Hipótesis mayo 2015 by Aso de Ingeniería Química

3 Editorial Luz en todas partes 4 Notas 19 Problemas y rompecabezas 22 La luz: color y mucho más Alejandra Valencia, Gian Pietro Miscione 32 Si fueran de comer no serían tantos Jorge Molina 42

Arrecifes coralinos mesofóticos: descubriendo aspectos clave de la vida coralina en las zonas del crepúsculo Viviana I. Quiroga, Esteban Góngora, Fanny L. González, Trigal Magala Velásquez, Ana María Galeano, Daniel Alfredo Sánchez, Juan Armando Sánchez

54 Las ranas de Galvani, la pila de Volta y el sueño del doctor Frankenstein Gian Pietro Miscione Entrevista con David Wineland David Wineland es físico por la Universidad de California, en Berkeley (1965), y doctor por la Universidad de Harvard (1970). En 1975 se integró como investigador al National Institute of Standards and Technology, donde aún continúa, y es profesor de la Facultad de Física de la Universidad de Colorado, en Boulder, Estados Unidos. David Wineland recibió el Premio Nobel de Física en 2012, junto con Serge Haroche, por sus “métodos experimentales innovadores que permiten la medición y manipulación de sistemas cuánticos individuales”. Su trabajo ha permitido importantes avances en espectroscopia, en relojes atómicos y en computación cuántica.

66 Caballos de troya vs. Microorganismos patógenos multirresistentes Andrés Garzón, Diego Gamba

hipótesis • Número 18 • Mayo de 2015 • Universidad de los Andes

CONTENIDO

ISSN 1692-729X • Número 18 • Mayo de 2015 • Universidad de los Andes • Facultad de Ciencias

Apuntes científicos uniandinos

75 Ciclofanos: receptores selectivos para el reconocimiento de moléculas de interés biológico Nelson Núñez Dallos 80 Travesía por los volcanes del Sistema Solar David Tovar Rodríguez, Santiago Vargas Domínguez 88 Ingreso y permanencia: ¿por qué los jóvenes colombianos no quieren estudiar ciencias, tecnología y matemáticas? Paula Catalina Luna A. 95 Entrevista con David Wineland 97 Noticias 98 Artículos destacados 103 Concurso de fotografía e imágenes 105 Graduandos de posgrado 107 Política editorial

La luz: color y mucho más Precio de venta $12.000

Núm. 18 2015 / 8.000 ejemplares ISSN 1962-729X ISSN ONLINE 1794-354X © Universidad de los Andes Para la reproducción total o parcial de esta obra solicitar la autorización de la Revista.

Comité editorial Ferney Rodríguez Decano Catalina González Profesora Departamento de Ciencias Biológicas John Hurtado Profesor Departamento de Química

Editor

Hernando Echeverri Dávila Profesor asociado, Departamento de Matemáticas Coordinadora editorial

Carolina Hernández Universidad de los Andes Facultad de Ciencias Carrera 1.a núm. 18A-10 / Apartado aéreo: 4976, Bogotá, D. C., Colombia Teléfonos: (571) 332 4533, 339 4949, 339 4999, ext. 3491 hipotesis@uniandes.edu.co Ediciones Uniandes Calle 19 No. 3 - 10, Edificio Barichara, Torre B - Oficina 1401, Bogotá, D. C., Colombia Teléfonos: (571) 339 4949, 339 4999, ext. 2181, 2071, 2099 infeduni@uniandes.edu.co Precio de venta: $12.000

Alexander Cardona Profesor Departamento de Matemáticas Yenny Hernández Profesora Departamento de Física Idael Blanco Profesor Departamento de Geociencias Camilo Rengifo Estudiante de posgrado Yesid Murillo Estudiante de posgrado Indexada en:

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Juan Gabriel Sutachán Corrección de estilo

Edgar Hernán Ordóñez Nates Diagramación

Andrés Leonardo Cuéllar V. Fotografía de carátula: https://www.flickr.com/photos/45935274@N00/

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3 Editorial Luz en todas partes

Notas. CIENCIAS BIOLÓGICAS 4 Fredilocarcinus, un género de cangrejo amazónico no reportado antes en Colombia Notas. QUÍMICA

8 Cristales que respiran Notas. QUÍMICA

11 Uso de semillas de eucalipto para descontaminar aguas residuales Notas. GEOCIENCIAS 14 Un nuevo fósil del helecho acuático Salvinia Notas. CIENCIAS 17 ¿La ciencia es aburrida?

19 Problemas y rompecabezas

22 LA LUZ: COLOR Y MUCHO MÁS Yo estaba ahí. Él me llevó consigo, ese día, hace más de 30.000 años, cuando entró a aquella cueva oscura. Sin mí, nunca se habría atrevido a entrar. Sin embargo, allí llegamos, me dejó en el piso y ¡empezó a pintar! ALEJANDRA VALENCIA, GIAN PIETRO MISCIONE

32 SI FUERAN DE COMER NO SERÍAN TANTOS ¿Será que los insectos son efectivamente muchos? ¿Será que no se pueden comer? Para responder a estas preguntas veamos primero qué son los insectos, qué sabemos sobre su diversidad y, finalmente, miremos qué sabemos sobre los insectos como fuente de alimento en el mundo, y específicamente en Colombia. JORGE MOLINA

42 ARRECIFES CORALINOS MESOFÓTICOS: DESCUBRIENDO ASPECTOS CLAVE DE LA VIDA CORALINA EN LAS ZONAS DEL CREPÚSCULO

Se llama comúnmente “zona del crepúsculo” a aquella porción marina de los arrecifes coralinos a los que llega menos del 1% de la luz que incide sobre la superficie del mar. VIVIANA I. QUIROGA, ESTEBAN GÓNGORA, FANNY L. GONZÁLEZ, TRIGAL MAGALA VELÁSQUEZ, ANA MARÍA GALEANO, DANIEL ALFREDO SÁNCHEZ, JUAN ARMANDO SÁNCHEZ

54 LAS RANAS DE GALVANI, LA PILA DE VOLTA Y EL SUEÑO DEL DOCTOR FRANKENSTEIN Es una noche oscura y tempestuosa. Los dos habían ido a la cama hacía poco, pero un trueno más violento que lo otros los despierta. “¡Apúrate! ¡Vamos, vamos!”, grita él, saltando fuera de las sábanas. Ella, más despacio, se pone una bata y sigue al marido. La tormenta se avecina. GIAN PIETRO MISCIONE

66 CABALLOS DE TROYA VS. MICROORGANISMOS PATÓGENOS MULTIRRESISTENTES Cuando se descubrió la penicilina, en 1928, se pensó que tal hallazgo constituiría el fin de las infecciones causadas por microorganismos. Sin embargo, desde la aparición de las primeras cepas de Staphylococcus aureus resistentes a antibióticos, en la década de 1940 tan solo cinco años después de la implementación del uso generalizado de la penicilina, se ha venido estableciendo una especie de carrera armamentista entre los diferentes microorganismos patógenos y los seres humanos dedicados a hacerles frente. ANDRÉS GARZÓN, DIEGO GAMBA

75 CICLOFANOS: RECEPTORES SELECTIVOS PARA EL RECONOCIMIENTO DE MOLÉCULAS DE INTERÉS BIOLÓGICO

80 TRAVESÍA POR LOS VOLCANES DEL SISTEMA SOLAR En los últimos siglos nuestra visión de algunos de los fenómenos más asombrosos y a la vez peligrosos del planeta Tierra, ha cambiado drásticamente. Desde terremotos, pasando por deslizamientos, inundaciones y tsunamis, hasta erupciones volcánicas, nos hemos dado cuenta de que nuestro planeta estuvo, está y estará cambiando permanentemente. DAVID TOVAR RODRÍGUEZ, SANTIAGO VARGAS DOMÍNGUEZ

88 INGRESO Y PERMANENCIA: ¿POR QUÉ LOS JÓVENES COLOMBIANOS NO QUIEREN ESTUDIAR CIENCIAS, TECNOLOGÍA Y MATEMÁTICAS? Entre los jóvenes se ha venido generando una postura escéptica sobre la ciencia, particularmente en los países de economías desarrolladas, como Japón, Alemania, Austria o los países escandinavos. Esta situación crea un problema en la medida en que el abandono de las aulas de ciencias implica una disminución del número potencial de futuros científicos. PAULA CATALINA LUNA A.

95 Entrevista con David Wineland

97 Noticias

98 Artículos destacados

103 Concurso de fotografía e imágenes

105 Graduandos de posgrado

107 Política editorial

EDITORIAL

Luz en todas partes La Organización de Naciones Unidas (ONU) ha declarado años internacionales desde 1959 para llamar la atención sobre temas que son de importancia mundial. En años recientes se han resaltado varios temas relacionados con las ciencias, como la física (2005), la astronomía (2009), la química (2011) y la cristalografía (2014). Aunque la propuesta del Año Internacional de la Luz (IYL, por sus siglas en inglés) se enfocó inicialmente en la educación, se vio que también tenía una dimensión vivencial y política importante debido a que las tecnologías fotónicas son la base de la vida moderna, pues proporcionan soluciones reales a problemas globales. Estos desarrollos tomaron décadas de investigación básica antes de que se concretaran aplicaciones prácticas, por lo que se requiere una visión estratégica a largo plazo para hacer inversiones en investigación y desarrollo. El 2015 fue escogido para celebrar la luz porque enmarca la celebración del aniversario de varios eventos científicos: los mil años de la publicación del trabajo sobre óptica de Ibn Al-Haytham durante la edad de oro islámica, los doscientos años desde que Augustin-Jean Fresnel introdujera la noción de la naturaleza ondulatoria de la luz, los ciento cincuenta años del trabajo de James Clerk Maxwell sobre electromagnetismo, que permitió desarrollos novedosos en el campo de las telecomunicaciones, y los cien años de la incorporación de la velocidad de la luz como una parte esencial de la concepción del espacio-tiempo en la teoría de la relatividad general de Einstein. A nivel mundial, las celebraciones del Año Internacional de la Luz empezaron con una inauguración oficial, el 19 de enero, en la sede de la Unesco en París, en un evento que contó con la participación de 1.500 personas y 100 organizaciones de 85 países. Paralelamente a la inauguración se realizó el festival The Story of Light (La Historia de la Luz) en Goa, India. La exhibición “Light Beyond the Bulb” (“Luz, más allá de la bombilla”) ha sido presentada en China y Estados Unidos, y tiene como objetivo mostrar el papel de la luz en muchas disciplinas científicas. Otros cientos de eventos que se han realizado en el marco de esta celebración pueden ser consultados en la página http://www.light2015.org. La Universidad de los Andes también forma parte activa de estas celebraciones mundiales con charlas sobre tópicos como la luz y las comunicaciones, la luz y las ciencias de la vida y la luz y el arte, entre otras. La Universidad también participará en un evento nacional llamado “Colombia en el Año Internacional de la Luz”, que incluye un día de conferencias (17 de junio) en el auditorio Mario Laserna, , en el que, entre otros invitados, participarán David Wineland y Serge Haroche, premios Nobel de Física en 2012. Además, tendremos una exposición en el edificio Santo Domingo (19 a 29 de septiembre) llamada “Luz sin límites”, en la que se presentarán varios experimentos demostrativos del papel de la luz en áreas como las comunicaciones y la astronomía. Para mayor información de los eventos en la Universidad pueden visitar la página http://iyl.uniandes.edu.co. •

Yenny Hernández Profesora asistente del Departamento de Física de la Universidad de los Andes yr.hernandez@uniandes.edu.co

Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 3

[ notas. CIENCIAS BIOLÓGICAS ] Fredilocarcinus,

un género de cangrejo amazónico no reportado antes en Colombia Julián Yessid Arias-Pineda Licenciado en Biología, estudiante de maestría en Ciencias Biológicas en la Universidad de los Andes jy.arias10@uniandes.edu.co

Emilio Realpe Ph. D., profesor asociado del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes erealpe@uniandes.edu.co

Diego A. Gómez Estudiante de Biología en la Universidad de los Andes da.gomez344@uniandes.edu.co

Célio Magalhães Ph. D. Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Manaus, Brazil. celiomag@inpa.gov.br

Trichodactylidae es una familia de cangrejos de agua dulce neotropical caracterizada por encontrarse en cuerpos de agua de tierras bajas, generalmente por debajo de los 300 msnm. La mayoría de sus representantes se distribuyen a lo largo de la cuenca del río Amazonas [1-3]. En Colombia se han reportado ocho géneros: Bottiella Magalhães y Türkay, 1996; Dilocarcinus H. Milne Edwards, 1853; Forsteria Bott, 1969; Moreirocarcinus Magalhães y Türkay, 1996; Poppiana Bott, 1969; Sylviocarcinus H. Milne Edwards, 1853; Trichodactylus Latreille, 1828 y Valdivia blanca, 1847, con un total de catorce especies [4]. Las tres especies del género Fredilocarcinus Pretzmann 1978 reportadas hasta el momento parecen estar restringidas a la parte oeste y suroeste de la cuenca del Amazonas [5], entre las que se cuentan los pocos y dispersos registros disponibles de las especies F. apyratii Magalhães y Türkay de 1996, del estado de Acre, en Brasil; F. musmuschiae (Pretzmann y Mayta, 1980), de los departamentos de Huánuco y Loreto, en Perú; y F. raddai (Pretzmann, 1978), también del departamento de Loreto, en Perú [5]. Un macho adulto (ancho del caparazón: 29,8 mm; longitud del caparazón: 27,9 mm) de Fredilocarcinus raddai fue colectado el 29 de julio de 2014 por Diego A. Gómez, estudiante de pregrado del Laboratorio de Zoología y Ecología Acuatica (Lazoea) en El Vergel (3° 51´39´´S 70° 12´36´´W), municipio de Leticia, departamento de Amazonas, Colombia, en un pequeño humedal cerca del río Amazonas. La muestra se fijó en formalina al 10%; posteriormente se conservó en etanol al 70% y fue depositado en la colección de invertebrados del Museo de Historia Natural Andes, del Departamento de Ciencias Biológicas, Facultad de Ciencias de la Universidad de los Andes, Bogotá (número de catálogo Andes In-2792). Para la identificación se siguieron las claves dicotómicas, descripciones e ilustraciones proporcionadas por Magalhães y Türkay [5] y como criterio taxonómico se utilizó la morfología del primer gonopodo del macho.

FREDILOCARCINUS RADDAI (FIGURAS 1-6) El ejemplar tiene seis dientes anterolaterales detrás del diente exorbital del caparazón (figura 1) y un abdomen ampliamente triangular, con márgenes laterales casi rectas, y los somitas III-VI se encuentran fusionados (figura 2). El primer gonopodo del macho (figuras 3-5) tiene una morfología similar a la descrita e ilustrada por Magalhães y Türkay (1996) [5], pero exhibe una diferencia: el vértice aplanado es distinto y más largo que el lóbulo subdistal; sin embargo, no es tan largo como los ilustrados por

4 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

Venezuela

Colombia

Ecuador

PerĂş

Brasil

Figuras 1-6 Fuente: Autores

Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 5

Figura 7. Cangrejo azul de mangle (Cardisona guanhumi) macho Fuente: Julián Yessid Arias Pineda

Magalhães y Türkay [5]. Aun así, el vértice permite una diferenciación clara de su especie hermana F. musmuschiae, que tiene un vértice más corto que el lóbulo subdistal. Fredilocarcinus raddai se ha registrado hasta ahora en dos localidades del departamento de Loreto, Perú: uno aproximadamente 20 km al suroeste de Iquitos, y el otro en Yurimaguas, en el río Huallaga. Ambos registros están en la cuenca del río Marañón (nombre del río Amazonas en Perú). Este reporte constituye, entonces. el primer registro del género en el territorio colombiano y amplía el rango de distribución de la especie en más de 300 km hacia el este, en el mismo sistema fluvial (figura 6). Esta información es relevante no solo porque aumenta el conocimiento sobre la carcinofauna colombiana que cuenta con una de las faunas más diversas de cangrejos de agua dulce en el mundo [6], sino porque sugiere que la distribución de otras especies amazónicas de la familia Trichodactylidae podria extenderse más de lo reportado hasta el presente. De esta manera, el descubrimiento costituye también un aporte al conocimiento sobre la biología y ecología de las especies de cangrejos dulceacuícolas de Colombia.

6 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

IMPORTANCIA DE LAS COLECCIONES BIOLÓGICAS COMO PATRIMONIO DE LA HUMANIDAD Históricamente, las colecciones biológicas han proporcionado las bases para investigar y descubrir cómo funciona la biodiversidad a lo largo del tiempo. Este primer registro de F. raddai en Colombia es apenas un ejemplo de un sinnúmero de casos en que las colecciones biológicas juegan un papel fundamental en el desarrollo de diferentes áreas del conocimiento biológico. Es así como las colecciones no solo sirven para la taxonomía, sino que además son una fuente permanente de datos biológicos para ramas como la ecología, conservación, biogeografía, evolución y genética, entre otras [7]. El Museo de Historia Natural de la Universidad de los Andes cuenta con el privilegio de poseer un invaluable historial biológico que enriquece el conocimiento de la biodiversidad del país, porque en él se encuentran depositados individuos únicos que hasta ahora no forman parte de otras colecciones biológicas del país. Es el caso de Drymarchon caudomaculatus, una serpiente que se creía endémica de Venezuela, hasta que se colectó un ejemplar en el municipio de Uribia, departamento de La Guajira [8]. Como el de Fredilocarcinus raddai, este espécimen es el único representante de esta especie reportado en el país hasta la fecha. •

REFERENCIAS [1] Magalhães C. Famílias Pseudothelphusidae e Trichodactylidae. En: Melo GAS. Manual de Identificação dos crustacea decapoda de água doce do Brasil. São Paulo: Editora Loyola; 2003: pp. 143-287. [2] Rodríguez G. Decapoda. En: Aquatic biota of tropical South America. San Diego: San Diego State University; 1981. [3] Rodríguez G. The freshwater crabs of America. Family Trichodactylidae and supplement to the family Pseudothelphusidae. Paris: Editions Ostorm; 1992. [4] Campos MR. Freshwater crabs from Colombia. A taxonomic and distributional study. Bogotá: Academia Colombiana de Ciencias Exactas Físicas y Naturales; 2005, http://www.accefyn.org.co/PubliAcad/Cangrejos/Freshwater.pdf.

[5] Magalhães C, Türkay M. Taxonomy of the neotropical freshwater crab family Trichodactylidae. III. The genera Fredilocarcinus and Goyazana (Crustacea: Decapoda: Brachyura).S enckenbergiana Biologica 1996; 75(1-2): 131-142. [6] Cumberlidge N, Ng PKL, Yeo DCJ, Magalhães C, Campos MR, Álvarez F et al. Freshwater crabs and the biodiversity crisis: importance, threats, status, and conservation challenges. Biological Conservation 2009; 142(8): 1665-1673. [7] Kemp C. The endangered dead. Nature 2015; 518(7539): 292-294. [8] Mendoza J, Fernandes M. First Country record of Drymarchoncaudomaculatus. Herpetological Review 2009; 40(4): 455.

Figura 8. Cangrejo halloween (Gecarcinus ruricola) hembra Fuente: Julián Yessid Arias Pineda

Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 7

[ notas. QUÍMICA ]

Cristales que respiran Néstor Julián Bello Vieda Químico, estudiante de maestría en Química en la Universidad de los Andes nj.bello1211@uniandes.edu.co Agradecimiento a Carlos Ramos por la colaboración en la modificación y edición de las imágenes

El oxígeno es uno de los gases más importantes para la humanidad, no solo porque es imprescindible para el desarrollo de la vida en la tierra, sino también por su amplio uso en operaciones industriales, como la producción de acero, el uso en sopletes y en la síntesis de sustancias químicas. La separación de este gas del nitrógeno, con el que se encuentra mezclado en la atmósfera, se hace actualmente mediante una técnica complicada denominada destilación criogénica, que se lleva a cabo a temperaturas por debajo de los menos doscientos grados centígrados. A nivel biológico, la absorción y posterior liberación de oxígeno es un ciclo clave para animales y plantas, por medio del cual logran subsistir. Actualmente, los procesos que involucran separación de oxígeno de otros gases son exclusivamente físicos, es decir, los gases se retienen por interacciones débiles que no involucran enlaces químicos entre el material que separa y la sustancia que se quiere separar. Esto hace que la selectividad de la técnica para obtener un solo tipo de gas sea reducida. Los métodos que implican reacciones químicas para la separación de gases son mucho más selectivos pero la posterior liberación del oxígeno es complicada, ya que conlleva transformaciones de las sustancias, muchas veces irreversibles. a)

Figura 1. Estructura de la hemoglobina (a) y la mioglobina (b). Los centros metálicos se muestran en círculos amarillos sobre la imagen Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Hemoglobin; http://en.wikipedia.org/wiki/Myoglobin

8 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

A diferencia de los procesos industriales, la naturaleza tiene muchas formas de absorción selectiva de oxígeno, que es retenido mediante enlaces químicos. Este proceso es posible por medio de una clase especial de proteínas llamadas metaloproteínas, que tienen en su estructura metales como níquel, manganeso, hierro y cobre [1]. Estos sistemas transportan oxígeno con el fin de degradar moléculas posteriormente. Entre las metaloproteínas más conocidas e importantes se encuentran la hemoglobina y la mioglobina (figura 1), las cuales cuentan con un centro metálico de hierro, y son las encargadas de transportar el oxígeno desde los pulmones hacia los tejidos que lo requieren [2]. Desde hace algunos años se ha intentado imitar las características de estas moléculas; los avances más importantes solo se han logrado a partir del 2011 [3], cuando se reportó la primera molécula capaz de realizar este proceso, aunque con baja eficiencia y poca selectividad. Después de realizar algunos cambios en la estructura de la molécula reportada en 2011 —específicamente, modificar los aniones que la estabilizan—, un grupo de investigadores del Departamento de Física, Química y Farmacología de la Universidad de Dinamarca del Sur [4] pudo dar origen a un nuevo material que es capaz de absorber oxígeno en grandes cantidades y almacenarlo hasta que se den las condiciones necesarias para eliminarlo de su estructura (figura 2). El oxígeno puede ser recuperado del cristal que dicho grupo produjo mediante aumento de temperatura o sometiendo el material a condiciones con baja concentración de oxígeno [5]. Este sólido cristalino incorpora en su estructura centros metálicos de cobalto, sobre los cuales se da una quimisorción, es decir, el oxígeno se une a los átomos de cobalto por medio de un enlace químico, de la misma forma que lo hace en las metaloproteínas. Una de las propiedades más sorprendentes de este nuevo material es que es capaz de liberar el oxígeno enlazado y recuperar su estructura original para recibir otra molécula de oxígeno y repetir el proceso sin

0,1 mm

Figura 2. Compuesto que absorbe y almacena oxígeno, sintetizado en la Universidad de Dinamarca del Sur, antes y después de la reacción con oxígeno. El cristal oxigenado tiene color negro, mientras que el cristal sin oxígeno es rojo brillante. Fuente: http://www.sdu.dk/en/Om_SDU/Fakulteterne/Naturvidenskab/Nyheder/2014_09_30_ iltsluger

perder la eficiencia inicial. Se encontró que el compuesto tiene una afinidad comparable a la mioglobina, pues logra concentrar el oxígeno unas 160 veces más que la proporción presente en el aire. Otro importante logro es la selectividad que tiene esta sustancia, que es 38 veces más afín por el oxígeno que por el nitrógeno, teniendo en cuenta que este último se encuentra en mayor proporción en la atmósfera [4]. Las aplicaciones de este nuevo material son muchas. Personas que requieran oxígeno en concentraciones mayores del 21% presente en la tropósfera, donde se desarrollan las actividades humanas —como pacientes con problemas pulmonares— no tendrán que transportar grandes y pesados tanques de oxígeno. También se propone un interesante uso para los buzos, dado que este material no solo es capaz de obtener oxígeno del aire, sino también del agua. Se han sintetizado

Figura 3. Cristal en su forma oxigenada Fuente: Universidad de Dinamarca del Sur

Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 9

Figura 4. Modificada de http://pixabay.com/es/animales-aqua-azul-profunda-buceo-15594/

diferentes estructuras de este nuevo compuesto con pequeños cambios en la composición, como modificación en los aniones, que generan diferentes velocidades de liberación del oxígeno [5]. Esto permitiría la rápida absorción del oxígeno en el agua y su lenta liberación en el interior de la máscara, para la respiración del buzo. Recientemente se está estudiando si la irradiación de los cristales con luz puede expulsar el oxígeno retenido, lo cual podría ser un gran avance en la fotosíntesis artificial, que es un campo de reciente interés científico que busca hacer celdas de combustión usando luz solar, agua y dióxido de carbono [6]. La sustancia también puede ser útil para el desarrollo de celdas de combustión convencionales, que requieren de hidrógeno y oxígeno para generar energía. Este material podría ser una fuente controlada de oxígeno para el correcto funcionamiento de estas celdas. Los “cristales que respiran” pueden tener una gran cantidad de aplicaciones útiles que podrían llegar a cambiar la forma en la que vivimos actualmente. Usos en las máscaras de buceo, en el tratamiento de enfermedades respiratorias, en trajes espaciales, en conservación de alimentos y en celdas de combustión hacen de estos materiales una fuente de investigación y desarrollo científico muy importante para los próximos años. •

10 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

REFERENCIAS [1] Vad MS, Johansson FB, Seidler-Egdal RK, McGrady JE, Novikov SM, Bozhevolnyi S et al. Tuning affinity and reversibility for O2 binding in dinuclear Co(ii) complexes. Dalton Transactions 2013; 42(27): 9921-9929. [2] The chemistry of hemoglobin and myoglobin; http://chemed. chem.purdue.edu/ genchem /topicreview/bp/1biochem/ blood3.html. [3] Southon PD, Price DJ, Nielsen PK, McKenzie CJ, Kepert CJ. Reversible and selective O2 chemisorption in a porous metalorganic host material. Journal of the American Chemical Society 2011; 133(28): 10885-10891. [4] Sundberg J, Cameron LJ, Southon PD, Kepert CJ, McKenzie CJ. Oxygen chemisorption/desorption in a reversible singlecrystal-to-single-crystal transformation. Chemical Science 2014; 5(10): 4017-4025. [5] New material steals oxygen from air. http://www.sdu. dk/en/Om_SDU/Fakulteterne/Naturvidenskab/Nyheder/ 2014_09_30_iltsluger. [6] Artificial photosynthesis; http://solarfuelshub.org/research/.

