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Patricia Magaña Rueda
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Lo primero que viene a la mente al hablar de basura es una serie
de olores y texturas indeseables, de las que no quisiéramos volver a saber. El término basura es muy general, ya que engloba todos los elementos que son mezclados y desechados porque se les considera no útiles. Hablando de la basura que se genera en casa, lo que hacemos es entregarla a los encargados de “deshacerse” del problema y olvidarnos de él. Pero sabemos poco sobre la forma en que se transporta, separa, trata y hasta se utiliza, y a la mayoría le preocupa todavía menos lo que representa en contaminación y daño al medio, excepto cuando nos lo recuerdan los lineamientos y reglamentos ordenados por la autoridad.
En el Distrito Federal, donde se llega a hablar de la producción de hasta quince mil toneladas diarias, el problema es creciente, y durante décadas los gobiernos locales no han desarrollado un proyecto claro para contender con el mismo. Desde 2003 la Asamblea aprobó la Ley de residuos sólidos (nótese que es un término distinto a basura). Su aplicación se ha ido posponiendo por muchos factores, particularmente la falta de infraestructura. Cinco años después, en diciembre de 2008, se publicó el reglamento correspondiente a la Ley, y apenas este 2011 se ha puesto realmente en marcha, con las correspondientes sanciones, involucrando en primera instancia a los ciudadanos.
La preocupación del Gobierno del D. F. responde, sobre todo, al cierre del Bordo poniente, una enorme área ubicada entre el Distrito Federal y el Estado de México, donde se depositaban las docenas de toneladas diarias que produce la gran urbe. Y aunque ha causado un fuerte debate, y ha habido propuestas para aprovechar el gas metano que genera este inmenso tiradero, todavía no está claro qué va a pasar con toda la basura una vez cerrado este depósito, como lo acreditan diversas notas periodísticas (www.oem.com.mx/elsoldemexico/notas/n1992482.htm).
La responsabilidad es gubernamental, pero sin la participación ciudadana el asunto difícilmente encontrará vías adecuadas de solución a corto o largo plazo. Y aunque la información juega un papel central en la búsqueda de alternativas, ¿han servido los años transcurridos entre la aprobación de la Ley y su puesta en marcha para instruir y verdaderamente preparar a la población para entender el problema de la “basura”? La respuesta, desgraciadamente, es no. Y esto tendrá un papel central en los planes que sigan los distintos gobiernos en el futuro.
La Ley de residuos sólidos hace referencia en sus artículos 10, 11, 16, 17 y 18 a la necesidad de difundir su contenido y orientar a la población en sus detalles, pero más aún en el sustento para aplicarla. En los hechos, más allá de un cartel y algunos folletos, poco se hace. Si usted está interesado en conocer la Ley, visite la Gaceta Oficial del Distrito Federal (www.sma.df.gob.mx), un portal que además de permitirle descargar el documento completo, en su menú principal incluye el apartado “residuos sólidos” que contiene el nuevo programa de 2011 que lleva el nombre de “Juntos pero no revueltos”, datos, material de difusión, planes de manejo y hasta un apartado de denuncias por incumplimiento.
Pero, ¿por qué separar la basura y cómo hacerlo? La respuesta más simple sería que separar basura orgánica e inorgánica permitirá reciclar y no contaminar tanto. Pero más bien habría que hacerse dos preguntas más profundas: ¿se puede hacer algo para producir menos basura?, ¿están informados y concientes los ciudadanos del problema que representan los residuos sólidos, la forma de disponer de los mismos y lo que significa cambiar nuestros hábitos? Las respuestas ya no son tan simples y requieren programas más cuidadosos con un mayor número de personas involucradas —y no sólo los habitantes de la ciudad—, pues tendría que incluirse al personal de limpia, los industriales que producen cualquier tipo de elemento consumido, los fabricantes de empaques, los involucrados en el reciclaje y, por supuesto, los interesados en desarrollar ciencia y tecnología para contender con el problema.
En un primer intento, el gobierno local, por medio de su portal, presenta un programa más amplio que el solo reglamento y se llama “Plan verde. Ciudad de México”. En él se enmarca el manejo de residuos sólidos que incluye no sólo la separación de la basura, sino también el reciclaje y la reutilización de elementos (www.planverde.df.gob.mx/).
Lo adecuado sería entonces hacer una campaña que no se centre en conocer qué es orgánico y qué es inorgánico, lo cual indudablemente es importante, sino cómo nos hacemos de productos que generen menos residuos, cómo tener vías para ubicar lo reutilizable o lo que es reciclable y, finalmente, cómo disponer de manera adecuada de lo que hay que desechar, incluidas muchas sustancias y materiales que usamos en casa o en la oficina, que se siguen eliminando sin regulación y contribuyen a una alta contaminación de suelos, agua y mares.
Algunos pequeños libros o folletos sobre el tema de la basura han sido trabajados con cuidado y claridad. Uno de ellos fue elaborado, en 2004, por Raúl Herrera Massieu. En él, además de datos básicos y definiciones claras, se plantea cuestionamientos que pueden servir de base para apoyar la difusión de la Ley de residuos sólidos. Conviene consultar este texto que incluye una sección de preguntas frecuentes muy esclarecedoras (www.sma.df.gob.mx/educacionambiental/pdf/como.pdf).
Hay países que son exitosos en el manejo de sus residuos, tal es el caso de Alemania, donde se educa en términos de generar menos basura; muchas familias producen composta con los desechos orgánicos, y el reciclamiento está regulado por leyes, de manera que los empaques y recipientes en que se venden los productos vuelvan a ser responsabilidad de los fabricantes y por lo tanto les deben ser regresados para su disposición. Esto fue introducido desde 1991 por medio del llamado Dual System Germany Ltd., al cual se ha unido una gran cantidad de países en Europa. Su propósito fundamental es asegurar la recuperación y reciclamiento de los empaques en la forma más eficiente y amigable con el ambiente. Se puede aprender mucho de ellos (www.proe.org/Introduction.html).
En resumen, hay necesidad de desarrollar ciencia y tecnología sobre mejores y más amigables materiales, así como procesos de reutilización y manejo de muchas sustancias. De igual manera, la población tendrá que proponer se incentive la parte industrial de utilización y reciclamiento como una tarea importante en el país. Pero debería de haber un objetivo fundamental de difusión, que es también educativo: lograr, como en otras muchas cosas, un cambio de actitudes en nosotros, lo cual nunca es sencillo.
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Patricia Magaña Rueda
Facultad de Ciencias,
Universidad Nacional Autónoma de México.
como citar este artículo → Magaña Rueda, Patricia. (2011). ¿Es sólo basura? Ciencias 102, abril-junio, 24-26. [En línea] |
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Bichos vemos, relaciones no sabemos:
diversidad e importancia de las interacciones bióticas
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| Karina Boege y Ek del Val | |||||||||
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Las interacciones bióticas son aquellas relaciones que se
establecen entre dos o más organismos. Como resultado de éstas, los individuos pueden verse beneficiados, perjudicados o no ser afectados, dependiendo del contexto en el que ocurran. En general, la mayoría de las interacciones que mantienen las especies se originan a partir de su necesidad de obtener los recursos necesarios para sobrevivir (agua, nutrimentos o luz, en el caso de las plantas). Esto es, los organismos de una especie son el alimento de individuos de otra especie. En el caso particular de la interacción conocida como competencia, lo que ocurre es que la presencia simultánea de dos especies limita la cantidad de recursos disponible para los individuos de ambas especies. Resulta fascinante, sin embargo, encontrar las variantes de interacciones bióticas en las que estas relaciones antagónicas han derivado en relaciones positivas que no necesariamente tienen que ver con la alimentación. Por ejemplo, la depredación de frutos ha derivado en sistemas eficientes de dispersión de semillas, y la depredación de óvulos o polen han dado origen a interesantes sistemas de polinización.
Blanco y negro o ¿una gama de grises?
Históricamente, los biólogos han catalogado las interacciones bióticas por el efecto que tiene una especie sobre la otra, y han considerado un número limitado de tipos de interacción (competencia, depredación, mutualismo, comensalismo y amensalismo). Sin embargo, al evaluar estas relaciones con mayor detalle, muchos estudios han detectado que el mundo no es blanco y negro; es decir, las interacciones de dos especies pueden variar en un continuo que va del antagonismo (la interacción negativa entre dos organismos) al mutualismo (cuando los dos organismos se benefician por su interacción), dependiendo del contexto ambiental en el que ocurran, y de los costos y beneficios que la relación representa para cada interactuante (figura 1).
Algunos ejemplos clásicos de cada tipo de interacción pueden servir para ilustrar los tonos de gris en que éstos derivan. La interacción en donde los individuos de dos especies resultan perjudicados por la limitación de recursos es un antagonismo que se conoce tradicionalmente como “competencia interespecífica”. En este tipo de interacción puede haber una especie ganadora (que se queda con el lugar y los recursos de otra) y una perdedora (que se extingue o desaparece localmente). De modo alternativo, las dos especies pueden coexistir, siempre y cuando la competencia entre ellas sea menor que entre los individuos de una misma especie; esto es, hay más querella por los recursos (alimento, espacio, parejas, etcétera) entre parientes cercanos (individuos de una especie) que entre los lejanos (de diferentes especies). Cuando entramos a una selva, somos testigos de un ejemplo clásico de competencia por la limitación de luz. Los árboles de una selva no pueden desplazarse para encontrar un mejor lugar donde vivir, así que aquellos que tienen la capacidad de crecer más rápido logran tener acceso a más luz que los que se quedan rezagados a la sombra de éstos. En tal caso podemos considerar que los primeros son competitivamente superiores a los segundos. Pero no todas las plantas que crecen en un mismo lugar establecen esta interacción antagónica. Existe una variante de interacción de dos plantas que se conoce como “facilitación”. El investigador Alfonso Valiente, del Instituto de Ecología de la unam, ha estudiado esta interacción en los desiertos mexicanos. En esos ambientes, en donde las condiciones ambientales son muy estresantes (poca agua, fuerte insolación y altas temperaturas), hay muchas especies de plantas que solamente pueden germinar debajo de otras que les proveen la humedad suficiente y las protegen de la insolación. Por ejemplo, la cactácea Lophocereus schotii del desierto de Baja California germina únicamente bajo la copa del arbusto Larrea tridentata.
Cuando un animal se alimenta de un organismo, estamos hablando de la relación antagónica denominada “depredación”. El efecto más evidente es la muerte de la presa que representa el alimento del depredador. Un tono gris de esta relación antagónica ocurre cuando un animal, hongo o bacteria consume porciones de otros individuos. Dentro de estas variantes se encuentran las interacciones conocidas como “parasitismo” y “herbivoría”, y las consecuencias para el individuo que es atacado dependen de la intensidad y duración de la interacción. Por ejemplo, cuando un venado le da una mordida a una planta pequeña, generalmente el efecto es mortal, pero cuando come sólo algunas hojas de una planta madura es poco probable que ésta muera, aunque sí podría disminuir su capacidad de reproducirse, produciendo menos flores, frutos y semillas. En contraste con ese panorama “negro” existe un escenario “blanco” de esta interacción. Ken Paige y Tom Whitham describieron un caso paradójico relacionado con la herbivoría, en el que la planta Ipomopsis aggregata parece beneficiarse cuando es consumida por venados. Cuando los venados remueven el escapo en donde crecen las flores, la planta es capaz de activar los mecanismos necesarios para producir todavía más flores y, como consecuencia, producir más frutos que cuando no es mordida por herbívoros.
Como mencionamos anteriormente, aunque muchas interacciones se establecen como consecuencia de la necesidad de conseguir nutrimentos (por ejemplo, la luz en los árboles o las hojas en los herbívoros), algunas de ellas han derivado en la obtención de otros beneficios, como el transporte de semillas, la protección contra enemigos naturales o el apropiarse de algún tipo de refugio. Bajo tales condiciones, muchas interacciones que en principio eran antagónicas fueron evolucionando a lo que hoy conocemos como “mutualismo”. Dicho tipo de interacción se caracteriza porque los individuos de diferentes especies se ven beneficiados por su presencia mutua. Ejemplos clásicos son la polinización, la dispersión y la simbiosis. La polinización ocurre entre las plantas y animales que, por alimentarse de su néctar o polen, también polinizan sus flores al moverse de flor en flor. La dispersión de semillas la llevan a cabo animales que se alimentan de los frutos y semillas de las plantas. Después de digerir y excretar las semillas, éstas son depositadas en sitios en donde pueden germinar. Dicha interacción también ocurre de manera accidental cuando las semillas se pegan al pelaje o plumaje de mamíferos y aves. En el caso de las dos interacciones mencionadas, las plantas se ven beneficiadas por el transporte de sus gametos o semillas a nuevos sitios, mientras que los animales obtienen alimentos energéticos, como el néctar o la pulpa de las frutas.
Otro tipo de mutualismo tiene que ver con la protección contra el ataque de los herbívoros, y ocurre cuando las plantas producen ciertas recompensas o refugios. El caso más conocido fue descrito por el ecólogo Daniel Janzen en 1967, quien descubrió que en las selvas tropicales las hormigas Pseudomyrmex ferruginea habitan en las espinas de las plantas de Acacia cornigera, pariente de los huizaches, y las defienden activamente. Las hormigas mutualistas de esta especie de Acacia patrullan constantemente las ramas, hojas y tronco del árbol con el fin de remover cualquier otro animal o planta trepadora que encuentren sobre su planta hospedera. Además de refugio, las hormigas de Acacia cornigera obtienen comida rica en glucógeno producida por la planta en el extremo de los foliolos, llamados “cuerpos de Belt”. En tal situación, las hormigas son consideradas como “defensas vivientes” de las plantas. Sin embargo, una gama de grises de esta interacción se presenta cuando las plantas son colonizadas por especies de hormigas que no defienden tan eficientemente la planta.
Un extremo “blanco” de las interacciones mutualistas es la simbiosis, pues implica que una de las especies no puede vivir sin la otra y viceversa, por lo que si una desaparece la otra también. Un ejemplo de simbiosis ocurre entre las vacas y las bacterias que habitan en su intestino, ya que esas bacterias sólo viven en el rumen de las vacas; en contraparte, las vacas necesitan a las bacterias para digerir su comida, que de otra manera no podrían digerir. Otro ejemplo de simbiosis extrema es el fascinante caso del origen de las células que tienen núcleo. La famosa bióloga estadounidense Lynn Margulis propuso que las mitocondrias de todas las células de organismos multicelulares se originaron por la estrecha relación que se estableció hace aproximadamente dos mil millones de años entre organismos unicelulares: una bacteria de vida libre que podía respirar oxígeno y un organismo unicelular que poseía núcleo y era capaz de consumir moléculas y desplazarse activamente. Las ventajas que cada uno de los organismos obtuvo de esta interacción originaron que ambos dejaran de ser autónomos, al grado de que la bacteria, después de varios millones de años, no sólo no puede vivir sin su hospedero, sino que se convirtió en un organelo de las células de todos los organismos multicelulares que existen hoy día: la mitocondria.
