteína con una secuencia de aminoácidos siempreidéntica cuya función era hasta entonces desconocida.La llamó prion. Hoy se habla de proteína priónica


Priones y encefalopatíaespongiforme bovinaLos tests actuales revelan si un animal sacrificado padecía

la enfermedad de las vacas locas en un grado avanzado,

pero distan mucho de poder asegurar que una pieza de carne

adquirida en el comercio está exenta de peligro. En los nuevos

tests basados en los mecanismos y en la velocidad de reproducción

de los agentes causales de la encefalopatía espongiforme bovina

y de otros priones infecciosos podría hallarse la solución

Manfred Eigen




(PrP) y se especifica su forma celular normal con elsufijo “c” (inicial de ‘célula’); en cambio, el sufijo“sc” designa la variante patológica infecciosa. Deriva

el sufijo “sc” de la enfermedad epidémica mortal co-nocida desde hace tiempo en las ovejas con el nom-bre de scrapie; en ésta, y a principios de los añosochenta, Prusiner centró sus investigaciones, cuandotodavía se desconocía la EEB. La PrPc difiere de laPrPsc sólo en su estructura espacial, esto es, en elplegamiento de la cadena de aminoácidos.

Una molécula de PrPsc sola no es infecciosa. La“unidad infecciosa”, es decir, la cantidad mínima demoléculas que puede desencadenar la infección, com-prende al menos 100.000 moléculas de PrPsc. Ha que-dado ello demostrado en experimentos en los que seinyectaron diferentes cantidades de PrPsc en anima-

les, observando luego cuántos de cada grupo del en-sayo enfermaban al cabo de determinado tiempo.

Una de las demostraciones más convincentes a fa-

vor de la hipótesis de Prusiner sobre la instauraciónde las enfermedades por priones la aportaron Char-les Weissmann y su equipo, de la Universidad de Zu-rich. Revelaron que en ratones a los que se les ha-bía eliminado el gen PrP, impidiendo en consecuenciala síntesis de la proteína PrPc, no producía ningúnefecto la infección con PrPsc.

La demostración cuantitativa de que, de acuerdocon la hipótesis de Prusiner, los priones no contie-nen material hereditario en forma de ácidos nuclei-cos fue lograda por Detlev Riesner, de la Universi-dad de Düsseldorf. A través de mediciones fisicoquímicasextraordinariamente sensibles excluyó la presencia de




ARN o de ADN en los agentes causales de enfer-medades como la EEB. Basándose en los límites dedetección que presenta el método de Riesner puedeexcluirse que las unidades infecciosas de PrPsc ten-gan más de una molécula de ácido nucleico de unalongitud máxima de 100 nucleótidos; esto es en todocaso insuficiente para codificar la proteína priónica.

Lo anterior nos lleva a una afirmación importante:la EEB y otras enfermedades por priones son “in-fecciosas” en el sentido de que su agente causal sereproduce exponencialmente. Hasta ahora todas lasenfermedades infecciosas se atribuían a agentes “re-producibles”, en cuya base se halla la duplicacióndel sustrato hereditario, representado por ARN o ADN.No es el caso en los priones. Sin embargo, tal des-cubrimiento no echa por tierra los conocimientos dela virología y la bacteriología. Lo único que de-muestra es que hay sistemas constituidos exclusiva-mente por proteínas que “simulan” el comportamientode replicación típico de los ácidos nucleicos.

A Kurt Wüthrich, del Instituto Politécnico Federalde Zurich, le debemos otro avance en la investiga-

ción. Mediante el recurso a la resonancia magnéticanuclear (RMN) él y su grupo determinaron la es-tructura de los priones normales. Estos contendríanun dominio “globular”, donde las cadenas de ami-noácidos presentan tres estructuras en tirabuzón (he-licoidales) unidas. El dominio, como el resto de lamolécula, puede ser “digerido” por una proteasa, loque no es posible para el segmento análogo de laPrPsc. La razón de tal diferencia reside, con proba-bilidad, en que la variedad patológica presenta me-nos hélices y más “hojas beta”; en éstas la cadenade aminoácidos conforma un entrelazado parecido auna lámina ondulada. Aquí las enzimas sólo puedendisociar la extremidad abierta de la cadena.

En semejante comportamiento dispar de los PrPc yde los PrPsc se fundan los tests hoy utilizados parala detección de la EEB. Kurt Wüthrich ha exami-nado las diferencias estructurales del dominio glo-bular en priones de diversas especies y encontradoahí la clave para explicar la posible transmisión dela enfermedad. Se ha observado, por ejemplo, quelas proteínas priónicas de la vaca y del hombre pre-

sentan estructuras muy similares, indicio de una dis-creta probabilidad de que la epidemia pase de unaespecie a la otra.

Stanley Prusiner propuso también un mecanismopara la transformación de la PrPc en PrPsc. A tenordel mismo, una molécula de PrPsc se enlazaría conotra de PrPc y le haría adoptar la forma patológica.Dicho mecanismo correspondería a la autocatálisis di-recta de una transformación estructural. El agente pa-tógeno actuaría favoreciendo la conversión de la formainocua en la maligna, procurándose de ese modo supropia reproducción.

Peter Lansbury, del Brigham and Women’s Hos-pital de Boston, propone, por el contrario, un me-canismo de amplificación de las cadenas en torno aun “germen” de crecimiento. Según Lansbury, la mul-tiplicación de la PrPsc patológica se asemejaría a unproceso de polimerización, similar a la producciónde sustancias sintéticas lineales como el polietileno:

Resistencia a la proteína K

Sin enzima Sin enzimacon enzima con enzima

PrPc intacto o PrPsc

Restos de la destrucción de PrPsc

PrPc PrPsc

~142 aminoácidos

209 aminoácidos33

27

18 P e s o m o l e c u l a r

e n k i l o d a l t o n

2. LOS TESTS diagnósticos dela EEB utilizados hasta ahorase basan en la proteasa K, en-zima que digiere el prion nor-

mal PrPc, pero no la forma pa-tógena PrPsc (de la posición 90a la 230). Aquí se presenta unanálisis —la hibridación Wes-tern— del PrPc ( a la izquierda)y del PrPsc ( a la derecha), an-tes y después de la exposicióna la acción de la proteasa K.Como puede advertirse, la en-zima no deja ni rastro de laproteína normal; por el contra-rio, en la forma patógena sigueestando presente gran parte dela proteína que contiene los ami-noácidos 90 a 230.

230

23

121

1. ESTRUCTURA DE LA PROTEINA PRIONICA NORMAL.La proteína priónica normal de la vaca (PrPc) está “ple-gada” de forma complicada entre los aminoácidos núme-ros 121 y 230 mientras que el resto de la molécula (ami-noácidos números 23 a 121) forman una cadena librementefluctuante. La zona plegada contiene tres hélices α enros-cadas en forma de sacacorchos (en verde) y una pequeñahoja plegable β (en azul ). Al transformarse en la formapatógena PrPsc esta parte de la molécula adopta una es-

tructura espacial diferente.



una cadena de unidades de PrPsc en fila crece conla incorporación, una tras otra, de moléculas de PrPc

que van transformándose en la variante patológica.Presuponer la constitución de un germen para el cre-cimiento de la cadena significa que deba alcanzaruna longitud crítica antes de que la incorporación denuevas unidades se desarrolle a mayor velocidad quela pérdida de las viejas por separación. Con este mo-delo Lansbury pretende encontrar explicación a doshechos: que las PrPsc adopten en el cerebro de lasvíctimas la forma de bastoncitos y que la “unidadinfecciosa” comprenda un elevado número de molé-culas PrP.

¿Cómo actúa un prion?

En mi trabajo de 1996 me proponía evaluar losdos mecanismos desde el punto de vista de la

cinética química. Se comprobó que, si se asumenpara las constantes de velocidad y equilibrio valoresanálogos a los conocidos para las interacciones en-tre proteínas, el mecanismo de Prusiner con sólo dosunidades priónicas no puede funcionar en la fase ca-talítica. Aplicado a la enfermedad de Creutzfeldt-Ja-kob humana, espontánea, esto significa unas condi-

ciones tan críticas que, dados unos determinadosparámetros, la concentración de PrPsc debería ir enaumento constante o en continuo descenso. Valdríaen este caso el principio del “todo o nada”: la en-fermedad debería extinguirse constantemente por sí misma antes de irrumpir, o bien aparecer espontáneacon una probabilidad mucho mayor que lo que real-mente sucede.

El problema se resuelve cuando se introduce unainteracción cooperativa entre más de dos unidades deproteínas. Así dirigen su actividad ciertas enzimas “alos-téricas”, que sólo adoptan una forma activa mediantela asociación con una molécula efectora. A través de

la cooperación, y contando con parámetros cinéticosapropiados, la transformación estructural autocatalí-tica consiente alcanzar un valor umbral de irrupciónde la enfermedad.

El mecanismo de Lansbury sobre formación del ger-men incluye también una suerte de interacción coo-perativa que, en su caso, actúa entre los componen-tes de la cadena PrPsc. Un solo componente no puede


PrPc

PrPsc

Posición terminal infecciosa

Númerode posiciones

terminalesinfecciosas

16

8

4

2

3. LA MULTIPLICACION delos priones infecciosos se de-sarrolla en dos fases. En la pri-mera, las cadenas de PrPsc fi- jan en sus extremos moléculasde PrPc propias del organismoy las transforman en variantespatógenas. En una segunda fase,las cadenas en crecimiento sefragmentan; su longitud per-

manece así constante en eltiempo. Mientras que el creci-miento de la cadena no haceaumentar el número de unida-des PrPsc infecciosas, la roturade las cadenas es responsablede su crecimiento exponencial.En este esquema el proceso serepresenta de forma mucho másregular de lo que ocurre en larealidad.

PUNTOS ESENCIALESEl problemaEl agente causal de la EEB tiene un período deincubación largo. Han de pasar varios años desdela infección hasta que aparezca la enfermedad delas vacas locas. Los tests actuales sólo permitendiagnosticar la enfermedad seis meses antes de laaparición de los primeros síntomas. Sin embargo,la vaca ya era probablemente contagiosa desde mu-cho antes. Por otra parte, los tests actuales sólopueden aplicarse en animales sacrificados.