[ notas. QUÍMICA ] Uso de semillas de eucalipto para descontaminar aguas residuales Durante años se ha tenido una opinión negativa del eucalipto a nivel ambiental. Se dice que este árbol puede extraer minerales de los suelos y subsuelos, como aluminio y hierro, provocando su intoxicación y acidificación; o que para obtener una tonelada de madera de este árbol se requieren 1600 m3 de agua, algo especialmente grave si se tiene en cuenta que de él se producen en el mundo más de 34 toneladas de madera al año. Adicionalmente, algunas investigaciones sugieren que comparados con otras especies, estos árboles necesitan más agua para llevar a cabo la fotosíntesis [1]. No obstante, de sus componentes se han obtenido algunos beneficios; por ejemplo, se ha utilizado con fines medicinales para tratar diferentes afecciones. Además, ha surgido una aplicación ambiental en los últimos años, ya que gracias a su alto contenido de hemicelulosa y lignina, de sus semillas se puede obtener carbón activado para tratar aguas contaminadas con metales pesados, colorantes y compuestos fenólicos [2].

Nelson Giovanny Rincón-Silva Químico, estudiante de maestría en Química en la Universidad de los Andes ng.rincon10@uniandes.edu.co

Juan Carlos Moreno Piraján Dr. Profesor titular del Departamento de Química de la Universidad de los Andes jumoreno@uniandes.edu.co

Liliana Giraldo Gutiérrez Dra. Profesora asociada del Departamento de Química de la Universidad Nacional de Colombia lgiraldogu@unal.edu.co Agradecimiento al doctor Héctor Andrés Cid Silva de la Universidad de Santiago de Chile

Imagen 1. Flor de eucalipto [4] Fuente: Tomada de http://www.fotolog.com/cielo_flores/43446577/

Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 11

ORIGEN DEL EUCALIPTO

La palabra eucalipto procede del griego ευκάλυπτος, compuesto por el prefijo eu, que denota perfección, y la desinencia kalipto, que significa cubierto, cerrado u oculto. Por ello podría traducirse como “perfectamente cubierto, cerrado u oculto”. El nombre del eucalipto alude al opérculo que cierra el cáliz en la flor, porque una de las características del eucalipto son sus flores, formadas por vistosos y alargados estambres que sobresalen de una especie de cápsulas endurecidas formadas por la unión de los pétalos y los sépalos cerrados por una tapa, que es lo que se denomina opérculo [3]. El eucalipto pertenece a la familia de las mirtáceas y es originario de Australia y Tasmania. Existen cerca de setecientas especies distribuidas en regiones de climas mediterráneos, tropicales o subtropicales. Se estima que en el siglo XVIII se extendió a diferentes latitudes, y llegó a distribuirse en varios países de Europa, Asia, África y América [4].

En Colombia fue introducido a finales del siglo XIX. Las primeras plantaciones de eucalipto común se encontraban en la sabana de Bogotá, donde su madera era usada como cercas, leña, en el área de la construcción, y los mismos árboles como especie ornamental. Iniciando el siglo XX, la especie se empleó en la recuperación de áreas erosionadas. En la tabla 1 aparecen los principales usos de las diversas especies de eucalipto [4]. c)

Tabla 1. Principales usos de las diversas especies de eucalipto [5] Usos

Especies

Aplicaciones

Forestal

Eucalyptus camaldulensis, tereticornis (imagen 2a), globulus,grandis y saligna Eucalyptus diversicolor, obliqua y delegatensis Eucalyptus goniocalix, melliodora y viminallos

Producción de leña Rodales naturales Producción de miel

Madera

Celulosa

Ornamental

Eucalyptus maculata (imagen 2b), marginata, grandis, diversicolor,delegatensis, nitens, cladocalyx, cloeziana, dunnii, paniculada, citriodora E. camaldulensis, globulus, maculata, marginata, obliqua y viminalis E. camaldulensis, dalrympleana (imagen 2c), delegatensis, globulus, grandis, obliqua, regnans y viminalis Eucalyptus grandis, botryoides, camaldulensis, deglupta, delegatensis, globulus, maidenii, obliqua, occidentalis, regnans, saligna, viminalis, botryoides Eucalyptus miniata (imagen 2d), cinerea, phoenicea, caesia y torquata

Construcción de botes, pisos, postes para alambrado Puertas Tableros y chapas Manufactura de papeles finos

En parques, avenidas, plazoletas y áreas verdes

USO TERAPÉUTICO Durante muchos años se ha utilizado con fines medicinales. Se ha demostrado que la infusión de las hojas adultas de esta planta funciona para tratar afecciones respiratorias de diversa índole, como bronquitis, asma, faringitis, amigdalitis, gripes y resfriados; también es útil para el control de la diabetes, cistitis, vaginitis y dermatitis de cualquier origen. En los casos de males respiratorios es común utilizar esta planta en forma de vaporizaciones. Además, tiene propiedades hipoglucemiantes, capaces de reducir la glucosa en la sangre, y cuenta con una facultad inhibitoria de gérmenes patógenos, que justifica su uso como antiséptico de las vías respiratorias y urinarias [5].

12 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

Imagen 2. Algunas especies de eucalipto (a) Eucalyptus tereticornis, tomada de http://commons.wikimedia. org/wiki/File:Eucalyptus_tereticornis_flowers,_capsules,_buds_and_foliage.jpeg. (b) Eucalyptus maculata, tomada de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eucalyptus_maculata_(1).jpg. (c) Eucalyptus dalrympleana tomada de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Myrtales_-_Eucalyptus_dalrympleana_3.jpg. (d) Eucalyptus miniata tomada de https://www.flickr.com/ photos/40325561@N04/5959389644/.

APLICACIÓN AMBIENTAL Recientemente se ha utilizado la semilla y la madera del eucalipto para obtener carbón activado. Este se conoce como el adsorbente universal. Es un sólido poroso que se prepara mediante la reacción de materiales carbonizados con gases oxidantes (activación física) o con la carbonización de materiales lignocelulosicos que han sido impregnados con reactivos químicos deshidratantes (activación química). Estructuralmente, este material es desordenado y está constituido fundamentalmente de carbono (imagen 3), presenta un elevado grado de porosidad y una elevada área superficial interna, propiedades por las cuales es apropiado para remover sustancias contaminantes en fase gaseosa y acuosa, mediante un proceso denominado adsorción [6]. La afinidad del carbón con moléculas apolares y de cierto volumen y peso molecular es elevada. Por otra parte, presenta poca afinidad con moléculas de bajo peso molecular, como oxigeno o nitrógeno, o moléculas polares como el agua. Esto hace que el carbón activado sea el adsorbente más utilizado en la purificación de sistemas hídricos [7]. Los ensayos de remoción de contaminantes en afluentes hídricos se han centrado en derivados fenólicos monosustituidos, compuestos altamente contaminantes y prioritarios para organizaciones como la Environmental Protection Agency (EPA), puesto que forman parte de los efluentes de muchas industrias, como la petroquímica, las refinerías de petróleo, las fundiciones de acero y las fabricantes de insecticidas y herbicidas. Estos contaminantes son tóxicos y algunos cancerígenos, por lo que representan un peligro para la flora y la fauna de la biosfera y, por lo tanto, deben ser eliminados del agua [8]. Recientemente se han reportado valores de remoción de fenoles de hasta 700 mg g–1 mediante carbón activado obtenido de semillas de eucalipto por activación química y física (imagen 4), en el cual se reportan valores de áreas superficiales de hasta 2000 m2 g–1. De estas investigaciones se puede concluir que el eucalipto, a pesar de los problemas ambientales que puede originar, puede ser utilizado como materia prima, mediante procesos relativamente económicos, en la producción de adsorbentes que se aplican en la descontaminación de ríos, lagos y lagunas afectados por actividades industriales. Es decir, es de gran utilidad para la producción de carbón activado que se emplea en descontaminación hídrica [9]. •

Imagen 3. Representación esquemática de un carbón activado Fuente: [7]

Imagen 4. Material lignocelulósico (semilla de eucalipto y su posterior conversión a carbón activado) Fuente: Nelson Giovanny Rincón-Silva

REFERENCIAS [1] Luzar J. The political ecology of a “Forest transition”: Eucalyptus forestry in the Southern Peruvian Andes. Ethnobotany Research & Applications 2011; 14(4): 85-93. [2] Mojica-Sánchez LC, Ramírez-Gómez WM, Rincón-Silva NG, Blanco-Martínez DA, Giraldo L, Moreno-Piraján JC. Síntesis de carbón activado proveniente de semillas de eucalipto por activación física y química. Afinidad 2012; 69 (559): 203-210. [3] Oballa PO, Konuche PKA, Muchiri MN, Kigomo BN. Facts on growing and use of eucalyptus in Kenya. Nairobi: Kenya Forestry Research Institute; 2010. [4] Sánchez C, Restrepo N. El eucalipto: una opción de alta rentabilidad. El Mueble y la Madera 2007; 17: 23-30. [5] Sadlon A, Lamson D. Immune-modifying and antimicrobial affects of eucalyptus oilasimple inhalation devices. Alternative Medicine Review 2002; 15(1): 33-47. [6] Rincón-Silva NG, Ramírez-Gómez WM, Mojica-Sánchez LC, Blanco-Martínez DA, Giraldo L, Moreno-Piraján JC. Obtención de carbones activados a partir de semillas de eucalipto, por activación química con H3PO4. Caracterización y evaluación de la capacidad de adsorción de fenol desde solución acuosa. Ingeniería y Competitividad 2014; 16(1): 207-219. [7] Rodríguez Reinoso F. El carbón activado como adsorbente universal. En: J. Moreno Piraján ed., Sólidos porosos: preparación, caracterización y aplicaciones. Bogotá: Ediciones Uniandes; 2007. [8] Qing-Song L, Tong Z, Peng W, Ji-Ping J, Nan L. Adsorption isotherm, kinetic and mechanism studies of some substituted phenols on activated carbon fibers. Chemical Engineering Journal 2012; 157(2-3): 348-356. [9] Rincón-Silva NG, Moreno-Piraján JC, Giraldo L. Thermodynamic study of adsorption of phenol, 4-chlorophenol and 4-nitrophenol on activated carbon obtained from eucalyptus seed. Journal of Chemistry 2015; 01-12.

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[ notas. GEOCIENCIAS ] Un nuevo fósil del helecho acuático

Salvinia Nicolás Pérez Consuegra

Estudiante de pregrado en Geociencias en la Universidad de los Andes n.perez568@uniandes.edu.co

Aura Cuervo Gómez Estudiante de pregrado en Geociencias en la Universidad de los Andes am.cuervo1049@uniandes.edu.co

Una nueva localidad de fósiles de plantas fue encontrada en el valle superior del Magdalena (VSM) durante una salida de campo para el curso de Geología Estructural del programa de Geociencias de la Universidad de los Andes. Los fósiles fueron hallados en lodolitas (rocas sedimentarias de grano muy fino) que son el registro de los depósitos de una laguna en el pasado. Su edad estimada es de alrededor de 50 millones de años, aunque puede ser debatida [1]. ¿Qué tipo de fósiles se encontraron? Los fósiles encontrados son impresiones de hojas, entre las que podemos identificar hojas de angiospermas y helechos. Las angiospermas incluyen hojas de monocotiledóneas y de eudicotiledóneas; y los helechos encontrados pertenecen al género Salvinia. Ninguno de estos fósiles había sido reportado previamente en esa zona. El nuevo reporte de Salvinia es de especial importancia porque provee información valiosa acerca de la llegada de este grupo a la zona tropical.

Figura 1. Salvinia auriculata en los Llanos Orientales de Colombia Fuente: Santiago Madriñán

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Figura 2. Fósiles de Salvinia colectados en el valle superior del Magdalena Fuente: Autores

¿Qué es Salvinia? Salvinia es un género de helechos acuáticos. Estos helechos solamente viven en cuerpos de agua como lagos, lagunas, pantanos y riachuelos [2]. En Colombia se han hallado tres especies: S. sprucei, S.minima y S. Auriculata [3]. Estas especies se encuentran en lugares como los humedales de los Llanos Orientales o en cuerpos de agua dulce del Caribe (figura 1). ¿Cómo sabemos que los fósiles pertenecen a Salvinia? Los fósiles encontrados son impresiones de hojas flotantes (figura 2), con sus correspondientes estructuras en forma de raíces, también conocidas como hojas sumergibles. En el laboratorio se observaron las características de las hojas como venación, forma y tamaño, entre otras, y se compararon con grupos de plantas para finalmente asignar los fósiles al género de helechos Salvinia. ¿Por qué es tan interesante este hallazgo? En la actualidad, los trópicos son la región de mayor diversidad de este grupo de plantas. De las doce

especies de Salvinia actuales, ocho viven en estas zonas [4], pero en el pasado la distribución de Salvinia era diferente. La mayoría de los hallazgos de fósiles de Salvinia, desde el más antiguo (100 millones de años) hasta el más reciente (1 millón de años) [5], se han hecho en rocas del hemisferio norte (figuras 3 y 4) [6], con excepción de un reporte de fósiles de Salvinia de rocas del Mioceno (aproximadamente 11 millones de años) de Argentina [7]. Este patrón de distribución permite proponer la hipótesis de que este grupo de helechos habría evolucionado en zonas temperadas para migrar posteriormente hacia latitudes más bajas, hace aproximadamente 11 millones de años. El reciente hallazgo de fósiles de Salvinia en el VSM y en rocas de hace aproximadamente 58 millones de años en la mina del Cerrejón [8], sumado a registros fósiles hallados en China, sugiere una segunda hipótesis, según la cual este grupo de helechos habría colonizado la zona

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Trópico de Cáncer

Trópico de Capricornio -30

-60 -180

-140

-100

-60

-20

100

140

180

Figura 3. Mapa de distribución de las localidades con fósiles de Salvinia. Se puede observar que hay pocas localidades en las zonas neotropicales y en el hemisferio Sur Fuente: Autores

tropical y el norte de Suramérica mucho antes de lo que supone la primera hipótesis (figura 4). Estas nuevas ideas contribuyen a comprender por qué hay tal diversidad de plantas en el norte de Suramérica. Preguntas como ¿cuál es el origen de los linajes de plantas que componen los bosques en la actualidad?, ¿por qué es tan alta la diversidad de plantas en el norte de Suramérica?, ¿cuándo surgió está enorme diversidad?, entre otras, solo pueden ser respondidas por medio del estudio de las rocas y los fósiles que estas albergan. • 60

Paleolatitud

40 20

China Cerrejón

VSM

Zona tropical

-20 Argentina -80 -60 -40 -20 0 Tiempo en millones de años Figura 4. Distribución latitudinal de las localidades fósiles de Salvinia a lo largo del tiempo. Los puntos corresponden a la ubicación de las zonas donde se formaron las rocas que contienen los fósiles de Salvinia reportados, y la edad de las mismas. Se puede observar que la mayoría de fósiles vivía en las latitudes norte; sin embargo, los nuevos hallazgos muestran que Salvinia se encontraba desde hace 58 millones de años en los trópicos. Para entender la distribución espacial de los organismos en el pasado se debe tener en cuenta que las placas tectónicas en las que actualmente reposan los continentes se han movido a lo largo del tiempo. Por esta razón, se deben utilizar modelos geológicos para devolver los continentes a su posición original en un tiempo determinado en el pasado; se procede entonces a medir la latitud de ese punto en esa época del tiempo. Fuente: Autores

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REFERENCIAS [1] Van Houten FB, Travis RB. Cenozoic deposits, upper Magdalena valley, Colombia. AAPGBull 1968; 52(4): 675-702. [2] Collinson ME. The ecology of Cainozoic ferns. Review of Palaeobotany and Palynology 2002; 119(1): 51-68. [3] Bernal R, Gradstein SR, Celis M. Catálogo de plantas y líquenes de Colombia [Internet]; catalogoplantascolombia.unal. edu.co. [4] Nagalingum NS, Nowak MD, Pryer KM. Assessing phylogenetic relationships in extant heterosporous ferns (Salviniales), with a focus on Pilularia and Salvinia. Botanical Journal of the Linnean Society 2008; 157(4): 673-685. [5] Hall JW. Cretaceous Salviniaceae. Annals of the Missouri Botanical Garden 1974; 354-367. [6] Paleobiology Data Base. [7] Herbst R, Anzótegui LM, Jalfin G. Estratigrafía, paleoambiente y dos especies de Salvinia Adanson (Filicopsida), del Mioceno superior de Salta, Argentina. Facena 1987; 7: 15-42. [8] Wing SL, Herrera F, Jaramillo CA, Gómez-Navarro C, Wilf P, Labandeira CC. Late Paleocene fossils from the Cerrejón Formation, Colombia, are the earliest record of Neotropical rainforest. PNAS 2009; 106(44): 18627-18632.

[ notas. CIENCIAS ]

¿La ciencia es aburrida? Los científicos suelen tener fama de ser personas que trabajan en temas difíciles y aburridos que resultan completamente ajenos a los intereses de la gente que se dedica a otras actividades. Pero esto está muy alejado de la realidad, y la prueba más fehaciente es la ceremonia anual que tiene lugar en la Universidad de Harvard para entregar los premios Ig Nobel a investigadores que “primero hacen reír a la gente, y luego la hacen pensar” [1].

Sara Marcela Sarmiento Ortíz Química, estudiante de maestría en Química de la Universidad de los Andes, sm.sarmiento2241@ uniandes.edu.co

Todo comenzó en 1991, cuando Marc Abrahams, actual editor de la revista Annals of Improbable Research, pensó que en definitiva aquellas investigaciones que no podían, o no debían ser reproducidas, merecían una clase de premio. Los primeros en ser homenajeados en tópicos de ciencias naturales fueron Jacques Benveniste, por su descubrimiento persistente de que el agua, H2O, es un líquido inteligente, y Robert Klark Graham, selector de semillas y profeta de la propagación, por su desarrollo pionero de un banco de esperma que solo acepta donaciones de ganadores de premios Nobel y olimpiadas. En ese entonces las únicas investigaciones que podían ser galardonadas eran aquellas que resultaban absurdas y, por lo tanto, irrepetibles. No fue sino hasta el año 2000 que el concepto subyacente a los premios Ig Nobel cambió algo, puesto que en adelante no solo se premiaría a aquellas investigaciones curiosas y, en cierto sentido, absurdas, sino también a estudios que respondieran preguntas de una forma que hiciese reír a las personas en primera instancia, pero que luego de unos días, o unas semanas, las hiciese reflexionar sobre la razón de por qué las cosas se comportan de esa manera. Ese año, Donatella Marazziti, Alessandra Rossi, y Giovanni B. Cassano demostraron que bioquímicamente el amor romántico puede ser indistinguible de un trastorno obsesivo-compulsivo (TOC), por lo cual ganaron el Ig Nobel de Química. Ellos evaluaron el receptor de serotonina 5-HT junto con su unión específica a la H-paroxetina (H-Par) en membranas de plaquetas correspondientes a un grupo de personas clasificadas de la siguiente forma: veinte personas que recientemente se habían enamorado, veinte personas que padecían TOC y veinte personas normales, que hacían parte del control. Finalmente, los investigadores demostraron que tanto las personas enamoradas como los pacientes diagnosticados con TOC presentaban una disminución en la densidad de sitios de unión de H-Par comparados con el grupo de control [2]. En la ceremonia de premiación de 2002, Arnd Leike fue premiado, en el área de física, por demostrar que la espuma de cerveza obedece la ley matemática de decaimiento exponencial. Para ello, Leike realizó experimentos con tres marcas de cervezas —Erdinger Weissbier, Augustiner Bräu München y Budweiser Budvar—, y demostró no solo que cumplían dicha ley, sino que además el tiempo de decaimiento era diferente para cada tipo de cerveza [3]. Asimismo, Javier Morales, Miguel Apátiga y Víctor M. Castaño lograron crear diamantes utilizando tequila como materia prima. Estos investigadores descubrieron que al calentar el tequila hasta llegar a un punto en el que se

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rompen los enlaces y quedan libres los átomos de carbono, estos pueden enlazarse de nuevo formando una red hexagonal, dando lugar a pequeños diamantes [4]. Por último, en octubre de 2014, Kiyoshi Mabuchi, Kensei Tanaka, Daichi Uchijima y Rina Sakai recibieron el honor que trae consigo el Ig Nobel de física por medir la cantidad de fricción entre un zapato y la cáscara de una banana, y entre la misma cáscara y el suelo.

Figura 1. Decaimiento exponencial de la espuma de cerveza Fuente: elaboración de la autora

Figura 2. Fricción del sistema: cáscara de banana, zapato y suelo Fuente: elaboración de la autora

Estos ejemplos hacen parte de una breve lista de los Ig Nobel otorgados en ciencias naturales, y sobra aclarar que existen muchos más. Quizá estos investigadores estén un poco locos, quizá no encontraron algo mejor en qué trabajar o quizá solo querían demostrar que el sentido del humor no tiene nada que ver con las aptitudes científicas de un investigador. En este sentido, y sin lugar a dudas, uno de los ejemplos más memorables es el de Andre Geim, quien en el año 2000 fue galardonado con el premio Ig Nobel de Física por hacer levitar una rana usando imanes [5]. Si bien la comunidad científica pensó que Geim había hecho una magnífica broma, en realidad lo que habían logrado él y su compañero, sir Michael Berry, era suspender en el aire objetos no magnéticos, en su exploración del diamagnetismo de los materiales. Diez años más tarde, Geim fue recompensado con el verdadero Premio Nobel de Física, junto con el científico Konstantín Novosiólov, esta vez por sus trabajos con grafeno, un material que se compone de átomos de carbono en patrón regular hexagonal plano y que tiene el potencial de revolucionar la electrónica y la tecnología [6]. Creemos oportuno terminar este escrito con dos invitaciones. La primera, dirigida a todos los científicos de la comunidad uniandina que tienen una gran trayectoria en sus respectivas áreas de investigación, a utilizar el sentido del humor para interesar al público que en cierta medida se siente ajeno a las ciencias naturales, por creerlas un hueso duro de roer. La segunda, dirigida a los novatos en ciencias, a que no se sientan reprimidos si alguna vez se les pasa por la mente una idea descabellada, pues quizá sea el comienzo de una gran idea. •

REFERENCIAS [1] About the Ig® Nobel prizes; http://www.improbable.com/ig/. [2] Marazziti D, Akiskal H, Rossi A, Cassano G. Alteration of the platelet serotonin transporter in romantic love. Psychological Medicine 1999; 29(3): 741-745. [3] Leike A. Demonstration of the exponential decay law using beer froth. European Journal of Physics 2002; 23: 21-26. [4] Morales J, Apátiga M, Castaño V. Growth of diamond films from tequila. Advanced Materials Science 2009; 22(1): 134138. [5] Berry M, Geim A. Of flying frogs and levitrons. European Journal of Physics 1997; 18: 307-313. [6] The Nobel Prize in Physics 2010; http://www.nobelprize.org/ nobel_prizes/physics/laureates/2010/ Figura 3. Levitación de una rana en un campo magnético de 16T Fuente: elaboración de la autora

18 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

Problemas y rompecabezas Sandor Ortegón Profesor de cátedra del Departamento de Matemáticas de la Universidad de los Andes sj.ortegon@uniandes.edu.co

En esta ocasión hay una variedad de ejercicios que podrían llamarse “tipo clase”. Es decir, problemas que pudieron ser asignados por profesores de matemáticas en ciertos cursos de la Universidad. No obstante, son problemas “exóticos” en su origen y que van a constituir verdaderos rompecabezas para las personas que se interesen en ellos. El primero de estos problemas es de aritmética básica de fuente desconocida (es decir, la adaptación es invención nuestra, pero seguramente la idea original surgió muchísimo antes), pero requerirá de mucho ingenio para ser resuelto si se piensa “a mano”. El segundo problema es una adaptación de una historieta del matemático francés Claude Berge (1926-2002), un conocido pionero de la combinatoria y la teoría de grafos, quien además tenía especial afición por los acertijos y juegos de palabras. Un problema de su autoría apareció en el cuarto número de esta revista. El tercer problema es invento del autor de esta columna y se busca una solución sin usar herramientas computacionales.