Estas relaciones “de mutua ayuda” se antojan algo románticas, pues en principio ambas partes viven felices por los siglos de los siglos; pero, en realidad, es frecuente encontrar mutualismos con una gama de efectos en las especies que van desde negativos y neutros, hasta extremadamente positivos. Por ejemplo, la polinización, considerada como un mutualismo clásico, puede ser un antagonismo en situaciones en donde el polinizador, más que favorecer a las plantas, las perjudica. Esto llega a ocurrir, por ejemplo, con la polilla Greya politella, que poliniza las flores de la planta Lithophragma parviflorum mientras pone sus huevos en las mismas. Al desarrollarse dentro de los ovarios, las larvas de la polilla se alimentan de las semillas, lo que representa un costo para la planta. Sin embargo, si la polilla es el único polinizador, a la planta no le queda más remedio que pagar dicho costo con tal de que al menos una fracción de sus óvulos sea fecundada, esto es, a pesar de consumir cierta fracción de las semillas de la planta, la polilla es considerada como mutualista de la planta pues sin ella no podría lograr reproducirse. Sin embargo, hace unos años los ecólogos estadounidenses John Thompson y Bradley Cunningham estudiaron varias poblaciones de Lithophragma parviflorum y describieron cómo en poblaciones en que existen otros polinizadores como abejas y abejorros, que no consumen las semillas, la polilla Greya politella, más que un polinizador, actúa como un verdadero depredador de semillas, de manera que a las plantas les va mejor sin la visita de la polilla. De hecho, en estas poblaciones las plantas han desarrollado la capacidad de abortar selectivamente las cápsulas que contienen larvas de la polilla, lo que demuestra que en tal circunstancia se trata en realidad de un depredador más que de un polinizador.
Las interacciones mutualistas también abren la posibilidad de que haya trampas entre los organismos involucrados y que uno de ellos obtenga los beneficios de la interacción sin necesariamente tener que pagar todos los costos. En el caso de las plantas, por ejemplo, tales costos están relacionados con la producción de néctar en las flores o frutos con pulpa dulce. Un caso extremo de esos “mutualismos tramposos” son las orquídeas que atraen a sus polinizadores por medio de un engaño: producen flores que de lejos parecen las hembras de las abejas que las polinizan. Las abejas macho se acercan a cortejar a “la hembra” e intentan inútilmente copular con las flores. Al final del “cortejo”, las avispas dejan la flor sin llevarse ningún tipo de recompensa porque la planta no produce néctar, pero sí un par de paquetes de polen o polinia que dejarán en la siguiente flor que lleguen a “cortejar”. Por otra parte, hay interacciones que representan el otro lado de la historia. Los biólogos estadounidenses D. Inouye y J. Maloof describieron cómo, sin polinizarlas, algunos abejorros obtienen las recompensas de las flores —el néctar, por ejemplo— haciendo orificios en el tubo de la flor, por lo que nunca entran en contacto con las partes reproductivas de la planta y ésta no obtiene ningún beneficio de la interacción.
Finalmente, hay relaciones que se caracterizan por el hecho de que, mientras para una especie la interacción no tiene ningún tipo de efecto, para la otra sí existe un efecto negativo; es el caso del amensalismo, que puede ser positivo —se trata entonces de un comensalismo. Un ejemplo de amensalismo es cuando las cabras pisotean la vegetación de una pradera, mientras que el comensalismo clásico está conformado por las rémoras que se alimentan de los parásitos en la piel de los tiburones. A pesar de que estas relaciones son aparentemente inocuas para uno de los participantes (en los ejemplos, las cabras y los tiburones), podemos plantear situaciones más “grises” en las que dichas interacciones en realidad sí tienen efectos significativos para ambas especies. En el caso del pisoteo de las cabras, éstas pueden promover que se reduzca la cantidad de plantas que representan su alimento. En el caso de las rémoras, que van pegadas a la piel de los tiburones, ellas pueden acabar irritando la piel de sus hospederos o entorpeciendo su diseño hidrodinámico.
Agentes no tan secretos de la selección natural
Cuando los efectos positivos o negativos de las interacciones bióticas se ven reflejados en la supervivencia, crecimiento y reproducción de los individuos, es probable que estas relaciones afecten el crecimiento de una población y la abundancia o distribución de una especie. Lo que es muy frecuente es que muchas interacciones tengan efectos a escala evolutiva. Un ejemplo de cómo las interacciones pueden promover la evolución, es lo que sucede con muchas variedades de bacterias y parásitos que nos ocasionan enfermedades y que nos afectan cotidianamente. En años recientes se ha detectado que muchos de esos parásitos y bacterias han desarrollado resistencia a los antibióticos. Esto se debe a que aquellos individuos que presentan cualquier tipo de resistencia a tales compuestos sobreviven más y, por lo tanto, tienen mayores probabilidades de reproducirse rápidamente en comparación con individuos que no son resistentes. En este caso, podemos decir que la evolución de la resistencia ha ocurrido como producto de la selección natural. Ejemplos similares ocurren con las defensas que producen las plantas en contra de los herbívoros que, por mecanismos de selección natural, pueden presentar evolución en las contradefensas, lo que les permite seguir consumiendo dichas plantas.
En vista de que en muchas situaciones tales relaciones son importantes agentes de selección, a los biólogos nos interesa considerar las interacciones bióticas para entender la evolución de las especies. Desde el punto de vista evolutivo hoy sabemos que las interacciones son fuente de selección natural que promueven la evolución de múltiples soluciones adaptativas y, por lo tanto, una de las causas relevantes que han contribuido a la existencia de la gran diversidad de especies que hay en el planeta hoy día.
Piezas fundamentales de los ecosistemas
Las interacciones bióticas son de tal importancia para el funcionamiento de los ecosistemas, que podríamos pensar en ellas como una serie de complejos engranajes que mantienen el tictac de un reloj. Los ciclos de nutrimentos y el agua, el flujo de energía a través de cadenas tróficas, la descomposición de la materia orgánica, y hasta la regulación del clima pueden estar influenciados por las interacciones bióticas.
Por ejemplo, una planta de frijol depende de la interacción indirecta con las bacterias que forman nódulos en sus raíces para poder obtener el nitrógeno que necesita para llevar a cabo la fotosíntesis. A su vez, la materia y la energía asimiladas por las plantas son concentradas en carbohidratos, que posteriormente serán consumidos por los herbívoros, quienes son a su vez alimento de los carnívoros. Es así como la energía que empezó con los rayos de sol que llegan a la superficie de la hoja del frijol continúa su trayectoria a través de la cadena alimentaria, hasta llegar a ser, otra vez, materia orgánica que es consumida por las lombrices e insectos del suelo, para luego ser procesada por los microorganismos que la trasforman en minerales y nutrimentos disponibles nuevamente para las plantas. Este ciclo energético, definido por la presencia de tantas interacciones, repercute directamente en la productividad de un ecosistema y sus ciclos de agua, nutrimentos y carbono.
Al entender que las interacciones tienen importantes implicaciones ecológicas y evolutivas, es fácil imaginar que cuando una especie es eliminada de un ecosistema o se extingue naturalmente, las consecuencias van más allá de su propia existencia. La desaparición de una especie posiblemente implique una afectación negativa sobre las especies con las que tenía interacciones positivas (por ejemplo sus polinizadores, sus dispersores, etcétera), mientras que las especies con las que tenía interacciones negativas, como sus competidores o sus presas, pueden aumentar sus poblaciones. En algunas ocasiones la desaparición de una especie produce una extinción en masa debido a la cantidad de interacciones que tenía esa especie con las demás en un ecosistema.
A este tipo de especies tan importantes y vinculadas con muchas otras se les conoce como “especies clave”. Por ejemplo, Robert Paine encontró que en los arrecifes de Australia en donde se sobreexplotó las estrellas de mar, aumentó la abundancia de las que eran sus presas: los erizos y varios tipos de almejas. A su vez, el incremento en las poblaciones de los erizos y las almejas, que son herbívoros, desencadenó una presión muy fuerte sobre las algas que éstos consumían, y acabaron por extinguirlas localmente. Al extinguirse las algas, desaparecieron las almejas y los erizos y, al final, todo el ecosistema colapsó. En este caso, las estrellas de mar son la especie clave, y su desaparición significó una grave perturbación en todo el ecosistema.
La otra cara de la moneda es el efecto de la introducción de una especie nueva en un ecosistema. Cuando una especie se establece fuera de su área de distribución natural, ésta interactúa con muchas de las especies nativas, y cuando es competitivamente superior a las demás, también puede ocasionar un colapso o una afectación severa a la diversidad de un ecosistema. Por ejemplo, algunas especies invasoras pueden desplazar a las nativas, como ocurre en los ríos del norte de México, en donde el pino salado (Tamarix ramossissima), originario de Asia, desplazó a todas las especies de plantas nativas porque es muy eficiente para encontrar agua del subsuelo y, al crecer rápido, produce una sombra muy fuerte que impide a las demás especies germinar y desarrollarse, modificando completamente el ecosistema original.
Tú y las interacciones bióticas
Las interacciones también afectan directamente la existencia y supervivencia de las sociedades humanas, pues muchas de las relaciones entre especies están vinculadas con servicios que los ecosistemas proveen a los humanos. Algunos servicios ecosistémicos de los que dependemos y que se hallan relacionados con las interacciones bióticas son: la polinización de cultivos, el control biológico de plagas y enfermedades, las simbiosis entre plantas y hongos que permiten el buen desempeño de los cultivos, y la formación de suelo por medio de la descomposición de la materia orgánica. Otras interacciones tienen que ver con muchas de las enfermedades que alteran nuestra calidad de vida, y son causantes de millones de muertes. Por ejemplo, los mosquitos son hospederos de comensalistas, como la bacteria que ocasiona el cólera y el plasmodio que provoca el paludismo.
De manera similar, las ratas conviven con el virus que transmite la peste en el humano, pero no manifiestan síntomas de la enfermedad. Entender la relación que tienen estos parásitos con otras especies es fundamental, pues frecuentemente los vectores que nos transmiten las enfermedades son otras especies con las cuales los parásitos mantienen relaciones comensalistas. Es por todo ello que el estudio de las interacciones es un campo de vital importancia para comprender el pasado y el devenir del planeta.
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Referencias bibliográficas
Benítez-Vieyra, S., M. A. A., y A. A. Cocucci. 2009. “Variable selection patterns on the labellum shape of Geoblasta pennicillata, a sexually deceptive orchid”, en Journal of Evolutionary Biology, vol. 22, pp. 2354-2362.
Dirzo, R. 2009. “Antropogenically driven contemporary evolution: Lessons for biodiversity conservation”, en Evolution, vol. 63, pp. 3038-3041.
Janzen, D. 1967. “Synchronization of sexual reproduction of trees within the dry season in Central America”, en Evolution, vol. 21, pp. 620-637.
Maloof, J. y D. W. Inouye. 2000. “Are nectar robbers cheaters or mutualists?”, en Ecology, vol. 81, pp. 2651-2661.
Thompson, J. N. y C. C. Fernandez. 2006. “Temporal dynamics of antagonism and mutualism in a geographically variable plantinsect interaction”, en Ecology vol. 87, pp. 103-112.
Paige, K. N. y T. G. Whitham. 1987. “Overcompensation in response to mammalian herbivory: the advantage of being eaten”, en The American Naturalist, núm. 129, pp. 407-416.
Paine, R. T. 1966. “Food web complexity and species diversity”, en American Naturalist, núm. 100, pp. 65-75.
Thompson, J. N. y B. M. Cunningham. 2002. “Geographic structure and dynamics of coevolutionary selection”, en Nature, núm. 417, pp. 735-738.
Valiente-Banuet A., F. Vite, A. Zavala-Hurtado. 1991. “Interaction between the Cactus Neobuxbaumia tetetzo and the nurse shrub Mimosa luisana”, en Journal of Vegetation Science, núm. 2, pp. 11-14.
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Karina Boege
Instituto de Ecología,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Estudia aspectos de la selección natural de las relaciones entre plantas y animales.
Ek del Val
Centro de Investigaciones en Ecosistemas,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Estudia las interacciones bióticas que surgen en hábitats que han sido dañados o que han sido restaurados.
como citar este artículo →
Boege, Karina y Del Val, Ek. (2011). Bichos vemos, relaciones no sabemos: diversidad e importancia de las interacciones bióticas. Ciencias 102, abril-junio, 4-11. [En línea]
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Darwin, el darwinismo y el neodarwinismo:
la metáfora de la supervivencia de los más aptos
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| Tania Romo González | |||||||||
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A más de 150 años de la aparición de la primera edición de
El origen de las especies, el libro por el que más se recuerda a Darwin, en la mayoría de los textos sobre biología, evolución, y aun en las ciencias sociales, se sigue las analogías entre Darwin, darwinismo y neodarwinismo como si el mismo Darwin hubiera sido el padre de todo el entramado reduccionista al que han llevado sus conceptos de selección, variación y lucha por la vida. Es decir, se ve en Darwin no sólo al padre de la evolución por haber creado los fundamentos de la actual teoría sintética de la evolución, sino también al fundador de las superestructuras que han sido elaboradas progresivamente a partir de la genética (mendeliana, poblacional, molecular), la bioquímica, la embriología, la sistemática, la ecología y la paleontología. No sólo eso: también se ve en Darwin al inspirador de las teorías modernas de la desigualdad, al mentor de la eugenesia en sus versiones más duras, al teórico de la eliminación de los débiles, al gran legitimador naturalista del expansionismo occidental y, especialmente, del imperialismo victoriano; al ideólogo fundador del “racismo científico”, al padre del “darwinismo social” y de casi toda la sociobiología evolucionista y, por último, al justificador oficial del triunfalismo egoísta de los poseedores.
Sin embargo, semejantes alegatos no sólo son erróneos, sino que se oponen a la más documentada verdad historiográfica y a la lógica de la teoría de la descendencia que el mismo Darwin aplicara en el campo de la antropología. Por lo anterior, se vio en él, simultáneamente y sin preocupación por las incompatibilidades, a Herbert Spencer, Francis Galton, Cecil Rhodes, Arthur de Gobineau y Thomas R. Malthus.
Un ejemplo claro de ello es el hecho de que Darwin reconoció la selección natural como un agente que influye en la generación de un ser vivo a lo largo del tiempo, pero no como el único factor importante. De hecho, en algún momento Darwin concordaba mucho con la idea de Jean Baptiste Lamarck de que algunas características adquiridas por los organismos podrían ser heredadas a su descendencia. Dicha herencia, apunta el ya mencionado naturalista inglés, puede acelerar el proceso evolutivo. De estas premisas, Darwin propone su teoría de los caracteres adquiridos por uso y desuso.