Avances a corto plazoUn nuevo procedimiento diagnóstico, la “espectros-

copía de fluorescencia con correlaciones cruzadas”,resulta ser de diez a cien veces más sensible quelos tests actuales. En principio podría, además, uti-lizarse en reses vivas. De ese modo podría des-cubrirse la enfermedad con algunos meses de ade-lanto.

Solución a largo plazoEl estudio del mecanismo de multiplicación de lospriones evidencia la posibilidad de descubrir unaEEB desde el comienzo de la infección. La solu-ción estriba en multiplicar in vitro las partículas in-fecciosas, antes de su aparición natural.



retener y transformar una moléculaPrPc. Para que la transformación seproduzca de un modo eficaz debenactuar como mínimo tantos com-ponentes cuantos contiene el nú-cleo germinal. Sólo entonces la ve-locidad de crecimiento de la cadenasuperará la de su destrucción.

Persiste una dificultad. Una vezalcanzado el tamaño de germen, lacadena sigue creciendo de un modoautocatalítico, aunque sin la acele-ración exponencial que caracterizaa las reacciones autocatalíticas. Unaaceleración exponencial presuponeque, después de la transformación,ya sea el catalizador originario osea el producto de su reacción per-manezcan disponibles para ulterio-res ciclos autocatalíticos, de suerteque el número de las especies ca-talíticamente activas se doble en

cada tanda de reacciones. Sin em-bargo, no es eso lo que sucede enuna polimerización creciente: encada paso sólo permanece catalíti-camente activa la unidad proteicadel extremo de la cadena.

También hay solución para estadificultad. El mecanismo de poli-merización fomenta un crecimientoexponencial siempre que se dé unacondición: que las cadenas en elon-gación se fragmenten de continuo,liberando nuevos catalizadores. Mar-tin Nowak (un compañero de lostiempos en que se investigaban losprocesos de evolución molecularen Göttingen y Viena, contratadohoy por el Instituto de EstudiosAvanzados de Princeton) captó laidea de la rotura de la cadena yconstruyó un delicado modelo. Enlos últimos años, gracias a la tra-ducción del modelo en una ex-presión matemática, Joanna Masel,de la Universidad de Oxford, haaclarado muchos pormenores deldecurso de las enfermedades por

priones que se resistían a la ex-plicación.

Así se multiplica el agentecausal de la EEB

En su modelo, Nowak introdujoecuaciones que expresan el es-

tado de equilibrio para el creci-miento, la rotura y la disoluciónde cadenas proteicas de cualquierlongitud. En esencia el crecimientoes expresión de la elongación de


CINETICA DE LA MULTIPLICACION

Para dar expresión matemática a la multiplicación de priones infec-ciosos se han de considerar todas las reacciones que pueden te-

ner lugar en una cadena de moléculas de PrPsc anormalmente plega-das con una longitud i y calcular las correspondientes velocidades.Entre las posibles reacciones están la degradación (desintegración) porlas defensas inmunitarias o cualquier otra forma de inactivación (D ).

Además, la cadena puede romperse por cualquier sitio (B ). Unicamentelos fragmentos con una determinada longitud mínima (n ) siguen siendoinfecciosos. Por último, la cadena puede prolongarse (E ) mediante laincorporación de moléculas normales PrPc y su transformación en lavariante patógena. En condiciones normales las moléculas PrPc se ha-llan en constante proceso de metabolización γ y descomposición δ.

Para todas estas transformaciones rigen constantes de velocidad es-pecíficas. En el siguiente esquema de la reacción figuran los valoresde las velocidades de los procesos parciales: x representa la con-centración de PrPc normal, y el número total de cadenas y z el nú-mero total de moléculas PrPsc contenidas en ellas.

Estos valores pueden relacionarse mediante ecuaciones diferencia-les con los parámetros temporales y y z . En el marco del estado deequilibrio dinámico la concentración de moléculas PrPc naturales puede

tomarse prácticamente como constante (x 0 ). Las soluciones de las ecua-ciones diferenciales son:

y(t) = A2e+k2t + A1e–k1t

z(t) = B2e+k2t + B1e–k1t

Cada una de las ecuaciones incluye un término de crecimiento yuno de destrucción. Este último tiene una constante temporal negativa(–k1) y describe la instauración de un estado de equilibrio dinámicocon una distribución constante de las longitudes de las cadenas. Alcabo de un determinado tiempo domina el término de crecimiento. Es-tas ecuaciones ponen de manifiesto por qué los priones infecciosos semultiplican con extrema lentitud.

PrPc

PrPsc

Posición final

λ

δ

i

E

B j<n i - j

j i - j

D

i+l

–δx0

Metabolismo

λ / δ

Degradación

D

–Dy

–Dz

Roturasde la cadena

B

+ Bz

Elongación

E(x0)

–E(x0)y

+ E(x0)y

Disociación terminal

n≤3

+ n(n–1)By

– (2n–1)By

– (n–1)By

+λ

Velocidadde reacción(x= dx / dt)

x

y

z

.

.

.

.

=

=

=



las cadenas. La elongación y la ro-tura de la cadena cooperan paraque el número de fragmentos termi-nales de las cadenas catalíticamenteactivos aumente de forma exponen-cial. La desintegración, a la que

están sometidos todos los políme-ros, hace que los núcleos germi-nales infecciosos tengan una vidalimitada.

La velocidad de elongación re-sulta de tres factores que descri-ben procesos parcialmente en com-petición:

• la unión de una unidad proteicaPrPc a uno de los dos extremos (oambos) de la cadena de PrPsc; suvelocidad está limitada por la fre-cuencia de encuentros entre las dosmoléculas, función a su vez delmovimiento de difusión;

• la separación de la unidad PrPc

antes de que su estructura se trans-forme;

• la transformación estructural dela PrPc en PrPsc, cambio del cualdepende la integración estable enla cadena; establece la tasa de elon-gación.

Las velocidades de estos tres pro-cesos, siguiendo el modelo de la ci-nética enzimática, pueden describirsemediante una expresión matemática.En lugar de construir una ecuaciónde equilibrio para cada una de lascadenas PrPsc, Nowak utiliza dostérminos sumatorios que introdujeyo en 1996. Uno incluye las uni-dades PrP contenidas en las cade-nas de polímeros de diversa longi-tud. El otro es una medida delnúmero de dichas cadenas y, en con-secuencia, de todas las posiciones

terminales catalíticamente activas.Esta presentación conjunta tienela ventaja de compensar muchas ex-presiones propias de las ecuacio-nes individuales. Al final quedansólo dos ecuaciones diferencialeslineales, con resolución analítica,que describen la variación de losdos términos en el curso del tiem-po. Las soluciones son el resul-tado de la suma de dos funcionesexponenciales en las que el tiem-po figura como exponente una vezcon signo positivo y otra con signonegativo.

Una función representa un tér-mino de crecimiento; la otra, untérmino de disminución. Este úl-timo describe la situación de equi-librio dinámico en el que se man-tiene estacionaria una determinadadistribución de longitudes de lacadena con un valor medio esta-blecido. Al cabo de un tiempo, sucontribución se torna despreciabley sólo queda activa la porción ter-minal. Luego crece exponencial-mente tanto el número de cade-nas poliméricas como el de unidadesPrPsc contenidas en ellas, hastasuperar la cuota de priones nor-males.

Período de incubación

Joanna Masel ha desarrollado estemodelo, analizando todas sus

consecuencias y comparándolas conlos datos experimentales. Sus re-sultados revisten máximo interéspara un diagnóstico precoz de lasenfermedades por priones. Parececlaro que la incorporación de unamolécula de PrPc en una cadenade PrPsc y su transformación enuna proteína patológica requierecerca de un cuarto de segundo. Lacadena estable de PrPsc tiene unalongitud media de unas mil uni-dades. En consecuencia, para suformación necesita mil veces mástiempo. Los experimentos indican

MANFRED EIGEN es director emé-rito del departamento de cinética bio-química del Instituto Max Planck deQuímica Biofísica de Göttingen. En1967 recibió el premio Nobel de Quí-mica por su descubrimiento de mé-todos innovadores para la mediciónde la velocidad de reacciones quí-micas. Abordó luego las bases mole-culares de la evolución. Con Rudolf Rigler ha desarrollado un método es-pectrográfico para poner de manifiestomoléculas individuales.

El autor


Molécula PrPc

Moléculas PrPc sueltas

Foco de láser Foco de láser

Cadenas de PrPc

Anticuerpos con colorantefluorescente verde

Anticuerpos con colorantefluorescente rojo

Molécula PrPsc

Un nuevo procedimiento más sensible para la demostración de priones patológicos se basa en el barridode dianas intensamente fluorescentes, o método SIFT. Se funda en el empleo de dos anticuerpos; uno

lleva por “etiqueta” un colorante fluorescente verde y el otro, uno “rojo”. El marcado de los anticuerposcon colorantes fluorescentes verdes y rojos puede unirse específicamente en un punto de la molécula prió-nica. Si estos anticuerpos marcados con los colorantes fluorescentes se encuentran con una larga cadenade partículas PrPsc se unen a ella por muchos puntos (derecha ). Las partículas se detectan porque, al re-cibir la luz del correspondiente rayo láser, se iluminan intensamente según su color. Por el contrario, lasmoléculas PrPc normales, que no forman cadenas, sólo emiten débiles destellos (izquierda ).

MARCADO CON DOS COLORANTES FLUORESCENTES



un período comprendido entre cincoy veinte días. Para que pueda ins-taurarse un equilibrio transitorio,con una longitud de cadena esta-ble, en este intervalo de tiempo hade tener lugar por término mediouna rotura de la cadena. El tiempomedio para que se presente unarotura en un determinado punto secifra en torno a los treinta años.Puesto que cada cadena contienepor término medio unos mil posi-bles puntos de rotura, en el con-

junto del agregado se registra unarotura de la cadena aproximada-mente cada diez días. La cons-trucción de la cadena y su roturase encuentran, pues, en el fiel dela balanza. Pero el número de ca-

denas (y con ello el de sus extre-mos activos) crece de un modo ex-ponencial.