Problema 1 Es dada la siguiente sucesión de números (escritos con espacios entre ellos): 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 A partir de esta lista, se siguen las siguientes reglas: • •

•

Se debe mantener el orden en que están escritos los números. No se pueden concatenar dos de los números escritos (es decir, no se pueden formar números como 109, 76 o 7654 borrando los espacios) Entre los números se puede insertar cualquier cantidad de paréntesis y signos de las cuatro operaciones aritméticas básicas: +−×÷

¿Es posible obtener el número 2015 siguiendo las reglas anteriores? ¿Es posible obtener cada año de esta década usando las reglas? ¿Existe algún número natural que no se pueda formar siguiendo estas reglas?

Problema 2 Diez años atrás, un millonario y su mayordomo fallecieron en un extraño accidente, producto de una explosión en la mansión donde vivían. Las investigaciones de la policía concluyeron que el artefacto explosivo fue construido sobre medidas dentro de un armario de un cuarto de huéspedes, y eso sucedió durante el último año; por su sofisticación, el autor del crimen tuvo que haber estado en varias ocasiones en la mansión para hacerlo.

Carolina, Estefanía, Fernanda, Gabriela y Helena. Si bien ellas no recordaron exactamente cuánto duró su visita, pudieron establecer a quiénes más se encontraron en la mansión durante su estadía. Ana se encontró con Beatriz, Carolina, Fernanda y Gabriela. Beatriz se encontró con Ana, Carolina, Estefanía, Fernanda y Helena. Carolina se encontró con Ana, Beatriz y Estefanía. Estefanía se encontró con Beatriz, Carolina y Fernanda. Fernanda se encontró con Ana, Beatriz, Estefanía y Helena. Gabriela se encontró con Ana y Helena. Helena se encontró con Beatriz, Fernanda y Gabriela. Los investigadores en su momento no vieron nada contradictorio en las afirmaciones de las mujeres (que fueron confirmadas por las demás exesposas). La policía creía que la sospecha debía recaer sobre una de ellas, pues al parecer una quedaba poco favorecida en el testamento del millonario, pero ese documento quedó destruido en la explosión y no hubo forma de indagar más sobre esa hipótesis. Todas juraron que solo estuvieron en una ocasión en la mansión y por tanto no tendrían forma de haber fabricado dicho artefacto explosivo. No obstante, el año pasado, un detective-matemático basado en los testimonios anteriores, descubrió que una de las mujeres mintió respecto a cuántas veces estuvo en la mansión, y ella sería la autora del crimen. Ahora, ¿puede usted decirnos quién fue la autora del crimen? ¿Cuántas veces (al menos) estuvo ella en la mansión?

Problema 3 Determine, con justificación, cuál de los siguientes números es mayor: 1

Durante ese último año, hubo exactamente siete visitantes en la mansión; estas fueron precisamente las exesposas del millonario: Ana, Beatriz,

∫ e −x dx

∫ 3−(x−1) dx 2

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Soluciones del número 17

•

Problema 1

• •

La siguiente es la solución del crucigrama numérico: 1

2 2

2 8

4 3

1 27

9 9

•

3 20

0 23

Problema 2 ¿Es posible que un juego de ajedrez termine en una situación tal que las blancas hagan jaque mate al rey negro, las fichas blancas estén ubicadas en las casillas que muestra la figura, y la única ficha negra que quede en el tablero sea el rey y este quede ubicado en la primera fila (de abajo hacia arriba)? En caso de ser posible, indique cuáles pudieron ser las posibles posiciones finales del juego (en otras palabras, dónde pudo estar el rey negro en el momento de recibir mate) y dé ejemplos de juegos que pudieron terminar en dichas posiciones.

Solución Usemos la numeración habitual de casillas de ajedrez (en notación algebraica).

•

No pudo ser en la casilla a1, ya que el rey tendría opción de moverse a b1. No pudo ser en la casilla b1, pues ninguna pieza amenaza esa casilla. No pudo ser en la casilla c1, ya que el rey tendría opción de moverse a b1. No pudo ser en la casilla e1, puesto que dos piezas (un alfil y la reina) amenazan esa posición. Así que justo antes de la jugada blanca, ninguna de las piezas podía amenazar esa casilla. Pero es imposible en que en una sola jugada (véase con atención el tablero), esas dos piezas amenacen la casilla e1 cuando antes ninguna lo hacía. No pudo ser en la casilla h1, puesto que dos piezas (una torre y el caballo en g3) amenazan esa casilla. Así que justo antes de la jugada blanca, ninguna de las piezas amenazaba al rey. De nuevo, es imposible que en una sola jugada (véase el tablero), estas dos piezas amenacen h1 cuando ninguna lo hacía antes.

En principio, aún no se ha descartado que el mate haya podido ocurrir con el rey en d1, f1 o g1. En estas tres casillas es posible que el mate haya sucedido y la única forma de probarlo es mostrar una partida modelo en la que eso haya ocurrido. Usamos notación algebraica. Partida con el rey negro ubicado al final en f1: 1. e4 e5 2. Nf3 Nc6 3. Bb5 Nf6 4. O-O Nxe4 5. Re1 f5 6. d3 Bb4 7. c3 Nxf2 8. Kxf2 Bd6 9. Bg5 Ne7 10. Nxe5 g6 11. Ba4 a6 12. Bb3 Rf8 13. Nd2 b6 14. Ndc4 Bxe5 15. Rxe5 Rf7 16. Nd6+ cxd6 17. Bxf7+ Kxf7 18. Rxe7+ Qxe7 19. Bxe7 Kxe7 20. Qe2+ Kf8 21. Re1 b5 22. Qe7+ Kg8 23. Qxd6 Bb7 24. Qxd7 Bxg2 25. Kxg2 Rf8 26. Re7 Kh8 27. Rxh7+ Kg8 28. Re7 Kh8 29. Qa7 Rf7 30. Rxf7 Kg8 31. Rb7 Kh8 32. Qxa6 Kg8 33. Qxb5 Kf8 34. Qb6 Ke8 35. Qxg6+ Kf8 36. Qxf5+ Kg8 37. Rb8+ Kg7 38. Qd7+ Kf6 39. Re8 Kg6 40. d4 Kg5 41. d5 Kf4 42. Rf8+ Ke3 43. Qb5 Ke4 44. Qc5 Kd3 45. Kf3 Kd2 46. Ke4 Kc1 47. b4 Kc2 48. a4 Kb2 49. b5 Kc2 50. a5 Kb2 51. c4 Kb3 52. b6 Kc3 53. Qb5 Kd2 54. Rf3 Ke2 55. h3 Kd2 56. h4 Kc2 57. h5 Kd2 58. h6 Ke2 59. d6 Kd2 60. c5 Kc2 61. c6 Kd2 62. a6 Kd1 63. a7 Kd2 64. b7 Kd1 65. c7 Kc1 66. d7 Kd2 67. Rh3 Ke1 68. a8=R Kf2 69. Raa3 Ke1 70. h7 Kd2 71. h8=B Ke1 72. d8=N Kf2 73. c8=B Kg2 74. b8=N Kf2 75. Be5 Ke1 76. Kd3 Kd1 77. Nbc6 Kc1 78. Ne7 Kd1 79. Nf5 Kc1 80. Ng3 Kd1 81. Bb7 Ke1 82. Ne2 Kf1 83. Bf3 Ke1 84. Nb7 Kf1 85. Na5 Ke1 86. Nb3 Kf1 87. Qc5 Ke1 88. Qe3 Kf1 89. Bd4 Ke1 90. Bc3+ Kf1 91. Ng3# Partida con el rey negro ubicado al final en g1: la misma partida anterior, pero cambiando las jugadas después de la jugada 86 con las siguientes: 87.Qe8 Kg1 88. Bc3+ Kf1 89. Ng3+ Kg1 90. Qe3# Partida con el rey negro ubicado al final en d1: la misma partida inicial, pero cambiando las jugadas después de la jugada 80 con las siguientes: 81. Bb7 Kc1 82. Bc3 d1 83. Qe5 Kc1 84. Nc6 Kd1 85. Na5 Kc1 86. Nb3+ Kd1 87. Nd2 Kc1 88. Qe3 Kd1 89. Bc6 Kc1 90. Nb3+ Kd1 91. Bf3#

Suponiendo que el mate se produjo con el rey en la fila 1, hay varias posiciones finales del rey en las cuales es imposible que el mate haya ocurrido:

20 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

El lector aficionado al ajedrez puede acceder al siguiente enlace para reproducir las partidas en el programa de su preferencia: http://matematicas.uniandes.edu.co/~sandor/hipotesis/hipotesis18.pgn

Problema 3

2. Como P(10) = 13, se sigue que Q(10) = 13 y en general, Q(x) = P(x)/(x – 9). Por otro lado (ejercicio para el lector), todo polinomio Q(x) de grado menor o igual que 2 satisface la siguiente identidad: Q(10) = 2(Q(7,5) – Q(2,5)) + Q(0).

Suponga que una porción de la gráfica de una función polinomial (cuando x se encuentra entre 0 y 10) está contenida en la región que aparece sombreada en la siguiente figura. Suponga además que la gráfica pasa por los puntos (9, 0) y (10, 13). 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Como P(0) ≥ –9, P(2,5) ≤ 0, P(7,5) ≥ –9, se sigue que Q(0) ≤ 1, Q(2,5) ≥ 0, Q(7,5) ≤ 6, de modo que reemplazando en la identidad anterior: 13 = Q(10) = 2(Q(7,5) – Q(2,5)) + Q(0) ≤ 2(6 – 0) + 1 = 13

1 2 3 4 5 6 7 8 9

-1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9

Vemos entonces que la única forma en que la ecuación se puede cumplir es que todas las desigualdades sean igualdades, es decir, P(0) = -9, P(2,5) = 0, P(7,5) = -9.

x 10

De aquí se concluye que x = 2,5 es raíz del polinomio P(x). Pero como la gráfica del polinomio no puede crecer más en ese intervalo (según las condiciones del problema), entonces en x = 2,5 hay máximo local de P(x), y por tanto P ’(x) = 0. La única forma de que esto suceda es que en x = 2,5 haya raíz doble del polinomio; de modo que P(x) = C(x – 2,5)2(x – 9), donde C es una constante. Como P(0) = –9, se puede despejar y concluir que C = 251 . Pero si reemplazamos en P(7,5) = –9, resulta que C = 256 , lo cual es una contradicción. Así que es imposible que exista un polinomio de grado 3 o menos que cumpla las condiciones.

¿Cuál es el menor grado que puede tener dicho polinomio? ¿Puede encontrar un polinomio del menor grado posible que cumpla con las condiciones dadas? La respuesta es que un polinomio debe tener grado mayor o igual que 4 para que se cumplan las condiciones dadas. Explicaremos primero por qué no se puede con polinomios de grado menor o igual que 3 y luego mostraremos un polinomio de grado 4 que sirve. •

Supongamos que P(x) es un polinomio de grado n ≤ 3 que cumple las condiciones dadas. Como P(9) = 0, se sigue que P(x) = (x – 9)Q(x), donde Q(x) es un polinomio de grado menor o igual a

13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9

•

1 (2x – 5)2(x – 9) Por otro lado, considere el polinomio P(x) = 1125 (2x + 45) de grado 4.

Como se ilustra en la gráfica de este polinomio, se cumplen las condiciones:

1 2 3 4 5 6 7 8

x 9

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La luz: color y mucho mรกs Alejandra Valencia, Gian Pietro Miscione

Fotografía: Juan Gabriel Sutachán

La luz: color y mucho más

Alejandra Valencia Ph. D, profesora asistente del Departamento de Física de la Universidad de los Andes ac.valencia@uniandes.edu.co

Gian Pietro Miscione Ph. D, profesor asistente del Departamento de Química de la Universidad de los Andes gp.miscione57@uniandes.edu.co

Yo estaba ahí. Él me llevó consigo, ese día, hace más de 30.000 años, cuando entró a aquella cueva oscura. Sin mí, nunca se habría atrevido a entrar. Sin embargo, allí llegamos, me dejó en el piso y ¡empezó a pintar! ¿No me reconocen? Nos conocemos desde siempre, desde el comienzo de todo. Aunque les ha costado mucho tiempo y trabajo entender quién soy. Cuando lograron controlarme, su historia cambió radicalmente: cambiaron sus costumbres, abrieron nuevos caminos, conquistaron lugares aparentemente inaccesibles, y ahora pueden ver lo invisible, comunicarse casi instantáneamente, curar enfermedades de manera que nunca habían podido imaginarse y atrapar objetos microscópicos. Los primeros en preguntarse quién soy, fueron los griegos. Ellos me asociaron a la visión, y pensadores como Pitágoras, Tolomeo y Euclides creían que los ojos emiten rayos que investigan el ambiente, golpean los objetos y se devuelven con sus imágenes. Otros, como Epicuro, Demócrito y Leucipo, opinaban que son los objetos los que envían algo, corpúsculos, hacia los ojos, y que esos corpúsculos penetran en las almas. Platón también habló mucho sobre mí: estaba convencido que el alma produce en el ojo un “fuego” que puede mezclarse conmigo para transferir al ojo la información sobre los objetos y permitir verlos. Por eso, cuando yo no estoy, la visión es imposible: el solo “fuego” emitido por el ojo no es suficiente, necesita mi presencia. Cuando los ojos se cierran, ese fuego se transforma en sueños… Según una leyenda, también participo en la guerra. En particular, se cuenta que Arquímedes, después de haberme hecho rebotar en varios espejos, me mandó contra unos barcos romanos que trataban de conquistar su ciudad, Siracusa, alrededor del 200 a. C. Y yo, después de esos rebotes, quemé los barcos y salvé a Siracusa y sus habitantes. En esa época, ni Arquímedes ni los romanos podían imaginar que esta capacidad de reflejarme iba a ser utilizada más de dos mil años más tarde para algo mucho más bello: comunicar y transferir información desde un lado del mundo al otro y para generar energía. Cuando cayó el Impero romano y empezó la Edad Media, la cultura siguió viva entre los muros de los monasterios cristianos y en el mundo islámico. Los literatos islámicos tradujeron libros del griego al árabe y muchos siguieron interesados en mí. En particular, un científico originario del actual Iraq, llamado Alhacén, entendió algo muy importante: yo soy un agente externo, no perteneciente al cuerpo, algo distinto del proceso de visión, y existo por mí misma, sin necesidad de considerar el ojo, el alma o rayos que salen del cuerpo. En 1015, Alhacén publicó un libro muy importante sobre mí o, más exactamente, sobre la óptica (Kitab al-Manazir [El libro de la óptica]), de la cual es considerado fundador. Alhacén estudió cómo me

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comporto cuando cambio de medio, cuando paso, por ejemplo, del aire al agua, es decir, la refracción, y también la reflexión. El libro de Alhacén se tradujo al latín y se volvió el texto de referencia en la Europa occidental para el estudio de los mecanismos de la visión y la óptica durante varios siglos. En el Medioevo, con una teoría muy parecida a la actual, el franciscano inglés Roger Bacon (1214-1294) logró entender mi relación con el arcoíris. Los estudiosos se concentraron cada vez más en mí como entidad física y menos en el proceso sensorial y psíquico de la visión. Bacon también intuyó que mi velocidad es finita y que no me desplazo instantáneamente de un lugar a otro. Sin embargo, solo después de 400 años y muchas discusiones en las que participaron personajes como Kepler, Galileo y Descartes, un astrónomo danés, Ole Rømer, en 1675, observando las lunas de Júpiter, demostró que mi velocidad no es infinita, y la estimó en 200.000 km/s. A principios del siglo XVII ya se conocían muchas cosas sobre mí: me muevo en línea recta, soy “algo” que no depende del cuerpo humano, tengo una velocidad, me refracto, reflejo o soy

absorbida según la superficie en la cual incido. Pero ¿qué soy exactamente? ¿Cuál es mi naturaleza? Estas preguntas desatarían un debate científico durante los siguientes tres siglos. Y la respuesta final sería la más inesperada y la más difícil de asimilar para la mente, que siempre necesita clasificar todo de forma definida: blanco o negro, bonito o feo, bueno o malo. En 1665, en un tratado escrito por el jesuita italiano Grimaldi se describe por primera vez lo que hago cuando encuentro un obstáculo o una abertura muy pequeña: me desvío, o sea, dejo de moverme en línea recta. Este fenómeno, llamado difracción, obligó a Grimaldi a concebir la idea de que, “por lo menos en algunos casos”, yo me propago como una onda que puede rodear obstáculos. Entonces surgió la gran pregunta: ¿soy “movimiento o materia”, es decir, soy una onda que se propaga como las ondas del agua en una tina cuando se le tira una piedra, o estoy formada por corpúsculos que interactúan con el resto del mundo más o menos como bolitas? Ambas ideas pueden explicar algunos fenómenos, pero ninguna de las dos puede explicarlos todos. Si soy una onda no se explican las sombras, porque las ondas son capaces de rodear los obstáculos; si soy partícula, no se explica por qué dos rayos luminosos pueden intersecarse sin disturbarse. Estas dos hipótesis, completamente opuestas, fueron desarrolladas por el holandés Huygens (1629-1695), a favor de la teoría ondulatoria, y el inglés Newton (1642-1727), a favor de la corpuscular. Según Newton, yo transporto materia acompañada de energía luminosa. En cambio, según Huygens, yo no soy materia, sino energía que se mueve en un medio, como las ondas de sonido se mueven en el aire y las ondas de agua en un estanque en el agua. ¿Qué es ese medio? Se propuso una hipótesis: se trataría del éter, una sustancia sutil y sin peso que permearía todo el espacio y estaría compuesta de esferas elásticas que, al chocar, producirían un impulso ondulatorio. En parte por el gran prestigio de Newton, la teoría corpuscular fue la más aceptada durante todo el siglo XVIII. Los corpúsculos de Newton rebotan cuando golpean un cuerpo o son absorbidos cuando el cuerpo es poroso y los deja pasar. En este segundo caso, son acelerados por la atracción gravitacional generada por las partículas del cuerpo y, si este es muy denso, cambian de dirección (refracción).

Figura 1. Portada del “Libro de la óptica” de Alhacén Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Book_of_Optics_Cover_Page.jpg

La magnitud de esta deviación dependería de la masa de las partículas de las cuales yo estaría hecha: las más pesadas se desvían menos, las más livianas, más. Esta idea está relacionada con una gran novedad sobre mi naturaleza. Haciéndome pasar por un prisma, Newton logró descomponerme (dispersarme) en distintos colores. Esto significa que, por primera vez, hubo una prueba experimental de que yo no soy una entidad homogénea, sino compuesta por colores, que son entidades físicas, y no fenómenos subjetivos. Como demostración del misterio y de la sorpresa que causó este fenómeno, Newton llamó a la serie de

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Figura 2. El prisma de Newton Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dispersive_Prism_Illustration.jpg

colores que salen del prisma “espectro”, una palabra del latín que significa “visión” o “imagen”, pero también “fantasma”. Según Newton, cuando soy blanca, estoy compuesta por muchísimas partículas de diferente masa: las correspondientes al color rojo son las más pesadas, y por eso son las menos desviadas por el prisma; las de color violeta son las más livianas y más desviadas.

la teoría ondulatoria, que finalmente fue establecida en 1865, cuando el escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) desarrolló unas ecuaciones que prevén que el campo electromagnético se propaga por el espacio en forma de ondas. Maxwell encontró que la velocidad de estas ondas es muy cercana a mi velocidad, y por lo tanto supuso que yo tengo que ser una onda electromagnética.

Si el siglo XVIII fue el siglo en que se afirmó mi naturaleza corpuscular, en el siglo XIX se afirmó la ondulatoria. En 1801, el inglés Thomas Young (1773-1829) realizó un experimento en el que me hizo pasar por dos rendijas. Observó que al salir de ellas produzco un fenómeno llamado interferencia, típico de las ondas. Básicamente, las ondas que salen de las rendijas pueden encontrarse y, de forma similar a las ondas de agua, sumarse y amplificarse, o cancelarse. Se trata de una prueba contundente de la validez de la teoría ondulatoria, que contrasta con la de Newton. Paralelamente, en Francia, en 1815 el físico francés Augustin-Jean Fresnel (1788-1827) publicó unos estudios teóricos que confirmaron los resultados de Young, lo cual reforzó

En el siglo XIX también se empezó a observar que algo ocurría entre los átomos y yo. En 1814 el alemán Joseph von Fraunhofer (1787-1826) observó que cuando el Sol me emite, no todos los colores, o longitudes de onda, llegan a la Tierra: en el espectro de emisión del Sol hay líneas negras que Fraunhofer atribuyó a la naturaleza de la luz solar, y no a una ilusión óptica. Unos años más tarde, el prusiano Gustav Kirchhoff (1824-18887) y el sueco Anders J. Ångström (1814-1874) identificaron que cada elemento químico me absorbe y me emite solamente en ciertas longitudes de onda, que por lo tanto se pueden considerar como sus huellas digitales. Gracias a esta observación se logró identificar que las líneas negras del espectro solar se deben a que

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ciertos elementos en el trayecto del Sol a la Tierra me absorben en esos colores determinados. Es decir, hay una relación muy profunda entre los átomos y yo.

pico. Planck consideraba que su idea de “cuantos de energía” era un artificio matemático útil para solucionar un problema específico, pero no la conectó con entidades físicas reales.

En 1885, un suizo, profesor de colegio, Johann Jakob Balmer (1825-1898), descubrió una fórmula que describe exactamente las longitudes de onda, es decir, los colores que el átomo de hidrógeno emite cuando se le suministra energía. La fórmula indica que hay una regularidad en los espectros de emisión de líneas de los átomos, ya que los valores de energía a los cuales los átomos emiten son múltiplos enteros de cierta cantidad. En otras palabras, se empezó a entender que, cuando se suministra energía a los átomos, por ejemplo en forma de calor, estos me generan y, en algunos casos, mi emisión ocurre únicamente al proveerme determinados valores de energía.

Con este nuevo concepto comenzó el siglo XX, y en 1905, hace exactamente 110 años, Albert Einstein (1879-1955), en Berna, Suiza, retomó la idea de Planck para explicar el efecto fotoeléctrico, es decir, la emisión de electrones de un metal cuando yo lo golpeo. Él propuso que los electrones (considerados partículas) son extraídos del metal debido a un tipo de interacción partículapartícula y no onda-partícula. Entonces yo soy algo localizado, es decir, una partícula, un “cuanto” que transporta cantidades discretas de energía que dependen de mi longitud de onda.

El primer paso del proceso decisivo para entender cómo interactúo con los átomos, y en consecuencia la manera en que soy generada, ocurrió en Berlín un domingo de octubre de 1900, cuando el físico alemán Heinrich Rubens fue a tomar onces donde su colega Max Planck. Los dos estaban trabajando sobre el espectro de emisión del cuerpo negro (un objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él). Este tema interesaba a los alemanes en ese entonces, ya que estaban interesados en fijar estándares para la industria de la iluminación. Rubens, un experimentalista, confirmó a Planck, un teórico, la contradicción entre las predicciones teóricas y los resultados experimentales. Para tener un modelo teórico que se ajustara a los experimentos, Planck planteó la hipótesis de que la energía podía intercambiarse solo en paquetes discretos, y no de forma continua, como parece ocurrir en el mundo macroscó-

Einstein unió conceptos y comportamientos propios de las ondas y de las partículas, y así abrió el camino a la idea más contraintuitiva y revolucionaria sobre mi naturaleza, que es actualmente aceptada: yo no soy ni onda ni partícula, sino onda y partícula, y me desvelo en una forma u otra según el tipo de “pregunta” que me hagan. ¿Quieren verificar que soy una onda? Me comporto como una onda. ¿Quieren comprobar que soy una partícula? Entonces actúo como una partícula. Pero nunca las dos cosas a la vez. Todos los fenómenos que se han estudiado desde la época de los griegos se pueden explicar considerándome onda o partícula, según los casos, porque eso es lo que soy: tanto onda como partícula. Intuitivamente, la mente humana no está hecha para aferrar conceptos como este. También el hecho de que la Tierra se mueve alrededor del Sol, y no lo contrario es un concepto contraintuitivo. Pero gracias a la educación, aceptamos esta idea, aunque cuando levantamos la mirada al cielo nos parezca que es el Sol el que se mueve.

Figura 3. Experimento de la doble rendija de Thomas Young Fuente: Autores

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Figura 4. Max Planck y Albert Einstein, 1929 Fuente: Se publica con autorización de Hebrew University of Jerusalem. Cortesía de AIP Emilio Segre Visual Archives, Fritz Reiche Collection

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A los “cuantos” asociados a mí, en 1926 el químico estadounidense Gilbert Lewis les asignó el nombre de fotón: una partícula sin masa ni carga eléctrica. En el mundo ordinario, macroscópico, es imposible darse cuenta de que estoy compuesta por corpúsculos (es decir, no se me percibe de forma intermitente), ya que, por ejemplo, un bombillo emite millones de billones de fotones por segundo. En 1913, gracias a estos conceptos de cuantización, el físico danés Bohr (1885-1962) propuso un modelo del átomo capaz de explicar los espectros de emisión de líneas. En otras palabras, los átomos pueden absorberme, es decir, absorber fotones o absorber energía en forma de calor y luego emitirme. De hecho, este es el proceso que me produce, tanto en la antorcha que iluminaba una cueva oscura hace más de 30.000 años, como hoy en día, cada vez que se enciende un bombillo. Todo este conocimiento acumulado para entender mi origen permite crear maneras alternativas de generarme. En 1960, utilizando la teoría desarrollada por Einstein en 1916, el científico estadounidense Theodore Maiman (1927-2007) construyó el primer láser (sigla de la expresión inglesa light amplification by the stimulated emission of radiation, que por su uso tan difundido ha acabado por convertirse en una palabra corriente). El término láser no es solo un acrónimo atractivo, sino que describe el principio de funcionamiento de otras maneras de producirme. “La emisión estimulada de radiación” ocurre cuando un fotón incide en un átomo excitado y lo estimula para que se desexcite, como consecuencia de lo cual emite un fotón idéntico al incidente. En la naturaleza, los átomos se encuentran de manera natural en su estado base o más bajo de energía. Sin embargo, es posible lograr que varios átomos se encuentren al tiempo en un estado excitado, fenómeno físico conocido como inversión de población. En esta configuración, los átomos empiezan a desexcitarse y a emitir radiación que a la vez estimula a los otros átomos para que emitan más fotones, y así repetidamente, hasta lograr una “amplificación” de la radiación.