En esta teoría, también llamada pangénesis, Darwin apunta que cada órgano del cuerpo emite unas partículas microscópicas llamadas “gémulas”, las cuales pueden pasar a través de la membrana celular e ir de una célula a otra, de un tejido a otro o de un órgano a otro, hasta llegar a los órganos reproductores de los seres vivos y de ahí ser transmitidas o heredadas a su descendencia. Como el proceso de difusión de las gémulas es constante durante la vida de los organismos, esto implicaría que algún cambio en un órgano o en algún otro constituyente de un ser vivo sería trasmitido a su descendencia por medio de dichas partículas. De esta forma se explicaría la transmisión de caracteres adquiridos y se podría justificar hasta cierto punto la existencia de aparentes saltos evolutivos, ya que se debe recordar que Darwin pregonaba que “la naturaleza no da saltos”.
Quizás el error de Darwin fue utilizar algunas partes de las ideas de todos estos teóricos, aunque no compartiera en su totalidad tal forma de percibir la realidad. Por ejemplo, los temas que Malthus trataba en su libro integraban discusiones políticas de las que Darwin era consciente; sin embargo, él nunca se interesó realmente en la política de la propuesta de Malthus. También es cierto que la brecha principal para la teoría de la evolución de Darwin se dio cuando releía el ensayo de Malthus en el Beagle. No obstante, aunque compartía con los textos de Malthus la idea de que la sobrepoblación lleva a un conflicto en la especie por la sobrevivencia, al mismo tiempo se oponía a las implicaciones sociales de la sobrepoblación, teórica y personalmente.
Lo anterior se revela en que, mientras Malthus sugirió remedios y control de la natalidad, Darwin veía éstos como una intervención en los principios de la selección natural por medio de la competencia y la supervivencia del más apto. Al mismo tiempo, en su vida personal, se casó con su prima Emma en 1839, algo que ahora parece cercano al incesto, con quien tuvo diez hijos, lo que iba en contra de los medios de control natal que el mismo Malthus defendía.
No obstante, Darwin proponía que una alta proporción reproductiva aseguraba la competencia y por tanto era una ventaja para la especie. Es decir, desde una perspectiva evolutiva, la escasez de recursos mantiene la presión selectiva alta, aun en los seres humanos: “como cualquier otro animal —escribió—, el hombre ha alcanzado su actual posición evidentemente por medio de una intensa lucha por la supervivencia gracias a las altas tasas de natalidad. Y si pretende seguir avanzando, debe continuar luchando por sobrevivir. Por lo tanto, aunque la alta proporción de nacimientos cause padecimientos inevitables, no debe ser reducida por ningún motivo”. También profundiza, en referencia a Malthus, sobre el poder reproductivo entre razas “bárbaras” y razas “civilizadas”. Emplea la analogía de las plantas y animales domesticados que aumentan sus tasas reproductivas cuando son llevados a suelos más ricos o tienen acceso a comida regularmente: “podemos esperar que el hombre civilizado, que en un sentido está altamente domesticado, sea en tal caso más prolífico que el hombre salvaje”.
Asimismo, sus principios en contra de las implicaciones sociales de la teoría de Malthus se ven más claramente en una de sus conclusiones: “no se puede vivir esta vida solitaria, con una vejez renqueante, sin amistad, ni calor, ni hijos, ni quien te mire a la cara ya con arrugas. No importa, confíate a la suerte, mantente bien atento. Hay muchos esclavos felices”.
A pesar de estas sustanciales diferencias entre Malthus y Darwin, y de que este último estuviera a favor de ambas selecciones (individual y de grupo), la mayoría de los biólogos evolutivos no sólo vota claramente por la selección individual como principio importante en la naturaleza, sino que postulan a Darwin como su creador. A su vez, la extrapolación de este principio a los seres humanos podría significar que estamos destinados al egoísmo y a todos los problemas que se derivan de ello, dentro de los cuales el más serio en la actualidad es la sobreexplotación de los recursos naturales. El fondo de la tragedia de esta discusión es que los organismos —incluyendo al hombre— somos egoístas y por ello no reducimos nuestros intereses a un fin común. Cualquier sacrificio personal implicará normalmente costos altos (y una desventaja competitiva), y no contribuye a mejorar la situación de la población o la comunidad entera: “¿por qué yo, por qué no los otros?”. Así, el enfoque de Malthus en cuanto al individualismo que compartía con Smith y sus ideas de mercado se traslada a la teoría evolutiva de Darwin y posteriormente al darwinismo y neodarwinismo, en donde los genes egoístas son los responsables de la evolución.
De aquí a la eugenesia hay sólo un paso, y aunque Francis Galton, primo de Darwin, es conocido en la historia como su fundador, Darwin no comulgaba con las ideas de su primo. Sin embargo, Galton tuvo la misma inspiración que su primo y quizás de ahí se deriva la confusión, así como de que Galton se sirviera de algunos principios de Darwin para formular sus ideas: “con el fin de cultivar los caracteres más nobles del hombre y mejorar la raza humana per se, era necesario controlar la reproducción entre la gente inferior, portadores de caracteres hereditarios nocivos”; en la actual terminología, malos genes.
Toda esta extraordinaria confusión que durante tanto tiempo ha ocultado una correcta interpretación de Darwin puede vincularse, en primer lugar, con la pantalla levantada ante el darwinismo por el “evolucionismo filosófico” de Spencer. Este sistema de pensamiento, que brindó un marco ideológico integral al ultraliberalismo radical de la industria victoriana, ya estaba establecido en sus puntos esenciales cuando emergió la teoría darwiniana en la Inglaterra de 1860, en un contexto saturado de luchas ideológicas.
Spencer fue influido inicialmente por la ley del desarrollo enunciada por Karl Ernst von Baer en el campo de la embriología. Preocupado por dar a esa “ley” una formulación con mayor grado de generalidad, expresó su propia “ley de la evolución” en 1860 en el “Prospectus” de sus Primeros Principios, que aparecieron en 1862. La “ley de evolución” define el pasaje desde estados indefinidos, incoherentes y homogéneos, a estados definidos, coherentes y heterogéneos, a través de un proceso de integración y de diferenciación (un proceso que se corresponde con el aumento en la complejidad que lleva a los extremos perfeccionamientos organizativos de los cuerpos vivos, los seres humanos y las sociedades). La “ley” así enunciada se aplicará a todas las categorías de fenómenos, todos los dominios del saber y a la misma teoría del conocimiento.
En este sentido, la “adaptación” (pensada por Spencer) es la regla de supervivencia en el seno de una competencia interindividual generalizada: los menos adaptados deben ser eliminados sin miramientos. Así, Spencer se opondrá a cualquier medida en ayuda de los más desfavorecidos y a todo tipo de leyes asistenciales. Su preocupación era, más que aplicarla al dominio en el que legítimamente debía usarse (la evolución de los organismos), hacerlo en el universo en el cual explícitamente Darwin se rehusó (la marcha de las sociedades humanas). Por lo que Darwin aceptó (aun cuando no lo apreciaba mucho, tal como lo expresa en su Autobiografía de 1876), una lejana convivencia y una importación terminológica (metáfora): la “supervivencia de los más aptos” de Spencer, lo cual probablemente ha tenido más efectos negativos a largo plazo que ventajas momentáneas.
Ocurre así la cristalización de una metáfora en una teoría científica, aun cuando el mismo Darwin lo reconoce: “uso esta expresión en un sentido amplio y metafórico, que incluye la dependencia de un ser respecto de otro y —lo que es más importante—, incluye no sólo la vida del individuo, sino también el éxito al dejar descendencia. Dos cánidos en tiempo de hambre luchan entre sí para comer y vivir, pero de una planta en la orilla del desierto se dice que lucha por la vida contra la sequedad, aunque más propio sería decir que depende de la humedad. De una planta que produce un millar de las que, por término medio, sólo una llega a completo desarrollo, puede decirse con más exactitud que lucha con las plantas de la misma clase o de otra que ya cubría el suelo. El muérdago depende del manzano y de otros árboles, mas sólo en un sentido muy amplio puede afirmarse que lucha con estos árboles, pues si sobre uno de éstos crecen demasiados parásitos, el árbol se extenúa y muere; pero de varias plantitas de muérdago que crecen muy juntas en el mismo árbol puede decirse con más exactitud que luchan mutuamente. Como el muérdago es diseminado por los pájaros, su existencia depende de ellos y, cabe decir, metafóricamente, que lucha con otras plantas frutales, tentando a los pájaros a tragar y diseminar de este modo sus semillas. En estos varios sentidos, que pasan insensiblemente de uno a otro, empleo por razón de conveniencia la expresión general de lucha por la existencia”.
Evidentemente, en el medio político y cultural de la clase intelectual victoriana se instauró la confusión (a costa de la claridad) por el uso relativamente indiferenciado de términos poco definidos para el público, pero con cargas semánticas y connotaciones profundamente diferentes. Tal como lo expresan Massen y Weingart: “la teoría darwinista de la lucha por la existencia es simplemente la transferencia de la teoría hobbesiana del omnium del bellum contra omnes (la guerra de todos contra todos), la teoría económica burguesa de competencia, así como la teoría demográfica de Malthus de la sociedad en la naturaleza orgánica. Después de lograr este truco es fácil transferir estas teorías de la historia natural a la historia de la sociedad y decir que ha sido probada esta tesis como ley natural eterna de la sociedad”. Por lo tanto, una metáfora puede ser tomada como representación de una teoría probada, una ley natural eterna, y no sólo como analogía ilustrativa que se puede sustituir fácilmente por otra. De hecho, la metáfora puede ser mal empleada o abusada, esto es, se le puede dar otro significado en el nuevo contexto o un significado normativo. En estos casos, las ideologías o visiones enteras del mundo se elevan al nivel de la confianza científica. Además, en algunos casos estos conceptos representan una teoría autónoma y se convierten en una opinión coherente del mundo.
Éste es el caso de la “lucha por la existencia” (struggle for life) que no sólo se ha identificado como la base del darwinismo social, sino que al traducirse al alemán, kampf ums dasein, se considera responsable de la aparición del nazismo. Según Massen y Weingart, la traducción de la palabra struggle tiene diversas interpretaciones como conflicto, movimiento violento, resistencia, esfuerzo, trabajo, entre otras, y en alemán se cristaliza en kampf: lucha, al mismo tiempo que life se cristaliza en dasein: existencia. Por eso, la expresión struggle for life de Darwin fue traducida como kampf uns dasein (lucha por la existencia). Sin embargo, ésta pudo traducirse como kampf ums leben (lucha por la vida) que abarcaría fácilmente los dos significados que Darwin tenía en mente: la lucha por la supervivencia de una especie en cierto ambiente con otra especie bajo condiciones particulares, así como la lucha individualista entre los miembros de la misma especie. Kampf ums leben, o tal vez el más apropiado kampf ums überleben, sugerían el struggle inconsciente por la supervivencia en el ambiente natural, mientras que kampf ums dasein asumía la connotación de una conciencia individual y, en última instancia, de un conflicto mortal.
Esta última asociación ha tenido probablemente profundas repercusiones en la recepción del pensamiento biológico después de la Segunda Guerra Mundial, en la relación entre las ciencias biológicas y sociales, así como en la forma de contar la historia del ascenso de los nazis al poder.
La evolución spenceriana (noción filosófica) vs. la descendencia darwiniana (concepto naturalista), esto es, el triunfo o la supervivencia de los más aptos —que rápidamente se transformará por las nociones de uso esencialmente sociológico en Spencer en los “mejores”, los más “meritorios” o los más “fuertes”— vs. la selección de variaciones orgánicas e instintivas ventajosas. Este último concepto que, en cuanto a lo instintivo, en 1871 culminará en las posiciones antropológicas de Darwin (éticas, sociológicas y políticas), diametralmente opuestas a las del portavoz del integrismo liberal.
Darwin no elaboró un dogma intocable, un darwinismo que debe repetirse por generaciones, sino que formuló las bases de un programa de investigación que, por enriquecimientos sucesivos, deviene un instrumento de trabajo cada vez más efectivo.
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Referencias bibliográficas
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Tort, P. 1996. Para leer a Darwin. Alianza Editorial, Madrid.
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Tania Romo González
Instituto de Investigaciones Biológicas,
Universidad Veracruzana.
Es química farmacéutica bióloga por la Universidad Veracruzana, y tiene un doctorado en Investigación Biomédica Básica por el Instituto de Investigaciones Biomédicas de la UNAM. Actualmente trabaja como investigadora en el Instituto de Investigaciones Biológicas de la Universidad Veracruzana.
como citar este artículo →
Romo González, Tania. (2011). Darwin, el darwinismo y el neodarwinismo: la metáfora de la "supervivencia de los más aptos o la lucha por la vida". Ciencias 102, abril-junio, 16-22. [En línea]
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El origen de la endotermia en vertebrados
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| Héctor R. Eliosa León y Adriana Berenice Silva Gómez | |||||||||
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En la historia evolutiva de los vertebrados se destacan tres
características que han sido decisivas en el éxito que ciertas clases de este grupo de animales han alcanzado. En orden de importancia, estas características son: las mandíbulas, el huevo amniota y la endotermia. Las primeras permitieron cambiar el modo de alimentación de los organismos, pasando de la filtración a la ingestión, lo que permitió diversificar así su dieta. La segunda característica facilitó la independencia de los vertebrados del ambiente acuático, lo que favoreció la ampliación de su distribución geográfica.
En cuanto a la endotermia, podemos comenzar diciendo que es la característica fisiológica que tienen los organismos de generar calor corporal a partir de su propio metabolismo y con ello mantener su temperatura en rangos muy estrechos, evitando fluctuaciones drásticas en la temperatura corporal a pesar de que haya cambios importantes en la temperatura ambiental. Los vertebrados que poseen este atributo son las aves y los mamíferos. Los peces, los anfibios y los reptiles, por carecer de esta característica, se denominan ectotermos.
Las ventajas que la endotermia ofrece son las siguientes: 1) una amplia distribución geográfica, pues la distribución latitudinal de los endotermos respecto de los ectodermos es mayor. Los endotermos pueden vivir exitosamente, por ejemplo, en los círculos polares ártico y antártico, donde la temperatura ambiental es extremadamente fría y muy inferior a la temperatura corporal de ellos; 2) una mayor actividad física, ya que debido a que los endotermos poseen tasas metabólicas altas y una temperatura elevada, pueden resistir largos periodos de intensa actividad, sobre todo en climas fríos, lo que les permite explotar recursos alimenticios o evadir posibles depredadores; 3) una gestación térmicamente estable, pues aun cuando hasta el momento no se ha subrayado la relación de la endotermia con el desarrollo embrionario en aves y mamíferos, el empollamiento en las primeras y el viviparismo en los segundos aseguran un ambiente térmicamente estable para el desarrollo de los embriones; 4) una actividad nocturna que no depende de la radiación solar; y 5) una catálisis enzimática constante que promueve una eficiente digestión y asimilación de los alimentos.