Otra magnitud importante es larelación entre la velocidad de cons-trucción y la velocidad de destruc-ción de las cadenas PrPsc. Segúnmediciones realizadas en animalesde laboratorio ambas velocidadesserían de un orden semejante. Estosignifica que el material infeccioso,para sobrevivir como tal, debe ha-llarse en continua replicación. No

se conocen las causas de la des-trucción; algo tendrán que ver lasdefensas inmunitarias, aunque pu-dieran haber otros procesos que des-montaran o inactivaran las cadenasPrPsc. Por eso la velocidad de des-trucción se expresa con un términonegativo no específico, proporcio-nal a la cantidad de material in-feccioso presente. El peso que puedatener esto para el cálculo de lostiempos de reacción es práctica-mente despreciable.

Conviene traer a primer planoun punto más. El sustrato de lareacción, el PrPc en transforma-ción, se mueve libremente en lasolución y puede así entrar en con-tacto con una cadena de PrPsc de

longitud creciente (lo cual justificala imagen de reacciones rápidas de“difusión controlada”). Por el con-trario, las cadenas PrPsc acostum-bran hallarse unidas a membranas.Esto explica por qué la “unidadinfecciosa” comprende alrededor de100.000 moléculas de priones a pe-sar de que las cadenas, por tér-mino medio, se rompen ya con unalongitud de unas mil. Los frag-mentos rotos permanecen vecinosy cooperan entre sí, como en un

enjambre. Sólo cuando se des-prenden de la membrana puedendispersarse a distancia.

De los trabajos de Masel se in-fiere que el material requiere se-manas para redoblarse. En amasaruna concentración perceptible porlos útiles analíticos se tarda casi

un año.Quedan muchas cuestiones abier-tas. No podemos dar cuenta toda-vía de las fases inicial y final dela infección, las vías de contagio,el tiempo empleado en dañar elcerebro y la médula espinal o lostrastornos operados en la fase fi-nal de la enfermedad. En todo casola respuesta a estas preguntas co-rresponde a los especialistas enanatomía patológica del sistemanervioso.

Test para la detecciónprecoz de la EEB

El conocimiento de los funda-mentos cinéticos de la infec-

ción resulta decisivo para saber concuánta precocidad puede diagnos-ticarse la enfermedad. A su vez undiagnóstico lo más temprano posi-ble representa una importante pre-misa para una eficaz lucha contrala epidemia.

Ante la lentitud extrema de la

multiplicación de los priones pa-tógenos, una prueba de particularsensibilidad permitiría reconocer laenfermedad con meses, si no años,de anticipación. En 1994 pergeñécon mis colaboradores un métodoideal, en teoría, para la identifica-ción de cantidades mínimas de prio-nes. Se basaba en una idea avan-zada por Rudolf Rigler durante suestancia en el Instituto Max Planckde Química Biofísica de Göttingenentre 1968 y 1971 y que luego de-


Amp liació n

Moléculaaisladafotoemisora

Muestrade prueba

Capilarcerrado

Objetivo

Espejode Dichroit

Rayos láser paralelos488 nm + 633 nm

Lente

Espejo

Diafragma

Espejode DichroitLente

Espejo

Filtro

Filtro

Detector rojo

Detector verde

Análisis de correlación cruzada,análisis de intensidad

4. PRINCIPIO del nuevo método dedetección. Con el método SIFT se en-focan en un mismo punto de la mues-tra los rayos de un láser de argón yde otro de helio-neón. Siempre queuna partícula situada en ese puntomarcada con colorante fluorescenteverde o rojo cae en el foco de los ra-yos láser emite una luz del corres-pondiente color. Las partículas se re-

cogen y separan de acuerdo con elcolor emitido. La aparición simultá-nea de fluorescencia roja y verde re-vela la existencia de un prion.



cente que se fija a una sustanciacon gran afinidad por la moléculaque se quiere revelar, dotándola deuna suerte de etiqueta luminosa.El PrPsc es un agregado proteicobastante grande, capaz de admitirvarias etiquetas. Cumplen bien esafunción los anticuerpos monoclo-nales, que se dirigen específica-mente contra epitopos (puntos uniónformados por pocos aminoácidos)de la molécula de PrPsc.

Podemos entonces apelar a unanueva estratagema para aumentartodavía más la sensibilidad de ladetección. En lugar de un únicoanticuerpo monoclonal se utilizandos, dirigidos contra diferentes epi-topos de la molécula de PrP mar-cados con dos colorantes de fluo-rescencia distintos, por ejemplo uno

rojo y otro verde. Además, la auto-correlación se sustituye por unacorrelación cruzada. En cuanto elcomplejo de priones buscado caeen el foco del láser, emergen si-multáneamente una potente señalroja y una intensa señal verde. Sucoincidencia es señal inequívocade la presencia del prion infec-cioso. Cualquier otra molécula pro-teica tal vez pudiera casualmenteunirse a uno de los dos anticuer-pos, de manera que aparecería unaseñal roja o una verde, pero es su-mamente improbable que aparez-can simultáneamente ambos mar-cadores sin la presencia del prioninfeccioso. Por otra parte, una mo-lécula PrPc normal puede unirse aun marcador rojo y a uno verde,pero no forma agregados sustanti-

vos y, en consecuencia, emite sólouna señal débil.

En su tesis doctoral Jan Biesschke,de mi equipo, en colaboración conArmin Giese, del grupo de HansKretzschmar en el hospital clínicode la Universidad de Göttingen, ba-sándose en esta correlación cruzada,elaboró un método efectivo de diag-nóstico molecular al que designa-mos SIFT (abreviaturas de la ex-presión inglesa para barrido de dianasintensamente fluorescentes). Con élse investigó el líquido cefalorraquídeode pacientes que sufrían la enfer-medad de Creutzfeldt-Jakob.

La sensibilidad del procedimientosupera de diez a cien veces la deun método clásico de detección dela EEB, como es el de hibridaciónWestern. Funciona incluso a unadilución en torno a 1/250.000, va-

lor que equivale a una concentra-ción de agregados del orden delpico- al femtomolar, es decir, entreun billón y mil millones de partí-culas por litro. Se realizaron conéxito mediciones de este tipo enpacientes con la enfermedad deCreutzfeldt-Jakob y en otros conla de Alzheimer. Estos últimos su-fren una grave forma de demenciasenil que se caracteriza por la pre-sencia de agregados proteicos enel cerebro, si bien en este caso nose trata de priones sino de depó-sitos de sustancia beta-amiloideano infecciosos.

Además de su alta sensibilidad,el método SIFT permite acometermediciones en fluidos corporalesaccesibles, como el líquido cefa-lorraquídeo. En teoría, pues, ca-bría practicar tests para la EEB envacas vivas, aun cuando la ex-tracción de líquido cefalorraquídeoresulte un tanto complicado quepuede hacer obligada la anestesia.

Buenas perspectivasde seguridad

Por lo que respecta a la identi-ficación del agente causal de

la EEB en la vaca el rigor debeser extremo. No basta con de-mostrar que la concentración depriones patógenos es inferior al lí-mite de sensibilidad de un proce-dimiento. Se exige que la carneesté exenta de material infeccioso.Los métodos de detección utiliza-


C o n

t r o l

278 138 72 29 12 7 2 11

10

100

C o n

t r o l

Concentración de cadenas de priones

I n t e n s i d a d

d e l a s e ñ a l

Concentración de cadenas de priones

Método antiguo

Nuevo método SIFT

1 : 2 0 0

1 : 1 0 0 0

1 : 2 0 0 0

1 : 5 0 0 0

1 : 1 0 .

0 0 0

1 : 2 0 .

0 0 0

1 : 1 0 0 .

0 0 0

1 : 2 0 0 .

0 0 0

1 : 5 0 0

1 : 1 0 0 0

1 : 2 0 0 0

1 : 5 0 0 0

1 : 1 0 .

0 0 0

1 : 2 0 .

0 0 0

5. COMPARACION DE SENSIBILIDADES. Serie de diluciones de materialextraído del líquido cefalorraquídeo que contiene agregados de priones, anali-zada con el método antiguo y con el nuevo método SIFT. Como puede verse,con el método SIFT se demuestra la presencia de priones con diluciones mu-cho menores.



dos registran concentraciones depicomolares a nanomolares, cifrasque, para un análisis químico, su-ponen una sensibilidad finísima.A tales valores corresponden, porkilo de carne, de 1012 a 1015 unida-des moleculares, cantidades muysuperiores a las 100.000 PrPsc quecontiene un núcleo germinal infec-cioso. Ante este panorama, no sirve

de consuelo que los nuevos pro-cedimientos sean de uno a dos ór-denes de magnitud más sensiblesque los métodos en uso. Podemos,sí, “ver” moléculas individuales,pero lo que necesitamos es “encon-trarlas” entre la inmensa cantidadde partículas del organismo.

La solución sería aumentar arti-ficialmente los gérmenes existen-tes hasta que su concentración nosupere el umbral de detección. Enel caso de virus y bacterias cuya“potencia patógena” radica en losgenes, es decir, en las moléculasde la herencia ARN (ácido ribo-nucleico) o ADN (ácido desoxirri-bonucleico), esto no supone hoyningún problema. Con ayuda de lareacción en cadena de la polime-rasa (PCR), cuyo descubridor KarryB. Mullis recibió por ello el pre-mio Nobel en 1993, o procedimien-tos similares basados en la repli-cación del ARN o del ADN, lasmoléculas pueden multiplicarse enpoco tiempo de forma exponencial

hasta que su detección resulta ase-quible a los métodos analíticos co-rrientes.