Figura 5. Theodore Maiman y el primer laser en 1960 Fuente: cortesía de HRL Laboratories, LLC

para navegar en Internet y disfrutar de transmisiones casi instantáneas de imágenes, video y voz. Sin embargo, en los años sesenta no se sabía cómo transmitir eficientemente esta información. En esa época ya existía la fibra óptica, que son pequeños hilos de vidrio de unos cuantos micrómetros de diámetro, en los cuales me reflejo y avanzo llevando la información codificada en mí. Es algo análogo a la demostración que hacia el profesor suizo Daniel Colladon (1802-1893) a mediados del siglo XIX, cuando me enviaba a un chorro de agua y por medio de reflexiones en la interface aire-agua yo me dejaba guiar.

Cuando soy emitida por un láser tengo características muy particulares: soy direccional, tengo un color muy definido y poseo algo llamado coherencia. En el momento de inventarse el láser fue descrito como “una solución en busca de un problema”, y ¡vaya si encontraron problemas que resolver! Hoy en día me utilizan en investigación fundamental, medicina, procesos industriales, entretenimiento y comunicaciones. Puedo ser tan delicada como para escribir sobre un huevo o tan fuerte como para soldar y cortar las partes de un coche. Además, en medicina ayudo a realizar diagnósticos, tratamientos y a prevenir enfermedades de maneras más efectivas y menos invasivas que los procedimientos convencionales, además de que proveo métodos para lograr imágenes de alta resolución.

En los años sesenta, después de viajar veinte metros en vidrio, me atenuaba en un 99%, lo cual hacía imposible el aprovechamiento de mi gran ancho de banda para comunicaciones. El impulso fundamental para que las telecomunicaciones ópticas se hicieran realidad se debe al chino Charles K. Kao (1933), quien en 1965 demostró que puedo viajar sin atenuarme por la fibra óptica si se logra producir un vidrio muy puro. A principios de los años setenta se logró producir vidrio de alta pureza, lo cual, unido a la producción de un láser de 1550 nm (color menos absorbido por el vidrio) abre la posibilidad de guiarme, eficientemente, por esas pequeñas autopistas de vidrio, lo cual ha hecho posible la era de Internet.

En lo referente a las comunicaciones, soy yo justamente quien permite manejar anchos de banda lo suficientemente grandes

Hoy en día aún intrigo a los científicos. No todo lo han entendido sobre mí, así que sigo retándolos a comprender mi naturaleza.

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Figura 6. Una clave cuántica (b,e) es generada usando secuencias de pares de fotones enredados en el Laboratorio de Óptica Cuántica de la Universidad de los Andes. Esta clave es compartida por dos participantes para transmitir un mensaje secreto. En este ejemplo, el mensaje corresponde al logotipo de la Universidad de los Andes (a). El remitente combina este mensaje con la clave (b), produciendo un mensaje cifrado (c), que es enviado al destinatario. Al recibir el mensaje (d), se realiza un proceso de descifrado usando la clave (e) y recuperando el mensaje de manera legible (f). Fuente: elaboración de los autores. Datos experimentales de la monografía de pregrado en Física de Daniel Urrego

Gracias al descubrimiento del láser es posible obtener cantidades grandes de energía para desatar nuevos fenómenos en la naturaleza. Por ejemplo, en 1961, justo después de la invención del láser, nació lo que actualmente se conoce como óptica nolineal. Esta disciplina estudia novedosos fenómenos que ocurren al contar con fuentes que me generan en alta potencia. Por ejemplo, se puede cambiar mi color al hacerme incidir en determinados materiales. En particular, el proceso de generación paramétrica espontánea (SPDC), mediante el cual un fotón que incide en un material particular es dividido en dos fotones de más baja energía, se usa en la disciplina llamada óptica cuántica. Este proceso permite estudiar pares de fotones que están en un estado cuántico particular llamado enredado. La física detrás de estos estados particulares ha sido discutida desde 1935, cuando el enredamiento fue introducido por Einstein. Desde entonces, y hasta los años ochenta, fue un tema de debate científico basado únicamente en teoría, que empezó con discusiones entre Einstein y Neils Bohr, ya que no había modo experimental de demostrar si realmente la naturaleza permitía la existencia de los estados enredados. El enredamiento permite el desarrollo de lo que se ha llamado tecnologías cuánticas, que prometen sobrepasar, en algunos as-

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pectos, a sus contrapartes clásicas. Entre estas nuevas aplicaciones se encuentran la computación cuántica, que nos promete computadores más veloces que los actuales; la información cuántica, que ofrece mejores protocolos de procesamiento de información, y la criptografía cuántica, que nos permite el manejo de protocolos de seguridad 100% seguros; todas ellas se basan en principios fundamentales de la física. El hecho de que la información se codifique en sistemas puramente cuánticos, como los fotones, garantiza que se sepa inmediatamente si alguien perturba el sistema. Es decir, si la clave de una tarjeta de crédito o de una contraseña está codificada en un estado cuántico, si un espía la obtiene, se sabe inmediatamente: no hay forma de que el ladrón pueda actuar sin que se sepa. Este tipo de aplicaciones ya no son ciencia ficción. Sistemas de criptografía cuántica fueron usados en las elecciones suizas del 2007 para garantizar la seguridad de las votaciones. En la Universidad de los Andes también se continúa estudiando mi naturaleza y los usos prácticos que pueden hacer de mí. En particular, se me estudia ya sea en pares o aprovechando el hecho de que uno de los fotones de un par generado por SPDC puede ser usado para anunciar la presencia de su gemelo. Esto es lo que se conoce actualmente como una fuente de fotones anunciados, aunque no es la fuente ideal, que sería una en la

que, al presionar un botón, se tuviera un único fotón, y cada vez que se oprimiera el botón se tuviera uno idéntico al anterior, este tipo de fuentes es una de las mejores herramientas con las que me pueden seguir estudiando. Como ven, esta historia tiene mucho futuro por delante y promete nuevas aventuras y muchas sorpresas. Para conmemorar los mil años del libro de Alhacén, los 200 años de las teorías ondulatorias de Fresnel, los 150 años de la teoría de Maxwell y los 50 años de la propuesta de Charles Kao para transmitir información a grandes distancias usando vidrio, el 2015 ha sido decretado por la Unesco el Año Internacional de la Luz. Si el siglo pasado fue el siglo del electrón, por el enorme desarrollo logrado en la electrónica, se espera que el siglo XXI sea el siglo del fotón, ya que son muchas las nuevas aplicaciones basadas en mí que se están desarrollando. Gracias a mí se ha explorado y se seguirá explorando lo más íntimo del universo. Así como hace 30.000 años se usó la luz de una antorcha para pintar las paredes de una cueva, y así como hoy en día, en un laboratorio de óptica cuántica, se utilizan láseres para estudiar los fundamentos de la óptica, del mismo modo, en el futuro, con invenciones que aún no podemos prever, los humanos avanzarán, apoyándose en mí, en el conocimiento del mundo que los rodea. En todo caso, yo estuve, estoy y estaré presente, iluminando nuevos caminos de exploraciones científicas, artísticas y culturales…, en otras palabras, en lo que los hace más orgullosos de ser humanos. •

REFERENCIAS [1] Hecht J. City of light: The story of fiber optics. Oxford: Oxford University Press; 1999. [2] Mc Evoy JP, Zárate O. Introducing quantum theory: A graphic guide. London: Icon Books; 2007. [3] National Research Council. Optics and Photonics: Essential Technologies for Our Nation; 2013, http://www.nap.edu/catalog/13491/optics-and-photonics-essential-technologies-forour-nation [4] http://www.light2015.org/Home.html [5] http://iyl.uniandes.edu.co/ [6] http://web.tiscali.it/corpovisione/02_scienze/03_luce/03.html [7] http://www.boscarol.com/blog/?page_id=11084 [8] http://l-esperimento-piu-bello-della-fisica.bo.imm.cnr.it/storia/index.html [9] http://www.scientic.fauser.edu/luce/scientic/fotoelet/mod_ confronto.htm [10] http://www.mi.infn.it/~phys2000/schroedinger/two-slit1.html

Figura 7. Rayo laser usado para la producción de pares de fotones y fotones individuales en el Laboratorio de Óptica Cuántica de la Universidad de los Andes Fotografía: Nicolás Perdomo Madrid

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Si fueran de comer no serĂan tantos Jorge Molina

Fotografía: https://www.flickr.com/photos/geographyalltheway_photos/11945199566/in/photolist-jcygEE9xpedN-7MaM9c-84dKKj-95S69M-7vtxyp-oULEHT-66bbNv-69bW41-9HifeV-bTkeVv-8cHEb4-62aDHC6fJyN7-5rrxve-5uajt3-agKRZ8-4633H-841AVK-oXS3yo-pbZ6Sz-5uaiEY-5uakgG-bga4qV-pcfUf8-69bVyEdrv2yX-MZEKw-f55dm1-9WP14t-cewrFG-4F2nYJ-7iUP5E-a6S26T-nNnGtq-pBis3s-imSSSm-imSEKd-5o4gZS-fboFyb-fb98tp-oApnWo-oAkBWc-oj7LFr-dipbF3-bzW5V6-rtQ96D-sHN92b-e3BvB-e3Bvi

Si fueran de comer no serían tantos

Jorge Molina Dr. rer. nat. Profesor asociado del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes jmolina@uniandes.edu.co

Durante mi último viaje como parte del Programa Nacional de Prevención y Control de la Enfermedad de Chagas y la Cardiopatía Infantil en Colombia fui a realizar mis últimos muestreos en Bocas del Pauto, en Casanare, y antes de regresar a Bogotá me comentaron sobre la posibilidad de cruzar el río Meta para visitar el pueblo de Santa Rosalía. No queriendo desaprovechar la oportunidad de visitar por primera vez en mi vida el Vichada, me dirigí al río a esperar la primera lancha que me pudiera transportar. Esa mañana nublada y un poco fría para lo normal en la zona, mientras esperábamos a bordo de la lancha a las últimas personas interesadas en cruzar el río, un señor de edad y yo fuimos víctimas del ataque inmisericorde de jejenes que aprovechaban cualquier porción de piel expuesta para picarnos. Ante el ataque inclemente, y en un momento de desesperación, el señor se giró para mirarme, y ante la impotencia que imponía la situación, me dijo: “Ehhhh, si fueran de comer no serían tantos”. Menos mal, al poco tiempo se completó el cupo de la lancha y comenzamos a abandonar la orilla, lo cual nos dejó libres de la picadura de los insectos. Mientras navegábamos no pude dejar de recordar varias veces la frase que había acabado de escuchar, y fue entonces cuando comencé a pensar en lo paradójico del comentario. Examinando con cuidado la frase “si fueran de comer no serían tantos” se puede llegar a las siguientes preguntas, en el caso de los insectos: ¿será que los insectos son efectivamente muchos? Y también, ¿será que no se pueden comer? Para responder a estas preguntas veamos primero qué son los insectos, qué sabemos sobre su diversidad y, finalmente, miremos qué sabemos sobre los insectos como fuente de alimento en el mundo, y específicamente en Colombia. ¿QUÉ SON LOS INSECTOS? En términos generales, los insectos forman una clase del reino animal y se caracterizan por su cuerpo dividido en tres grandes regiones (cabeza, tórax y abdomen), seis patas con articulaciones, dos antenas y, generalmente, cuatro alas (figura 1). Por las múltiples divisiones en varios segmentos de su cuerpo, que al final se organizan en cabeza, tórax y abdomen, estos animales reciben el nombre de insectos (en latín, insectus, que se forma a partir del participio pasado del verbo insecare = hacer un corte o incisión). La idea de cortar o de tener divisiones en el cuerpo también está presente en el nombre que los griegos

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Figura 1. El plan corporal básico de los insectos incluye seis patas articuladas, cuatro alas, dos antenas y tres regiones corporales: Cabeza, tórax y abdomen. Nótese que de la cabeza salen las antenas y que del tórax salen las alas y las patas. Las dos patas intermedias se encuentran debajo de las alas extendidas en esta foto. Fotografía: Juan Gabriel Sutachán

les dieron a los insectos (éntomon, voz derivada de éntemnein = cortar), y que en la actualidad le da el nombre de entomología a la parte de la biología que se encarga del estudio de los insectos. El hecho de tener patas articuladas hace que el grupo de los insectos pertenezca a los artrópodos (en griego, árthron = articulación y poús = pies), junto con los cangrejos, las langostas, las arañas, los escorpiones y los ciempiés. De igual manera, el que los insectos tengan seis patas permite recordar el otro nombre con el cual se les conoce a los insectos, el de hexápoda (en griego, hex = seis y poús = pies). Finalmente, sobre las alas se puede decir que esta característica en los adultos varía entre grupos de insectos y permite subdividirlos por el número de alas que tienen y la organización de las mismas. Por ejemplo, hay insectos, como las pulgas y los piojos, que no tienen alas —poco útiles para moverse entre los pelos de los hospederos a los que infestan—; hay otros insectos que tienen solamente dos alas, como las moscas y los mosquitos — en ellos, el segundo par de alas está modificado en dos balancines muy útiles para el equilibrio durante el vuelo—; y finalmente están los insectos que tienen cuatro alas, como las mariposas, los cucarrones, los avispas, las libélulas y los grillos. Por la variación en la segmentación del cuerpo, la presencia de más de seis patas y la ausencia o presencia de más de dos antenas, los artrópodos conocidos vulgarmente como cangre-

jos, langostas, arañas, escorpiones y ciempiés no pertenecen al grupo de los insectos. Este plan básico que identifica a los insectos ya se encontraba en el fósil más antiguo de estos animales, que pertenece al Devónico temprano (aproximadamente hace 412 millones de años) y ha llevado a sugerir que los insectos debieron haberse originado alrededor del Silúrico tardío (hace 423 a 417 millones de años) [1]. NÚMERO DE INSECTOS Muy bien, ahora que ya sabemos qué son los insectos debemos responder la pregunta de cuántos insectos existen en el planeta. Dependiendo de las fuentes bibliográficas que se revisen, el número potencial de organismos en la naturaleza varía entre 3 y 100 millones de especies [2]. Claramente, uno de los primeros problemas que surgen en estos estimativos es el de determinar el número de eubacterias y arqueobacterias (conocidas como los procariotas), o incluso, también pensar en el número de virus. Si dejamos de lado a los procariotas y los virus, y nos concentramos en los eucariontes, dominio al cual pertenecen las amebas, los hongos, las plantas y los animales, los estimativos más recientes hablan de que el planeta tiene alrededor de 8,7 millones de especies [3, 4]. Si tomamos como punto de partida

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Figura 2. Ejemplos de diferentes órdenes de insectos. Nótese las diferencias en las alas y su importancia en la clasificación de los insectos. Fotografías: Juan Gabriel Sutachán

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este número de especies y tratamos de dejar de lado a todo el resto de eucariontes, y nos concentramos exclusivamente en los animales, y entre ellos, únicamente en los insectos, encontramos también una serie de estimativos. El valor superior de estos estimativos fue propuesto por Erwin en 1982, quien haciendo muestreos solamente de cucarrones en Panamá, y utilizando una serie de supuestos debatidos hasta el momento, llegó a una propuesta de alrededor de 30 millones de especies de insectos y otros artrópodos [5]. Estimativos más recientes sugieren que el número de artrópodos terrestres (incluyendo insectos) es de alrededor de 6,1 a 7,8 millones de especies [6]. Si en todo este análisis queremos dejar de lado los números estimados y nos concentramos exclusivamente en el número de especies descritas totales existentes en el planeta, encontramos que actualmente estamos hablando de aproximadamente 1.899.587 especies con nombre científico asignado y catalogadas, de las cuales 1.359.365 pertenecen a animales sin columna vertebral [7], y entre ellas, aproximadamente un millón de especies corresponden a los insectos [8]. Este número concreto de un millón de especies de insectos descritas y con nombre científico asignado nos deja entonces una idea clara de que alrededor de la mitad de las especies descritas del planeta son insectos. Entonces, la respuesta a nuestra primera pregunta, de si los insectos son muchos, es contundentemente afirmativa. DIVERSIDAD DE INSECTOS En términos generales podemos decir que los insectos se dividen en 32 órdenes o grupos [1], que, como dijimos, se organizan tomando como base sus alas. Es por esta razón que a los nombres que se les asignan a los grupos de insectos por lo general se les encuentra el sufijo ptera (del griego pteron = ala), como por ejemplo, coleóptera (cucarrones), himenóptera (hormigas, abejas y avispas), díptera (moscas, mosquitos), lepidóptera (mariposas y polillas), ortóptera (grillos y saltamontes), hemíptera (chinches), isóptera (termitas) y siphonaptera (pulgas) (figura 2). De estos 32 órdenes conocidos, el grupo más abundante es el de los cucarrones, con 360.000 a 400.000 especies, seguido por el de las mariposas, con 174.250 especies, los dípteros, con 152.956 especies, los himenópteros, con 115.000 especies, y los hemípteros, con 80.000 a 88.000 especies [8]. Aunque estos cinco son los grupos más numerosos de insectos, es claro que ellos no hacen parte de los primeros insectos que en el proceso evolutivo ocuparon un espacio en el planeta; por el contrario, hacen parte de aquellos insectos que comenzaron a habitar el planeta alrededor de finales del Devónico, hace 370 millones de años [1]. No vamos a entrar aquí en los detalles de por qué esos grupos, y no otros, son los más abundantes, pero sí es importante resaltar que cucarrones, mariposas, moscas,

Coleópteros 31 % Lepidóptera 18 % Himenóptera 14 % Ortóptera 13 % Hemíptera 10 % Isóptera 2 % Odonata 2 % Díptera 1 % Otros 5 % Figura 3. Porcentajes de los órdenes de insectos más frecuentemente ingeridos por humanos como alimento en el planeta. Fuente: [11].

hormigas, abejas, avispas y chinches juntos constituyen aproximadamente el 76% de todas las especies de insectos que habitan en el planeta. Otra forma de abordar la pregunta sobre cuál es la diversidad de los insectos es: ¿qué pasa si los insectos tienen muchas especies, pero pocos individuos por especie, en el planeta?, o formulada de otra manera: ¿cuál es la biomasa de insectos en el planeta? En este caso la respuesta también es aterradora. Los coleópteros, con sus aproximadamente 400.000 especies, efectivamente no son muchos en términos de biomasa; el fuerte en biomasa en términos de insectos lo establecen los insectos sociales, como las hormigas y las termitas, que pueden establecer colonias con individuos genéticamente iguales. En términos de especies, los insectos sociales representan solo el 2% de todas las especies de insectos, pero en términos de biomasa representan más de la mitad de la biomasa total de los insectos [9]. Para hacernos una idea de lo que significa esto, tomemos, por ejemplo, los bosques húmedos tropicales del Nuevo Mundo, con un área de 2,68 x 1012 m2; en esta área, 11 g por cada metro cuadrado corresponden a termitas [10]. ¿LOS INSECTOS PUEDEN FORMAR PARTE DE LA DIETA DE LOS HUMANOS? Con los números tan elevados en términos de especies de insectos y de biomasa, uno se podría preguntar si los insectos se pueden considerar una fuente de alimento para los humanos. Para ello miremos cuál es el valor nutricional de los insectos. En este caso nuevamente los resultados que se encuentran son bastante interesantes.

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Figura 4. Uno de los ejemplos latinoamericanos de insectos comestibles mas frecuentes es el caso de Sphenarium purpurascens. Estos saltamontes al ser cocidos y tostados toman una coloración roja. Fotografía: Whitney Cranshaw, Colorado State University, Bugwood.org

Una primera aclaración muy importante, antes de abordar la pregunta, es tener en cuenta que los valores nutricionales de los insectos dependen de los órdenes y las especies a los que pertenecen; también de los estadios en el ciclo de vida en el que se encuentran, sus hábitats y sus dietas [11]. Es muy diferente el contenido nutricional de una larva de cucarrón que está almacenando alto contenido de grasas para disponer de la energía necesaria para transformarse en adulto durante el estadio de pupa (estadio en el que el insecto no se alimenta), que el de un adulto o una ninfa (juvenil) de grillo. Sin embargo, a pesar de todo lo anterior, en general se puede decir que los insectos suministran, al ser ingeridos, buenas cantidades de energía (293 a 762 kilocalorías/100 g de peso seco) y proteínas (7 a 48 g/100 g del peso húmedo). Para hacerse una idea de lo que esto significa, en el ganado vacuno la cantidad de proteínas es de 19 a 26 g/100 g, en el pescado, de 16 a 28 g/100 g, y en crustáceos como los camarones, de 13 a 27 g/100 g. Además, los insectos cumplen con los requerimientos de aminoácidos necesarios en la dieta de los humanos; tienen alto contenido de ácidos grasos mono y poliinsaturados, de micronutrientes como cobre, hierro, magnesio, manganeso, fósforo, selenio y zinc, y de vitaminas [11]. En este punto vale la pena tener en cuenta que una de las grandes ventajas adicionales del consumo de insectos radica en que

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su producción requiere de menos superficie que la demandada por otros animales utilizados en la producción de alimento. Por ejemplo, por cada kilo de proteína producida del cucarrón de la larva de la harina se necesitan 88 m2, mientras que el mismo kilo de proteína de carne de cerdo requiere 269 m2. Además, en el proceso de cría los insectos tienen una tasa de crecimiento relativa mayor y emiten menores cantidades de gases de efecto invernadero que los cerdos y mucho menores emisiones de gases que las vacas [12]. Es decir, los insectos no solamente son un muy buen suplemento alimenticio, sino que además su producción es amigable con el medio ambiente. INSECTOS CONSUMIDOS POR HUMANOS EN EL MUNDO En la actualidad, aproximadamente 2086 especies de insectos pertenecientes a 15 órdenes han sido reportadas como alimento frecuentado por humanos principalmente en países como China, México, India, Japón, Tailandia, y República Democrática del Congo, en su orden de mayor a menor consumo [13]. En Suramérica, los países con más reportes de consumo de insectos son Brasil y Ecuador, seguidos por Venezuela y Colombia [14]. Los insectos consumidos más frecuentemente por los humanos son los coleópteros, lepidópteros e himenópteros (figura 3). Al

resaltar dentro de los órdenes más abundantes los insectos más comúnmente ingeridos encontramos lo siguiente. Dentro de los coleópteros sobresale el consumo de 78 especies de larvas de cucarrones acuáticos (familias Dytiscidae, Elmidae, Gyrinidae, Haliplidae, Histeridae, Hydrophilidae y Noteridae) [15]; larvas perforadoras de madera, principalmente de los cucarrones de las palmas del género Rhynchophorus; larvas y adultos de cucarrones coprófagos (que utilizan las heces de animales como fuente de alimento para los estadios inmaduros); y larvas de cucarrones de la larva de la harina conocidas como Tenebrio molitor [11]. Entre los lepidópteros (mariposas y polillas) se consumen principalmente las orugas o larvas. Tal vez la oruga más consumida en el planeta sea la de la especie Gonimbrasia belina, que se encuentra en varios países africanos [16]. Al revisar cuál es el consumo de abejas, avispas y hormigas (orden Himenóptera), se encuentra que estas últimas son por excelencia las más consumidas en la mayor parte del planeta [11, 17]. En este caso, las formas consumidas por excelencia son las futuras reinas de las hormigas cortadoras de hojas (género Atta) que salen durante sus vuelos nupciales a realizar sus cópulas para luego perder las alas, volverse sedentarias y productoras de huevos que mantendrán a las nuevas colonias [18]. Entre las avispas, las más consumidas son las de los géneros Vespula y Dolichovespula, conocidas como hebo en Japón, y que dan origen al festival anual de Hebo [19, http://www.libertyruth.com]. Finalmente, de las abejas se ha documentado el consumo de adultos de las familias Meliponidae y Apidae [20]. De langostas, grillos y saltamontes (orden Ortóptera) consumidos por humanos se conocen muchos ejemplos. Tal vez uno de los más sobresalientes sea el consumo de chapulines rojos pertenecientes al género Sphenarium (figura 4), en México. Especies como Gryllus bimaculatus y Acheta domesticus sobresalen en este orden como dos especies que pueden ser fácilmente mantenidas en colonias y que, por esta razón, sirven como fuente de alimento [11]. Entre los chinches del orden Hemíptera sobresale el consumo de pentatómidos en África, cigarras adultas y el famoso caviar mexicano, compuesto por los huevos de por lo menos siete especies de hemípteros acuáticos (de las familias Corixidae y Notonectidae) [11]. Para terminar este viaje por los insectos consumidos por humanos en el mundo podemos hablar de las termitas (orden Isóptera), entre las que sobresale el consumo, al igual que entre las hormigas, de los adultos alados que salen a cortejarse y copular durante sus vuelos nupciales. En este caso sobresale principalmente la especie Macrotermes. En el caso de los soldados del género Syntermes, son consumidos y capturados utilizando la misma técnica de la que se valen nuestros parientes los chim-

pancés [21], y que consiste en introducir una pequeña rama en los orificios del termitero para hacer que los soldados con sus mandíbulas se agarren a la rama y puedan ser extraídos adheridos a ella [11, 18]. LOS INSECTOS CONSUMIDOS POR HUMANOS EN COLOMBIA Aunque en Latinoamérica el país con mayor consumo de insectos es México, podemos resaltar que Colombia no se queda muy atrás. Tal vez el caso más conocido por todos es el consumo de hormigas culonas, que han sido fuente de alimento desde hace más de 500 años de los indígenas guanes, después de tostarlas al calor de las fogatas. Mirando con más detalle los reportes de literatura existente sobre nuestro país, se puede decir que actualmente se encuentra reportado el consumo de aproximadamente 48 especies de insectos [14, 18, 22-26]. La distribución de los órdenes de insectos consumidos en Colombia se encuentra en la figura 5. Para hacernos una idea general daremos un vistazo rápido, como lo hicimos con los insectos comestibles en el mundo. Los himenópteros, con 13 especies, son los más consumidos, y de ellos sobresalen las hormigas culonas del género Atta (figura 6), con tres especies: A. cephalotes, A. laevigata y A. sexdens. Hay dos especies de abejas sin aguijón (Trigona) y ocho especies de avispas pertenecientes a los géneros Agelaia, Apoica, Mischocyttarus, Polistes (tres especies) y Polybia (dos especies). En estos casos se consumen las larvas, adultos, y en algunas oportunidades hasta las pupas. A los himenópteros les siguen en importancia los coleópteros, con 12 especies, entre los que sobresalen el cucarrón de las

Himenóptera 27 % Coleóptera 25 % Lepidóptera 17 % Ortóptera 12 % Isóptera 10 % Díptera 2 % Hemíptera 2 % Magalóptera 2 % Trichóptera 2 % Figura 5. Porcentajes de los órdenes de insectos más frecuentemente ingeridos por humanos como alimento en Colombia. Fuentes: [14, 18, 22-26].