No obstante, los costos metabólicos de la endotermia son muy grandes debido a que: 1) para mantener la temperatura corporal estable a partir del metabolismo es necesario un alto gasto de energía, por tal razón los animales endotermos están obligados a consumir grandes cantidades de alimento; 2) la elevada actividad respiratoria de los endotermos produce una importante pérdida de agua; en climas cálidos y secos, estos animales pueden agotar sus reservas hídricas; 3) los endotermos, en general, tienen tamaños corporales mayores a los ectotermos para evitar problemas con la relación superficie/volumen, debido a que un animal pequeño pierde calor más rápidamente que uno grande; y 4) el mantenimiento de la endotermia obliga a aves y mamíferos a destinar una cantidad baja de energía para actividades reproductivas, y por tanto generan pocas crías por temporada reproductora.
Sin embargo, el balance entre los costos y beneficios muestra que la endotermia ofrece mayores ventajas y por ello desde que surgió se ha mantenido como una característica importante de los vertebrados. La pregunta que surge es: ¿cómo se originó la endotermia?
Abordar el origen de un grupo biológico o una característica distintiva de éste no es fácil. A menudo hay una gran probabilidad de cometer errores y caer en la especulación. Por ser una característica fisiológica, la endotermia no es susceptible a la fosilización. Sin embargo, hay evidencias indirectas que nos pueden ayudar a entender la aparición de la endotermia, ya que produjo cambios mayores en la anatomía, fisiología, conducta y ecología de los organismos; es en estos aspectos donde se debe buscar la evidencia que nos brinde la respuesta a la pregunta planteada. Por otra parte, comprender los procesos selectivos que actuaron en el surgimiento de esta característica a partir de ancestros ectotermos es arriesgado y controvertido; los investigadores han cambiado su perspectiva en cuanto al origen de la endotermia tomando como base los nuevos hallazgos del registro fósil y los avances de la tecnología.
La evolución de los vertebrados nos indica que las aves y los mamíferos tienen distinto origen filogenético, las primeras surgen a partir de los Manirraptora, grupo perteneciente a los dinosaurios saurisquios, mientras los segundos tienen como ancestros a los cinodontos del orden Terapsida. No obstante, la endotermia asociada con estos grupos tiene los mismos principios fisiológicos, por lo que resulta un carácter claramente convergente (homoplásico). Ante tal situación es importante considerar que la endotermia tuvo que evolucionar a partir de un mecanismo similar en los dos grupos, como una respuesta a presiones selectivas.
Una prueba contundente de esta convergencia se observa en la similitud de la evolución respiratoria, particularmente en la existencia de huesos turbinales que son distintivos de los endotermos, y que son considerados como la mejor evidencia anatómica de endotermia en terápsidos. Estas estructuras permiten una reducción en la pérdida de agua y la regulación de la temperatura del aire en las fosas nasales. También se ha reconocido como evidencia de endotermia en el registro fósil la presencia de estructuras “fibrolamelares” en los huesos, ya que en los ectotermos se desarrollan huesos con una “zona lamelar” por estar pobremente vascularizados, por lo cual se considera válida esta extrapolación. Otra característica común que se presenta en los endotermos es el corazón con cuatro cámaras que, junto con el sistema pulmonar, permitió incrementar la eficiencia del intercambio gaseoso en mamíferos y aves.
Tres hipótesis
Hasta el momento se han propuesto varias hipótesis para explicar el surgimiento de la endotermia, las cuales hacen referencia a diferentes presiones selectivas. Aquí sólo se revisarán tres de ellas: a) la expansión térmica del nicho; b) la capacidad de mantener un ejercicio vigoroso; y c) el ser consecuencia del desarrollo de cuidado parental.
La expansión térmica del nicho
La producción de calor a partir de las membranas de los órganos viscerales durante la digestión de los alimentos hace que se eleve ligeramente la temperatura corporal, más allá de la correspondiente al estado de reposo. Esta condición pudo favorecer las actividades de los ancestros de las aves y los mamíferos, al mantenerse la producción de calor por encima de la del estado de reposo.
El mantenimiento vigoroso de ejercicio
El calor producido por los organismos a partir de las contracciones musculares en diversas partes del cuerpo como consecuencia de mantener un ejercicio sostenido durante actividades de búsqueda de alimento y la huida de sus depredadores se halla al origen de la endotermia según esta hipótesis. Una mayor actividad desarrollada por aquellos vertebrados pertenecientes a las líneas filéticas ancestrales de las aves y los mamíferos provocó un incremento en la tasa de aerobiosis, por lo que los sistemas cardiovascular y respiratorio se hicieron más complejos. Quizá los mayores ajustes en el desarrollo de la endotermia ocurrieron a nivel subcelular, ya que los endotermos tienen una mayor superficie mitocondrial que los ectotermos, incluso en tejidos que participan en la regulación de la temperatura corporal.
Ruben señala que los terápsidos (ancestros de los mamíferos, y muchos de ellos depredadores activos) incrementaron su capacidad aeróbica, por lo que tuvieron beneficios importantes en la persecución de presas, la evasión de sus depredadores, la realización de un buen cortejo y la conservación y el incremento de su territorio. Así, la selección natural favoreció un incremento en la capacidad aeróbica que eventualmente resultó en una termogénesis suficiente para mantener una termorregulación endógena aun en estado de reposo. Probablemente la expansión de los niveles de actividad sostenidos aeróbicamente, combinados con las tasas metabólicas de actividad y descanso, condujeron a una elevada tasa de consumo de oxígeno en descanso, hasta alcanzar una endotermia y una homeotermia. Tal vez el último paso a la endotermia fue el desarrollo de plumas y pelos, respectivamente. Bennett y Ruben señalan que, por un proceso similar al de los mamíferos, se originó la endotermia en aves y quizá en los mismos dinosaurios.
El desarrollo de cuidados paternos
Esta hipótesis plantea que para asegurar la supervivencia de la descendencia en ciertos grupos de vertebrados se generaron mecanismos similares que conducen a mejores condiciones para el desarrollo de las crías, iniciándose los cuidados de la prole desde la gestación y propiciando el medio más favorable para su desarrollo. Una de esas condiciones es la de brindar a los huevos o los embriones en desarrollo una temperatura constante y superior a la del ambiente, pero que no exceda los límites tolerables de la especie. Asimismo, las estrategias para la construcción y el mantenimiento de un ambiente con temperatura agradable que favorezca el desarrollo embrionario y postnatal de un organismo incluyen la creación de nidos y conductas tales como el agrupamiento, lo que evita la pérdida de calor. De tal modo que el cuidado parental aparece no solamente como la forma de preservar la especie, sino como la de crear organismos más eficientes en su relación con los diferentes ambientes; es así como surge la endotermia.
Tomando en cuenta que el cuidado parental y la conducta reproductiva son básicamente regulados por el eje hipotálamohipófisis, al evolucionar estas estructuras se tiene como consecuencia la aparición de caracteres reforzadores de la endotermia.
Fisiología de la endotermia
La temperatura es una de las variables que afectan de manera importante a los procesos biológicos de un individuo, por lo que existen mecanismos conductuales y autonómicos que, inmediatamente después de que haya variaciones en la temperatura ambiental o corporal —las cuales son detectadas por los receptores especializados, denominados termorreceptores—, se ponen en marcha para generar una termorregulación; son cambios fisiológicos y conductuales que le permitan al organismo sobrevivir. Dichos termorreceptores con actividad ionotrópica son denominados trp (por sus siglas en inglés Transient Receptor Potencial) y son clasificados en los que detectan frío y calor.
Aunque falta mucho por conocer sobre los núcleos y las estructuras neuronales que participan en el flujo de información que hace posible tener una adecuada respuesta de termorregulación, se ha propuesto la existencia de un circuito neuronal (figura 1). Éste parte de los termorreceptores que detectan una disminución o un incremento en la temperatura, reconocida como una sensación de frío o de calor respectivamente, la cual provoca su activación y el flujo de información hacia la médula espinal. De allí va al hipotálamo, considerado como la estructura que posee neuronas termosensibles al frío y el calor —aunque hasta el momento sólo se reconoce su área preóptica (poa) como la única región con neuronas de este tipo—, de donde fluye hacia el tálamo, y de ahí a la corteza somatosensorial. El hipotálamo recibe nuevamente la información, pero por la vía descendente de la corteza somatosensorial, y a través de la médula oblongata y la espinal, la información se distribuye hacia los diferentes órganos efectores para que se produzca la termorregulación necesaria, esto es, para que se activen los mecanismos de vasodilatación, jadeo y ventilación que generan la pérdida o disipación de calor, así como los de vasoconstricción, piloerección y escalofríos que conservan el calor en el organismo.
Además de estos mecanismos, existe una serie de medidas conductuales que se adoptan para termorregular. En un ambiente frío, por ejemplo, se presenta: 1) un amontonamiento o enroscamiento de los organismos para exponer sólo una pequeña superficie de piel a la temperatura ambiental; y 2) un incremento en la actividad física para mantener la temperatura corporal óptima.
Asimismo se presentan procesos autonómicos para la termogénesis y la conservación de calor, como el metabolismo mitocondrial, en el cual: 1) a partir de escalofríos, reflejos de alta frecuencia que consisten en contracciones oscilatorias del músculo esquelético, se produce atp, el cual provee la energía necesaria para la contracción con un escaso trabajo físico pero eficiente ganancia de calor; 2) sin escalofríos, lo que hace que la oxidación del tejido graso pardo, que contiene un elevado número de mitocondrias, genere una gran cantidad de calor; 3) por vasoconstricción, con lo cual se limita la cantidad de sangre que fluye por los vasos sanguíneos y que se expone a la pérdida de calor por conducción; y 4) por medio de la liberación de hormonas en la hipófisis se controla la conductancia térmica.
Otros son los mecanismos para promover la pérdida de calor o termorregulación autonómica en un ambiente cálido: 1) la evaporación, cuya importancia es muy grande entre los humanos, ya que, por carecer de pelo o plumas, la cantidad de agua que absorbe el calor del cuerpo es elevada y por tanto el mecanismo se torna muy eficiente; 2) el jadeo y la secreción salival, que producen un incremento en la temperatura y el animal pierde entonces calor por ventilación; 3) la piloerección, que promueve el aislamiento de la piel para evitar la pérdida de calor por convección principalmente; y 4) la vasodilatación de las arterias, que permite el intercambio de calor a través de la superficie cutánea.
Una posible ruta evolutiva
En la naturaleza, los organismos presentan un gradiente de heterogeneidad térmica entre dos extremos: aquellos que, a pesar de los cambios en la temperatura ambiental, mantienen su temperatura corporal casi constante (rangos estrechos), denominados estenotermos, y los que toleran rangos más amplios de variación térmica, denominados euritermos. Esta situación probablemente ha prevalecido desde el Triásico, es decir, entre los cinodontos ectotermos ya había organismos con claras tendencias a la estenotermia y otros a la euritermia; los primeros muy sensibles a cambios de temperatura y los segundos insensibles. De igual forma, entre los saurisquios ectotermos se habría desarrollado el mismo gradiente térmico.
Por otra parte, se sabe que muchos ectotermos modifican su sensibilidad térmica a lo largo de su vida, por lo que no sería raro que los ancestros de aves y mamíferos tuvieran el mismo comportamiento. En estos organismos, la elección de un estado sobre el otro habría sido determinada por el balance entre costo y beneficio de acuerdo con el gradiente ambiental. Por tal razón, en esos vertebrados mesozoicos la temperatura de su cuerpo se mantenía por encima de la ambiental cuando realizaban sus actividades, como actualmente ocurre en muchas lagartijas diurnas. El mecanismo responsable de controlar esta función fue favorecido por la selección natural debido a que, en sincronía con otras actividades, se incrementó la adecuación de los linajes que lo desarrollaron. De este modo, el incipiente aumento en la producción de calor corporal coincidió con el desarrollo de los cuidados parentales, el cual involucra atención desde el periodo prenatal hasta el postnatal, cuando se debe brindar protección y alimento a las crías. Durante el periodo prenatal, además de proporcionar protección a los huevos, también se les daba calor para asegurar condiciones óptimas para la gestación de los embriones. Quizá existían mecanismos similares a los que se observan en algunos ectotermos actuales, como las serpientes pitón durante la época reproductiva, en la que elevan su temperatura corporal para calentar los huevos y proporcionar un ambiente térmico sin variación.
De esta manera seguramente se inició la termogénesis en los vertebrados. Ese primer paso hacia el desarrollo de la endotermia se complementó con diversos cambios fisiológicos interrelacionados, lo cual sugiere una mayor complejidad del hipotálamo, el sistema hormonal y la conducta. El cuidado de los progenitores a su descendencia no se limitaba únicamente a la etapa prenatal, sino que una vez que la prole nacía, los padres les proporcionaban alimento, para lo cual mantenían una actividad sostenida en busca de comida. Una mayor actividad estuvo asociada a un incremento de aerobiosis, lo cual quedó evidenciado en la presencia de huesos turbinales en los cinodontos y manirraptores, ancestros de los mamíferos y de las aves, respectivamente.
Para alcanzar una mejora considerable, el siguiente cambio inmediato fue tal vez una mayor eficiencia en el funcionamiento de los pulmones, el corazón y el sistema circulatorio para incrementar la cantidad de oxígeno y su distribución a los tejidos. De manera complementaria habría ocurrido un cambio en la posición de las extremidades y, particularmente en algunos terápsidos con posición erecta o semierecta —que requiere un mayor tono muscular y como consecuencia mayores tasas metabólicas—, esta característica recién adquirida fue favorecida por la selección natural debido a la competencia por recursos y forrajeo, o la huida de sus depredadores. Aunado a esto, se pudo haber producido un incremento en la densidad de las mitocondrias en las células viscerales, con lo que se habría reforzado la incipiente endotermia, lográndose así un incremento en la catálisis enzimática y el incremento en el calor corporal. Todas esas funciones quedaron bajo el control del sistema nervioso central y periférico que coordina la actividad locomotora.
Es posible que la disminución en el potencial reproductivo provocara la expresión del cuidado parental y que los cambios fisiológicos provocados por el hipotálamo, las hormonas que regula y la encefalización promovieran el establecimiento de la endotermia como condición fisiológica favorable. De esta manera los progenitores estarían en condiciones de incrementar la probabilidad de supervivencia de las crías, ya que tal estrategia es favorable desde el punto de vista de la selección natural. Los cuidados parentales resultaron por lo tanto en innovaciones clave en el desarrollo de la endotermia.