Aquí entra en juego la cinéticade la multiplicación. En el casodel ARN y del ADN bastan se-gundos o minutos para doblar elnúmero de secuencias característi-cas. A partir de una muestra quecontenga una secuencia de ADN,al cabo de media hora pueden ob-tenerse 230 copias, es decir, cercade mil millones. Mas, aun cuando

dispusieran de un método similarlos priones, tal multiplicación re-

queriría tiempos del orden de unaño, a no ser que se descubrieraun procedimiento para acelerar sus-tancialmente estas reacciones in vi-tro. Una vez conocido el meca-nismo de la reacción, un tal hallazgoentra dentro de lo posible. Habríaque sacarle partido a la naturalezahidrofóbica de los agregados, quetienden, en consecuencia, a adhe-rirse a las membranas.

Y ahora vuelvo a una afirma-ción hecha al principio del ar-tículo: la solución al problema dela EEB —caso de que exista—pasa por la aplicación racional denuestros conocimientos del meca-nismo y de la cinética de la mul-tiplicación de los priones. Hemosde concentrar los esfuerzos en do-meñar la cinética de suerte tal, queel más mínimo rastro del agentecausal pueda multiplicarse en eltubo de ensayo hasta alcanzar unacantidad detectable. Unicamente así descubriremos la infección en unestadio inicial.

Llegados aquí, la pregunta sobrequé sea un prion adquiere unanueva perspectiva. El agente in-feccioso no es ni una moléculaproteica aislada, ni un polímero de-finido de unidades proteicas. Setrata más bien de una dispersiónde agregados proteicos, en generalunidimensionales, compuestos demoléculas PrPsc y caracterizadospor una determinada longitud me-dia. Pero la agresividad de la uni-dad infecciosa no depende sólo de

la longitud media de la cadena.Los agregados están presumible-

mente unidos a las membranas yaparecen en asociaciones que sonla fuente elemental de infección.

Los únicos elementos contagio-sos son los extremos de las cade-nas. En consecuencia, la capacidadde contagio de una cadena con unalongitud de cien mil unidades PrPsc

es mil veces inferior que la mismacantidad de unidades PrPsc distri-buidas en mil piezas catenarias conuna longitud media. El número deelementos infecciosos, los eslabo-nes terminales de las cadenas, esel que se corresponde con un cre-cimiento exponencial sostenido.


13 pacientes de control

I n t e n s i d a

d d e l a s e ñ a l

24 pacientes con enfermedad de Creutzfeldt-Jakob

Límite de detección2

4

6

8

10

12

6. DEMOSTRACION de priones en ellíquido cefalorraquídeo. Con el mé-todo SIFT se ha conseguido por pri-mera vez poner de manifiesto la pre-sencia de priones patógenos en el líquidocefalorraquídeo de pacientes con en-fermedad de Creutzfeldt-Jakob. Aun-que el test ha funcionado sólo en unacuarta parte de los casos, en los pa-cientes de control no se ha encontrado

ningún falso positivo.

PRIONICS. Manfred Eigen, en Biophy-sical Chemistry, vol. 63, pág. A1;1996.

QUANTIFYING THE KINETIC PARA-METERS OF PRION REPLICATION.J. Masel, V.A.A. Jansen y M. A.

Nowak, en Biophysical Chemistry ,vol. 77, pág. 139; 1999.

MOLEKULARE DIAGNOSTIK. ManfredEigen, en Das Gen und der Mensch ,dirigido por G. Gottschalk. Wall-stein Verlag, 2000.

ULTRA-SENSITIVE DETECTION OF PA-THOLOGICAL PRION PROTEIN AG-GREGATES BY DUAL-COLOR SCAN-NING FOR INTENSELY FLUORESCENTTARGETS (SIFT). J. Bieschke et al.,en Proceedings of the National Aca-demy of Sciences (USA), vol. 97,pág. 5468; 2000.





Una presión débil, ¿bastapara definir el vacío?No para un físico, para

quien el vacío se mide en tér-minos de colisiones molecula-res. Para crear el vacío, hay quebombear el gas contenido en elrecinto a vaciar a fin de quedisminuya el número de molé-culas que encierra. Pero en vir-tud de mecanismos físicos que

se desencadenan cuando los cho-ques físicos son poco numero-sos, el bombeo se hace más di-fícil conforme disminuye elnúmero de moléculas presentesen el recinto. Entonces, la presióndeja de ser un parámetro pertinentey hay que reemplazarla por el “re-corrido libre medio”, es decir, porla distancia recorrida por una mo-lécula entre dos choques. Tratemosde entender cómo se produce esevuelco entre la noción de presióndébil y la de recorrido libre me-dio en un gas rarificado, exami-nando de cerca cómo se hace elvacío.

Para un físico o para un inge-niero, esa expresión significa antetodo extraer los gases del recinto.En un líquido, y aún más en unsólido, las fuerzas de atracción sonlo bastante intensas para mantenera átomos y moléculas a distanciasdel mismo orden que el tamaño de

las moléculas o de los propios áto-mos. No ocurre lo mismo con losgases, pues la agitación térmicapuede más que la atracción: en ungas, las moléculas están separadasunas distancias muy superiores a sutamaño y esencialmente interactúansólo durante unas breves colisiones.Dado que sus moléculas pueden des-plazarse con libertad, un gas tiendea ocupar espontáneamente todo elvolumen disponible.

La bomba de paletasLos sistemas se basan en esta

propiedad, en particular las bombasde paletas, uno de los dispositivosmás empleados para crear vacíosindustriales. Primero, la rotación deunas paletas solidarias de un tam-

bor permite que el gas del re-cinto a vaciar ocupe un volumenmayor que el propio recinto. Esegas (en rosa en la figura 1) esarrastrado por el movimiento delas paletas (fase 1), luego ais-lado del recinto y del exterior(fase 2), y por fin expulsado alexterior (fase 3). Al proseguir larotación, el recinto vuelve a que-dar aislado mientras es evacuado

el volumen aspirado. Con lasbombas de paletas, se alcanzanpresiones inferiores a un pascal,o sea, una cienmilésima de lapresión atmosférica. Para ir más

allá, hay que disponer de otros dis-positivos de bombeo que releven ala bomba de paletas cuando ésta yano sea eficaz.

Veamos por qué, en la mayoríade los casos, la presión caracte-riza la calidad del vacío. Esa mag-nitud macroscópica mide la fuerzaejercida por el gas sobre las pa-redes del recinto. Es el resultadode los incesantes choques de lasmoléculas con las paredes. Portanto, la presión de un gas es tantomas alta cuanto más numerosos sonlos choques (la densidad de mo-léculas en el gas es alta), o cuantomás violentos son los choques (laagitación térmica es intensa). Lapresión es proporcional al productode la densidad del gas por su tem-peratura. Y sólo puede ser débilen dos situaciones: cuando el gas

está muy frío o cuando el recinto

TALLER Y LABORATORIO

Un vacío más o menos... vacío

Roland Lehoucq y Jean-Michel Courty

FASE 1

A L R E C I P I E N T E

FASE 2 FASE 3

1. Una bomba de paletas está co-nectada al recipiente a vaciar. Las paletas, solidarias de un tambor gi-ratorio, arrastran el aire (en rosa)contenido en el recinto (fase 1);aíslan ese aire robado al recinto(fase 2) , y luego lo ponen en co-municación con el medio exterior (fase 3) , al que se escapa. Al hilode los ciclos, el aire es aspiradodel recinto donde se hace el vacío




contiene pocas moléculas. El va-cío suele crearse a temperaturaconstante (la del recipiente), demodo que la presión mide direc-tamente el número de moléculaspor unidad de volumen.

Hay, no obstante, situaciones enque la presión deja de ser un pa-rámetro adecuado para caracterizaral vacío. Prefieren entonces losfísicos centrarse en el “recorridolibre medio”, definido antes. Con-trariamente a la presión, el reco-rrido libre medio es una magnitudmicroscópica, aplicable en todaslas situaciones. Un razonamientosencillo basta para determinar suvalor en buena aproximación. Aldesplazarse, una molécula barre enel curso de su movimiento un ci-lindro cuya sección es igual a lasección de la molécula y cuya lon-

gitud es la distancia recorrida, ysufre tantos choques cuantas mo-léculas haya en ese volumen. Lalongitud correspondiente a un solochoque, es decir, al recorrido li-bre medio, es tanto mayor cuantomenor es el número de moléculasque encuentre y cuanto más pe-queña es la molécula. Así el re-corrido libre medio es inversamenteproporcional al producto del nú-mero de moléculas por unidad de

volumen por la sección geométricade una molécula. Esta, en general,es del orden de 0,5 nanómetroscuadrados. A temperatura ambiente(25 oC) y a una presión igual a lapresión atmosférica normal, la den-sidad cúbica de moléculas se ci-fra en 2,4 × 1025 por metro cúbico.Una molécula recorre entonces unamedia de 0,8 micras entre dos cho-ques, o sea, 200 veces su diáme-tro. Al ser su velocidad media dealrededor de 300 metros por se-gundo, resulta que las moléculasdel gas sufren unos 4000 millonesde choques por segundo.

Régimen hidrodinámicoy régimen molecular

Así, el comportamiento de ungas rarificado depende del “sitio”del que disponen sus moléculas,

de su recorrido libre medio. Si éstees muy pequeño respecto al ta-maño del recinto, una molécula in-teractuará a menudo con sus con-géneres. En ese caso, las colisionesuniformizan las propiedades delgas. Se dice entonces que el gasestá en régimen “hidrodinámico”,pues se comporta como un fluidohomogéneo. Las colisiones entremoléculas (resultado de la agita-ción térmica) predominan sobrelos demás fenómenos y confierenal gas una velocidad media iguala la velocidad media de las mo-léculas, como en un fluido. Lascolisiones intermoleculares mi-croscópicas generan la viscosidadmacroscópica del gas, es decir, suresistencia a fluir por los orificiosy a disipar energía. Las interac-ciones con las paredes, cuyo pa-pel se limita a confinar las molé-culas, son poco numerosas.