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palmas Rhynchophorus palmarum y el cucarrón Hércules (Dynastes hercules). Otros géneros consumidos en nuestro país son Euchroma, Acrocinus, Caryobruchus, Anthonomus, Veturius, Ancognatha, Megaceras, Megasoma y Podischnus. En todos los casos se consumen las larvas, y en algunas oportunidades también los adultos de estas especies. Entre los lepidópteros, ocho especies son consumidas en Colombia, pero exclusivamente sus larvas (orugas). Los ejemplares que se consumen pertenecen a las familias Hesperiidae, Mimallonidae, Notodontidae, Saturniidae, Sphingidae, y el mayor número de especies pertenecen a las Noctuidae. Los ortópteros, con seis especies, son consumidos como ninfas (juveniles) o adultos en los géneros Abracris, Aidemona, Orphulella y Tropidacris, entre los saltamontes y langostas, y la especie Conocephalus angustifrons, entre los tetigónidos. Entre las termitas (orden Isoptera) se encuentra el consumo de cinco especies, entre las que sobresalen tres especies de Syntermes, una de Macrotermes y una de Labiotermes. Finalmente tenemos reportes del consumo de larvas de Chrysochlorina sp, adultos de Umbonia spinosa (Hemiptera), larvas de Leptonema sp, de los tricópteros, y larvas de Corydalus sp, entre los megaloptera. Esta comparación de Colombia con respecto al resto de países del mundo consumidores de insectos deja en claro que en nuestro país se consumen los mismos grupos de insectos, pero que la representatividad de estos es diferente. Para nosotros predominan los himenópteros y no los coleópteros.

¿POR QUÉ NO COMEMOS MÁS INSECTOS EN COLOMBIA COMO EN OTROS PAÍSES? En muchos países orientales, que nos llevan una gran ventaja en el consumo de insectos o entomofagia, esta actividad está influida principalmente por prácticas culturales y religiosas. Por el contrario, en los países occidentales, como Colombia, el consumo de insectos se mira con desagrado y se considera un comportamiento primitivo [11]. En este momento tal vez sea importante resaltar las palabras de Germán López, quien en su libro Xopamiyolcamolli: gastronomía de bichos con muchas patas resalta que lo que nos evita disfrutar del sabor de los insectos es el prejuicio de considerarlos criaturas dañinas, sucias, asquerosas, terroríficas y transmisoras de enfermedades, a las que hay que exterminar [27]. Luego de realizar este análisis de la frase “Si fueran de comer no serían tantos” hemos encontrado que los insectos sí son muchos, tanto en individuos como en especies. También hemos encontrado que su consumo suministra altos contenidos nutricionales, importantes para nuestra alimentación, y que en muchos países del planeta son consumidos de manera frecuente. Estos resultados deberían convertirse, entonces, en una invitación a ayudarle al planeta a disminuir la carga que ya está sintiendo con la producción de los alimentos necesarios para el sostenimiento de la creciente población de humanos. Olvidemos, entonces, nuestros prejuicios y démosle la oportunidad a una nueva experiencia sensorial. •

Figura 6. Las hormigas culonas son los insectos comestibles mas frecuentemente consumidos en Colombia. Estas hormigas pertenecen al género Atta Fuente: Omar Andrés Díaz Sotomonte, https://www.flickr.com/photos/omarandres/4069284175/in/album-72157622724905184/

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Fotografía: Juan Armando Sánchez

Arrecifes coralinos mesofóticos: descubriendo aspectos clave de la vida coralina en las zonas del crepúsculo

Viviana I. Quiroga Bióloga, estudiante de maestría en Ciencias Biológicas en la Universidad de los Andes vi.quiroga54@uniandes.edu.co

Esteban Góngora Estudiante de Biología en la Universidad de los Andes e.gongora1051@uniandes.edu.co

Fanny L. González Bióloga, estudiante de maestría en Ciencias Biológicas en la Universidad de los Andes fl.gonzalez10@uniandes.edu.co

Trigal Magala Velásquez Bióloga, estudiante de maestría en Ciencias Biológicas en la Universidad de los Andes tm.velasquez10@uniandes.edu.co

Se llama comúnmente “zona del crepúsculo” a aquella porción marina de los arrecifes coralinos a los que llega menos del 1% de la luz que incide sobre la superficie del mar (figura 1). Su relieve tiene generalmente una fuerte pendiente y se encuentra entre los 30 y 200 m de profundidad. Dado que la exploración con buceo SCUBA se realiza por encima de los 30 m, y la exploración de profundidad, por debajo de los 200 m, esta zona del mar es, curiosamente una de las menos exploradas del planeta. ¿QUÉ SON LOS ARRECIFES CORALINOS MESOFÓTICOS? Los arrecifes coralinos mesofóticos (MCE, por sus siglas en inglés) constituyen comunidades arrecifales de profundidad ubicadas entre 30 y 200 m de la zona fótica (donde penetra la luz) [1]. Se caracterizan por ser una extensión directa de los ecosistemas arrecifales de aguas someras y es-

Ana María Galeano Estudiante de Biología en la Universidad de los Andes am.galeano262@uniandes.edu.co

Daniel Alfredo Sánchez Biólogo, estudiante de maestría en Ciencias Biológicas en la Universidad de los Andes da.sanchez3247@uniandes.edu.co

Juan Armando Sánchez Ph. D., profesor titular del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes juansanc@uniandes.edu.co

Figura 1. Un tiburón de arrecife (Carcharhinus perezi) se divisa, con luz natural, a 65 m de profundidad desde el arrecife mesofótico de Burbujas, en los bancos de Salmedina, Cartagena Fotografía: Julio Andrade

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tán constituidos por corales escleractínios zooxantelados (figura 2), corales azooxantelados, macroalgas, esponjas y una amplia diversidad de microorganismos [2]. En comparación con los arrecifes someros, los MCE presentan una menor diversidad, en términos de composición de especies, pero comúnmente tienen mayores porcentajes de cobertura coralina (40-60%), siendo esta aproximadamente de 20% en las profundidades someras [1]. El factor abiótico limitante en los MCE es la baja disponibilidad de luz [3, 4], lo cual ha causado la evolución de adaptaciones morfológicas, el desarrollo de estrategias ecológicas de fotoaclimatación y aspectos intrínsecos del ciclo de vida de sus especies, que les han conferido éxito evolutivo a lo largo del tiempo [1, 5, 6]. Uno de los principales aspectos por los cuales se les ha conferido gran importancia a los MCE está relacionado con la denominada “hipótesis de los arrecifes de profundidad como refugio” (DRRH, por sus siglas en Inglés), propuesta por Glynn [7], y fundamentada en considerar que los MCE se ven menos impactados por eventos de estrés térmico que los arrecifes someros. Según la hipótesis DRRH, los arrecifes de profundidad representan un refugio vital de hábitats para un sinnúmero de peces, poblaciones que son fuentes y receptoras de larvas coralinas de especies someras (lo que significa que hay conectividad ecológica) e interacciones físicas y biológicas de la estructura trófica [3, 5, 8]. Adicionalmente, se ha observado que las amenazas antrópicas tienen bajo impacto sobre los MCE [9], lo cual ha llevado a afirmar que esas comunidades arrecifales contribuyen al equilibrio dinámico entre los procesos de restauración y degradación; en conjunto, esto constituye un proceso de vital importancia para la biología de la conservación de los arrecifes coralinos [10]. Frecuentemente se piensa que los corales zooxantelados, debido a sus simbiontes fotosintéticos, restringen su distribución a aguas someras caracterizadas por presentar una alta intensidad lumínica. Sin embargo, se ha encontrado que estos dinoflagelados están presentes a lo largo de toda la zona eufótica1 marina, y que pueden realizar metabolismo fotosintético hasta en sitios con intensidades de luz cercanas al 1% [11]. La presencia de vida fotótrofa a tales profundidades responde a adaptaciones morfológicas y ecológicas tanto del organismo simbionte como del coral hospedero, que en conjunto han favorecido la sobrevivencia de las poblaciones coralinas mesofóticas. ¿QUÉ ADAPTACIONES TIENEN LOS ARRECIFES MESOFÓTICOS Y SUS ZOOXANTELAS? Una de las adaptaciones observadas en el coral hospedero corresponde al desarrollo de morfologías planas (figura 3), caracterizadas por maximizar el área que captura la luz disponible [1]; esto se relaciona con que el ángulo, la orientación y las propiedades de reflectancia de la luz influyen en la cantidad de radia Zona donde se ha supuesto que no es posible la fotosíntesis debido a la escasez de luz.

ción fotosintéticamente activa que está disponible en el bentos [2]. Esta adaptación es un resultado de la plasticidad fenotípica, que se articula con un potencial cambio del genotipo de las zooxantelas a nivel de su fotofisiología, y conduce a mejorar la tasa fotosintética en condiciones de baja luminosidad [3]. No obstante, a pesar de esta disposición morfológica y de los reajustes fotofisiológicos realizados, se ha observado una notable reducción de la tasa de calcificación, como resultado de la baja tasa fotosintética del simbionte. Autores como Lesser, Slattery y Leichter [3], Bessell-Browne, Stat, Thomson y Clode [12] y Nir y colaboradores [13] han propuesto que para contrarrestar esta disminución, algunos corales mesofóticos cambian su estrategia trófica, de modo que incrementan la tasa de heterotrofía con respecto a la de autotrofía, y en diversos casos llegan a sobrevivir, en gran medida como resultado del consumo de zooplancton. Esto se relaciona con el fenómeno de mezcla de masas de agua y su gran aporte de concentraciones de nutrientes que favorecen esta estrategia [10]. En casos particulares también se ha visto que los cloroplastos cesan su actividad autotrófica en condiciones de oscuridad [14]. Por su parte, al hacer referencia específicamente a las adaptaciones de las zooxantelas simbiontes, se destaca que la mayoría de estas están enfocadas en cambios en la organización de su aparato fotosintético, lo cual tiene implicaciones en su función y conduce a procesos de fotoaclimatación a condiciones de baja radiación [3, 15, 16]. Un ejemplo de esto consiste en la concentración de clorofila en áreas específicas, lo cual maximiza la absorbancia de la luz disponible. Esta estrategia ha sido observada en las especies Montastraea cavernosa y Seriatopora hystrix [17]. Otra interesante adaptación consiste en la expresión que el coral hospedero hace de un sistema de proteínas, que incrementa la actividad fotosintética del simbionte en condiciones de baja disponibilidad de luz, al promover la transformación de longitudes de onda cortas en largas para que puedan ser absorbidas por los pigmentos de las zooxantelas. Esta adaptación es producto de procesos de coevolución, y se ha observado en la especie Leptoseris fragilis [3]. LOS CORALES NEGROS (ANTIPATHARIA): ACERCA DE ESTE HABITANTE DE LOS ARRECIFES MESOFÓTICOS Los corales del orden Antipatharia (figura 4), comúnmente conocidos como corales negros, tienen una longevidad que puede comprender desde décadas hasta milenios [18]. Aunque tradicionalmente se han utilizado caracteres morfológicos para resolver las relaciones filogenéticas entre los miembros del orden Antipatharia [19], recientes aproximaciones moleculares han probado ser muy útiles para este propósito [20] y han permitido clasificarlos como miembros de la subclase Hexacorallia [21], con 7 familias, 43 géneros y cerca de 235 especies [22, 23]. Tienen una distribución global [24], aunque constituyen una parte importante de la fauna bentónica en las zonas templadas

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Figura 2. Corales escleractínios zooxantelados del género Scolymia, uno de los grupos más diversos en los arrecifes mesofóticos (Barú, Cartagena, 50-65 m) Fotos: Juan Armando Sánchez

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Figura 3. Coral tipo plato Agaricia grahamae, típico coral formador de arrecifes en áreas arrecifales (Bajo Trompadas, 50 m, Barú, Cartagena) Foto: Juan Armando Sánchez

[25] y presentan una alta diversidad y abundancia en aguas tropicales y subtropicales [26, 27]. La forma de los corales negros puede variar entre árboles, plumas, arbustos, látigos y abanicos, y llegan a alcanzar alturas mayores a seis metros [21, 27]. A pesar de la importancia económica, religiosa y medicinal que han tenido estos corales para muchas culturas de todo el mundo, su biología y ecología han sido poco estudiadas [28]. No obstante, las nuevas tecnologías y el creciente número de expediciones marinas han facilitado la acumulación de datos nuevos sobre estos organismos [29]. Los corales negros son considerados organismos preciosos, y por tal motivo son utilizados en la fabricación de joyas. Por esto, su estado de conservación en algunos lugares está amenazado, e incluso se encuentran incluidos en tratados internacionales que prohíben su comercio y distribución [30], como la Convención sobre el Comercio Internacional de Especies Amenazadas de Fauna y Flora Silvestres (Cites, por sus siglas en inglés). La mayoría de las especies viven en sustratos duros, como crestas de rocas, cantos rodados y paredes. El rol que juegan en la ecología bentónica; y particularmente como hábitat para otras especies, aún es poco comprendido. Se han observado inverte-

brados que viven entre los pólipos, incluidos cangrejos, estrellas, balanos, poliquetos y moluscos. Algunas colonias de corales negros proveen refugio a un amplio rango de invertebrados y peces; por lo tanto, su pérdida de cobertura podría también afectar los ensamblajes de invertebrados asociados [27]. La frágil estructura de las colonias del coral negro, su distribución en parches y su lento crecimiento hacen que este taxón sea vulnerable a los impactos antropogénicos, sobre todo a la sobreexplotación, y recientemente a las especies de corales invasoras, como el Carijoa riisei [31, 32]. Los corales negros son organismos cuya dieta se basa principalmente en el consumo de zooplancton [33]. Se cree que los organismos simbiontes (zooxantelas) no son esenciales para su nutrición. De esta forma, se asumió como regla general la carencia de dinoflagelados endosimbióticos, debido a la preferencia de estos corales por ambientes donde la poca luz disponible restringiría o impediría la realización de la fotosíntesis. A pesar de esto, algunos investigadores han encontrado la presencia del simbionte Symbiodinium en estos organismos, lo que pone de presente que tienen las características requeridas para el establecimiento de una simbiosis de este tipo. Asimismo, varios autores han reportado la presencia de Symbiodinium del clado

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Figura 4. Corales negros (Antipatharia) de los arrecifes mesofóticos de Barú. Arriba (izquierda a derecha) Plumapathes pennacea y Rhipidipathes colombiana (especie endémica de Colombia). Abajo: Antipathes caribbeana Fotos: Juan Armando Sánchez

G y C en algunos corales negros en Indonesia y Hawái, a una profundidad de 10 a 396 metros [29, 34]. Es evidente que las zooxantelas no constituyen la única estrategia de nutrición y supervivencia de los Antipatharia, pero para algunas subespecies o poblaciones quizás sí lo representen. Por esta razón, es fundamental realizar más estudios con un amplio rango, tanto geográfico y de especies, como de muestreo [23]. OSTREOBIUM: ¿FUENTE DE DIVERSIDAD Y ORGANISMOS SIMBIONTES EN LOS ARRECIFES MESOFÓTICOS? El género Ostreobium, caracterizado por ser uno de los más abundantes en todo el mundo, contiene las especies de algas endolíticas más comunes de los arrecifes coralinos del Atlántico y el Pacífico, y se considera el agente microerosionador más importante de esos ecosistemas, por participar en la disolución de partículas de carbonato de calcio en el agua que circunda a los arrecifes [35]. Asimismo, es extremista de poca luz, habita zonas de alta salinidad y se encuentra a grandes profundidades de la zona eufótica [36, 37]. Un aspecto que hace que Ostreobium sea responsable de gran parte de la bioerosión es que realiza este proceso en condiciones normales [38] o elevadas [39] de presión parcial de CO2.

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Para esto es fundamental que dicho aumento no genere efectos sobre la tasa fotosintética del organismo [40]. Por otra parte, sus especies tienen un amplio rango de morfologías y tamaños y son un buen indicador del límite fótico, debido a su alta tolerancia a bajas disponibilidades de luz [41]. De igual forma, presentan amplia distribución; este es el caso de Ostreobium quekettii, especie que, como consecuencia de su alta tolerancia a los gradientes de temperatura, se encuentra desde el Ártico [42] hasta los trópicos [43], e incluso se ha reportado en lugares tan diversos como el mar Rojo [44]. En el contexto colombiano también existe el reporte de Ostreobium quekettii, como único registro del género, en el Atlántico [45]. Ostreobium se asocia directamente con los esqueletos de los corales, en general vive dentro del esqueleto [46], entre 5 y 30 mm del exterior [47], y entre las comunidades de algas endolíticas, domina las zonas más cercanas al coral. No recibe mucha luz, pues la mayoría es captada por las zooxantelas, pero aun así optimiza su captación al recibir longitudes de onda que no son absorbidas por las zooxantelas [48]. De hecho, puede ser fotoinhibida por altas concentraciones de luz. Adicionalmente, tiene adaptaciones como unidades fotosintéticas alargadas y aumento de la cantidad de clorofila, que le permiten capturar luz a unas menores intensidades lumínicas [49].

Figura 5. Coral tipo plato con manchas oscuras correspondientes a altas densidades de algas endolíticas del género Ostreobium (Bajo Octubre Rojo, Barú, Cartagena, 40-55 m). Arriba: Agaricia undata. Abajo: Agaricia fragilis Fotos: Juan Armando Sánchez

Existe evidencia que apoya la existencia de interacciones mutualistas entre diversas especies del género Ostreobium y los corales; estas se fundamentan en la capacidad de las algas de proveer fuentes de carbono a los corales, cuando estos experimentan eventos de blaqueamiento por altas temperaturas. Además, el proceso parece ser altamente específico en cuanto a especie y/o ubicación [50]. Las algas de este género también tienen importancia durante los cambios de fase, ya que son dominantes en el inicio de la sucesión ecológica, tras un evento de blanqueamiento [51]. También se ha observado que se asocian con esponjas en el Caribe y el Mediterráneo [52]. Este género tiene una alta diversidad genética, determinada por la especie de coral y la profundidad a la que se encuentra [53]. Es así como en los últimos años, las técnicas moleculares han logrado revolucionar la taxonomía de las algas y están permitiendo descubrir nuevas especies [54], evidenciándose de esta forma un incremento en el registro de especies crípticas de algas [55]. Estas investigaciones se han favorecido con el uso de los sedimientos de ambientes arrecifales para el estudio de la presencia y diversidad de Ostreobium [56]. Análisis moleculares muestran que el género Ostreobium es genéticamente diferenciado de sus parientes más cercanos; esto hace que sus especies pertenezcan a su propio suborden, conocido como Ostreobidineae [57].

Recientes estudios demuestran que el género Ostreobium puede llegar a ser igual o más diverso que los corales con los que interactúa. Al igual que ocurre con la investigación de zooxantelas, Ostreobium requiere de mayores estudios a nivel genético, con el fin de evidenciar casos de especies crípticas o incorrectas determinaciones taxonómicas. Frente a este panorama, es fundamental continuar con el análisis poblacional mediante el grandiente de luz, profundidad y disponibilidad de nutrientes, para así incrementar el conocimiento ecológico disponible acerca de este género. Adicionalmente, es fundamental continuar investigando sobre Ostreobium en diferentes especies de coral (figura 5), con el fin de evidenciar posibles asociaciones específicas, tal y como ocurre en la interacción coral-zooxantela. CONCLUSIONES Debido a su importancia ecológica y económica, la comprensión de los aspectos clave de los arrecifes mesofóticos (ecología, fisiología y diversidad de simbiontes, entre otros) constituye un área del conocimiento que requiere la inversión prioritaria de esfuerzos económicos e investigativos para su manejo y conservación. Por ahora, la actual evidencia científica disponible sugiere que los corales mesofóticos (por ejemplo, figura 6) y sus simbiontes no presentan una única estrategia de adaptación

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Figura 6. Octocoral tipo lira, Ellisella schmitti, uno de los corales más abundantes en los arrecifes mesofóticos del mar Caribe (Octubre Rojo, Barú, Cartagena, 65 m) Foto: Juan Armando Sánchez

evolutivamente exitosa, y está por determinarse si la presencia de simbiontes es inherente a todas las especies de Antipatharia. Adicionalmente, es necesario evaluar la importancia de las algas endolíticas del género Ostreobium como posibles simbiontes de los corales de arrecifes mesofóticos, que contribuyen a que respondan a los efectos que tiene el cambio climático sobre sus endosimbiontes dinoflagelados. De esta manera, es funda-

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mental promover la investigación en los arrecifes mesofóticos para incrementar el conocimiento disponible. Afortunadamente, el buceo técnico es cada vez más accesible con técnicas como el trimix (aire, oxígeno y helio) y los equipos recirculadores CCR (por sus siglas en inglés, closed circuit rebreather), con los cuales se está haciendo exploración dentro de límites seguros hasta los 120 m (figura 7). •

Figura 7. Buzos con equipo técnico CCR (Megalodon-InnerSpaceSystems- grupo Biommar, Uniandes), con el cual se han realizado las primeras exploraciones de los arrecifes mesofóticos de Colombia hasta los 100 m, gracias a la financiación de Colciencias y la Vicerrectoría de Investigaciones de Uniandes Fotos: Julio Andrade y Juan Armando Sánchez

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Las ranas de Galvani, la pila de Volta y el sue単o del doctor Frankenstein Gian Pietro Miscione

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Las ranas de Galvani, la pila de Volta y el sueño del doctor Frankenstein

Es una noche oscura y tempestuosa. Los dos habían ido a la cama hacía poco, pero un trueno más violento que lo otros los despierta. “¡Apúrate! ¡Vamos, vamos!”, grita él, saltando fuera de las sábanas. Ella, más despacio, se pone una bata y sigue al marido. La tormenta se avecina. Mientras camina hacia la terraza, donde su marido ya está arreglando todo, se detiene un momento para cerrar una ventana que golpea. Y justo en ese momento, un enorme relámpago sobre San Luca ilumina toda la ciudad. Se echa hacia atrás y cierra los postigos, temblando por el frío y el miedo. Cuando llega, todo está listo. Del poste de metal unido al techo cuelga un largo hilo de pocos metros que llega hasta un tablón colocado en el centro de la terraza, donde el extremo está atado a… dos patas de una rana. La mujer se sienta junto al marido, a la espera… Entonces el viento se hace más y más fuerte y empiezan a caer algunas gotas de agua: la tormenta está casi sobre sus cabezas. Él se levanta para comprobar de nuevo que todo está en orden, y mientras regresa al pequeño porche, ocurre lo que están esperando: un violentísimo rayo cae del cielo y golpea el poste de metal del techo; el alambre se sacude y la descarga eléctrica pasa a través de él hasta llegar a las patas de la rana, que empiezan a moverse y contraerse, igual que cuando una rana salta. El marido sale bajo la lluvia y mira atentamente, y luego comienza a saltar de alegría y abraza a su esposa: “¿Lo viste? ¿Lo viste? ¿Viste cómo se movían?”. Las gotas de la tormenta se deslizan sobre ellos, mezclándose con las lágrimas. Están empapados, pero felices, superfelices: ¡el experimento fue todo un éxito! La historia que acabamos de describir ocurrió sin duda, más o menos en estos términos, en Bolonia el 16 de abril 1786, y los protagonistas fueron Luigi Galvani y su esposa Lucia Galeazzi. En ese momento Galvani tenía 49 años y llevaba nueve como profesor de anatomía en la Universidad de Bolonia —para ser precisos, en la Academia de Ciencias—, donde reemplazó a su suegro. La de Bolonia era una de las universidades más prestigiosas del mundo, aunque un poco en declive, y por lo tanto, Galvani era un profesor con una excelente posición académica. Sobre todo era un médico, un anatomista que desde hacía unos años había empezado a interesarse en un fenómeno hasta entonces casi totalmente rodeado de misterio: la electricidad. En aquellos años, la electricidad era una manifestación mágica con la que se entretenía a nobles y gobernantes durante cenas y fiestas. Desde la época de los griegos se sabía que si se frota un material como el ámbar, este es capaz de atraer objetos ligeros, como el pelo. La misma palabra electricidad deriva de electrón, que en griego significa ámbar. Pero desde entonces, durante varios siglos el cono-

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Gian Pietro Miscione Ph. D, profesor asistente del Departamento de Química de la Universidad de los Andes gp.miscione57@uniandes.edu.co

Figura 1. La instalación utilizada por Galvani en uno de sus experimentos Fuente: http://it.wikipedia.org/wiki/Galvanismo

cimiento sobre la electricidad no había progresado casi nada, un problema que también se observaba en la mayoría de las ciencias. Una primera racionalización importante fue obra de Benjamín Franklin, personaje polifacético y genial: científico y padre fundador de los Estados Unidos de América. Franklin estaba convencido de que la razón era capaz de explicar y reproducir todos los fenómenos físicos, especialmente los que hasta entonces, como la electricidad, habían sido una fuente de misterio y superstición, y por lo tanto, de subordinación de la burguesía estadounidense a la nobleza y al Ancien Régime europeo. De hecho, Franklin fue el primero en concebir, en 1747, la posibilidad de que existieran cargas negativas y positivas que se atraían unas a otras y que tendían a anularse entre sí. Poco después, Galvani, en Bolonia, comenzó a realizar experimentos para determinar qué relaciones existen entre la electricidad y la fisiología o, más ampliamente, entre la electricidad y la vida. Desde hacía doscientos años, Bolonia era parte del Estado Pontificio, y la Universidad, a pesar de que gozaba de cierta libertad, no podía escapar al control de la Iglesia.