Otras características estrechamente relacionadas con la endotermia son las estructuras que permiten el aislamiento térmico. En el caso de las plumas se ha realizado un replanteamiento sobre su origen y función inicial, el vuelo, ya que el material fósil encontrado en la provincia de Liaoning en China septentrional ha revelado la existencia de dinosaurios terópodos cusoriales emplumados como Sinosauropteryx, Caudipteryx, Protarchaeopteryx, Beipiosaurus y Sinorthosaurus, que preceden a Archaeopteryx (el ave más antigua que se conoce), y que no vuelan. Actualmente se ha propuesto el aislamiento térmico como la función inicial de las plumas; adicionalmente se plantea que, por su forma, tamaño y color, éstas pudieron desempeñar un importante papel en el cortejo, la actividad reproductiva de los dinosaurios y, posteriormente, en el incubamiento de los huevos por una conducta de anidación parecida a la de las aves modernas. Con relación al origen del pelo, se ha indicado que los terápsidos del Triásico temprano ya poseían pelaje, pues en cráneos fósiles de este grupo se observan depresiones infraorbitales, lo cual se ha interpretado como la presencia de vibrisas (cuya función es sensitiva) y de pelaje en el cuerpo. Sin embargo, Ruben y Jones sugieren que la aparición del pelaje no ocurrió antes de alcanzar la condición mamaliana en el Triásico superior.
Consideraciones finales
La propuesta aquí expuesta acerca del origen de la endotermia conjunta diversas hipótesis previas que se consideraban excluyentes y que, en nuestra opinión, se trata de diferentes etapas que se pueden relacionar entre sí, ya que están correlacionadas funcionalmente de manera estrecha y además se complementan.
Esto coincide con la propuesta de Kemp y su modelo de correlación progresiva, en el que plantea que pequeños cambios de estructura y función pueden desencadenar otros cambios en cascada que permiten ajustarse de manera rápida al efecto de la modificación inicial; es decir, caracteres complejos como la endotermia han surgido a partir de un pequeño cambio inicial y posteriormente se desarrollarían otros independientemente pero con un mismo fin, ajustándose de tal modo que permitieron hacer más eficiente la endotermia.
Una ventaja de este modelo es que cualquiera de los cambios mencionados en los párrafos anteriores pudo haber desencadenado el surgimiento de la endotermia y, por lo tanto, queda claro que no existió una causa selectiva única o prioritaria.
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Referencias bibliográficas
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Héctor R. Eliosa León
Escuela de Biología,
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla.
Obtuvo la licenciatura en biología y la maestría en la Facultad de Ciencias de la UNAM. Desde 1991 es profesor de la Escuela de Biología de la BUAP.
Adriana Berenice Silva Gómez
Escuela de Biología,
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla.
Es egresada de la Escuela de Biología de la BUAP, maestra en Ciencias Fisiológicas por el Instituto de Fisiología de la BUAP y doctora en Investigación en Medicina por la Escuela Superior de Medicina del IPN. Desde 1999 es profesora de la Escuela de Biología de la BUAP.
como citar este artículo →
Eliosa León, Héctor R. y Silva Gómez, Adriana Berenice. (2011). El origen de la endotermia en los vertebrados. Ciencias 102, abril-junio, 28-36. [En línea]
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El perifiton de los humedales de Yucatán
y la agricultura maya
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| Rosaluz Tavera y Eberto Novelo | |||||||||||||||
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Los humedales se han definido como un tipo de ecosistema
distinto de los acuáticos y de los terrestres debido a la vegetación que en ellos crece y, sobre todo, por el régimen de cambios asociados con la cantidad de agua disponible. En un humedal, las plantas pueden sobrevivir a pesar de que en el suelo existan condiciones de ausencia de oxígeno por un periodo más o menos largo. Otras características importantes son que la profundidad del agua no es muy grande (generalmente menor a cinco metros) y el movimiento del agua es muy reducido. En su conjunto, el humedal está regulado principalmente por el viento y los aportes superficiales (especialmente la lluvia), no por un flujo continuo de agua ni por mareas.
Estos sistemas se han considerado como altamente productivos debido a su tasa de recambio de biomasa por unidad de tiempo, a pesar de que a simple vista parecieran poco poblados o con una vegetación dispersa. Las condiciones tan extremas de máxima humectación y sequía intermitentes producen biotas muy interesantes, en las que se expresan al máximo todas las capacidades fisiológicas de los organismos. Por ejemplo, hay plantas que soportan la ausencia de aire en las raíces por más de tres meses y luego la ausencia de agua por más de seis. Un elemento muy interesante en los humedales es el crecimiento masivo de algas; y en las zonas tropicales, con temperatura e insolación altas y continuas, el crecimiento de algas cubre prácticamente 100% de la superficie. Este incremento ha sido estudiado en muchos lugares, y se ha observado que hay un ciclo de cambios en el tipo de comunidades que se presentan durante un año. Goldsboroug y Robinson reseñaron esta secuencia como fases de desarrollo de un humedal, por lo que una manera de evaluar y caracterizar el desarrollo de los humedales de las zonas templadas es tomado como parámetro del desarrollo de comunidades planctónicas y perifíticas. El perifiton es una comunidad compuesta principalmente de algas, así como bacterias, hongos e invertebrados, la cual se encuentra en los ecosistemas de agua dulce de todo el mundo. El “cieno” o “lama”, como suele llamarse a esta comunidad, se reconoce como un importante indicador biológico de la calidad del agua; es por ello que ha generado un gran interés en humedales de todo el mundo como un medio para monitorear y regular la concentración de nutrimentos. Muchos humedales, naturales y artificiales, se utilizan con fines económicos, ecosistémicos o simplemente como medios “naturales” de mejoramiento en la calidad de agua utilizada en asentamientos humanos. Cabe destacar que en nuestro país el perifiton ha tenido una utilización tradicional y quizá más amplia de lo que se piensa: la utilización de los sedimentos de lagos someros como fertilizantes en los sistemas chinamperos, por ejemplo, puede considerarse como una utilización del perifiton. Se piensa que los mayas conocieron la importancia de esta comunidad, ya que aparece documentado en las crónicas históricas y en las huellas prehispánicas de esta civilización. Es muy probable que los mayas hayan intuido claramente el potencial del perifiton como fertilizante, tal vez a partir del contacto que tuvieron con los humedales de la península de Yucatán, pues se desarrolla profusamente en particular en estos ecosistemas. También se ha planteado que el vínculo de los antiguos mayas con los humedales fue muy importante para propósitos agrícolas, y que abarcó desde la simple plantación en suelos húmedos después de la anegación, hasta la transformación profunda del humedal, creando sistemas de canales o construyendo plataformas más elevadas para los plantíos, lo que refleja un manejo diverso de los sistemas acuáticos. Esto es, no sólo el uso de los cuerpos de agua permanentes como aguadas y cenotes, sino un aprovechamiento óptimo del suministro de agua temporal que ofrecen los humedales y, con ello, la explotación de las comunidades que viven allí. Es de notar que muchos asentamientos mayas se encuentran en la periferia de las zonas de humedales (figura 1).
Particularmente importantes han sido los hallazgos en asentamientos como Makabil, que corresponde al periodo Clásico tardío y está situado a pocos kilómetros de distancia de zonas de humedales, pues en áreas específicas en forma de parcelas o huertos familiares existe evidencia arqueológica de que el perifiton se transportó desde los humedales y se adicionó a los huertos, lo que supone un manejo deliberado de la productividad agrícola del huerto. Morrison y Cózatl Manzano explican que algunos caparazones de caracoles anfibios que habitan principalmente en los humedales y están siempre asociados con el perifiton de agua dulce se preservan arqueológicamente, y puesto que han sido encontrados en cantidades importantes en los registros de los huertos familiares, se considera como una evidencia sólida del transporte del perifiton. Dichos autores hacen notar que los caparazones de los huertos no presentaron una distribución debida al azar, por lo que no llegaron allí por causas naturales tales como inundaciones extensivas, sino que su presencia localizada se debe a que estuvieron mezclados con el perifiton adicionado. La reserva ecológica El Edén
Desde 1999 se han realizado varios estudios sobre el perifiton en la península de Yucatán, que brindan una explicación de por qué el perifiton pudo tener valor como fertilizante de cultivos, pues tanto seco como húmedo constituye un notable reservorio de fósforo y nitrógeno (figura 2). Cabe destacar que cuando es adicionado experimentalmente a cultivos de invernadero se estimula significativamente el crecimiento de las plantas. Esto nos permite suponer que al utilizarlo como fertilizante, una de las ventajas que encontraron los mayas fue el incremento de la eficiencia en la productividad de los cultivos, muy necesaria tanto debido a la escasez de suelos con suficiente profundidad en la península, como por la elevada densidad que llegaron a alcanzar las poblaciones mayas y que generaron una enorme demanda en el suministro de alimento.
La presencia del perifiton es particularmente notable en los humedales de la península porque recubre grandes extensiones de terreno inundable, independientemente del tipo de vegetación y suelo, pues la condición que tiene mayor influencia en el crecimiento del perifiton es la luz, y en los humedales casi todos los tipos de vegetación que se presentan favorecen una buena penetración de luz hasta el sustrato, como se puede apreciar en los ecosistemas de tintal, de sabana y aun en la selva baja subcaducifolia.
¿Es posible que los mayas hubieran utilizado el perifiton en plantaciones mayores que los huertos familiares? Además de su capacidad para almacenar nutrimentos, una de las razones que podría argumentarse es su presencia difundida y constante. Forma crecimientos de grosor variable que durante el periodo seco se constituyen en costras delgadas y muy laxamente adheridas al sustrato y durante el periodo anegado son tapetes espesos con una consistencia esponjosa, a veces de varios centímetros de grosor. El estar presente durante todo el año pudo permitir un manejo conveniente para cultivarlo o estimular su crecimiento y tenerlo disponible para ser adicionado de manera sincronizada con los tiempos de producción general, como los del cultivo extensivo del maíz, que parecen haber estado dictados por el conocimiento que los mayas tenían de los ciclos de precipitación anual.
Si es cierto que el perifiton tuvo un enorme peso en el establecimiento de los asentamientos mayas, se puede pensar entonces en su valor para explotarlo actualmente como mejorador de suelos. Sin embargo, antes de entusiasmarnos con esta idea es necesario considerar varios aspectos importantes de la biología del perifiton. Desde el punto de vista de la biodiversidad, es una de las comunidades acuáticas más ricas que existe y varias de las especies que la componen aún no han sido descritas. Sólo en la reserva El Edén se ha registrado más de 300 especies de algas hasta la fecha y algunas diatomeas son nuevas para la ciencia (figura 3).
El flujo de nutrimentos del perifiton al agua y el suelo, y viceversa, implica relaciones complejas entre muchas especies: durante la época anegada, por ejemplo, se desarrollan profusamente algas carofíceas, y las algas presentes en las costras del periodo anterior germinan y cubren todos los sustratos posibles —suelo, rocas, plantas y animales. Apenas empezamos a entender las relaciones entre estas comunidades fijas al sustrato y aquellas que flotan o viven libremente en el agua. A partir de un análisis de las comunidades de diatomeas a lo largo de un ciclo hídrico se mostró que las comunidades de perifiton cambian en su composición y estructura cuando flotan, a pesar de que esto no se note en su apariencia. Cuando se inicia el periodo de sequía, las caroficeas se secan y sus restos y las costras de perifiton en vías de compactación son incorporados al suelo. Durante todo este proceso estas costras han acumulado fósforo y compuestos nitrogenados. Es de notar que las especies dominantes y que le dan estructura al perifiton comparten una morfología básica: son células rodeadas de copiosas envolturas de mucílago. Dicho mucílago funciona de varias maneras en las condiciones de este ambiente: a) protege de la desecación a las algas y favorece el crecimiento de otros organismos que componen al perifiton, como hongos, bacterias, polen, semillas y animales invertebrados como nemátodos, insectos y moluscos; b) amortigua los efectos de los cambios drásticos en la temperatura, ya que durante la época seca se ha registrado 42 °C bajo la costra de algas, lo cual puede crear situaciones de estrés hídrico para la mayoría de las plantas; en cambio, las algas con mucílago pueden acceder a las mínimas condiciones de humectación durante la noche (en forma de rocío) y soportar los cambios durante el día; c) favorece la actividad de la nitrogenasa que es sensible al oxígeno, lo cual les permite, en la situación de aislamiento relativo en que se encuentran, fijar el nitrógeno atmosférico en formas químicas asimilables para otras algas y vegetales; d) concentra pigmentos fotoprotectores como la scytonemina, un compuesto que filtra la radiación ultravioleta que es letal para los organismos (figura 4).
Todo este sistema “protector” actúa como una compuerta para el paso y acumulación de nutrimentos al suelo, tales como fosfatos —derivados de las caroficeas secas— y nitratos —de la fijación no simbiótica del nitrógeno—, facilitando su aprovechamiento por las comunidades de plantas vasculares. Las características mencionadas sugieren que el papel ecológico que cumple el perifiton es el de una comunidad extremadamente importante. Por ello, sin un conocimiento detallado de las causas que controlan su crecimiento, su explotación podría afectar gravemente el ecosistema, pues por regular el flujo de nutrimentos entre el sustrato y el agua, el perifiton influye también en el desarrollo de las plantas vasculares. Además, a pesar de que el desarrollo del perifiton es profuso en los humedales de El Edén, su establecimiento en el ecosistema parece ser lento, pues en sitios de muy poca cobertura que fueron alterados para fines de muestreo, la recuperación de las matas de filamentos no se completa en un ciclo anual y en ocasiones tarda hasta más de tres años. Desde el punto de vista biológico, el perifiton es una comunidad que amerita un estudio detallado por su conspicua biodiversidad y su indudable importancia como soporte y regulador del ecosistema. Desde el punto de vista arqueológico encierra varias claves que ayudan a entender el funcionamiento de la civilización maya; no obstante, debemos preguntarnos hacia dónde nos conduciría el conocimiento generado por estos pueblos y cuánto podemos utilizar de la herencia maya sobre el manejo de agroecosistemas que involucran el perifiton. En las prácticas agrícolas de tradición maya se creaban cultivos mixtos sembrando una gran variedad de plantas como complemento alimenticio y diversas variedades de maíz con distintos periodos de maduración que correspondían a las condiciones de precipitación regional. Esto puede significar que, si los mayas utilizaban el perifiton, lo hacían razonadamente; tal vez observaron la fragilidad de su recuperación y la relacionaron con el manejo productivo general. Sería entonces una muestra de cómo conservar la diversidad biológica de la región y fomentar el desarrollo sostenible. Como lo sugieren autores como Martos y Gallareta Negrón, es posible que el colapso de la cultura ancestral maya no se relacionara con la limitación de recursos, pues parecen haber explotado razonablemente el medio, esto es, no luchando contra la naturaleza, sino integrándose a ella.