En cambio, cuando el recorridolibre medio es mayor que el ta-maño del recinto, una molécula se

topa con pocas de sus semejantes.Las moléculas se desplazan en-tonces de pared a pared sin inte-raccionar entre ellas y el gas adoptaun nuevo comportamiento: está en“régimen molecular”. La presión ala que aparece ese régimen de-pende del tamaño del recipienteconsiderado. Así, a temperatura am-biente, en un tubo capilar de 10 mi-cras de diámetro interior el régi-men molecular sobreviene para unapresión de 100 pascal. Esta pre-

sión, 1000 veces inferior a la pre-sión atmosférica normal, se consi-gue fácilmente con una bomba de

paletas. En cambio, en un reci-piente de 10 centímetros de lon-gitud, al régimen molecular se llegacon una presión de 0,08 pascal,inalcanzable para una bomba depaletas. La densidad es entoncesde unas 2 × 1019 moléculas por me-tro cúbico.

Este valor, así como los de ladensidad molecular en el mejor delos vacíos obtenibles en el labora-torio, son aún enormes respecto alos que reinan en los espacios in-terestelares. Estos son unos vacíosmás vacíos que el mejor de losque soñáramos conseguir. En unanube interestelar, el recorrido li-bre medio de una molécula es in-versamente proporcional a la den-sidad. Esta varía mucho en funciónde la temperatura de la nube. Enlas nubes interestelares frías (100kelvin) en cuyo seno se forman lasestrellas, la densidad es por ejem-plo de 40 moléculas por centíme-tro cúbico. Paradoja aparente esque los astrofísicos consideren que

una tal estrella esté en régimenhidrodinámico. Pero así es. Pesea que los recorridos libres mediossean gigantescos (algunos cente-nares de millones de kilómetros),son aún muy inferiores a los ta-maños de las nubes interestelares,que se miden en billones de kiló-metros.

Los límites del vacío¿Por qué son limitados los va-

cíos obtenibles en la Tierra? Funda-

2. En régimen hidrodinámico, elrecorrido libre medio, es decir, ladistancia recorrida por una molé-

cula entre dos choques con sussemejantes, es inferior al tamañodel recinto. En este régimen, elgas se comporta como un fluido

que corre sin interaccionar con las paredes

3. En régimen molecular, el re-corrido libre medio de las molé-

culas es mayor que el tamaño delrecipiente. En este régimen, las

únicas interacciones tienen lugar con las paredes




mentalmente, a causa de diversosdefectos mecánicos, entre otros lasfugas en las juntas (el aire pene-tra en el recinto de la bomba, dondela presión es menor que la atmos-férica), o incluso una estanqueidaddeficiente de las juntas “desgasta-bles”. En régimen hidrodinámicolas moléculas fluyen por el tubo.Por contra, cuando las moléculasse reflejan en las paredes, la si-tuación cambia: en vez de rebotarcomo una bala en un muro, unamolécula que topa con una paredse adhiere a ella un instante yluego sale en una dirección cual-quiera. Debido a las fuerzas atrac-tivas de Van der Waals, ese fe-nómeno tiene unas consecuenciasasombrosas. Una molécula que lle-gue a una pared con una inciden-cia de 30 grados puede luego salir

hacia adelante rasando la pared,perpendicularmente a ésta, e in-cluso hacia atrás. Para salir del re-cinto, una molécula debe tener unavelocidad paralela al eje del tubo.No obstante, incluso cuando hayaalcanzado el tubo, puede estancarseen él, puesto que cambia de direc-ción tras cada choque con la pa-red. Hasta puede que regrese al re-cinto a vaciar. Esta es la razón porla que es imperativo emplear tu-bos cortos y de gran diámetro paraconseguir vacíos moleculares. Así se reducen al máximo los efectosperjudiciales de los rebotes en lasparedes del tubo.

Ahora bien, esos efectos de pa-red no son desalentadores, pues sa-biendo aprovecharlos pueden favo-recer la obtención del vacío. Cuantomás baja es la temperatura de lapared, tanto más tiempo permane-cen adheridas a ella las molécu-las. Hasta puede que se quedencasi indefinidamente cuando esatemperatura es inferior a la de li-

cuefacción del gas, incluso a la desolidificación. En este caso, lamisma pared hace de bomba (detrampa) para mejorar el vacío unavez extraído el grueso de las mo-léculas, ya que ninguna de las par-tículas que incidan en ellas regresa-rá al recinto. Una pantalla enfriadaa la temperatura del helio líquido(4 kelvin) capta así a todas las mo-léculas contenidas en un recinto.Una manera hábil de sacar partidode un inconveniente.




Parecía mentira que en un paraje tan encantador

pudiera ocurrir un delito tan absurdo y repul-sivo. Siete casitas rústicas, cuatro de ellas al

borde de una laguna (de A a D), dos frente al mar(F y G) y una en medio de las demás (E), estabanconectadas por senderos, como se indica en el mapa.Un pescador vio a un individuo de mala catadura,portador de un gran cesto, acercarse a la urbaniza-ción desde la laguna y deslizarse en el interior deuna de las casitas situadas al borde de esa masa deagua. El hombre fue después recorriendo los sende-ros que iban de una casita a otra, dejando por el ca-mino pescado podrido.

Al examinar una serie de pisadas en el barro, lapolicía pudo establecer que el gamberro había re-corrido cada senda exactamente una vez. Los detec-tives no encontraron huellas que se alejasen de laurbanización, y concluyeron que el escamante per-sonaje seguía todavía oculto en una de las casitas.Desafortunadamente, las huellas de los senderos es-taban tan borrosas, que los policías no estaban se-guros de la dirección en que apuntaban. Y lo quees peor, el pescador no conseguía recordar en cuál

de las cuatro casitas que orillaban la laguna habíaentrado el sujeto en primer lugar. Por todo ello, lapolicía no era capaz de reconstruir la ruta del mal-vado: todo cuanto sabían era que en ningún caso ha-bía pasado dos veces por el mismo lugar.

La tarea que les propongo es averiguar en qué ca-sita se encuentra escondido el delincuente. Una ramade las matemáticas, llamada teoría de grafos, puedeayudarless a deducir la solución, pues el mapa puedeser considerado como un grafo, que es una colec-ción de nodos (aquí representados por las casitas)conectados por lados (los senderos). La solución, elmes que viene.

Solución del problema del mes pasado: Una forma

de evitar que el tablero se descompense consiste en

ir retirando los paquetes de sus posiciones en este

orden: posición 1 (10 kg), 8 (5 kg), –6 (8 kg), 5 (9 kg),

–8 (4 kg), 8 (10 kg), –3 (10 kg), –4 (5 kg), 2 (9 kg),

–2 (2 kg), 3 (3 kg), –3 (2 kg), 5 (1 kg), –6 (1 kg)

y 2 (5 kg)

AVENTURAS PROBLEMÁTICASDennis E. Shasha

Algo escamante

A

B C

DE

F

G




El estudio de ciertas propie-dades del movimiento brow-niano —el movimiento aza-

roso que experimentan pequeñas par-tículas debido a las colisiones conlas moléculas del fluido en que es-tán inmersas y cuya teoría fue es-tablecida por Einstein en 1905—ha inspirado recientemente una cu-riosa paradoja. Se trata de dos jue-

gos de azar muy simples diseñadosde modo tal que el jugador, en pro-medio, pierde en ambos. La para-doja consiste en que esta tenden-cia se invierte cuando los juegosse alternan, en cuyo caso el juga-dor tiene una tendencia ganadoraconstante. Veamos en detalle las re-glas de estos dos juegos.

El primero de ellos —lo llama-remos juego A— es similar a apos-tar una cierta cantidad, digamos1 euro, a rojo o negro en la ru-leta de un casino: ganamos 1 € conuna probabilidad ligeramente in-ferior al 50% y perdemos 1 € conuna probabilidad ligeramente su-perior al 50 %, ya que con el cerogana siempre la banca. Suponga-mos que se gana con una proba-bilidad del 49,5% y se pierde con

una probabilidad del 55,5 % (estasprobabilidades no coinciden exac-tamente con las de la ruleta, peronos permitirán describir de modosencillo la paradoja).

En el segundo juego —lo llama-remos juego B—, en cada turno tam-bién ganamos o perdemos 1 €, peroahora las probabilidades dependende lo que llevamos ganado hasta el

momento (que puede ser una can-tidad negativa): si lo que llevamosganado —lo llamaremos el capital—es múltiplo de 3, entonces ganamos1 € con probabilidad 9,5 %; si el ca-pital no es múltiplo de 3, la pro-babilidad de ganar es del 74,5%.Las reglas de los dos juegos semuestran en la figura 1.

Ambos juegos son desfavorables,es decir, la tendencia promedio esperdedora (esto es evidente en elcaso del juego A; el juego B re-quiere un análisis más detallado,pero puede también demostrarseque es desfavorable en promedio).Sin embargo, ciertas combinacio-nes de los dos juegos tienen unatendencia media ganadora. Estecomportamiento inesperado, que seconoce como Paradoja de Parrondo,

se observa en la figura 2, en la quese muestra el capital promedio de5000 jugadores independientes enfunción del número de turnos ju-gados. Las curvas descendentes in-dican los casos en que se juega a A o B separadamente. Las curvasascendentes corresponden a distintascombinaciones: [2,2] significa que

jugamos la sucesión AABBAABB...,

[3,2] la sucesión AAABBAAABB ...,etc. Finalmente, la “combinaciónaleatoria” consiste en que, en cadaturno, elegimos completamente alazar a cuál de los dos juegos ju-gamos.

No es difícil entender por quéocurre este comportamiento para-dójico. Obsérvese que, en el juego B, la probabilidad de ganar es muybaja cuando el capital es múltiplode 3 y bastante alta cuando no loes. Podríamos decir que el juego Bcontiene dos tendencias, una favo-rable y otra desfavorable. Las pro-babilidades están elegidas de mo-do tal, que el juego es ligeramenteperdedor, es decir, la tendencia des-favorable domina sobre la favora-ble. Lo que ocurre cuando combi-namos ambos juegos es que el Ainvierte este dominio. A pesar deque el juego A es en sí ligeramentedesfavorable, hace que el capitalsea menos veces múltiplo de 3 yque, por tanto, juguemos más ve-ces con la probabilidad alta de ga-

nar, la del 74,5%. El juego A, enla alternancia, cumple un doble pa-pel: añade por un lado su propiatendencia desfavorable, pero, porotro lado, refuerza la tendencia fa-vorable del juego B. El resultadoglobal de este doble papel es, encasos como los de la figura, in-vertir la tendencia y dar lugar alcomportamiento paradójico.