A este respecto es ilustrativa la histórica y maravillosa sala de anatomía de la Universidad. En la parte superior del salón, muy cerca del techo, se puede ver una pequeña ventana cerrada por una persiana. Detrás de ella, cuando se realizaban disecciones de cadáveres, se situaba un clérigo que tenía la tarea específica de espiar a los científicos —que sabían de su presencia—, para averiguar lo que iban descubriendo en el interior del cuerpo humano. En particular le interesaba saber si llegaban a identificar lo que era el alma. En definitiva, había libertad científica, sí, pero siempre bajo el control de la Iglesia. Galvani era muy religioso, y el conflicto interno entre su fe y su espíritu científico probablemente jugó un papel determinante en la historia que estamos contando. Ver que las patas de una rana muerta se contraían por efecto del paso de corriente eléctrica era una visión impresionante para Galvani y para cualquier científico de la época. Se trataba de una prueba contundente de la existencia de una relación estrecha entre vida y electricidad. Sin embargo, esta relación no era absolutamente clara. El científico boloñés propuso la siguiente explicación: en las patas de la rana, y por extensión, en cualquier

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Figura 2. La estatua de Galvani en la plaza de Bolonia que lleva su nombre. En la página del libro que sostiene se pueden observar las patas de una rana. Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Luigi_Galvani’s_monument_in_Bologna_2.JPG

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ser vivo, se encuentra una “electricidad animal”, un líquido vital que se activa cuando es estimulado por una descarga eléctrica externa —en el experimento descrito más arriba, por un rayo—. En aquella época no era nada claro qué es la vida (incluso hoy en día). Muchos creían que hay un “aliento vital” que anima a los seres vivos, cuyo funcionamiento se consideraba diferente al de la materia inanimada. Galvani fue un personaje científicamente controvertido y probablemente atormentado, al igual que todos los personajes que viven en un periodo de transición. De hecho, la historia que estamos contando tuvo lugar en uno de los periodos de mayor transformación de la historia europea. La Revolución francesa estaba a punto de estallar (en 1789) y su “viento de libertad”, racionalismo y derrocamiento de los dogmas religiosos llegaría pronto también a Italia y Bolonia. Así que si bien es cierto que Galvani creía en una electricidad originada en los animales, independiente de cualquier intervención externa, y que, por tanto,

se debía a Dios, “el creador del cielo y de la tierra”, y no podía ser reproducida por el hombre, por ejemplo, mediante aparatos en un laboratorio, también es cierto que fue un científico interdisciplinario, como tienen que serlo hoy en día los científicos modernos, y fue el primero en integrar la física y la electricidad en la fisiología, fundando así, de hecho, la electrofisiología. Galvani publicó los resultados de sus experimentos sensacionales en 1791, un año después de la muerte de su esposa, en los que señaló que las patas de rana se contraen incluso sin el estímulo de la electricidad externa, solo poniendo en contacto, con una especie de pinzas de metal, el nervio y el músculo (donde Galvani creía que se acumulaba la “electricidad animal”). En ese momento entró en juego otro de los protagonistas de esta historia: Alessandro Volta. Volta era ocho años más joven que Galvani y enseñaba física en la Universidad de Pavía, entonces bajo dominio austriaco. Igual que Galvani, era un investigador experto y brillante constructor de instrumentos científicos. Pero

Figura 3. Uniendo los nervios y músculos de las patas de una rana muerta con un arco metálico, se observan contracciones de las patas Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Galvani-frogs-legs-electricity.jpg?previous=yes

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mientras el boloñés publicaba sus obras en latín, era introvertido y raras veces salía de Bolonia, Volta escribía en inglés y francés, viajaba con frecuencia y había construido una densa y fructífera red de relaciones con científicos europeos. Incluso en la ciencia, estas cosas tienen una gran importancia. Si Galvani hoy con dificultad usaría el e-mail y preferiría el teléfono, Volta se sentiría cómodo con Skype, herramientas de file sharing y escribiría artículos en colaboración con científicos de todo el mundo, con los que charlaría en videoconferencias. Inicialmente Volta estaba fascinado con los descubrimientos de Galvani, pero luego, en 1792, ofreció una explicación alternativa y opuesta. Si para Galvani la electricidad es inherente al cuerpo de las ranas y solo puede estimularse desde el exterior, para Volta es cierto lo contrario: la electricidad no es “animal”, sino electricidad normal generada por el contacto de dos metales diferentes que conectan los nervios y músculos. Volta estaba convencido de que son los metales los que producen energía, mientras que las patas de la rana son solo detectores, y no generadores de electricidad. Las dos interpretaciones no solo eran opuestas, sino que se revelarían irreconciliables en los años siguientes, dando lugar a una de las más famosas disputas científicas de todos los tiempos. Científicos de todo el mundo repetían los experimentos de Galvani (¡pobres ranas!) para ponerse ya fuera en el bando de él, o en el de Volta.

no solo contrastaba con sus ideas científicas, sino que era, ante todo, una sacrílega falta de respeto hacia su fe. Las contradicciones, que son la sal de la vida, también lo son de esta historia. De hecho, a pesar de sus creencias, Galvani demostró ser una vez más un científico moderno, ya que, mediante la publicación de los resultados de sus experimentos, ilustró, siempre de forma muy clara y escrupulosa, las metodologías y técnicas con las que fueron ejecutados, para que sus colegas pudieran reproducirlos, y esta es una característica clave que define a la ciencia actual. En 1797, Galvani respondió nuevamente. Preparando cuidadosamente los nervios de las piernas de ranas, observó contracciones aun cuando no hubiera contacto entre los dos cuerpos diferentes, en un experimento considerado el fundamento de la electrofisiología. Pero Volta no estaba convencido. En una memoria, Galvani expresó su frustración por no lograr convencer al adversario: “Él quiere que esta electricidad sea común a todos los cuerpos; en cambio, yo, la considero particular y propia del animal: él pone la causa del desequilibrio en los artificios que se emplean, y en particular en la diferencia de los metales; yo, en la máquina animal: él afirma que esta causa sea accidental y extrínseca; yo, natural e interna: en total, él atribuye todo a los metales, nada al animal; yo, todo a este, y nada a ellos”.

Con perfecto espíritu científico, Galvani respondió a las críticas con nuevos experimentos que demostraron que las contracciones se producían también cuando los nervios y los músculos se ponían en contacto con un solo metal, e incluso, más tarde, en 1794, sin metales, por ejemplo, utilizando piezas de tejido animal. Volta parecía derrotado, pero desde Pavía replicó otra vez, afirmando que, de hecho, no es necesaria la presencia de dos metales, sino que también se pueden utilizar dos conductores cualesquiera, preferentemente húmedos. “Es la diversidad de los conductores que es necesaria”, escribió ahora Volta, independientemente de si son metales o de otra cosa. Volta parecía de verdad muy molesto y creído. Es cierto que logró reinterpretar todos los resultados de Galvani, pero no fue capaz de refutarlos con datos y nuevas propuestas: las suyas parecían todas objeciones ad hoc para hacerle la vida difícil a Galvani. La controversia no fue meramente científica: de fondo había una cuestión filosófico-religiosa. Según Galvani, la electricidad está “dentro de las ranas”, y allí la habría puesto Dios. Los hombres no podrían crearla, porque eso significaría cruzar una frontera y entrometerse en la jurisdicción del Creador. En cambio, Volta, aunque era religioso, estaba convencido de que los descubrimientos de Galvani debían explicarse como fenómenos físicos reproducibles en un laboratorio sin las ranas, y por lo tanto, sin Dios, solo gracias a herramientas construidas por el hombre. Volta era racionalista, como Franklin. Para Galvani, este enfoque

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Figura 4. Luigi Galvani (Bolonia, 9 de septiembre de 1737 - Bolonia, 4 de diciembre de 1798) Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Luigi_Galvani,_oil-painting.jpg?previous=yes

Pero nuevos y diferentes acontecimientos marcarían el siguiente desarrollo de la controversia, no todos relacionados con la ciencia. El 18 de junio de 1796, después de haber conquistado Lombardía, las tropas francesas lideradas por Napoleón entraron en Bolonia y declararon la caída del Estado pontificio. Los franceses encarnaban la modernidad que sacudiría —aunque solo por unos pocos años— toda la sociedad del norte de Italia, incluidas las universidades. En 1798, la República Cisalpina, el Estado napoleónico que incluía a Lombardía y Emilia, y por lo tanto a Pavía y Bolonia, exigió de los profesores universitarios un juramento de lealtad. Galvani se negó y perdió su plaza; en cambio, Volta juró y abrazó las ideas de Napoleón a tal punto, que sería despedido cuando los franceses fueran expulsados de Pavía, en 1799, por el ejército austríaco. Por lo tanto, a pesar de la gran importancia de su último experimento, que probaba la existencia de una electricidad intrínseca al animal, no causada por la simple diferencia entre los diferentes cuerpos, Galvani y sus interpretaciones cayeron en desgracia, arrastrados por los acontecimientos políticos. Pero este solo sería el primer golpe para el “galvanismo”. El 4 de diciembre de 1798 Galvani murió, y luego, en 1799, Volta perfeccionó su increíble y famosísima invención: la pila. Subrayar la importancia de la pila en la historia y en el presente de la humanidad es superfluo. Empezando por el celular, todos los días estamos rodeados de herramientas que utilizan pilas. En dos palabras, la pila es un dispositivo que, gracias a una

reacción química que tiene lugar en su interior, produce una corriente eléctrica. La de Volta fue la primera en la historia. Al parecer, el ganador de la batalla era Volta, quien —lo que no resulta sorprendente— se refirió a su invención como a un “órgano eléctrico artificial”, para destacar la evidencia de que no es necesaria la presencia del animal, como creía Galvani, sino que la electricidad puede ser generada por medio de un instrumento construido por el hombre. Cuando Volta presentó su invento, el eco del acontecimiento fue enorme y él se convirtió en una auténtica celebridad mundial. En 1801 Napoleón lo llamó a su corte para ver por sí mismo esa maravilla, y lo llenó de honores. No cabe duda alguna de que hay que reconocerle mérito eterno a Volta por haberle dado a la humanidad una herramienta tan útil. Sin embargo, hay que destacar varios aspectos contradictorios, para no enfocar mal el tema. En aquella época —y aún ahora—, el triunfo de Volta se interpretó como una prueba inequívoca de su teoría según la cual el contacto de diferentes metales es capaz de generar energía y, por lo tanto, como una refutación de la teoría de su oponente, Galvani. Pero la verdad es más matizada y compleja. Volta estaba convencido de poder generar electricidad acercando dos metales diferentes. Sin embargo, si bien es cierto que la pila (la de Volta y las actuales) funciona debido a la presencia de dos metales diferentes, ellos no deben estar en contacto, sino separados por una solución salina que permite el paso de iones

Figura 5. El rostro de Volta en el viejo billete de 10.000 liras italianas. También aparece la primera pila construida por el científico Fuete: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lire_10000_(Alessandro_Volta).JPG

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(átomos cargados). Y de hecho, eso fue lo que hizo Volta: puso entre un metal y el otro (zinc y cobre) un disco de papel empapado en una solución salina. Además, paradójicamente, a pesar de que Volta fuera el oponente más vigoroso de la “electricidad animal”, para la construcción de su pila se inspiró justo en un animal: la raya eléctrica. De hecho, la pila se llama así debido a que, originalmente, estaba constituida por una serie de discos de metal “apilados” el uno encima del otro, exactamente como se observa en el órgano eléctrico de la raya eléctrica. Es también probable que la misma intuición esencial del uso de discos de papel interpuestos entre los metales haya sido copiada de la raya eléctrica. Además, Volta nunca entendió las auténticas razones que subyacen al funcionamiento de la pila, y rechazó la correcta interpretación química según la cual la corriente eléctrica se genera porque una especie química cede electrones a otra. A pesar de que pareció el claro ganador de la disputa con Galvani, Volta quedó atrapado en ella, demasiado preocupado en negar la electricidad animal, en lugar de centrarse en la explicación del funcionamiento de su invento. Y paradójicamente, el sensacional éxito de la pila oscureció, al menos en parte, su persona y sus teorías científicas, que resultaron ser parcialmente incorrectas. Entonces, ¿quién tenía razón? En primer lugar, hay que señalar que, en aquella época, ni Galvani, ni Volta ni nadie tenía realmente idea de lo que fuera la electricidad, que se consideraba como el flujo de “algo” que se mueve de un punto a otro, así como lo hace el agua. Por ello no sorprende que el término corriente eléctrica haga referencia a la conducta de un río. Hoy sabemos que la electricidad, en pocas palabras, puede ser vista como el efecto del comportamiento de los electrones —partículas cargadas negativamente que se encuentran en los átomos—, que tienden a moverse de una zona donde hay más, hacia otra donde hay menos. Este desequilibrio de electrones, y por lo tanto de carga eléctrica, se denomina diferencia de potencial eléctrico. Pero la existencia del electrón se daría a conocer solo un siglo después de Galvani y Volta. La fisiología —el funcionamiento de los organismos vivos— era todavía muy misteriosa, y la química evolucionaría de una forma considerable solo más tarde, y —en parte— gracias a la pila de Volta, que permitió aislar elementos químicos como el hidrógeno y el oxígeno al romper la molécula de agua. Por lo tanto, en cierta medida tenían razón los dos. Las patas de ranas se mueven, en realidad, por efecto de una electricidad “animal”, y, en particular, por una diferencia de potencial que se crea entre el interior y el exterior de las membranas celulares, y que es la base de la transmisión de señales nerviosas. Así, Galvani tenía razón cuando creía que hay una electricidad inherente a todos los seres vivos. Sin embargo, el conocimiento y las posibilidades técnicas de la época le impidieron identificar las razones, los mecanismos y los lugares donde se genera. En particular, en los experimentos con ranas, las contracciones se

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Figura 6. La pila de Volta: una serie de discos de metal apilados uno en cima del otro y separados por discos de papel o fieltro mojados con una solución salina Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pila_di_Volta_01.jpg

producen debido a una diferencia de potencial generada por el contacto entre la parte de tejido intacto y la parte lesionada. Este estímulo pone en movimiento la electricidad interna, almacenada en condiciones de desequilibrio en el tejido. Habría que esperar 150 años después de la muerte de Galvani para llegar a una comprensión completa de estos fenómenos. A su vez, Volta tenía razón porque intuyó que el uso de los metales podía conducir a la generación de electricidad artificial. Y, sobre todo, tuvo razón cuando creó una herramienta extraordinaria, como la pila, cuyo funcionamiento, sin embargo, nunca entendió bien. Por lo tanto, podemos declarar un empate. Todos los estudiantes de química o física conocen los nombres de Galvani y Volta; pero su disputa no influyó solo a la ciencia. Cuando una persona realmente deja su huella en el mundo, en los idiomas surgen términos derivados de su nombre, un ho-

nor que se concede solo a unos pocos. Si de Volta desciende el nombre del instrumento para medir diferencias de potencial (voltímetro), la palabra voltaje (sinónimo impropio de tensión eléctrica), y también la unidad de medida del potencial eléctrico (el Volt), de Galvani derivaron términos cuyo espectro tal vez sea mayor: el galvanómetro (instrumento para medir la corriente eléctrica), el galvanismo (contracción de un músculo estimulado por una corriente eléctrica, término curiosamente acuñado por Volta) y, sobre todo —el honor más grande—, un verbo que se sale del contexto de la ciencia: galvanizar (que existe en muchos idiomas, incluso en inglés: to galvanize), que significa impulsar, excitar, energizar, en un sentido figurado. Existe incluso una canción interpretada por los Chemical Brothers, titulada precisamente Galvanize. Hasta ahora, ningún grupo de música electrónica de renombre mundial ha compuesto una canción de alguna manera conectada al nombre de Alessandro Volta.

Figura 7. Giovanni Aldini (Bolonia, 10 de abril de 1762 - Milán, 17 de enero de 1834) Fuente: http://it.wikipedia.org/wiki/Giovanni_Aldini

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Figura 8. Un cuerpo “galvanizado” Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:A_Galvanised_Corpse.jpg

De todas formas, esta historia no termina con la invención de la pila: en aquellos años, no toda la comunidad científica se olvidó de Galvani y sus estudios. El más famoso y decidido partidario de las teorías del galvanismo fue el sobrino de Galvani: Giovanni Aldini. Aldini había colaborado con su tío, y tras su muerte continuó sus estudios. Sin embargo, probablemente estaba harto de las ranas, así que decidió probar los efectos de la electricidad en un tipo diferente de organismo. Aldini, de hecho, empezó a hacer pasar la electricidad a través de cadáveres humanos o partes de ellos, por ejemplo, la cabeza, con lo que obtuvo el increíble efecto de mover esos cuerpos, de producir en ellos convulsiones y aterradores movimientos de brazos y piernas. Durante los experimentos de Aldini, los brazos de los cadáveres electrificados eran capaces de levantar pesos de varios kilos. No está claro si él realmente creía que era posible resucitar esos cuerpos, o si su intención era solo impresionar a la audiencia. El hecho es que, además de ser un científico, Aldini fue un verdadero showman, y viajó por toda Europa mostrando sus experimentos particulares, que causaban enorme curiosidad y sensación, y que le permitieron recaudar dinero que luego donaría a la Academia de Ciencias de Bolonia.

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Pero Aldini quería más. Quería llevar a cabo un experimento aún más ambicioso, y por eso tuvo que irse a Londres. El punto es que los cuerpos que utilizaba en sus demonstraciones eran de condenados a muerte, que, en casi toda Europa, eran decapitados. En la capital británica, los condenados eran ahorcados, de modo que allí Aldini podría conseguir cuerpos intactos. Su performance más famosa se llevó a cabo el 18 de enero de 1803 en el Royal College of Surgeons (Colegio Real de Cirujanos), en Londres. Un tal George Forster acababa de ser ahorcado por el asesinato de su esposa e hijo. El cuerpo fue llevado a Aldini, que le aplicó una corriente eléctrica producida por una batería; la mandíbula del muerto empezó a temblar, los ojos se abrían y se cerraban, fijándose en la audiencia, y el rostro del cadáver era sacudido por espasmos horribles. Y luego, el gran final: Aldini introdujo un polo de la pila en una oreja, y el otro en el ano. El cuerpo entero comenzó a moverse de una manera anómala, con convulsiones horrorosas; la espalda se dobló, las piernas se torcieron, un brazo se levantó apretando un puño, los pulmones se hincharon y la cabeza se movía hacia atrás y adelante. Una sensación entre terror e incredulidad sacudió a la audiencia de eminentes cirujanos británicos. En frente

Además, el libro de Shelley planteó por primera vez cuestiones todavía relevantes hoy en día: ¿la ciencia debe tener límites? ¿Cuál es la relación entre la ciencia y la moral, o entre la ciencia y la religión? Clonar seres humanos o construir robots inteligentes son perspectivas cada día más concretas, y para nada es claro cómo las enfrentaremos. Al final todo se reduce a la pregunta más importante de todas, ¿qué es la vida?, y a la fantasía que nos ha acompañado desde el principio de los tiempos: derrotar a la muerte. Renacer, traer de vuelta a la vida lo que está muerto es el más grande y absoluto misterio y la aspiración más profunda de los seres humanos. Y, tal vez por primera vez en la historia, esta ambición se presentó, ya no como un sueño imposible, sino como una posibilidad real, esa noche de tormenta en Bolonia, cuando Luigi Galvani y su esposa, en su terraza, vieron danzar las paticas de una rana. • REFERENCIAS

Figura 9. Versión cinematográfica de la “criatura” creada por el Dr. Frankenstein, protagonista de la homónima novela, publicada en 1818 y modificada por la autora, Mary Shelley, para la segunda edición de 1831 Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Frankenstein#/media/File:Frankenstein%27s_monster_(Boris_Karloff).jpg

de ellos algo extraordinario estaba sucediendo, algo que nunca nadie había visto antes. Y nadie, realmente nadie, podía evitar pensar algo absolutamente terrible y asombroso: parecía que el profesor Aldini estaba volviendo a traer a la vida ese cadáver. En toda Europa, y especialmente en Londres, Aldini se convirtió en una celebridad. Muchos leyeron su estudio “An account of the late improvements in Galvanism”, publicado en 1807 en Londres, y asistieron a sus espectáculos. Es probable que Mary Shelley, esposa del famoso poeta romántico de la época, Percy Shelley, haya oído de los experimentos, en los cuales basó su libro Frankenstein o el moderno Prometeo, publicado en 1818. La historia relata cómo un tal doctor Victor Frankenstein genera un ser vivo a partir de materia inanimada, gracias a descargas eléctricas. Es, por lo tanto, muy verosímil que la historia narrada en el libro se haya inspirado en los eventos descritos anteriormente, y la figura del Dr. Frankenstein, justamente, en Giovanni Aldini. Es interesante notar que, en ese momento, las novelas de ficción, como Frankenstein, se consideraban de “baja cultura”, leídas sobre todo por mujeres. La ciencia, en cambio, era objeto exclusivo de élites. Las clases menos educadas y menos adineradas tenían muy poco acceso a la información científica o a noticias de ciencia. Un libro como Frankenstein contribuyó de alguna manera a popularizar la ciencia, aunque con una visión muy novelística y, por supuesto, de ciencia ficción.