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Referencias bibliográficas
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Goldsborough, L. G. y G. G. C. Robinson. 1996. “Pattern in wetlands”, en Algal ecology. Freshwater benthic ecosystems, Stevenson, R. J., M. L. Bothwell y R. L. Lowe (eds.), pp. 78117. Academic Press, San Diego.
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Martos L., Luis Alberto. 2002. “La costa oriental de Quintana Roo” en Arqueología mexicana, vol. 9, núm. 54, pp. 26-33.
Morrison, B y R. CózatlManzano. 2003. “Initial evidence for use of periphyton as an agricultural fertilizer by the ancient Maya associated with the El Edén wetland, Northern Quintana Roo, Mexico”, en Lowland Maya Area: Three Millennia at the HumanWildland Interface, Gómez-Pompa, A., M. Allen, S. Fedick, y J.J. Jiménez-Osornio (eds.). The Haworth Press, Nueva York.
Novelo, E. y R. Tavera. 2003. “The role of periphyton in the regulation and supply of nutrients in a wetland at El Eden, Quintana Roo”, en Lowland Maya Area: Three Millennia at the HumanWildland Interface. A. Gómez-Pompa, M. Allen, S. Fedick, y J. J. Jiménez-Osornio (eds). The Haworth Press, Nueva York.
_____, R. Tavera, y C. Ibarra. 2007. “Bacillariophyceae from karstic wetlands in Mexico”, en Bibliotheca Diatomologica 54. J. Cramer, Berlín.
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Rosaluz Tavera
Facultad de Ciencias,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Es profesora de Carrera Titular del Departamento de Ecología y Recursos Naturales, Facultad de Ciencias, UNAM. Realizó sus estudios profesionales en la Facultad de Ciencias, UNAM, y los de posgrado en la Facultad de Biología, Universidad de Bohemia, República Checa.
Eberto Novelo
Facultad de Ciencias,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Es biólogo por la Facultad de Ciencias de la UNAM. Es profesor titular de carrera del Departamento de Biología Comparada de la Facultad de Ciencias, UNAM.
como citar este artículo →
Tavera, Rosaluz y Novelo, Eberto. (2011). El perifiton de los humedales de Yucatán y la agricultura maya. Ciencias 102, abril-junio, 40-45. [En línea]
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Huiricuta:
paisaje sagrado
amenazado
Humberto Fernández Borja
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Huiricuta es un paisaje de singular relevancia planetaria por la
conjunción de sus valores culturales y naturales. El Desierto Chihuahuense, ecorregión en la que se encuentra, es una de las tres áreas semidesérticas biológicamente más ricas del planeta. Desde épocas remotas, Huiricuta ha sido el nombre en huichol de la región adyacente al poblado histórico de Real de Catorce al norte de San Luis Potosí. Los huicholes lo consideran como un inmenso “templo natural” que a su vez cobija distintos sitios sagrados naturales.
Este paisaje está expuesto a un amplio espectro de factores de deterioro, desde el sobrepastoreo de ganado caprino o la fragmentación de sus matorrales xerófilos por cultivos intensivos de jitomate, hasta el tráfico de peyote y otras cactáceas o bien la profanación de los sitios sagrados huicholes por parte de turistas y ‘neochamanes’ urbanos. Sin embargo, los planes de explotación minera intensiva en la zona, anunciados en el verano de 2010 por la empresa canadiense First Majestic, suponen una amenaza sustancial a la integridad y al frágil equilibrio de Huiricuta.
Patrimonio biocultural
Huiricuta, situado en el Altiplano PotosinoZacatecano, constituye un territorio altamente representativo de los ecosistemas que abarca el Desierto Chihuahuense. Aunque cubre el 0.30% de su superficie, alberga alrededor de la mitad de su flora, el 60% de sus mamíferos y casi el 80% de su avifauna, con una considerable tasa de endemicidad. De este último grupo, sobresale el águila real, símbolo vivo de México, y que encabeza la lista del programa nacional de conservación de especies prioritarias. Dos aspectos le confieren mayor relevancia: se encuentra en la porción sureste de dicha ecorregión, donde se presenta la máxima concurrencia de cactáceas endémicas o amenazadas; por otra parte, las relaciones biogeográficas de la Sierra de Catorce con la Sierra Madre Oriental le permiten albergar hábitats y especies de notable singularidad para la ecorregión.
En este sentido cabe añadir que la porción norte de Huiricuta está incluida en la Región terrestre prioritaria de la conabio núm. 80 (Tokio) y que la Sierra de Catorce es una de las Áreas de Importancia para la Conservación de Aves en México (aica núm. 81).
Existen elementos de patrimonio cultural de gran diversidad. Para los huicholes, es uno de los paisajes sagrados de mayor jerarquía y fundamental en su cosmogonía. El devenir histórico de los huicholes está íntimamente ligado a las prácticas rituales que llevan a cabo en Huiricuta, como culminación de sus peregrinaciones a través de rutas ancestrales desde sus asentamientos regulares al norte de Jalisco en la Sierra Madre Occidental. Estas rutas son el residuo vigente más representativo del gran enjambre de rutas de intercambio prehispánicas que durante milenios enriquecieron a las culturas del continente americano.
Asimismo, su riqueza contempla importantes vestigios paleontológicos y arqueológicos, incluyendo la huella humana más antigua registrada en México: ca. 31 000 años. Si bien la febril actividad minera de los siglos xviii y xix transformó radicalmente el paisaje y provocó la exterminación de las tribus guachichiles, también dejó como huella una concentración importante de edificaciones, haciendas, empedrados y acueductos. Es en el “Real de Minas de la Purísima Concepción de los Álamos de los Catorce”, donde este patrimonio urbanoarquitectónico es aún más notable. Adicionalmente, la vía de ferrocarril que atraviesa a Huiricuta dio lugar a algunos de los elementos de patrimonio industrial que afortunadamente empiezan a ser revalorados.
Una reserva amenazada
Reserva natural y cultural de Huiricuta es el nombre de divulgación para el área natural protegida que promovimos mediante un primer decreto en 1994 y que posteriormente fue sustituido para ampliar la cobertura territorial, los objetos de conservación y los fundamentos de defensa de los derechos indígenas de los huicholes. Su estatus legal vigente, como Reserva Estatal, es el que se señala en el Periódico Oficial del Gobierno del Estado de San Luis Potosí del 9 de junio de 2001 con una superficie de 140 212 hectáreas y una longitud de la ruta de 139 kilómetros hasta el límite con el estado de Zacatecas, en los municipios de Catorce, Villa de la Paz, Matehuala, Villa de Guadalupe, Charcas y Villa de Ramos.
Como parte de una estrategia de conservación más amplia también logramos que en 2004 la Ruta Tradicional de los Huicholes a Huiricuta se inscribiera en la Lista Indicativa mexicana de la Convención del Patrimonio Mundial Cultural y Natural de la unesco.
Actualmente la empresa canadiense First Majestic Silver Corporation ha emprendido su proyecto minero “Real de Catorce” para la explotación de plata y otros metales. Para ello adquirió el control accionario de dos empresas mexicanas, Minera Real Bonanza, S.A. de C.V. y Minera Real de Catorce, S.A. de C.V., poseedoras de 22 concesiones mineras; el 60% de ellas se encuentran dentro de la Reserva de Huiricuta.
Aún no es claro si será un proyecto de “minería a cielo abierto”, ya que el proyecto no se ha presentado formalmente para obtener las autorizaciones en materia de impacto ambiental o del patrimonio cultural, entre otras. No obstante, la explotación anunciada señala que se llevará a cabo mediante procesos químicos de beneficio en los minerales, con uso intensivo de cianuro, así como de un método de flotación en el que se usan otros químicos altamente contaminantes, como los Xantatos. Tan solo esto tendría un impacto irremediable a los acuíferos que abastecen a las comunidades aledañas a Real de Catorce, donde se utilizarán cerca de 10 000 litros de agua por cada tonelada extraída de acuerdo a los estándares de uso de agua de una actividad minera similar.
Ante la gravedad de esta amenaza, todas las comunidades huicholas, así como organizaciones civiles y académicas, dentro y fuera de México, solicitamos la intervención urgente de las autoridades competentes y de la sociedad en su conjunto, para evitar un conflicto social y una catástrofe ambiental, así como la violación a la legislación mexicana y diversos tratados internacionales, y preservar así este patrimonio de gran valor para el país y fundamental en la vida del pueblo huichol.
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Humberto Fernández Borja
Conservación Humana, A.C.
como citar este artículo → Fernández Borja, Humberto. (2011). Huiricuta: paisaje sagrado amenazado. Ciencias 102, abril-junio, 38-39. [En línea] |
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“O inventamos o erramos”
La ciencia como idea-fuerza en América Latina
Hebe Vessuri
Universidad Nacional de Quilmes, Editorial Bernal, 2007.
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El surgimiento de los estudios sociales de la ciencia en
América Latina coincidió y de alguna forma constituyó una respuesta a la emergencia de una cultura mundial, globalizada, con características sui generis, y que incide de manera muy directa sobre la comunicación y la producción científicosocial de nuestros países. Por un lado, la homogeneización cultural creciente que acompaña al proceso de globalización viene produciendo una simplificación de nuestras realidades con la consiguiente pérdida cultural. Asimismo, se favorece un recurso a pequeñas unidades sociales, desprovistas de consideraciones contextuales, en una tendencia a analizar las especificidades individuales y de mínima escala de agregación de las relaciones sociales, que también hace perder de vista las unidades de significación intermedia, como países, estados, etnias, clases y estamentos. Frente a este proceso, los estudios sociales de la ciencia en la región introdujeron un componente de exploración y visibilización de la incorporación activa de las sociedades latinoamericanas a los procesos de internacionalización del campo científico.
Ya no se trata simplemente de ver el proceso de difusión de la ciencia europea al resto del mundo, sino de la apropiación del saber científico y su institucionalidad por parte de los grupos científicos y sociedades latinoamericanos, la valorización de la actividad local y la importancia de los procesos por los cuales fue construyendo (y a veces destruyendo) el sentido de la identidad nacional, étnica o colectiva en nuestras sociedades.
Los estudios sociales de la ciencia en América Latina podrían ser vistos como parte de los esfuerzos por asegurar la comunicación intercultural, con una mayor conciencia de los determinantes y especificidades culturales de los diferentes ámbitos nacionales y lingüísticos por parte de la investigación social. A lo largo de los últimos treinta años han aparecido nuevos temas, nuevas narrativas, nuevos interlocutores. Las posibilidades de investigaciones novedosas y útiles se han multiplicado, así como también la de otras tantas agendas para la investigación social.
Algunos temas siempre me han motivado. Así, hablaré brevemente de tres de ellos, con la idea de establecer un nexo con los trabajos que siguen. En primer lugar me referiré a la narrativa, la memoria y la crítica. Un segundo tema que nos ocupa en este libro es el de la relación de los científicos con la sociedad, y fundamentalmente con su cultura y valores. Finalmente, un eje problemático que como investigadora en una región del mundo en desarrollo ha marcado mi aproximación al conocimiento como desafío, ideafuerza y aspiración para nuestras sociedades es el tema del desarrollo.
En el mundo contemporáneo las cuestiones ligadas al conocimiento se mueven en un frente amplio, que va desde los discursos especializados de la política científica y la educación superior, hasta el escenario de la moderna política de la globalización y la competitividad. Siendo, como se predica, el conocimiento un aspecto definitorio clave del mundo actual y futuro, no puede sorprender a nadie que se vuelva una noción cada vez más políticamente cargada, en la cual una gama de intereses diversos pretenden prevalecer.
Tanto en países desarrollados como en aquellos en desarrollo, los gobiernos parecen haberse dado cuenta de que el compromiso de la ciudadanía es vital para asegurar que la ciencia y la tecnología satisfagan las necesidades de la gente. Somos testigos de intereses e inversiones internacionales sin precedentes que vinculan la ciencia y la tecnología con el desarrollo.
Especialmente desde la década pasada viene dándose un debate cada vez más tenso y divisivo, si bien rico y creativo, acerca de las condiciones de producción, diseminación y absorción del conocimiento en sociedades particulares. Entre los resultados que se fueron decantando de ese diálogo, a veces de sordos, está el reconocimiento de que ya no basta con dejar estas cuestiones simplemente a la comunidad académica. El fuero académico se percibe cada vez más como una entre otras fuentes de interés relacionadas con el conocimiento, en circunstancias en que estas cuestiones adquieren creciente significación para grupos más grandes y heterogéneos.
“O inventamos o erramos”, insistía hace ya casi dos siglos Simón Rodríguez, ese ejemplar educador venezolano, quien tuvo una vida dura y comprometida con la realidad de un tiempo o región. La historia se ha encargado de confirmar múltiples veces que los enfoques educativos impuestos desde arriba no funcionan. Las soluciones educativas renovadoras se basan en el ensayo y el error, con un ciclo de retroalimentación basado en la experiencia misma. En la aventura del conocimiento en general y de la ciencia en particular también rinde el experimentar, el atreverse a recorrer caminos que van más allá de las modas aceptadas como verdades reveladas. La inquietud que ha movido los intereses reunidos en este libro, inspirados en el desafío de Rodríguez, es desentrañar las raíces de nuestra subordinación melancólica como periferia de la historia y el presente, con énfasis en las oportunidades y virtudes de hacer camino al andar, abriendo trochas, reuniendo los pedazos de nuestra identidad fragmentada. La ciencia ha sido una ideafuerza en la región latinoamericana que en algunos momentos logró aglutinar voluntades, pero siempre fue insuficiente y casi nunca logró cuajar en un aparato científico con dinámica propia. El poder político y económico en la región ha usado la ciencia en el discurso retórico pero raramente como instrumento de desarrollo social, cultural y económico. El potencial, sin embargo, está allí, la “cátedra sumergida” puede aflorar un día en todo sus esplendor. ¿El siglo xxi podría ser el siglo de la ciencia para América Latina?
como citar este artículo → Vessuri, Hebe. (2011). "O inventamos o erramos". La ciencia como idea-fuerza en América Latina. Ciencias 102, abril-junio, 58-59. [En línea]
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La curiosa historia
del cangrejo samurai
Héctor T. Arita
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The great tragedy of Science
the slaying of a beautiful hypothesis by an ugly fact. Thomas Henry Huxley
La batalla naval de Dannoura marcó el final del clan de los Taira
(o Heike). El 25 de abril de 1185, las fuerzas del clan de los Genji, lideradas por Minamoto no Yoshitsune, aplastaron a los Heike en el encuentro final de una guerra de cinco años que fue la culminación de décadas en conflicto por el control del poder en el Japón del siglo xii. Ese año marca en Japón el final del periodo clásico y el inicio del periodo feudal. Al presentir el final de los Heike, la abuela del emperador Antoku tomó al niño de apenas siete años en sus brazos y se arrojó al mar, en donde los dos se ahogaron. Igual suerte corrieron muchos de los valerosos guerreros Heike, incluyendo su líder Tomomori. Según el Heike monogatari (la épica del clan Heike), el espíritu de estos guerreros vive aún en las profundidades del mar de Japón.