Existe otro mecanismo interesantetras la paradoja. Lo podemos ilus-trar con el siguiente ejemplo en la

JUEGOS MATEMÁTICOS

Perder + perder = ganar.

Juegos de azar paradójicos

JUEGO A

MONEDA 1

GANAR PERDER

MONEDA 2

NO

49,5 50,5

75,5 24,5 9,5 90,5

SI

MONEDA 3

JUEGO B

¿ES MI CAPITAL MULTIPLO DE 3?

GANAR PERDER GANAR PERDER

1. Reglas de los juegos paradójicos




Amediados del siglo XVII, enel barrio londinense deSpitalfields se encontraba

uno de los pocos talleres en elnorte de Europa fabricantes de sedacombinada, un tejido delicado, iri-discente y caro. En 1668 se acercópor allí cierto comerciante de te-las holandés. Se llamaba AntonieThonisoon y andaba tras lo últimoen diseño inglés. Quedó asombradocuando observó los dibujos que

formaban las fibras de la seda, am-pliadas a un tamaño mucho mayorque el que era posible ver con lalupa que utilizaba para examinarlos tejidos.

Alentado por este fantástico des-cubrimiento, regresó a su ciudad,Delft, cambió su apellido por elmás aristocrático de van Leeuwen-hoeck, se interesó por el pulimentode las lentes (en el siglo XVII, elequivalente al diseño de los mi-croprocesadores de los ordenado-res) y empezó a codearse con laelite científica local. El día deNavidad de 1676 el resultado desus nuevos intereses prorrumpiósobre una atónita Real Sociedadlondinense en forma de una largacarta que incluía ilustraciones delo que Leeuwenhoeck había con-templado a través de una de suslentes de 500 aumentos.

Lo que perturbó a todo el mundofue su afirmación de que esos ob-

jetos diminutos estaban vivos. Ellos había visto moverse. Todo un

mundo nuevo se abría a la ciencia:rotíferos y sus cilios ondulantes,protozoos que se dividían, pelosemergiendo de su raíz, espermato-zoides y demás organismos; cal-culaba Leeuwenhoeck que cabíantreinta millones de esas criaturasen un grano de arena.

Para un alemán de paso porHolanda, los organismos micros-cópicos también valían para de-mostrar la teoría de la “gran ca-dena de los seres”. Según esta

teoría todas las formas de vida,desde el hongo más humilde hastala especie humana, habían sidodiseñadas por Dios en series su-cesivas de creciente, aunque infi-nitésima, complejidad. El teutónde marras era Gottfried W. Leibniz.Tenía un justificado interés porlas cosas microscópicas. Había de-sarrollado hacía poco el cálculoinfinitesimal para determinar elritmo de aceleración de los pla-

netas. En 1678, durante una vi-sita a Delft, Leibnitz observó losorganismos de Leeuwenhoeck. Trasello aseguró que los organismosdemostraban que las diferenciasentre las especies eran tan dimi-nutas, “que es imposible para lossentidos y para la imaginación fi-

jar el punto exacto en que unaempieza o acaba otra”.

La filosofía de Leibniz, basadaen la existencia de elementos fun-damentales infinitésimamente pe-queños, o mónadas, acabó por con-vertirse en el substrato universal queanhelaba encontrar el siglo XVIII.La apelación de Jean-Jacques Rous-seau a la vida del buen salvaje yla desilusión general por los efec-tos sociales de la revolución in-dustrial animaron la búsqueda deuna fórmula que permitiera aunarhombre y naturaleza. En Jena, cunade la nueva visión romántica de lavida, la obra de Friedrich Schel-ling, Naturphilosophie, fundió losrecientes descubrimientos científi-

cos (polos magnéticos opuestos,cargas eléctricas positiva y nega-tiva, ácidos y bases químicas) enuna teoría unificada sobre la na-turaleza como producto de la re-solución dinámica de fuerzas enconflicto mutuo.

Fue en 1820 cuando el danésHans Christian Ørsted, mientras in-tentaba aplicar esta visión “con-flictiva” a la electricidad y al mag-netismo, hizo pasar más electricidadpor un cable de la que pensaba

podía admitir. El cable se volvióincandescente; convencido así dela vinculación de la electricidadcon la luz, extendió su campo deinvestigación y descubrió que laelectricidad ejercía un efecto a dis-tancia sobre la aguja imantada.

Veintiún años más tarde esteprincipio electromagnético llevó aSamuel F. B. Morse a desarrollarel telégrafo. En 1842 Morse ayudóa Sam Colt, inventor del revólver

y vecino de Morse en el Washing-ton Square de la ciudad de NuevaYork, al suministrarle elementoselectromagnéticos para detonar unade sus nuevas minas subacuáticas.Quiso éste demostrar su potenciaal presidente John Tyler volandoun barco en el río Potomac. Tambiénaspiraba Colt impresionar a losrusos, interesados por su invento.Pero no se avino a desvelar el me-canismo de detonación. Los rusosacabaron cerrando el trato conAlfred B. Nobel, cuyas minas nonecesitaban señales eléctricas parasu detonación. Cuando el casco deun buque chocaba con la mina deNobel, forzaba su cápsula princi-pal y rompía un tubo de vidriodel interior, que liberaba su con-tenido de ácido sulfúrico sobre unamezcla de potasio y azúcar pro-vocando una llama que encendíala pólvora.

En tiempos de la guerra de Crimealos rusos sembraron el puerto deSebastopol de minas de Nobel. La

flota aliada de aprovisionamientose vio obligada a fondear fuera dela rada. Los barcos quedaron amerced del violentísimo huracándesencadenado el 14 de noviem-bre de 1854, que destruyó la flotay las provisiones del ejército. Du-rante ese invierno se sufrieron te-rribles privaciones, hasta el puntode que las investigaciones subsi-guientes de Florence Nightingaleforzaron un cambio en el gobiernobritánico e inspiraron a Jean-Henri

NEXOSJames Burke

La ruta de la seda




Dunant la fundación de la CruzRoja.

Pero fue la pérdida del buquede guerra Henri IV , orgullo de lamarina francesa, lo que tuvo ma-yor resonancia. Francia entera seconmocionó con el hundimiento.Al día siguiente el emperadorNapoleón III hizo un llamamientopara que se estableciera en todoel país un servicio de predicciónmeteorológica. Hacia 1860 se pu-blicaban diariamente partes meteo-rológicos telegráficos en Europa.Sobresalió en la nueva ciencia un

joven oficial de la marina estado-unidense, Matthew Maury, quiendurante nueve años coleccionó par-tes meteorológicos, reuniendo elequivalente a un millón de días deobservación. Le sirvieron para ase-gurar que las tormentas se divi-

dían en circulares y oblongas.En 1930, el Instituto Americanode Meteorología llevaba más desesenta años de funcionamiento ynadie se había esforzado todavíaen analizar los datos recogidos porla propia entidad. Hasta que JohnW. Mauchly, joven profesor de fí-sica, asumió el reto. El problemaradicaba en el tiempo que se re-queriría para el análisis de seme-

jante volumen de datos mediantelos métodos al uso.

Pero Mauchly descubrió que losinvestigadores que estudiaban losrayos cósmicos contaban las par-tículas sirviéndose de una válvulade vacío. Los impactos producidospor las partículas la activaban ydesactivaban hasta 100.000 vecespor segundo. Mauchly se percatóde que las válvulas de vacío per-mitirían automatizar el trabajo decálculo al actuar como dispositivode almacenamiento de datos.

Antes de que pudiera desarrollarsu idea estalló la Segunda Guerra

Mundial. Llamado a filas, no tardóen encontrar otro problema mate-mático, cuya resolución tambiénconllevaba demasiado tiempo. Setrataba de calcular las tablas deartillería usadas para instruir a lossoldados sobre cómo apuntar y dis-parar bajo cualquier tipo de con-diciones. Al principio de la gue-rra, trabajaban decenas de mujeresmatemáticas en los laboratorios deinvestigación balística del ejércitoen Aberdeen. Necesitaban, cada

una, treinta días para completaruna tabla de artillería destinada aun solo cañón. Una sola trayecto-ria del proyectil que consideraratodas las variables que pudierancondicionar su vuelo requería 750multiplicaciones; una tabla para uncañón implicaba del orden de tresmil trayectorias. En 1942 se soli-citaron del laboratorio de cálculonuevas tablas a un ritmo de seispor semana, poniendo al centro alborde del colapso.

Mauchly llevó adelante su ideacalculadora de la válvula de va-cío. El ejército la aceptó. El pro-ceso consistía básicamente en elencendido o apagado de una seriede tubos de vacío, distribuidos engrupos de diez, de forma que sepudiera utilizar como un númeroel total de los que se hallaban en

un determinado estado. La má-quina de Mauchly resultó opera-tiva hacia 1946, demasiado tardepara el éxito bélico, pero a tiempode calcular cómo provocar una ex-plosión atómica. Hablo del ENIAC(Integrador y Computador NuméricoElectrónico), la primera computa-dora electrónica del mundo.

Para suministrar datos al ENIACse utilizaban tarjetas perforadas,como las ideadas por Herman Hol-lerith para el censo estadouniden-se de 1890. Le proporcionó la ideasu cuñado, que trabajaba en la in-dustria textil y conocía un siste-ma de tejido automático basado enganchos que presionaban una car-tulina agujereada. Allí donde ha-bía un agujero, el gancho lo atra-vesaba y engarzaba el hilo. Hollerithreemplazó los ganchos por un ca-ble conductor; cada filamento re-presentaba una parte de los datoscensales. Cuando el filamento pasa-ba por un agujero, establecía con-tacto y hacía avanzar el contador

al número siguiente. El sistemaaceleró notablemente el recuen-to, registrando a 62.947.714 ame-ricanos en la vigésima parte deltiempo requerido en el censo an-terior y para una población mu-cho mayor.

La técnica del tejido modificadapor Hollerith se utilizaba para auto-matizar la producción de ropa con-feccionada con un material que erademasiado caro como para permi-tirse errores: la seda.




Biodiversidad

Y sus fuentes

UTOPIA’S GARDEN. FRENCH NATU-RAL HISTORY FROM OLD REGIMETO REVOLUTION, por E. C. Spary.The University of Chicago Press;Chicago, 2000. NATURE’S GOVERN-MENT. SCIENCE, IMPERIAL BRI-TAIN, AND THE “IMPROVEMENT” OF

THE WORLD, por Richard Drayton.Yale University Press; New Haven,2000. THE EMPEROR OF NATURE.CHARLES-LUCIEN BONAPARTE AND

HIS WORLD, por Patricia TysonStroud. University of PennsylvaniaPress; Philadelphia, 2000.

STABILITY AND COMPLEXITY IN

MODEL ECOSYSTEMS, por RobertM. May. Princeton University Press;Princeton, 2001. BIODIVERSITY DY-NAMICS. TURNOVER OF POPULA-TIONS, TAXA, AND COMMUNITIES.Dirigido por Michael L. McKinneyy James A. Drake. Columbia Uni-versity Press; Nueva York, 1998.

THE UNIFIED NEUTRAL THEORYOF BIODIVERSITY AND BIOGEOGRA-PHY , por Stephen P. Hubbell. Prin-ceton University Press; Princeton,2001.

REEF EVOLUTION, por RachelWood. Oxford University Press;Oxford, 1999. RÉFLEXIONS SUR

L’ÉVOLUTION DE LA FLORE ET DELA VÉGÉTATION AU MAGHREB MÉ-DITERRANÉEN, por Pierre Quézel.Ibis Press; París, 2000.

Palabra comodín en ocasiones,conjuro en cuyo nombre ideas

de estricta referencia política ad-quieren veste de rigor científico,la biodiversidad es, pese a tal pros-titución, un concepto de profundoalcance biológico e histórico. Porella hemos de entender no sólo lariqueza de especies, sino tambiénla variabilidad biológica en todossus niveles, del génico al ecoló-gico. Desde los primeros esbozosteóricos de los biogeógrafos hasta

la articulación matemática iniciadahace casi cuarenta años se buscanlas razones últimas del sorpren-dente número, reparto y asociaciónde especies.

Dos instituciones prepararon elterreno, el Real Jardín de París yel de Kew. De ambos arrancan laslíneas paralelas en que se moveráel concepto de biodiversidad, a sa-ber, la que depura la teoría eco-lógica subyacente y la del apro-vechamiento de tamaña riqueza parabeneficio del hombre: Utopia’s Gar-den. French Natural History from

Old Regime to Revolution y Nature’sGovernment. Science, Imperial

Britain, and the “Improvement” of the World . Auténtica joya de la

corona gala, el Jardín botánico deParís se salvó del vendaval revo-lucionario de 1789. Cuatro añosmás tarde se transformó en Museode Historia Natural; en la historianatural se veía la fuente indispen-sable de prosperidad del país y delperfeccionamiento moral del nuevociudadano. Antes incluso de la tomade la Bastilla, el lenguaje de lapolítica había comenzado a incor-porar términos y expresiones ex-traídas del mundo de la naturaleza:constitución, regeneración y co-rrupción, entre otros. Sin dejar de

lado las clasificaciones y demáscuestiones de sistemática, llevadaésta a un punto culminante porAntoine-Laurent de Jussieu y su

LIBROS

Bóveda de un bosque de la isla panameña de Barro Colorado, fotografiada desde una altura de 200 metros. Ilustra la estrecha

conjunción de las copas de los árboles




Genera plantarum, aparecidos en1789 con extensas aportaciones denuestro Cavanilles, buscábase tam-bién el conocimiento de las pro-piedades de plantas familiares oexóticas.

De allegar el mayor número po-sible de especímenes se encargabaAndré Thouin, capataz del Jardíny protegido de Buffon, sin dudaéste la figura más prestigiosa consu Histoire naturelle, générale et

particulière, avec la description duCabinet du Roi hasta la irrupciónen escena de Darwin. La corres-pondencia de Thouin, reseñada aquí

hace unos años, refleja la solidezde una institución, que lo mismosuministraba herbarios para la do-cencia que mantenía un fluido in-tercambio de semillas con otros jar-dines de Francia, de Europa o delmundo. “En este momento (1788),escribe, el Jardín contiene unas6000 especies y más de 60.000 in-dividuos. Constituye, sin duda, lacolección más nutrida de Europa.”

A París miraba Joseph Bankscuando decidió convertir Kew, fun-

dado en 1759, en el centro deltrasiego botánico del imperio bri-tánico. Sostuvo una fluida corres-pondencia con científicos de Europaentera, de san Petersburgo a Lisboa.A través de Solander, Dryander ylos Forster se relacionó con el ca-meralismo báltico. Se hizo con todala bibliografía agrícola y botánicade su tiempo, desde Memorias delas instituciones hasta catálogos deespecies. E intercambió semillas yespecímenes con Thouin.

Si la revolución se proponía forjar hombres mejores a imagen dela naturaleza, en Kew, es la tesis

de Drayton, se pretendía la “mejora” del mundo, a través del mo-vimiento de plantas económicas en-tre el hemisferio occidental y eloriental, y de plantas ornamenta-les entre el norte y el sur. Queda-ba lejos el viejo sueño renacen-tista de acumular todas las plantasen una suerte de jardín genesíacorecuperado, cuatripartito de acuerdocon las especies pertenecientes alos cuatro continentes entonces co-nocidos. En el siglo XVII los ho-

landeses plantaron ya jardines enEl Cabo, Malabar, Java, Ceylán yBrasil, que intercambiaban plantascon Amsterdam y Leyden. El reinovegetal, en toda su diversidad, nopodía confinarse en ninguna ha-cienda, por real que fuera, al tiempoque adquiría una fuerza políticadecisiva.

Banks, que había sido a sus cos-tas expedicionario del Endeavour con el capitán James Cook, y en-viado recolectores, a cargo de lacorona, a Nueva Gales del Sur,China, Brasil y el Cabo, justifi-caba tales misiones en provecho

de Kew porque “honran a la cien-cia y al país, promueven el co-mercio, ayudan a su población ypermiten al monarca hacer regalosa otros gobernantes”. Confiaba enque la agricultura autóctona, ayu-dada por la ciencia, sacaría a lascolonias de su postración y las ha-ría autosuficientes y prósperas.

Entre la Histoire naturelle desoiseaux de Buffon y el descubri-miento de la evolución de los pin-zones por Darwin la historia de la

Enfermedades carencialesBERIBERI, WHITE RICE AND VITAMIN B. A DISEASE, A

CAUSE AND A CURE, por Kenneth J. Carpenter. Universityof California Press; Berkeley, 2000.

Kenneth J. Carpenter es profesor emérito de Nutriciónen Berkeley, California y autor, entre otras obras,

de una “Historia del escorbuto y la vitamina C”. Enesta ocasión presenta una investigación histórica so-bre el beriberi, enfermedad carencial originada por unaporte insuficiente de vitamina B1 en la dieta y ca-racterizada por una progresiva debilidad de brazos ypiernas, así como por trastornos cardiovasculares.

A lo largo de doce capítulos se detalla el logro deun éxito, el descubrimiento del origen de una enfer-medad que se pensó limitada a ciertas zonas tropi-cales. Su interés se acrecentó al comprobarse que sedebía a la falta de tiamina o vitamina B1, compo-nente de sistemas enzimáticos esenciales no sólo enel hombre, sino en todo el reino animal y vegetal. Loscolonizadores europeos se encontraron con la enfer-medad en las Indias Orientales a comienzos del si-

glo XVII y durante doscientos años se pensó que suorigen radicaba en un miasma presente en la zona.Con el advenimiento de la teoría microbiana, se susti-tuyó aquél por una bacteria, que no logró encontrarseen los afectados por el beriberi. Poco a poco se abriópaso la teoría nutricional, al observarse un predomi-nio de arroz blanco en la dieta de estos enfermos.

Los cuarenta años siguientes, repletos de investi-gaciones en animales de experimentación y en el hom-

bre, son descritos minuciosamente y permiten com-prender el proceso que llevó a identificar el factor ac-tivo existente en aquello que se desechaba en la pre-paración del arroz como alimento, su cáscara, y quese denominó “amina vital” o vitamina. Este procesoculminó con la síntesis en el laboratorio de la vita-

mina B1. La intención del autor, adelantada en el pró-logo, ha sido exponer con detalle los trabajos de la-boratorio y de campo llevados a cabo y dejar paraotros especialistas algo que se echa de menos enesta obra, el estudio de la influencia de los factoressociales y culturales en la evolución de la enferme-dad. Se ofrecen multitud de datos acerca de las in-vestigaciones realizadas, con remisiones continuas deunos capítulos a otros que a veces abruman al lec-tor, el cual agradece el “respiro” proporcionado porlos dos últimos capítulos, en los que se subrayan losprincipales puntos tratados y se reflexiona acerca dela aplicación práctica de los resultados obtenidos, enuna sociedad que culturalmente rechazaba el consumode un arroz que no fuera blanco, lo que obligó a en-

riquecer con tiamina la harina y el arroz blanco parasuplir su carencia nutricional en la población.

Esta monografía constituye una buena aportación alestudio histórico del beriberi desde el campo de lanutrición y permite valorar la importancia del descu-brimiento de la función bioquímica de la tiamina enla elaboración del concepto de “lesión bioquímica” li-gada a un déficit vitamínico.

—María José Báguena Cervellera




yor fragilidad dinámica), para con-cluir que la biodiversidad de unacomunidad guarda relación con lapredictibilidad de su entorno y nocon la productividad total.