La trágica historia de los Heike se recrea en las leyendas y en varias representaciones del kabuki, el estilizado teatro japonés. Una de las leyendas afirma que el espíritu de los guerreros ahogados en Dannoura subsiste en una especie de cangrejo local, llamado precisamente heikeganiHeikea japonica). En estos animales, el dorso del caparazón presenta curiosas rugosidades que semejan una cara humana gesticulando a la manera de un estoico guerrero japonés. Según cuenta la leyenda, los Heike se transformaron en estos cangrejos al hundirse en las aguas de Dannoura, tal como se puede ver en numerosas ilustraciones históricas, entre las que destacan los grabados en madera de Utagawa Kuniyoshi, un artista plástico del siglo xix reconocido por sus pinturas y grabados alusivos a la historia y costumbres japonesas.
La fascinante historia de los Heike ha sido también fuente de inspiración para los científicos. En 1952, en un artículo de la revista Life, Julian Huxley se refirió a los cangrejos heike como un ejemplo de animales que en su morfología semejan algún otro objeto, en este caso una cara humana. Huxley, uno de los biólogos de la primera mitad del siglo xx que con mayor vigor defendieron la idea de que la selección natural es la principal que subyace al proceso de evolución, presenta en el artículo varios casos de animales imitadores (copy cats) que al aparentar ser otro objeto obtienen beneficios para su supervivencia o reproducción. En particular, insiste en que el peculiar aspecto de los heikegani no puede deberse a la mera casualidad, y que más bien es “una adaptación específica que sólo pudo haber sido producida por la selección natural actuando a lo largo de cientos de años”. Según Huxley, los pescadores del mar de Japón, por respeto a los guerreros Heike, han evitado por generaciones comer aquellos cangrejos con mayor semejanza a una cara humana, de manera que a lo largo de las generaciones estos animales han sido favorecidos por la selección (en este caso artificial) y son hoy en día más frecuentes que los cangrejos con menor parecido a una cara.
La hipótesis de Huxley fue retomada años más tarde por Carl Sagan en el episodio “Una voz en la fuga cósmica”, de su serie de televisión Cosmos, para ilustrar, con la inigualable elocuencia que caracterizaba al célebre astrónomo y divulgador, el concepto de la selección artificial. “¿Cómo se consigue que el rostro de un guerrero quede grabado en el caparazón de un cangrejo?”, se pregunta en forma retórica Sagan. “La respuesta parece ser que fueron los hombres quienes hicieron la cara”. La explicación de Sagan es básicamente la misma que la de Huxley: en un pasado remoto pudieron haber surgido algunos cangrejos con una ligera semejanza a una cara humana. Los pescadores, al observar el parecido y en remembranza de los guerreros ancestrales, habrían regresado estos cangrejos al mar, permitiendo su supervivencia y reproducción. Los cangrejos ordinarios sin rasgos faciales dibujados en sus caparazones, por el contrario, habrían terminado sus días en la mesa de los pescadores. Después de cientos de años, debido a este proceso de selección dirigida por los pescadores, los cangrejos más parecidos a una cara se habrían hecho cada vez más numerosos hasta convertirse en la forma más común en la población. Un bello ejemplo de selección artificial. ¿O no?
La realidad es que es muy poco probable que la morfología del caparazón de los heikegani tenga algo que ver con los pescadores japoneses, y mucho menos con los guerreros samuráis del siglo xii. La cara en los caparazones es un ejemplo de pareidolia, el fenómeno psicológico por medio del cual la mente tiende a formar imágenes reconocibles a partir de un estímulo vago y aleatorio. Es por la pareidolia (del griego eidolon, figura o imagen) que creemos reconocer figuras en la configuración de las nubes o vemos siluetas de animales, personas o demonios en las manchas de tinta de la prueba de Rorschach. Por el mismo proceso la gente crédula afirma reconocer figuras como caras o pirámides en la disposición de los accidentes geológicos de Marte o imágenes de la virgen María en pedazos de roca, troncos de árbol o hasta en los patrones que aparecen en los panes tostados.
Las rugosidades que vemos en el caparazón de los cangrejos resultan de la disposición de los sitios en que se insertan los músculos. La simetría bilateral de los cangrejos y la particular localización de las rugosidades hacen que los caparazones, a primera vista, realmente parezcan rostros. Incluso la mayoría de la gente afirmaría reconocer gestos en esas caras. La realidad, sin embargo, es que estamos frente a un típico caso de pareidolia en la que unos cuantos trazos (la posición de las inserciones musculares) permiten a nuestro cerebro completar lo que interpretamos como un patrón conocido, en este caso una cara. Por supuesto, ningún científico serio piensa que esos rostros realmente son los de los guerreros Heike caídos en la batalla de Dannoura.
Aun si las supuestas caras en los caparazones son una pareidolia, la hipótesis HuxleySagan podría ser correcta si en efecto los pescadores ejercen de alguna manera una presión selectiva sobre las poblaciones de los cangrejos. En 1993, Joel Martin publicó en la revista Terra un análisis del curioso caso de los cangrejos samuráis y, no sin cierto dejo de tristeza, presentó varias piezas de evidencia en su contra. Para empezar, hay que recordar que, como señala Martin, existen muchas especies de cangrejos, además de los heikegani, en las que se pueden observar figuras semejantes a rostros humanos. Si la hipótesis de Huxley es correcta, entonces tendríamos que pensar que en todos los lugares en los que existen cangrejos con caparazones semejantes a caras habría gente que selectivamente los protege. El problema es que existen también fósiles de cangrejos emparentados con los heikegani en los que aparecen los supuestos rostros. Estos fósiles provienen por supuesto de tiempos anteriores a la batalla de Dannoura, son más antiguos que el propio ser humano. Claramente, la selección artificial no puede explicar la existencia de esos fósiles.
Más devastador para la hipótesis de la selección artificial es el hecho de que la fuerza de selección propuesta por Huxley no existe. Los pescadores japoneses ni siquiera se comen los cangrejos samuráis, independientemente de si tienen o no “caras” en el caparazón. De hecho, los heikegani son tan pequeños (miden apenas unos tres centímetros) que realmente no vale la pena siquiera intentar extraer algo de carne de ellos. Los pescadores suelen devolver estos cangrejos al mar, no por respeto a los guerreros ancestrales, sino simplemente porque los crustáceos no les son apetecibles.
En suma, dadas todas estas evidencias, la explicación de Huxley y Sagan, por bella que parezca, no se sostiene ante los hechos científicos. La historia de los heikegani es un ejemplo de lo que T. H. Huxley, el abuelo de Julian, llamó “la gran tragedia de la ciencia: la muerte de una bella hipótesis en manos de una fea verdad”.
Nota
Una versión anterior de este ensayo apareció en el blog “Mitología Natural” (www.hectorarita.wordpress.com) el 14 de noviembre de 2010.
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Referencias bibliográficas
Huxley, J. S. 1952. “Evolution’s copycats”, en Life, 30 de junio de 1952.
Martin, J. W. 1993. “The Samurai Crab”, en Terra, vol. 31, núm. 4, pp. 3034.
Sagan, C. 1982. Cosmos. Editorial Planeta, Barcelona.
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Héctor T. Arita
Centro de Investigaciones en Ecosistemas,
Universidad Nacional Autónoma de México.
como citar este artículo → Arita, Héctor T. (2011). La curiosa historia del cangrejo Samurai. Ciencias 102, abril-junio, 12-15. [En línea] |
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La forma de la Tierra
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| Antonio Sarmiento Galán | |||||||||||||||||||||
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A manera de introducción, una pregunta al lector. Recordemos
lo que sabemos de la forma de la Tierra e intentemos responder, sin premura alguna: ¿cuál es el sitio más alto de la Tierra? La mayoría de las respuestas mencionan invariablemente al Monte Everest, una montaña caliza (carbonato de calcio) situada en los Himalayas orientales entre Nepal y Tíbet, a 27.6 grados de latitud N, cuyo pico está a 8 872 metros. Su nombre en tibetano es, utilizando nuestros caracteres, Qomolangma, y quiere decir: Diosa madre del mundo.
Pocos son los que contestan Mauna Kea (Montaña blanca), un volcán durmiente en la isla mayor de Hawaii (19.5 °N), cuya cima está a 4 205 metros y su base a 5 547 metros bajo el nivel del mar. Su mención se debe, esencialmente, a que es un excelente sitio para la observación astronómica. Y raro es que se mencione el Chimborazo, un pico volcánico en los Andes en Ecuador (1.3 °S), cuyo cráter está cubierto por una gruesa capa de hielo que, al derretirse en verano, desciende por la pendiente oriental hacia el Amazonas. Su cima se encuentra a 6 267 metros sobre el nivel del mar.
Ahora, se recordará que la pregunta se hizo precedida de la sugerencia de recordar lo que sabemos de la forma de la Tierra. Por lo general, en las escuelas se enseña que la Tierra es un esferoide oblato, algo así como una esfera, un poco más ancha que alta. En la figura 1 se le muestra, un poco exagerada, la diferencia entre lo ancho y lo alto, así como la ubicación latitudinal aproximada de los tres sitios mencionados.
Con la ayuda de esta figura vemos claramente que la respuesta correcta dependerá de la base que se tome para medir la altura; es decir, si medimos respecto del nivel del mar, el Everest es el punto más alto en la atmósfera, pero si lo hacemos desde la base de las montañas, el más alto es el Mauna Kea, pues su altura desde el fondo del océano es de 9 752 metros. Finalmente, si queremos ser precisos, debemos medir desde el centro de la Tierra, entonces el sitio más alejado de dicho punto es el Chimborazo. La razón es evidente si volvemos la vista a la figura 1, pues la superficie de la Tierra se aleja más del centro mientras más se acerque uno al ecuador.
Un poco de historia
Como es usual en la historia occidental, donde el crédito de descubrimientos o logros se otorga a una sola persona, en pocos sitios se ha registrado el nombre del sherpa que llevó a Edmund Hillary a la cima del Everest el 29 de mayo de 1953: Tenzing Norgay (19141986), un indonepalí, cuyo nombre original era Namgyal Wangdi, conocido como Sherpa Tenzing. Tampoco es frecuente que se mencione a Lhakpa Tenzing Sherpa, conocido como Sherpa Apa, quien en mayo de 2010 subió por vigésima vez al Everest —un récord que debería estar entre los más mencionados y conocidos en todo el mundo.
Sabemos entonces que la Tierra es un esferoide oblato, pero ¿a qué se debe dicha forma? La rotación de la Tierra genera una fuerza inercial a la que llamamos fuerza centrífuga; ésta no es una fuerza real, sino que aparece por el hecho de que la Tierra está girando, es decir, es un sistema no inercial (de ahí el nombre de fuerza inercial) y su dirección es hacia afuera a partir del centro de la Tierra. Como el eje de rotación atraviesa los polos, éstos no giran, y por lo tanto la fuerza desaparece en ellos, pero su intensidad va aumentando a medida que nos alejamos de éstos y alcanza su máximo valor en el ecuador. Esta variación de la fuerza centrífuga por la latitud ha hecho que después de algunos miles de millones de años de rotar alrededor de su eje, la Tierra haya adquirido la forma de esferoide oblato (o esfera aplanada).
Las medidas precisas de la forma oblata de la Tierra indican que el eje ecuatorial es 21.4 km (0.33%) mayor que el eje polar. La primera consecuencia de esta forma de la Tierra es la variación en la aceleración de la gravedad por la latitud. Recordemos que, en una primera aproximación, la atracción gravitacional varía en forma inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, es decir, mientras más cerca del centro, mayor es su valor. De esta manera tenemos que la variación en la aceleración de la gravedad por la latitud se debe a la disminución de la distancia al centro de la Tierra conforme aumenta la latitud. Los valores extremos son el famoso 9.78 metros/segundos2 en el ecuador y el no tan conocido 9.83 m/s2 en ambos polos. Esta variación ya ocasionó un famoso y vergonzante problema con un cargamento de oro enviado de Port Elizabeth, en Suráfrica, a Londres, cuyo peso cambió aun cuando no se había violado el cofre en el que el metal era transportado (el detalle del problema escapa a la intención de este trabajo y el lector acucioso podrá localizarlo fácilmente).
La demarcación entre continentes y océanos, lo que conocemos como el contorno de elevación cero respecto del nivel del mar, queda determinada por un balance entre dos fuerzas que mantienen un equilibrio muy frágil: la fuerza centrífuga causada por la rotación de la Tierra, hacia fuera, y la atracción gravitacional terrestre, hacia el centro de la Tierra. Aunque sabemos que el calentamiento global está causando un aumento considerable en el nivel de los océanos, en este trabajo nos restringiremos a la geometría de la Tierra y las enormes cantidades de energía que determinan el nivel de los océanos; los catastróficos efectos del calentamiento global se discuten en una gran cantidad de publicaciones de fácil acceso, como el informe elaborado por el ipcc en 2007.
La rotación de la Tierra es muy rápida, su velocidad tangencial alcanza un valor máximo de 1 667 km/hora en el ecuador, lo cual ocasiona que la profundidad promedio de los océanos en el ecuador sea de 8 kilómetros. Pero, ¿qué pasaría si la Tierra no girase sobre su eje?
La Tierra estática
¿Cómo sería la Tierra sin rotar?, es decir, una vez que la fuerza centrífuga ha desaparecido. La traslación alrededor del Sol y la inclinación del eje terrestre seguirían siendo iguales, por lo que la duración de un año sería la misma, pero un día duraría lo mismo que un año. Los cambios climáticos y geológicos serían catastróficos por la transformación de las superficies equipotenciales, pero lo que nos interesa señalar es que ahora tendríamos que la atracción gravitacional es mayor en las regiones polares, intermedia en latitudes meridionales, y menor a grandes altitudes (figura 2).
Como el agua migra siempre hacia los sitios en donde la atracción gravitacional es mayor, esto es, a los sitios más cercanos al centro de la Tierra, esta situación hipotética causaría que toda la zona ecuatorial emergiese, dando origen a un continente ecuatorial enorme y a dos océanos polares (hacemos abstracción del efecto de los cuerpos celestes prominentes, como la Luna o el Sol, sobre el nivel de los océanos debido a la poca masa de la primera y a la gran distancia que nos separa del segundo).
La figura 3 muestra el resultado de las suposiciones hechas en el párrafo anterior. Si la Tierra fuese un esferoide perfecto, entonces la línea que delimitaría las áreas que hidrológicamente contribuirían a cada uno de los océanos debería seguir la del ecuador. Sin embargo, el relieve tanto de los continentes como del fondo de los océanos hace que dicha línea se desvíe notablemente (línea gruesa).