Sobre dinámica de la diversidadapareció hace tres años un conjun-to bien trabado de artículos com-pilados en homenaje a Michael L.Rosenzweig y James H. Brown, pio-neros del estudio de los procesosecológicos de macroescala, espa-cial y temporal ( Biodiversity Dyna-mics. Turnover of Populations, Taxa,and Communities). Se trata de unelenco con predominio de los en-foques pluridisciplinares, pues elremplazo o recambio de especiesa lo largo de la evolución requiereel concurso de datos recabados dela biología de poblaciones, biolo-gía comparada, ecología y paleon-

tología.Importa no sólo el recambio deespecies, sino también el de co-munidades y ecosistemas. Para abor-dar el primero, se impone desen-trañar la relación entre el dominiogeográfico y las tasas de diversi-ficación y extinción, entre filogé-

nesis y evolución de la compleji-dad. Se ha de trascender la visiónahistórica de microescala espacio-temporal del ecólogo y la pers-pectiva cerradamente histórica demacroescala del paleontólogo; siqueremos comprender la biodiver-sidad, necesitamos conjugar la di-námica general con los episodioscontingentes. En ambas escalas losprocesos que controlan la diver-sidad son la especiación y la ex-tinción.

Extinción y especiación (o colo-nización) suelen ir inextricablementeunidas, favorecidas ambas por cam-bios ambientales. Al eliminar lasespecies obstaculizadoras, la extin-ción en masa precede a grandesepisodios de especiación. Ademásde ese factor extrínseco, existe unacorrelación intrínseca, biótica; los

grupos con tasas elevadas de es-peciación tienden a mostrar tasaselevadas de extinción. Lo que noempece que las especies raras ten-gan tasas de extinción mayores, ytasas de diversificación menores,que las especies abundantes. Lastasas máximas de especiación se

producen en niveles intermedios deperturbación; cuando ésta se in-tensifica y se hace extrema, se pro-voca la extinción, pero si la alte-ración apenas se nota no se crearánlos estímulos ambientales que pro-mueven la selección natural.

Si de las especies nos elevamosal clado, la diversificación en elllamado espacio de estados (es de-cir, cualquier rasgo de la especie,como tamaño, distribución geográ-fica o complejidad) opera de unmodo distinto según la considere-mos a micro o macroescala. Unejemplo clásico de diversificaciónde clado es la evolución del ta-maño corporal; de acuerdo con elmodelo de adaptación energéticapotencial, el tamaño máximo cor-poral de un clado reflejará el ta-maño óptimo para la conversión

idónea de recursos energéticos enprogenie.Muchas son las teorías generales

que se proponen dar una explica-ción coherente de la biodiversidad.Stephen P. Hubbell ofrece la suyaen The Unified Neutral Theory of

Biodiversity and Biogeography. En

Astrofísica básica

GALAXIES IN THE UNIVERSE. AN INTRODUCTION, por LindaS. Sparke y John S. Gallagher. Cambridge UniversityPress; Cambridge, 2000.

La publicación de un nuevo libro de texto de as-trofísica es siempre un acontecimiento que los

astrónomos celebramos con alegría. Particular satis-facción merece la publicación de Galaxies in the Universe , tanto por su contenido como por lo cuidadode la edición realizada por Cambridge University Press.En un libro de estas características, dirigido a estu-diantes de los últimos cursos de licenciatura de cien-cias físicas, es muy importante que la exposición seaaccesible y clara, requisito que se cumple sobrada-mente en este caso. Las ilustraciones, aunque en

blanco y negro, son muy numerosas e informativas.Además, los diferentes temas son abordados aquí nosólo con un buen nivel académico, lo que conllevaun cierto aparato matemático, sino que se cuida unenfoque muy actual. Ello se debe a que los autores,además de profesores, son activos investigadores enel campo de la astrofísica extragaláctica.

Habitualmente los cursos que versan específica-mente sobre galaxias se imparten tras algún cursoprevio de astrofísica general y estelar. El libro incluyeuna detallada introducción en la que el lector puedeadquirir los conocimientos esenciales sobre física es-telar, la Vía Láctea y otros aspectos básicos, que son

necesarios para poder estudiar el texto con aprove-chamiento. A continuación se describen los aspectosobservacionales de nuestra galaxia, incluyendo unabonita descripción de la rotación galáctica. El siguientecapítulo expone la teoría de las órbitas estelares enun potencial galáctico, tema de gran interés en el es-tudio de galaxias barradas y de galaxias activas.

En capítulos sucesivos se describen el Grupo Local,las galaxias espirales, las de disco y las elípticas. Losdos últimos capítulos se consagran a la distribucióna gran escala de las galaxias (cúmulos y vacíos), alos núcleos activos y a las galaxias más jóvenes. Ellibro se cierra con una estimulante discusión sobre laformación de las galaxias. Se incluyen 163 ejerciciosmuy bien planteados para que el estudiante realice

estimaciones de órdenes de magnitud, o para que am-plíe determinados puntos. En resumen, un espléndidotexto que servirá tanto para los que quieran tener unbuen conocimiento general de las galaxias, como paraaquellos que deseen adentrarse en su estudio de unamanera profesional. En este último caso el libro ser-virá como una excelente introducción a los clásicosGalactic Dynamics de Binney y Tremaine y Galactic Astronomy de Merrifield y Tremaine, o a artículos derevista y puesta a punto desde los que el investiga-dor podrá saltar a las publicaciones más especializa-das del campo.

—Rafael Bachiller




su vinculación con la biogeografíaretoma el trabajo de Robert H.MacArthur y Edward O. Wilson.En su teoría neutralista Hubbellformaliza matemáticamente la uni-ficación de los dos campos, la bio-geografía (estudio de la distribu-ción geográfica de las especies) yla biodiversidad (que él asocia ala cuantía de especies en un es-pacio y tiempo dados).

Es la suya, acota, una teoría dela diversidad dentro del nivel tró-fico, con comunidades integradaspor especies simpátricas, verbigra-cia, el zooplancton que se alimentadel fitoplancton de un lago. Encuanto neutralista, las comunida-des se suponen estructuradas por

deriva, migración y especiación;con otras palabras, los organismoscomponentes presentan idénticasprobabilidades cada uno de en-gendrar, morir, migrar e iniciar unaespeciación. A la manera de la de-riva en genética de poblaciones, laderiva ecológica cumple una fun-ción central en la dinámica de lascomunidades. Con la incorporaciónde la especiación en la teoría dela biogeografía de islas, la teoríaneutralista se dota de capacidad

para predecir la abun-dancia relativa de espe-cies desde escalas bio-geográficas locales hastaglobales.

De la teoría a la prác-tica. Los arrecifes ( Reef

Evolution) y la vegeta-ción ( Réflexions sur l’é-volution de la flore et dela végétation au Maghrebméditerranéen) son losrepresentantes por anto-nomasia de la biodiver-sidad en medios marinosy continentales, respecti-vamente. Los arrecifes,un fenómeno natural ex-

traordinario, forman lasmayores estructuras le-vantadas por la acción delos organismos. Aunqueocupan sólo una fracciónpequeña de los océanos(0,2 %), su persistencia(el 70 % está amenazado)

interesa a la biosfera entera. Permitenel desarrollo de cuencas somerascon manglares, protegen de la ero-sión a las líneas costeras, regulanel carbono atmosférico y, sobretodo, encierran una capacidad únicapara generar y mantener la biodi-versidad.

Viven en su seno comunidadesaltamente especializadas, con suti-les interrelaciones caracterizadaspor la simbiosis generalizada y re-guladas por una intensa actividaddepredadora. La asociación foto-simbiótica de los corales con lasalgas, en particular, soporta la es-tructura física del arrecife, en cuyotinglado cavernoso se alojan milesde especies, muchas de las cuales

exclusivas de tales ecosistemas. Lacreación del arrecife depende demúltiples fenómenos orgánicos einorgánicos (biomineralización paraformar esqueletos calcáreos, de-cantación de granos sedimentariospor desintegración y destruccióndel esqueleto, espesamiento del se-dimento por los organismos, pre-cipitación de cemento carbonatadoy micrita). Allí las asociacionesdentro de las comunidades, muyfrágiles, cambian con suma facili-

dad, dado el grado intenso de com-petencia, depredación, parasitismoy mutualismo reinantes.

La flora y vegetación medite-rráneas ocupan una gran parte delos países del Maghreb, Sahara ex-cluido, es decir, unos 700.000 ki-lómetros cuadrados. Sus ríos, de-semboquen en el Atlántico o elMediterráneo, se secan a menudoen la estación estival. Las tormentascataclísmicas aceleran los procesoserosivos de los suelos. Con lluviascentradas en las estaciones frías yuna sequía que persiste de 2 a 8meses por año, las precipitacionesson extremadamente variables eirregulares y dan origen a diver-

sos bioclimas. Desempeñan éstosun papel decisivo en la organiza-ción de las estructuras de la ve-getación. Un papel que compartencon los factores antrópicos.

El rápido crecimiento de las po-blaciones, sobre todo rurales, hadeterminado una transformación ra-dical de la utilización del mediopor el hombre y sus rebaños. Ladeforestación, desmatorralización,clareos anárquicos, roturaciones in-controladas y sobrepastoreo hanperturbado profundamente los equi-librios ecológicos que existían to-davía hace una veintena de años.Las superficies forestales retroce-den en promedio de un 1 a un 3%cada año.

Con sus 25.000 especies, la re-gión mediterránea representa unade las regiones del globo más ri-cas. Su proporción de endemismosalcanza el 50%, consecuencia di-recta de una larguísima y acciden-tada historia. Africa del Norte queconstituye sólo una parte del mundo

mediterráneo (en torno al 15%) po-see unas 5200 especies, de las queunas 1250 serían endémicas. Des-tacan los terófitos. En el conjuntodel Maghreb hay 148 familias. Deellas dos poseen más de 100 gé-neros: Poáceas y Asteráceas; otrasdos tienen más de cincuenta: Cru-cíferas y Umbelíferas; cinco fami-lias más de 20 géneros: Legumi-nosas, Cariofiláceas, Borragináceasy Liliáceas.

—LUIS ALONSO

Meleagris gallopavo , macho y hembra, dibujados por Tit ian R. Peale, 1825

Investigacion y Ciencia 298 Julio 2001

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