Volviendo a la pregunta del principio, en esta situación hipotética tendríamos que la altitud de los dos volcanes ecuatoriales, el Chimborazo (Ecuador) y el Kilimanjaro (Tanzania) sería de 13 615 y 12 786 metros, respectivamente. La figura 4 muestra el detalle de lo que sería el nuevo continente alrededor de nuestro país; curiosamente, la gráfica recuerda nítidamente la imagen de la Nueva España antes de las invasiones norteamericanas. Asimismo en la figura 5 se muestra la proyección del enorme continente ecuatorial y los dos océanos inconexos; las zonas cercanas al continente son someras mientras que las polares son muy profundas. Las antiguas planicies abisales y las trincheras oceánicas se convierten en mares interiores al nuevo continente.
Con este experimento ficticio esperemos hayan quedado más claras la influencia y la magnitud de las fuerzas que en frágil equilibrio determinan el nivel de los océanos, así como la enorme cantidad de energía involucrada en dicho equilibrio. El geoide determinado vía satélite
Recientemente, dada la obsolescencia del World Geodetic System y la necesidad de conocer en detalle las diversas condiciones de nuestro planeta ante el calentamiento global, se han puesto en órbita varios satélites que nos permiten conocer, entre muchas otras cosas, la forma de la Tierra. El más reciente, conocido como el Explorador del campo gravitacional y la circulación oceánica estacionaria (Gravity Field and SteadyState Ocean Circulation Explorer, goce), fue lanzado el 17 de marzo de 2009 por la Agencia Espacial Europea (esa por sus siglas en inglés). Su misión ha logrado un nuevo nivel en el conocimiento de una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza: el campo gravitacional terrestre.
Por ello se emplea el llamado geoide, que es una superficie imaginaria sobre la cual el potencial gravitacional terrestre tiene un valor único, es decir, constituye la superficie horizontal definida como la superficie donde la atracción gravitacional terrestre en cualquiera de sus puntos es perpendicular a ella. El geoide se puede pensar como el nivel de un océano global imaginario en ausencia de mareas, corrientes y vientos; es un sistema de referencia crucial para medir con precisión la circulación de los océanos, el cambio en su nivel y la dinámica del hielo —todos afectados por el calentamiento global.
El goce mide el campo gravitacional terrestre, y con los datos se modela el geoide con una precisión y resolución espacial sin precedente alguno. El satélite no tiene partes móviles que pudiesen afectar su estabilidad al momento de realizar las mediciones del campo gravitacional; su órbita es la más baja jamás sostenida por un satélite durante lapsos grandes, 254.9 km, lo que obedece al hecho ya mencionado de que las variaciones gravitacionales son tanto más fuertes cuanto más cerca se está del centro de la Tierra. El aire residual a esta altitud causa que la órbita decaiga rápidamente; sin embargo, el goce nulifica en forma continua la fricción mediante un motor que expulsa iones de xenón a velocidades superiores a 40 km/s, modulando la aceleración para mantener una altitud fija; además, su forma es la de un cuerpo delgado, de sección octagonal, de 5 metros de longitud por uno de ancho, configurado para reducir al mínimo tanto el arrastre aerodinámico del aire residual como la torca sobre el mismo (figura 6). Con todo ello se asegura que los sensores gravitacionales vayan en caída libre y que sólo registren el campo gravitacional y no las perturbaciones de otras fuerzas.
La figura 6 muestra esquemáticamente la información obtenida a partir de las mediciones del satélite. Se ilustra tanto la superficie del esferoide (1) como del geoide (3) que es determinado por las mediciones realizadas por el goce (2). El hecho de que esta última superficie esté determinada por un único valor del potencial gravitacional se muestra con una pelota que permanece estacionaria a pesar de que parezca como si el geoide tuviese una pendiente en donde se ha colocado dicha pelota (4). La dinámica de los océanos (5) se logra medir actualmente vía satélite con una precisión sorprendente, y si recordamos que el geoide muestra el nivel que los océanos tendrían en ausencia de mareas, corrientes y vientos, resulta entonces que con sólo restar el geoide al comportamiento observado de los océanos podemos obtener la influencia que tales efectos tienen sobre la dinámica de éstos últimos (6). Es una información crítica para elaborar modelos de circulación global de los océanos, en los cuales se intenta representar la forma en que se realizan las enormes trasferencias de energía alrededor del planeta.
En geofísica, la información derivada de los mediciones del goce podrá utilizarse para detectar lo que ocurre a grandes profundidades, sobre todo en sitios propensos a terremotos o erupciones volcánicas —desplazamientos de placas tectónicas, flujos subterráneos de lava (7). Uno de los beneficios más importantes de los datos obtenidos es el poder contar con un sistema universal que permita la comparación de alturas en cualquier lugar de la Tierra (8) —en la construcción de grandes obras, por ejemplo, permitirá saber en que dirección fluirá de manera natural el contenido de un ducto.
En sitios de acceso difícil, como los Himalayas o los Andes, las mediciones proporcionan nueva información; para la Antártida en particular, donde no es fácil medir las variaciones del campo gravitacional que son vitales para conocer el flujo de hielo y su dinámica ante el calentamiento global (9), la información es de importancia primordial, ya que intentar medir las variaciones de muy alta frecuencia por medio de aeroplanos no sólo es imposible por la benéfica carencia de suficientes aeropuertos, sino indeseable por las consecuencias adicionales de la gran cantidad de vuelos que se realizarían sobre los glaciares que afectarían su dinámica.
La impresionante precisión de los gradiómetros gravitacionales, variaciones de una parte en diez billones de la gravedad terrestre, se logra con el uso de bloques de platino extremadamente uniformes que permiten la medida simultánea de seis desplazamientos.
Estas seis mediciones corresponden a los desplazamientos de los bloques en las direcciones usuales de los sistemas de referencia y a los desplazamientos en las direcciones perpendiculares a ellas.
Los resultados de las mediciones preliminares realizadas durante los meses de noviembre y diciembre de 2009 muestran, por ejemplo, que en el Atlántico norte, cerca de Islandia, el geoide está a 80 metros por arriba del elipsoide, mientras que en el océano Índico se encuentra a 100 metros por debajo del elipsoide.
Otro de los resultados preliminares de las multicitadas mediciones, esta vez en el campo de la geología submarina, es el hecho de que la Gran Bretaña, Irlanda y demás, no son en realidad islas, sino que se encuentran unidas a Europa. Esto permite entender también cómo fue posible construir en 1994 el túnel submarino que une a Inglaterra con Francia en el estrecho de Dover, cuya profundidad máxima es de sólo 75 metros.
La confirmación indirecta
Aunque orientado en sentido distinto, existe un experimento que realiza mediciones equivalentes y también lo hace vía satélite. Su propósito es el de comprobar las predicciones de la teoría general de la relatividad, que ya es bisecular o trisecular si se incluye el experimento de Albert Michelson y Edward Morley realizado en 1887 y la publicación de La ciencia de la mecánica de Ernst Mach en 1893, ambos íntimamente ligados. El experimento, llamado Gravity Probe B, está diseñado para medir el arrastre del espaciotiempo alrededor de un objeto en rotación (gravitomagnetismo), propuesto por Josef Lense y Hans Thirring en 1918, un año antes de que ocurriese el eclipse solar que permitió a Frank Watson Dyson, Arthur Stanley Eddington y C. R. Davidson medir la desviación de la luz predicha por Albert Einstein en 1911.
Si la teoría es correcta, un giróscopo libre de toda interacción y en órbita alrededor de la Tierra deberá girar en la dirección de la rotación terrestre con una rapidez de 40.9 milisegundos de arco por año, es decir, poco más de 11 millonésimas de grado por año (figura 7). Para tener una idea de lo que ello significa, un milisegundo de arco es el ángulo subtendido por un cabello situado a 16.093 km de distancia, o bien, al observar desde París una moneda de un centavo de dólar norteamericano situada en la estatua de la Libertad, esto equivale a diez veces el tamaño del ángulo subtendido por el ojo de Lincoln en dicha moneda.
Las mediciones se llevan a cabo mediante cuatro giróscopos de cuarzo fundido con un diámetro de 3.81± 0.00000762 centímetros, cubiertos con niobium, sometidos previamente a pruebas que garantizan la más alta homogeneidad, esfericidad mecánica y esfericidad eléctrica (dipolo nulo ≈ 10–6), jamás antes logradas. Se encuentran levitando eléctricamente suspendidos en cavidades que detectan sus desplazamientos (10–6 del centro), al alto vacío (10–11 torr), a muy baja temperatura (1.8 K) y girando a altas velocidades (w ≈ 5 000 rpm). El sistema de giróscopos está totalmente aislado del exterior para evitar que sufra el efecto de alguna otra interacción, ya sea mecánica, eléctrica, magnética, térmica o de cualquier otro tipo conocido.
El satélite que lleva los giróscopos se encuentra en una órbita plana (sistema inercial) definida por el centro de la Tierra, su polo norte y una estrella guía (im Pegasi o HR8703) respecto de la cual se miden los desplazamientos; el periodo orbital es de 97.5 minutos y su altura es de 645.35 km. Al movimiento del satélite en la órbita polar debe restarse los efectos debidos a las llamaradas y viento solares, los de la traslación de la Luna alrededor de la Tierra, de la traslación de la Tierra alrededor del Sol, del paralaje de la estrella guía y los movimientos de ésta respecto de estrellas muy distantes que se consideran fijas (en este caso el cuásar 3C454.3).
Para que pueda realizarse la medición de una magnitud tan pequeña con la precisión requerida necesitamos saber con enorme precisión cuál es el campo gravitacional generado por la Tierra. De manera que, como resultado adicional, el experimento proporciona un mapa detallado de las variaciones en dicho campo (ver mapa en la red en la página de goce).
A manera de conclusión, aun cuando actualmente sólo se conocen los resultados preliminares de ambos experimentos, podemos afirmar que sus mediciones se complementan y apuntan a una mutua corroboración. Esperemos que pronto se pueda contar con datos que permitan la producción de mapas con la precisión necesaria para la planificación de medidas de prevención en las regiones que muestren una mayor vulnerabilidad ante las inevitables consecuencias del calentamiento global.
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Referencias bibliográficas
European Space Agency. 2009. Gravity Field and Steadystate Ocean Circulation Explorer (goce), en www.esa.int/esaLP/LPgoce.html.
Everitt, C. W. F. 2011 Gravity Probe B., en http://einstein.stanford.edu/.
Fraczek, W. 2010. “If the Earth Stood Still, modeling the absence of centrifugal force”, en Arc-User, Summer, pp. 62-68 (www.esri.com).
ipcc. 2007. Climate Change 2007, The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Solomon S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K. B. Averyt, M. Tignor y H. L. Miller (eds.). Cambridge University Press, Londres.
wgs. 1984. World Geodetic System, 1984, en http://en.wikipedia.org/wiki/World Geodetic System.
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Antonio Sarmiento Galán
Instituto de Matemáticas,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Es egresado de la Facultad de Ciencias de la UNAM y del Queen Mary College de la Universidad de Londres. Laboró en el Instituto de Astronomía entre 1981 y 1999, y desde 2000 en el Instituto de Matemáticas, ambos de la UNAM.
como citar este artículo →
Sarmiento Galán, Antonio. (2011). La forma de la Tierra. Ciencias 102, abril-junio, 50-57. [En línea]
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Matemáticas para los
estudiantes de humanidades
Morris Kline
FCE, México, 2009.
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Durante milenios, las matemáticas han sido el ejemplo por
excelencia de las verdades descubiertas por el hombre. De ahí que todas las investigaciones relativas al problema de adquirir verdades hayan tenido que ver, necesariamente, con las matemáticas. Aunque algunos de los pasmosos avances realizados en el siglo xix alteraron por completo nuestra idea de la naturaleza de las matemáticas, la eficacia de éstas, especialmente para representar y analizar fenómenos naturales, las ha mantenido en el foco de todas las investigaciones de la naturaleza del conocimiento. Uno de los aspectos, y no el menos importante de este valor de las matemáticas, es que nos ha permitido ver en acción las facultades de la mente humana. Las matemáticas constituyen el ejemplo supremo y más notable del poder de la mente para encarar problemas, y como tal, vale la pena estudiarlas.
Entre los valores que las matemáticas ofrecen están los servicios prestados a las artes. La mayoría de la gente se inclina a pensar que las artes son independientes de las matemáticas, pero pronto veremos que éstas han contribuido a dar forma a muchos de los estilos sobresalientes de pintura y arquitectura, y el servicio que las matemáticas prestan a la música no sólo nos ha hecho posible entenderla, sino que ha propagado su disfrute por los cuatro puntos cardinales.
Problemas prácticos, científicos, filosóficos y artísticos han impulsado a los hombres a investigar en el terreno de las matemáticas. Pero hay otro motivo más fuerte que los anteriores: la búsqueda de la belleza. Las matemáticas son un arte. Esto significa que ofrecen los mismos placeres que cualquiera de las ramas artísticas. Esta afirmación acaso moleste a quienes están acostumbrados al concepto tradicional de las artes verdaderas; mentalmente contrastarán con otras en detrimento de las matemáticas. Pero el individuo común y corriente no se ha detenido a pensar en lo que realmente son las artes y qué ofrecen. Lo que la mayoría de la gente ve en la pintura, por ejemplo, son escenas familiares y acaso colores atractivos. Pero estas cualidades no son las que hacen de la pintura un arte. Sus valores reales deben aprenderse, y la genuina apreciación del arte demanda mucho estudio.
No insistiremos, con todo, en los valores estéticos de las matemáticas. Será más fácil sostenernos en la posición de que así como hay personas sin oído para la música y ciegas al color, así también hay las del temperamento que no tolera la argumentación fría ni las distinciones, al parecer sutiles en demasía, que se hacen en la empresa matemática.
Nos gustaría entender qué son las matemáticas, qué hacen, qué le dan al mundo y qué es lo que ofrecen en sí mismas. Esperamos ver qué contienen las matemáticas que auxilian al físico y al sociólogo, al filósofo, al lógico, al artista: qué es lo que influye en las doctrinas del estadista y del teólogo; qué es lo que satisface la curiosidad del hombre que explora los cielos y la del que reflexiona en la dulzura de los sonidos musicales, y qué lo que ha influido innegablemente, aunque a veces imperceptiblemente en el curso de la historia moderna. Trataremos de ver, en fin, que las matemáticas son parte inseparable del mundo moderno, una de las fuerzas que modelan los pensamientos y los actos humanos y un todo del pensamiento vivo conectado indisolublemente con todas las demás ramas de la cultura, de las cuales depende y a las que otorga valiosos dones.
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Fragmento de la Introducción.
como citar este artículo → Kline, Morris. (2011). Matemáticas para los estudiantes de humanidades. Ciencias 102, abril-junio, 78. [En línea]
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