[1] Piccolino M, Bresaola M. Rane, torpedini e scintille: Galvani, Volta e l’elettricità animale. Torino: Bollati Boringhieri; 2003. [2] Il dibattito Volta-Galvani; http://ppp.unipv.it/VoltaGalvani/Pagine/PrincipRif.htm [3] Piccolino M. Galvani, Volta e l’elettricità animale, due secoli dopo l’invenzione della pila; http://ulisse.sissa.it/Members/ petrera/galvani.pdf [4] Blondel C, Wolff B. Electricité animale ou électricité métallique? La controverse Galvani-Volta et l’invention de la pile; http://www.ampere.cnrs.fr/parcourspedagogique/zoom/galvanivolta/controverse/index.php [5] Galvani L. De viribus electricitatis in motu musculari commentarius, in De Bononiensi Scientiarum et Artium Instituto atque Academia Commentarii, vol. VII, Bologna: Laelii a Vulpe; 1791. [6] Galvani L. Memorie ed esperimenti inediti, Bologna: Cappelli; 1937. [7] http://alessandrovolta.it [8] Pera M. The ambiguous frog: The Galvani-Volta Controversy on Animal Electricity. Princeton: Princeton University Press; 2014 [9] http://it.wikipedia.org/wiki/Luigi_Galvani [10] http://it.wikipedia.org/wiki/Alessandro_Volta [11] www.unibo.it/it/links/vita-e-opere-di-luigi-galvani [12] Johnson G. The 10 most beautiful experiments. New York: Alfred A. Knopf; 2008. [13] Tega W. Duecento anni ma non li dimostra Attualità di Luigi Galvani; http://www.bo.infn.it/galvani/200anni.pdf [14] Bicentennial of the death of Luigi Galvani. Celebrazioni del bicentenario della morte di Luigi Galvani; http://www.bo.infn.it/ galvani/ [15] L’eredita` di Galvani e Volta nella scienza contemporanea; http://www.bo.infn.it/galvani/cultura-estero/latin-america/ pannelli/pannelli.html

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Caballos de Troya vs. microorganismos pat贸genos multirresistentes Andr茅s Garz贸n, Diego Gamba

FotografĂa: http://static.cinemagia.ro/img/db/movie/00/58/13/troy-585616l.jpg

Caballos de Troya vs. microorganismos patógenos multirresistentes

Cuando se descubrió la penicilina, en 1928, se pensó que tal hallazgo constituiría el fin de las infecciones causadas por microorganismos. Sin embargo, desde la aparición de las primeras cepas de Staphylococcus aureus resistentes a antibióticos, en la década de 1940 tan solo cinco años después de la implementación del uso generalizado de la penicilina, se ha venido estableciendo una especie de carrera armamentista entre los diferentes microorganismos patógenos y los seres humanos dedicados a hacerles frente. Es justo decir, además de necesario, que el panorama referente a tal situación actualmente no luce muy esperanzador, principalmente, si se tiene en cuenta el hecho de que en las últimas décadas, la cantidad de nuevos antibióticos desarrollados y comercializados es realmente muy baja. Además,

Figura 1. Farmacia alemana anuncia la producción de penicilina en 1954. Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bundesarchiv_Bild_183-23912-0002,_K%C3%B6nigs_Wusterhausen,_%22M%C3%A4rkische_ Apotheke%22,_Schaufenster.jpg

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Andrés Garzón M. Sc., estudiante de doctorado en Química en la Universidad de los Andes.

Diego Gamba Ph. D., profesor asociado e investigador del Departamento de Química de la Universidad de los Andes.

se han reportado cepas resistentes a casi todos los antibióticos usados en ensayos clínicos. De la misma manera, las infecciones causadas por patógenos multirresistentes, una vez confinadas a ambientes hospitalarios, se han venido presentando en ambientes no relacionados con áreas de la salud. Adicionalmente, los reportes del impacto en la salud pública mundial de las infecciones causadas por estos patógenos son cada vez más negativos, sin mencionar los múltiples informes que indican el profundo impacto de esta situación en la economía mundial [1]. Sin embargo, la urgencia por desarrollar nuevos métodos para derrotar a nuestros microscópicos agresores, lejos de incapacitarnos, ha sido un importante aliciente para numerosos desarrollos en ciencias médicas, biológicas, físicas y químicas. Si bien la evolución de los antibióticos desde la penicilina hasta el reciente teixobactin ha permitido la cura de innumerables procesos infecciosos. Este proceso también ha traído, y casi seguramente traerá consigo, la aparición de cepas microbianas cada vez más resistentes, agresivas en términos infecciosos y difíciles de controlar, terapéuticamente hablando. En el abanico de mecanismos que despliegan los microorganismos para inutilizar los antibióticos se pueden destacar tres en particular: a. Degradación y consecuente inactivación del antibiótico. En este caso, los patógenos son capaces de producir enzimas que degradan el antibiótico antes de que lleve a cabo su

función; también son capaces de modificar el antibiótico, disminuyendo así su potencial terapéutico. b. Desarrollo de barreras no permeables. En este caso los microorganismos tienen la habilidad de modificar sus capas protectoras externas para hacerlas menos afines al ataque de los antibióticos; incluso son capaces de variar las características de sus estructuras protectoras externas para lograr que no sean dañadas por la acción de la droga. En esta categoría se podría situar también un mecanismo relacionado, que consiste en la expulsión del interior del microorganismo del antibiótico que ha logrado ingresar, en un proceso que si bien requiere energía, es capaz de liberar de antibiótico al microorganismo, incluso cuando ya el antibiótico ha logrado superar las capas externas de protección. c. Alteración del blanco intracelular. Este mecanismo comprende la modificación de sitios particulares de la anatomía celular del patógeno. Dado que los antibióticos tienen diseños específicos, y por tanto selectivos, al cambiar su objetivo en el interior del microorganismo terminan por no llevar a cabo su acción antibacterial. De igual manera, es importante señalar que la aparición y diseminación de estos mecanismos de resistencia están ligadas a la modificación de la estructura genética de los microorganismos. Ya se conoce la capacidad que estos tienen para transferir fragmentos de información genética, pues se presenta el fenómeno por el cual las características de resistencia pueden ser copiadas por patógenos de la misma especie, e incluso por patógenos

Bombas de expulsión

Enzima que degrada el fármaco

Modificación del blanco intracelular

Modificación de la capa protectora externa

Antibiótico

Figura 2. Algunos de los mecanismos de resistencia a antibióticos desarrollados por microorganismos Fuente: autores

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de especies distintas, lo que a todas luces posibilita la expansión del fenómeno de resistencia a antibióticos [2].

Fe3+

Transportador

En Colombia, específicamente en la red hospitalaria de Bogotá, se han desarrollado estudios tendientes a buscar cepas de Staphylococcus aureus resistentes a la meticilina (MRSA por sus siglas en ingles). Este es un antibiótico desarrollado en 1969 para el tratamiento de infecciones causadas por cepas de S. aureus resistentes a la penicilina, que actualmente no es utilizado clínicamente, pero se mantiene en uso como referencia de resistencia microbiana. Se ha encontrado que cepas de MRSA están presentes en cerca del 27% de los 2.308 aislamientos analizados [4]. En Bogotá también se han reportado casos de infecciones por MRSA que han causado neumonía necrosante. De igual manera, un estudio realizado en pobladores de Montería, Córdoba, mostró que de un total de 253 muestras tomadas en tres grupos: internos de una cárcel, jóvenes universitarios y niños en edad escolar de 4 a 9 años; 62 resultaron positivas para S.aureus, y de estas, 4 fueron resistentes a meticilina, aunque ninguna resultó resistente a vancomicina (antibiótico de origen natural utilizado ocasionalmente casi como último recurso para el tratamiento de infecciones por MRSA). Sin embargo, debe anotarse que el método utilizado en este análisis para detectar resistencia a vancomicina reporta una sensibilidad muy baja, cercana al 22% [5]. La supervivencia de muchos microorganismos, especialmente bacterias, durante los procesos de infección depende en gran medida de su habilidad para adquirir nutrientes clave. En este sentido, el hierro es uno de los más importantes, ya que se encuentra directamente involucrado con numerosos procesos fisiológicos bacterianos. Sin embargo, in vivo, en el caso específico de los seres humanos, el hierro se encuentra presente en concentraciones extremadamente bajas y, se podría decir, fuertemente custodiado por proteínas específicas, lo que dificulta aún más el acceso al metal por las bacterias. Incluso en los mamíferos, como medida extra de protección, durante una infección, el sistema inmune limita la absorción intestinal de hierro, lo que evidencia la importancia de este elemento en los procesos infecciosos [6]. Para superar la baja disponibilidad de hierro en sus ambientes, las bacterias han desarrollado varias estrategias para la capta-

70 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

Fe+3 Sideróforo

Sideróforo

Exterior de la célula

Debido a su amplio espectro de resistencia a los antibióticos comúnmente usados, la aparición de microorganismos patógenos multirresistentes ha desencadenado grandes dificultades en el aseguramiento del tratamiento adecuado de los pacientes infectados, con el consecuente impacto negativo en la situación económica de las diferentes naciones. Se estima que únicamente para los países miembros de la Unión Europea, los costos de tratamientos, hospitalización de pacientes, medicamentos y el uso de equipo de protección del personal médico representan anualmente una cifra cercana a los 400 millones de euros [3].

Quelación

Receptor/Transportador

Interior de la célula

Enzima Fe+3 Sideróforo

Sideróforo

Fe3+

Figura 3. Mecanismo de acción de los sideróforos Fuente: autores

Quelación

Fe3+

Sid-Enlace-Fármaco

Fe3+

Receptor/Transportador ¿Liberación del fármaco?

Enzima

Fe3+

Sid-Enlace-Fármaco

Fe3+

Figura 4. Estrategia caballo de Troya mediada por sideróforos Fuente: autores

ción del hierro, siendo la más común la síntesis de compuestos orgánicos denominados sideróforos, moléculas de bajo peso molecular y diversas estructuras químicas con elevada capacidad para formar complejos con el hierro (III). Estas moléculas son secretadas por microorganismos bajo condiciones pobres de hierro, como las encontradas en los tejidos infectados. Seguidamente, el complejo hierro-sideróforo es reconocido y transportado al interior de la célula por un sistema de proteínas ancladas en la membrana celular (véase la figura 3) [7]. Muchos microorganismos producen enzimas que, una vez ingresado el complejo hierro-sideróforo, pueden liberar el metal del complejo, con lo que se obtiene el metal libre. De esta manera el sideróforo puede ser secretado al medio otra vez para realizar el proceso de captación y transporte nuevamente. Hasta la fecha se ha reportado la existencia de alrededor de 500 sideróforos diferentes, provenientes tanto de bacterias gram positivas como gram negativas. Este mecanismo de ingreso al patógeno brinda la posibilidad de usar los sideróforos como sistemas de entrega de antibióticos directamente en el interior del microorganismo, superando así uno de los principales mecanismos de defensa exhibido por las bacterias que utilizan cambios en las barreras externas y bombas activas de expulsión contra los antibióticos de uso extendido. Lo que se reporta resulta en una acción bactericida mucho más eficiente, 100 veces más comparada con la difusión pasiva. Esta estrategia se conoce como caballo de Troya (figura 4) [8]. Por otra parte, este sistema de recolección de hierro mediado por sideróforos también puede ser aprovechado para definir otros mecanismos para controlar el microorganismo. Por ejemplo, es posible atacar la biosíntesis de estos agentes colectores de hierro directamente, o también existe la posibilidad de privar al microor-

ganismo del hierro creando y esparciendo en el medio moléculas que sean aún más afines al metal que los mismos sideróforos. A lo largo de cientos de miles de años de evolución, las bacterias han desarrollado una gran variedad de trucos relacionados con la adquisición de nutrientes, de los cuales, por supuesto, dada su importancia, el hierro no ha sido la excepción. Es válido mencionar, por ejemplo, que numerosas bacterias son capaces de reconocer complejos hierro-sideróforo, incluso si el sideróforo no ha sido producido por miembros de su propia especie. En ese caso particular se habla de reconocimiento bacterial de exosideróforos. También se ha logrado establecer, mediante ensayos clínicos, que algunas de las cepas bacterianas más virulentas que se conocen son capaces de liberar el metal de las estructuras proteicas en las que el huésped normalmente lo almacena; tienen la habilidad de secretar enzimas que destruyen las proteínas y liberan el hierro que necesitan para acelerar la infección. De la misma manera, se sabe de algunos microorganismos —principalmente hongos y bacterias— que han sido capaces de desarrollar métodos para eliminar a sus competidores biológicos uniendo sustancias tóxicas a sideróforos, mediante algo muy similar a la estrategia caballo de Troya. Estas moléculas se conocen como sideromicinas (figura 5) [9]. Iluminados por este inteligente mecanismo de control biológico de origen natural, numerosos grupos de investigación de todo el mundo han desarrollado programas de investigación tendientes a demostrar que el diseño racional de conjugados sideróforo sintético-antibiótico puede ser usado como un sistema efectivo de entrega de antibióticos en el interior de los patógenos. En este sentido, cabe destacar reportes de obtención de diversos conjugados sideróforos sintetico-antibióticos activos contra diferentes Pseudomonas, así como varias especies de Staphylococcos y Streptococcos, incluidas cepas multirresistentes. Como era de esperarse, existen reportes también de cepas resistentes a esta estrategia. Sin embargo, los estudios muestran que las cepas que se vuelven resistentes resultan ser menos virulentas in vivo que las cepas sensibles, ya que merman su capacidad de asimilación de hierro, lo que las pone en desventaja de crecimiento. En este momento se desconocen muchos procesos relacionados con el mecanismo de acción del mencionado conjugado. Por ejemplo, no se tiene aún completamente claro si la acción biológica se lleva a cabo por el conjugado antibiótico-sideróforo como tal, o si es necesaria la liberación de la droga en el interior de la bacteria para llevar a cabo la acción bactericida.

Sideromicina Figura 5. Estructuras de las sideromicinas Fuente: autores

R = O, NH, o, NCONH2

En nuestro caso particular, en la Universidad de los Andes, el Grupo de Investigación en Síntesis Orgánica, Bio y Organocatálisis del Departamento de Química se encuentra trabajando en la síntesis total de la anachelina H, una compleja molécula reconocida como un sideróforo, aislada de la bacteria anabaena cilíndrica en el año 2001. La molécula está conformada estructuralmente por tres unidades: policétido, alcaloide y péptido (figura 6).

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Posibles sitios de funcionalización

NH2

HO HO

N+

HO HO HO

O HN N H

HO HN

Péptido

NH2

HN OH

N H

CH3

N H O

N+ Me2

N H

O N+ Me2 OH OH

H N

Alcaloide

CH3

HO Policétido Figura 6. Estructura molecular de la anachelina H Fuente: autores

Figura 7. Posiciones de posible funcionalización con antibióticos comerciales de la anachelina H Fuente: autores

Al analizar detalladamente la estructura molecular de la anachelina H se encuentra una característica muy importante: es un sideróforo mixto. Esto quiere decir que puede ser reconocido por dos diferentes grupos de proteínas de transporte en las membranas bacterianas, ya que su grupo derivado del catecol y su grupo derivado del acido salicílico se encuentran entre los arreglos moleculares más comunes en este tipo de productos naturales. Este hecho, de acuerdo con varios reportes, podría constituirse en una ventaja aún mayor para la acción terapéutica del conjugado.

molécula, en teoría, la funcionalización podría llevarse a cabo con diferentes tipos de antibióticos, mediante diferentes tipos de enlaces químicos, lo que a la larga representa el acceso a un gran número de antibióticos diversos que, si bien contienen el mismo sistema transportador en el interior del microorganismo, podrían tener diferentes blancos moleculares intracelulares, e incluso diferentes propiedades en el interior del patógeno.

En este momento, la síntesis de los fragmentos policétido y peptídico ya ha sido alcanzada y se está trabajando en la optimización de la metodología para la obtención del fragmento alcaloide. Una vez se logre, el paso siguiente será la unión de los respectivos fragmentos para contar con la molécula completa, y la posterior funcionalización de la molécula con un antibiótico comercial sería el paso final. En este sentido, revisando la literatura científica pertinente, se plantea unir el mencionado antibiótico al fragmento peptídico del sideróforo, ya que se puede suponer que los fragmentos policétido y alcaloide son los encargados de llevar a cabo el proceso de acomplejamiento con el hierro, dado su constante presencia en numerosos sideróforos ya reconocidos (figura 7). Para finalizar, es importante resaltar que una vez sintetizada la

72 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

En conclusión, con un alarmante incremento en el fenómeno de resistencia a fármacos de numerosos patógenos, y con una significativa caída en el desarrollo de nuevos antibióticos, la necesidad de implementar estrategias novedosas para limitar el fenómeno de resistencia microbiana es prioridad de orden mundial. Tomar ventaja de las necesidades fisiológicas de las bacterias y aprovechar el uso de sideróforos como métodos de entrega intracelular de antibióticos se constituye, a su vez, en una metodología promisoria que atrae la atención de numerosos grupos de investigación, tanto médicos como químicos. Por supuesto, algunos aspectos relacionados, por ejemplo, el relativo a la liberación del fármaco o el mejor blanco intracelular, deben continuar bajo investigación, pero muy seguramente este tipo de estrategia estará a la vanguardia de la lucha contra los patógenos multirresistentes. •

REFERENCIAS [1] Deurenberg RH, Stobberingh EE. The evolution of Staphylococcus aureus. Infection, Genetics and Evolution 2008; 8(6): 747-763. [2] Bartels M, Boye K, Rhod-Larsen A, Skov R, Westh H. Rapid increase of genetically diverse methicillin resistant Staphylococcus aureus, in Copenhagen, Denmark. Emerging Infectious Diseases 2007; 13(10): 1533-1540. [3] Gould IM, Reilly J, Bunyan D, Walker A. Costs of healthcareassociated methicillin-resistant Staphylococcus aureus and its control. Clinical Microbiology and Infection 2010; 16(12): 1721-1728. [4] Cortés J, Gómez C, Cuervo S, Leal A. Community-acquired methicillin-resistant Staphylococcus aureus in Bogotá, Colombia: public health implications. Revista de Salud Pública 2007; 9(3): 448-454. [5] Lozano D, Díaz L, Echeverry M, Pineda S, Máttar S. Staphylococcus aureus resistentes a meticilina (SARM) positivos para

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Figura 8. Microorganismos patógenos multirresistentes Fuente: https://www.flickr.com/photos/niaid/8436193898/

Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 73

Se publica con permiso de The Royal Society of Chemistry (RSC) a nombre del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) y RSC. Fuente: http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/cc/c2cc90157a/unauth#!divAbstract

Ciclofanos: receptores selectivos para el reconocimiento de moléculas de interés biológico Nelson Núñez Dallos

Ciclofanos: receptores selectivos para el reconocimiento de moléculas de interés biológico

Nelson Núñez Dallos M. Sc., estudiante de doctorado en Química en la Universidad de los Andes ng.nunez@uniandes.edu.co

El diseño y desarrollo de nuevos receptores para el reconocimiento selectivo de iones metálicos y moléculas biológicamente importantes, han adquirido importancia en los últimos años debido a sus aplicaciones en biología y medicina. Entre estos receptores se destacan los ciclofanos, que son sistemas cíclicos con una cavidad bien definida, y actúan como anfitriones con la capacidad de encapsular iones y moléculas huésped en su interior. En este artículo se presentan avances recientes del uso de ciclofanos solubles en agua como quimiosensores selectivos para el reconocimiento y detección de glucosa, con posible aplicación en el monitoreo de glucosa en personas diabéticas. También se muestra el potencial de estos sistemas como moléculas quelantes en el tratamiento de enfermedades asociadas a la acumulación localizada de metales, tales como el Parkinson y el Alzheimer, entre otros ejemplos. Las moléculas presentan dos tipos de interacciones, principalmente: interacciones covalentes y no covalentes. Las covalentes corresponden a los enlaces fuertes que existen entre los átomos para formar la estructura de las moléculas, y las no covalentes, a las interacciones débiles que existen entre las moléculas. Estas últimas se conocen como interacciones intermoleculares, y constituyen el campo de estudio de la química supramolecular. En los últimos años, la química supramolecular se ha enfocado en el diseño y síntesis de nuevos receptores moleculares útiles para el reconocimiento selectivo de moléculas de importancia biológica y química. Este reconocimiento molecular selectivo está regido por fuerzas no covalentes entre una molécula anfitriona y una molécula huésped, y es llamado reconocimiento anfitrión-huésped. Entre los receptores moleculares útiles para la química del reconocimiento anfitrión-huésped se destacan los ciclofanos. Por tener una estructura rígida con una cavidad bien definida, estos actúan como anfitriones que pueden encapsular y estabilizar moléculas huésped por medio de diversas interacciones no covalentes. El reconocimiento molecular corresponde a la interacción entre dos moléculas, y generalmente está regido por una sola fuerza o una combinación de fuerzas no covalentes, tales como puentes de hidrógeno, enlaces de coordinación con metales, interacciones hidrofóbicas, apilamiento π, Van der Waals, e interacciones electrostáticas [1]. El entendimiento de la importancia del reconocimiento molecular en diversos procesos biológicos que involucran enzimas, ácidos nucleicos y anticuerpos, entre otros, ha ayudado a los químicos a diseñar sistemas sintéticos análogos con propiedades interesantes [2]. El diseño de receptores para una molécula huésped específica requiere un conocimiento de las características

76 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

estructurales, así como de las interacciones intermoleculares favorecidas para dicha molécula. Aunque las interacciones no covalentes son más débiles que los enlaces covalentes, el efecto cooperativo de varias de estas interacciones ayudará a reforzar el proceso de reconocimiento selectivo. Por lo tanto, los receptores que tengan distintas posibilidades de unión a la molécula de interés mediante interacciones no covalentes serán sondas moleculares selectivas y eficientes [1, 2]. En los últimos años el diseño y desarrollo de receptores moleculares selectivos de moléculas biológicamente importantes, tales como aminoácidos, proteínas, carbohidratos, nucleótidos y ácidos nucleicos, han adquirido mucha importancia debido a sus posibles aplicaciones en biología y medicina [2, 3]. Entre esos estudios se destaca el uso de diversos ciclofanos funcionalizados para el reconocimiento selectivo de biomoléculas importantes. Los ciclofanos se pueden definir como una clase de compuestos cíclicos que constan de unidades aromáticas unidas entre sí a través de puentes adecuados y grupos espaciadores (figura 1). El tamaño de la cavidad y las propiedades exhibidas por estos sistemas se pueden modificar variando la parte aromática, la unidad de puente o los grupos espaciadores. Estos sistemas cíclicos tienen una cavidad de tamaño definido y son eficientes en la encapsulación y la estabilización de moléculas huésped en el interior de la cavidad mediante diversas interacciones no covalentes. Esta propiedad característica de los ciclofanos ha sido ampliamente estudiada para desarrollar sondas selectivas de una variedad de moléculas huésped [2, 4]. Debido a la facilidad de funcionalización, los ciclofanos se han utilizado como receptores de aniones, cationes y moléculas neutras, pero también de biomoléculas tales como aminoácidos, proteínas, carbohidratos, nucleósidos, nucleótidos y ácidos nucleicos. La presencia de una cavidad bien definida y una alta solubilidad en agua hacen a los ciclofanos ideales para el reconocimiento biomolecular. Sin embargo, aunque varios derivados Unidad puente Favorece interacciones electrostáticas

de ciclofanos se han utilizado con eficacia en la formación de complejos anfitrión-huésped, el diseño de ciclofanos solubles en agua que retienen la capacidad de reconocimiento en medio acuoso ha sido difícil [4,5]. A continuación se muestran algunas aplicaciones de los ciclofanos como receptores selectivos para el reconocimiento de moléculas de interés biológico. LECTINA SINTÉTICA: CICLOFANO PARA EL RECONOCIMIENTO Y DETECCIÓN DE GLUCOSA Una aplicación clave de los receptores selectivos de glucosa es el monitoreo de glucosa en personas diabéticas. El reconocimiento de carbohidratos en solución acuosa es un desafío para la química supramolecular. Los carbohidratos son especies hidrofílicas, y por lo tanto difíciles de extraer del agua. Por tener varios grupos hidroxilos, los carbohidratos no pueden ser distinguidos fácilmente por los receptores naturales o sintéticos, ya que se confunden con las moléculas de agua. En un estudio reciente se reportó la obtención de una lectina sintética para el reconocimiento y detección de glucosa. Esta nueva lectina sintética soluble en agua consiste en un receptor molecular cíclico tipo ciclofano (figura 2) [3]. Se encontró que la lectina sintética se une a la glucosa con excelente selectividad, en comparación con otros monosacáridos comunes (por ejemplo, 50:1 frente a la galactosa), y tiene la afinidad suficiente para detectar glucosa en concentraciones encontradas en la sangre. Este nuevo receptor también presenta características convenientes de emisión de fluorescencia, que responden a la unión con el sustrato y proveen un sistema de señalización para la detección de glucosa. La estructura tridimensional de este macrociclo y su complejo con metil β-Dglucósido se muestra en la figura 3. En el complejo, el receptor forma cuatro puentes de hidrógeno intermoleculares NH---O con cuatro oxígenos del sustrato; también se presentan seis contactos CH-π entre el sustrato y el receptor (figura 3b) [3].

Grupo espaciador Controla el tamaño de la cavidad y la rigidez

NH2

H2N

O PFPO PFPO

i. Alta dilución ii. CF3CO2H luego NaOH

O Y O

Y = NHC(CH2OCH2CH2CO2t Bu)3 PFP = Pentafluorofenil O NH

O −O

O O O

−O

−O Parte aromática Facilita apilamiento π e interacciones π-catión

Cavidad Estabiliza los complejos de inclusión

Figura 1. Representación esquemática de los sitios de unión en un ciclofano funcionalizado. Fuente: ilustración del autor.

O NH

NH NH

NH O

O− O−

O O

O O− O

NH O

Figura 2. Síntesis y estructura de una lectina sintética para el reconocimiento y detección de glucosa. Fuente: adaptada con permiso de Macmillan Publishers Ltd.: Nature Chemistry, referencia [3], copyright (2012).

Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 77

Figura 3. a) Estructura tridimensional más estable de la lectina sintética. Las cadenas laterales que hacen al compuesto soluble en agua se omiten para mayor claridad. b) Estructura del complejo de lectina sintética con metil β-D-glucósido. Fuente: adaptada con permiso de Macmillan Publishers Ltd.: Nature Chemistry. Referencia [3], copyright (2012). Convención para el color de los átomos N: azul, O: rojo, C: negro, H: blanco

CICLOFANOS PARA EL RECONOCIMIENTO DE NUCLEÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS Recientemente, se sintetizó una serie de nuevos ciclofanos solubles en agua que contienen unidades de antraceno conectadas entre sí por diferentes unidades puente y grupos espaciadores. En ese estudio se investigó la interacción de los ciclofanos con diversos nucleósidos y nucleótidos bajo condiciones de pH fisiológico, y se encontró que uno de los ciclofanos forma complejos estables únicamente con 5’-ATP (adenosín trifosfato) y 5’-GTP (guanosín trifosfato), mediante múltiples interacciones no covalentes (figura 4) [2, 6]. Para la detección selectiva de 5’-ATP y 5’-GTP en buffer y en fluidos biológicos se realizó un ensayo de desplazamiento del indicador de fluorescencia (en inglés, FID: fluorescence indicator displacement), usando 8-hidroxi-1,3,6-pireno trisulfonato (HPTS) como indicador fluorescente. El ensayo de desplazamiento del indicador de fluorescencia permite que un indicador se una reversiblemente a un receptor, seguido por el desplazamiento del indicador a través de una competencia con el analito. En este proceso las propiedades ópticas del indicador cambian notablemente. Cuando se realizó la titulación del ciclofano con N

HPTS se observó una desaparición completa de la intensidad de fluorescencia de HPTS. El complejo no fluorescente formado (ciclofano•HPTS) se tituló con varios nucleósidos y nucleótidos. Esto llevó al desplazamiento de HPTS del complejo y provocó la reactivación de la intensidad de fluorescencia (figura 5). Se observó que 5’-GTP produjo el máximo desplazamiento de HPTS del complejo Ciclofano•HPTS, con un aumento 150 veces mayor en la intensidad de fluorescencia, mientras que el incremento en la intensidad fue 45 veces mayor con el nucleótido 5’-ATP, que es estructuralmente similar a 5’-GTP [2, 7]. Los resultados del estudio de la interacción de estos ciclofanos con varios nucleósidos y nucleótidos indicaron que la rigidez y tamaño de la cavidad, la superficie aromática y la naturaleza de unidades puente dictan la estabilidad del complejo supramolecular, y por lo tanto dirigen las propiedades de reconocimiento biomolecular de estos ciclofanos [4]. AMINOÁCIDOS MACROCÍCLICOS: CICLOFANOS COMO RECEPTORES DE IONES METÁLICOS Los ciclofanos también se describen como macrociclos por tratarse de moléculas cíclicas con tres o más potenciales átomos donadores de electrones (por ejemplo, N, O), que pueden enla-

Interacciones electrostáticas

Apilamiento π

Cavidad PO44−

10,35 A 4CI

Base

NH2 O O

P O

O O

P O

O O

Azúcar

N Antraceno

O 5'-ATP

4,4'-bipiridina

Figura 4. Representación esquemática del reconocimiento de 5’-ATP por un ciclofano soluble en agua que contiene unidades de antraceno como parte aromática y 4,4’-bipiridina como unidad puente. Fuente: adaptada con permiso de los autores (referencia [6]). Copyright 2005, American Chemical Society.

78 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

NaO3S

SO3Na

Aumento de fluorescencia (%)

150 4CI

A 100

HPTS

5'-GTP FID

HPTS 50

[A-HPTS]

[A-5'-GTP]

OFF

Fluorescencia ON

0 5'-AMP 5'-ADP 5'-CTP 5'-UTP 5'-ATP 5'-GTP Figura 5. Reconocimiento selectivo de 5’-GTP por un ciclofano soluble en agua mediante el ensayo de desplazamiento del indicador de fluorescencia. Fuente: adaptada con permiso de los autores (referencia [7]). Copyright 2006, American Chemical Society.

zarse a iones metálicos. En este tipo de compuestos las modificaciones estructurales modulan la selectividad de la cavidad para la formación de complejos (quelatos) con iones metálicos divalentes [8]. La búsqueda de pequeñas moléculas quelantes es un área de investigación interesante, ya que se constituyen en una de las futuras estrategias para el tratamiento de enfermedades asociadas a la acumulación localizada de metales, tales como el Parkinson y el Alzheimer. Entre estas moléculas se encuentran como candidatos los aminoácidos macrocíclicos. En un estudio reciente, se publicó que ciertos aminoácidos macrocíclicos tipo ciclofano forman complejos estables con cationes como Cu(II), Zn(II), y Ni(II). En estos macrociclos, con átomos electrodonores (N, O), se observa que la presencia del grupo carboxilato es importante en la coordinación con el ión metálico (figura 6) [8]. Teniendo en cuenta la capacidad de los ciclofanos para llevar huéspedes dentro de su cavidad, el diseño y síntesis de sondas moleculares específicas y selectivas, así como de sistemas de liberación controlada de fármacos basados en ciclofanos es un campo de investigación de gran interés en la actualidad [9-12]. •

O HO

REFERENCIAS [1] Steed JW, Atwood JL. Concepts. En: Supramolecular Chemistry. Chichester: John Wiley & Sons, Ltd; 2009. [2] Ramaiah D, Neelakandan PP, Nair AK, Avirah RR. Functional cyclophanes: Promising hosts for optical biomolecular recognition. Chemical Society Reviews 2010; 39(11): 4158-4168. [3] Ke C, Destecroix H, Crump MP, Davis AP. A simple and accessible synthetic lectin for glucose recognition and sensing. Nature Chemistry 2012; 4(9): 718-723. [4] Neelakandan PP, Nandajan PC, Subymol B, Ramaiah D. Study of cavity size and nature of bridging units on recognition of nucleotides by cyclophanes. Organic & Biomolecular Chemistry 2011; 9(4): 1021-1029. [5] Diederich F. Molecular recognition studies with cyclophane receptors in aqueous solutions. En: Gleiter R, Hopf H, eds. Modern cyclophane chemistry. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA; 2005. [6] Neelakandan PP, Hariharan M, Ramaiah D. Synthesis of a novel cyclic donor-acceptor conjugate for selective recognition of ATP. Organic Letters 2005; 7(26): 5765-5768. [7] Neelakandan PP, HariharanM, Ramaiah D. A Supramolecular ON-OFF-ON fluorescence assay for selective recognition of GTP. Journal of the American Chemical Society 2006; 128(35): 11334-11335. [8] Pellico D, Gomez-Gallego M, Escudero R, Ramírez-López P, Olivan M, Sierra MA. C-Branched chiral (racemic) macrocyclic amino acids: structure of their Ni(II), Zn(II) and Cu(II) complexes. Dalton Transactions 2011; 40(36): 9145-9153. [9] Kotha S, Mandal K. Suzuki-Miyauracross-coupling and ringclosing metathesis: a strategic combination for the synthesis of cyclophane derivatives. European Journal of Organic Chemistry 2006; 2006(23): 5387-5393. [10] Davis F, Higson S. Cyclophanes. En: Macrocycles: construction, chemistry and nanotechnology applications. Chichester: John Wiley & Sons, Ltd.; 2011. [11] Núñez-Dallos N, Reyes A, Quevedo R. Hydrogen bond assisted synthesis of azacyclophanes from L-tyrosine derivatives. Tetrahedron Letters 2012; 53(5): 530-534. [12] Gulder T, Baran PS. Strained cyclophane natural products: macrocyclization at its limits. Natural Product Reports 2012; 29(8): 899-934.

O HN

NH O

Ni(II)

Figura 6. Estructura del complejo formado entre el catión Ni(II) y un aminoácido macrocíclico tipo ciclofano. Se omiten los átomos de hidrógeno para mayor claridad. Fuente: [8]. Editado por el autor

Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 79

Travesía por los volcanes del sistema solar David Tovar Rodríguez, Santiago Vargas Domínguez

Fuente: http://www.goodwp.com/nature/30605-stars-shooting-stars-universe-night-mountainssky-space-meteor-shower-night-volcano.html Composici贸n: Autores

Travesía por los volcanes del sistema solar

Si puedes oírlo, es bastante activo… Robert Gross

David Tovar Rodríguez Geólogo, estudiante de maestría en Geología Planetaria en la Universidad de Minnesota, Minneapolis, Estados Unidos tovar035@d.umn.edu

Santiago Vargas Domínguez Ph. D. Docente investigador del Observatorio Astronómico de la Universidad Nacional de Colombia svargasd@unal.edu.co

Nuestra comprensión acerca de cómo funciona la naturaleza, de qué está constituida y cómo evoluciona a lo largo del tiempo y del espacio debe considerarse como uno de los más grandes logros de nuestra especie. Sin ir más lejos, aunque más adelante lo haremos, ya que exploraremos varios cuerpos del sistema solar, en los últimos siglos nuestra visión de algunos de los fenómenos más asombrosos y a la vez peligrosos del planeta Tierra, ha cambiado drásticamente. Desde terremotos, pasando por deslizamientos, inundaciones y tsunamis, hasta erupciones volcánicas, nos hemos dado cuenta de que nuestro planeta estuvo, está y estará cambiando permanentemente. En este artículo nos centraremos en la actividad volcánica para hacer referencia no solo al proceso eruptivo (vulcanismo), sino también a los volcanes (geoformas) que están estrechamente ligados a este proceso. Aunque existe multitud de definiciones de la palabra volcán, en simples palabras se puede definir como aquella geoforma que se caracteriza por erupcionar hacia la superficie roca fundida proveniente del interior de un planeta o luna. Los volcanes, de manera muy general, pueden estar constituidos por un “edificio” que alberga en su interior un conducto denominado “chimenea” que permite el ascenso del magma desde el manto hasta la superficie. Una vez en la superficie, al magma se le denomina lava, y su viscosidad depende principalmente de su temperatura y composición. Los volcanes terrestres tienen diversas formas y tamaños, que están estrechamente ligados a la composición de sus respectivos magmas, tipos de erupción y ambientes tectónicos; en otras palabras, en nuestro planeta los volcanes se comportan de diversas maneras, dependiendo de su ubicación geológica, mas no geográfica (figura 1). Pocos volcanes son producto del ascenso del magma desde el núcleo externo líquido, hacia la superficie, conocidos como puntos calientes (como los de Hawái, Yellowstone

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Figura 1. a. Parte superior izquierda: volcán Sakurajima (Japón); b. Parte superior derecha: volcán Kilauea (EE. UU); c. Parte inferior izquierda: volcán Karymsky (Rusia); d. Parte inferior derecha: volcán Tungurahua (Ecuador) Fuente: United States Geological Survey (USGS) / Hawaiian Volcano Observatory (USGS-HVO) / Observatorio Volcán Tungurahua (OVT) / Martin Rietze

y las islas Galápagos, por mencionar algunos), si se comparan con la mayoría, generados en los límites de placas, ya sea en zonas de subducción (regiones donde la corteza oceánica, densa y antigua, se introduce por debajo de la corteza continental, joven y de menor densidad) o en zonas de expansión del suelo oceánico (ridges oceánicos). En escalas de tiempo geológicas, las erupciones volcánicas, junto con la tectónica de placas, han sido uno de los procesos más relevantes que han contribuido a la transformación de nuestro planeta, pues crean nuevos suelos, aportan nutrientes y minerales que posteriormente son absorbidos por las plantas, y son recicladores del carbón depositado en el fondo de los mares. Sin embargo, uno de sus aportes más importantes es el de actuar como válvulas de escape para mantener un equilibrio entre las fuerzas internas de la Tierra. Pero entonces ¿qué se necesita para que se produzca vulcanismo? Hay dos requisitos básicos: primero, contar con una fuente térmica que funda el material que posteriormente va a ser expulsado, y segundo, que exista material para fundir. Actualmente se tiene un registro aproximado de 1.500 volcanes activos en nuestro planeta, de los que vale la pena resaltar al volcán Mauna Loa en Hawái, Estados Unidos, clasificado como el de mayor tamaño, con un volumen de aproximadamente 80.000 kilómetros cúbicos; el volcán Ojos del Salado, localizado entre Argentina y

Chile, catalogado como el más alto (teniendo como referencia al nivel del mar), con una altura de 6.892 metros. En nuestro país contamos con varios volcanes activos e inactivos, entre los que se destacan el volcán Galeras, en Nariño, el volcán Nevado del Ruiz, cuya erupción en 1985 cubrió casi por completo la ciudad de Armero, Tolima, y dejó un saldo de aproximadamente 25.000 víctimas, el volcán Cerro Machín y el volcán Azufral, entre otros. VOLCANES FUERA DE ESTE MUNDO… ¡LITERALMENTE HABLANDO! La exploración espacial le ha permitido a nuestra especie enviar misiones a varios sitios del sistema solar, como Venus, Marte, Júpiter y Plutón (que, por cierto, el 14 de julio del presente año será visitado por la misión New Horizons, de la NASA), y descubrir que casi todos los cuerpos rocosos —lunas y planetas— presentan actividad volcánica, o alguna vez la tuvieron. Un ejemplo claro de antigua actividad volcánica es el caso de nuestro satélite natural, la Luna. Cuando en 1969 la misión Apolo 11, de la NASA, alunizó, y por primera vez un humano se posó en su superficie, lo hizo sobre flujos de lava en el Mar de la Tranquilidad. Estos “mares”, observados por Galileo Galilei en 1610 por medio del telescopio, no son más que flujos de lava basáltica (rocas volcánicas con poco contenido de cuarzo y con por lo menos

Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 83

Figura 2. Fotografía del monte Olimpo, en Marte. La imagen es un mosaico armado a partir de fotografías tomadas por el Viking 1 y técnicas de procesamiento digital. Fuente: NASA/Goddard Space Flight Center

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importante debate sobre pruebas concluyentes que demuestren la presencia de volcanes activos en ese planeta.

Figura 3. Erupción de Pele Patera captada por la misión Voyager 1 en 1979. La columna de piroclastos alcanza los 300 kilómetros de altura. Una vez el material cae por acción del campo gravitacional de Io, este cubre un área ligeramente mayor a la de Colombia y Ecuador juntos. Fuente: NASA/JPL/USGS

65% de feldespato-plagioclasa) que cubren gran parte del lado cercano de la Luna, y que se caracterizan por no presentar ni el mínimo rastro de agua, molécula que casi siempre está presente en lavas terrestres. Estas propiedades, estudiadas por primera vez gracias a las muestras que trajeron los astronautas del programa Apolo, nos han permitido entender la vital importancia de la evolución del satélite natural de la Tierra. En este recorrido por los volcanes del sistema solar nos encontramos con un planeta cuya densidad, volumen, campo gravitacional, composición y régimen térmico son muy similares a los del nuestro; nos referimos al planeta Venus. John Guest, miembro del equipo de la misión Magallanes, cuando le preguntaron sobre los resultados obtenidos por dicha misión, dijo: “Venus es un paraíso para los vulcanólogos, pero una pesadilla para los geólogos estructurales”. Este planeta es considerado el “hermano gemelo” de la Tierra, pero en realidad dista mucho de serlo. Venus tiene una atmósfera 90 veces más densa que la atmósfera terrestre, y está compuesta principalmente por dióxido de carbono; esto significa que estar en la superficie de Venus sería equivalente a estar aproximadamente a un kilómetro de profundidad bajo el mar, en la Tierra. Además, las altas temperaturas en su superficie (aproximadamente 470 ºC), producto del efecto invernadero, hacen de este planeta un verdadero infierno. Pero ¿dónde están los volcanes? Pues bien, a pesar de no poder observar su superficie directamente, debido a su densa atmósfera, observaciones en la frecuencia de radio hechas por la misión Magallanes en la década de los noventa revelaron que tanto cráteres de impacto como volcanes están distribuidos globalmente. Existen 1.194 centros volcánicos identificados cuyo diámetro excede los 20 kilómetros, y 167 volcanes con diámetro mayor a 100 kilómetros. Según información de la sonda Venus Express, de la Agencia Espacial Europea (ESA), que orbitó el planeta hasta enero de 2015, las concentraciones de dióxido de azufre en la atmósfera están presentando grandes variaciones, cuya causa podría ser la actividad volcánica actual. Aún hay un

Continuando nuestro recorrido, el siguiente destino es el planeta Marte, que pese a tener menor masa, ser más pequeño que la Tierra y no presentar placas tectónicas, preserva en su superficie uno de los paisajes volcánicos más llamativos del sistema solar. Marte, por tener menos masa que la Tierra, y por consiguiente, un campo gravitacional menor, facilitó la acumulación de lava que posteriormente se convertiría en inmensos edificios volcánicos. Esto, sumado a la ausencia de placas tectónicas, permite que la fuente que provee magma desde el interior del planeta hacia la superficie alimente al edificio volcánico por largos períodos de tiempo, que en términos geológicos equivaldría a rangos que van de tan solo unos cuantos millones de años a decenas de millones de años, lo que da lugar a que dicho edificio crezca de manera descomunal, en comparación con sus equivalentes terrestres. El monte Olimpo (Olympus Mons, según la designación oficial de la Unión Astronómica Internacional), con sus casi 25 kilómetros de altura, es, de hecho, el volcán más alto de todo nuestro vecindario —unas tres veces el tamaño del monte Everest en la Tierra— (figura 2). Con casi 600 kilómetros de diámetro, es tan extenso como viajar de Bogotá a Pasto en línea recta. Respecto a los volcanes marcianos, dos observaciones generales pueden ser abordadas antes de entrar a describir pequeños detalles: 1. A gran escala, los volcanes de Marte son geomorfológicamente similares a los terrestres (aunque con diferentes escalas de tamaño), lo que indica a los geólogos planetarios que los procesos eruptivos de Marte no fueron diferentes a los de los estilos y procesos volcánicos de la Tierra. Esta inferencia nos permite establecer, con alto grado de confianza, ciertas suposiciones que nos sirven como punto de partida para entender la evolución de los volcanes marcianos, basándonos en la volcanología tradicional; y 2. Los volcanes marcianos se encuentran localizados en terrenos con varias edades relativas, lo cual indica que el vulcanismo jugó un papel fundamental en los procesos geológicos marcianos a lo largo de la historia. Pero no solo existen volcanes en los planetas rocosos del sistema solar. Nuestro viaje continúa hacia el que es considerado el cuerpo con mayor actividad volcánica de todo el sistema solar, Io, la luna galileana más interior de Júpiter. Allí la actividad volcánica y las geoformas de los edificios volcánicos son de un nivel jamás antes visto en otro planeta o luna de nuestro vecindario. En términos coloquiales, ¡es el Hulk de los Avengers! Varios avistamientos hechos desde observatorios terrestres (principalmente en el infrarrojo) revelaron una concentración muy alta de azufre que de inmediato se atribuyó a la reciente actividad volcánica. No fue sino hasta la llegada de la misión Voyager 1 a Júpiter, en 1979, que se pudo confirmar la sospecha de vulcanismo activo en Io. El Voyager 1 logró una de las imágenes más

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otro hemisferio es liso y sin presencia considerable de cráteres, evidencia de una actividad geológica reciente.

Corte transversal generalizado de una estructura tipo estrato volcán.

Cráter Lava / Magma Cono

Cono secundario

Lava endurecida

Chimenea

Corteza

Cámara magmática

Crédito: Josefa Ortiz

impresionantes en la historia de la exploración espacial, al registrar una columna eruptiva de más de 300 kilómetros de altura; para contextualizar al lector, la altura aproximada a la cual orbita la Estación Espacial Internacional (ISS por sus siglas en inglés) sobre la superficie terrestre, es de 400 kilómetros. ¡Wow! (figura 3). ¡Pero eso no es todo! A diferencia de sus símiles volcánicos, cuyas erupciones son producidas por procesos endógenos, es decir, por actividad interna del planeta exclusivamente, en Io la actividad volcánica se debe a efectos de marea producidos por el planeta Júpiter y la resonancia orbital con sus vecinas, las lunas Europa, Ganímedes y Calisto, que básicamente “exprimen” a Io. Por lo tanto, procesos tanto exógenos (producidos por las fuerzas de marea) como endógenos (calentamiento del interior por fricción mareal consecuencia de las fuerzas de marea) controlan la actividad volcánica de esta luna, que tiene un tamaño muy similar al de nuestra Luna. En el polo norte se encuentra localizado el más extenso volcán de Io, Tvashtar Patera, que con un diámetro de 306 kilómetros, es comparable, geomorfológicamente hablando, a la caldera Toba, en Indonesia, cuyo diámetro es de 100 kilómetros. Finalmente, nuestro viaje culmina en uno de los cuerpos más intrigantes y prometedores para los geólogos planetarios, astrobiólogos y astrónomos: la luna Encélado del planeta Saturno. Esta luna, que en tamaño es mucho más pequeña que la nuestra —tan solo 250 kilómetros de radio—, se caracteriza por tener medio hemisferio completamente cubierto de cráteres, lo cual indica una superficie inalterada por procesos geológicos activos recientes y con edades relativas muy antiguas, mientras que su

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En los últimos años se ha acuñado el término criovulcanismo, que designa el proceso por el cual se presenta erupción de agua en estado líquido o gaseoso, u otro tipo de elementos volátiles, que se congelarían en la superficie de esa luna, una vez expulsados y depositados sobre ella; este proceso es más parecido al de géiseres que al de erupciones volcánicas propiamente dichas. En el 2005, la nave Cassini pudo observar con gran detalle la superficie de Encélado e identificar chorros de partículas congeladas en la zona polar al sur del satélite. Se pudieron identificar, además, vapor de agua y pequeñas cantidades de metano, nitrógeno y dióxido de carbono en el momento en que eran expulsados por criovolcanes activos. Encélado presenta lo que parece ser agua superficial que fluye a lo largo de unos lineamientos denominados “rayas de tigre”. Para los astrobiólogos este escenario tiene un potencial enorme, ya que la vida, tal y como la conocemos en nuestro planeta, puede sostenerse con la condición de que haya agua líquida y una fuente de calor; en Encélado tenemos ambas, así que las posibilidades de encontrar algún tipo de vida son grandes (figura 4). Finalmente regresamos a nuestro planeta y a nuestro país, para destacar la labor realizada en los últimos años por el equipo encabezado por la doctora María Luisa Monsalve y su equipo de trabajo, del que forma parte el geólogo Jesús Bernardo Rueda (que al igual que los autores del presente artículo, es investigador del Grupo de Ciencias Planetarias y Astrobiología, Titán) en el descubrimiento de un nuevo volcán en nuestro país, bautizado como El Escondido, en la zona selvática del corregimiento de Florencia, en Samaná (Caldas). En el caso de este volcán, las evidencias apuntan a que posiblemente esté inactivo, aunque se cree que erupciones pasadas (hace unos 30.000 años) cubrieron parte del territorio nacional, en especial de Antioquía y Caldas. El apasionante mundo de la vulcanología planetaria nos ha mostrado cómo los cuerpos rocosos del sistema solar, a pesar de parecer calmados y apacibles, pueden presentar gran actividad global dominada por volcanes. ¡Qué gran época para estar vivo y ser parte de esta emocionante aventura del conocimiento! • REFERENCIAS [1] Sigurdsson H, Houghton B, McNutt S, Rymer H, Stix J. Encyclopedia of volcanoes. San Diego: Academic Press, 1999. [2] Davies AG. Volcanism on Io: A Comparison with Earth: Cambridge: Cambridge University Press; 2014. [3] SW Bougher, DM Hunten, RJ Phillips. Venus II - Geology, geophysics, atmosphere, and solar wind environment. Space Science Reviews 1998; 85(3-4): 550-551.

Figura 4. Imagen de Encélado, luna de Saturno, en la que se aprecia con gran detalle la compleja estructura de su superficie, con un gran número de fracturas (arriba), y detalle de los chorros de hielo o géiseres en su superficie (abajo), fotografiados por la nave Cassini a su paso por este satélite de Saturno en el 2009. Fuente: NASA/JPL/SSI

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Ingreso y permanencia: ¿por qué los jóvenes colombianos no quieren estudiar ciencias, tecnología y matemáticas?

Fotografía: http://galleryhip.com/hyperactive-children.html

Paula Catalina Luna A.

Ingreso y permanencia: ¿por qué los jóvenes colombianos no quieren estudiar ciencias, tecnología y matemáticas?

Paula Catalina Luna A. Química, estudiante de maestría en Química en la Universidad de los Andes pc.luna10@uniandes.edu.co

En el mundo contemporáneo el desarrollo de la ciencia y la tecnología ha llegado a extremos nunca antes vistos en las sociedades occidentales, debido a esto se les considera factores de desarrollo para cualquier nación. Sin embargo, entre los jóvenes se ha venido generando una postura escéptica sobre la ciencia [1], particularmente en los países de economías desarrolladas, como Japón, Alemania, Austria o los países escandinavos [2]. Esta situación crea un problema en la medida en que el abandono de las aulas de ciencias implica una disminución del número potencial de futuros científicos, esto tiene un efecto desfavorable en las proyecciones relativas a la ciencia y la tecnología previstas en las agendas de los diferentes países. Lamentablemente, este problema no solo aqueja a los países desarrollados, sino también a un buen número de países latinoamericanos [3]. Un estudio realizado en Colombia por el Observatorio de Ciencia y Tecnología, en el que participaron 6.500 estudiantes que cursaban el último año de bachillerato en Bogotá, permitió concluir que, a pesar de que los jóvenes tienen una buena apreciación de los beneficios de la ciencia y la tecnología, muy pocos consideran una carrera científica como una opción profesional [3]. Una de las razones que se suele mencionar para justificar el bajo número de matrículas en las carreras de ciencias, tecnología y matemáticas (ctm) es la presencia de un alto contenido de matemáticas en sus programas curriculares. No obstante, los programas de ingenierías, que tienen los contenidos de matemáticas más amplios, son los más apreciados en nuestro país. El prestigio de las carreras de ingeniería, comparado con el de las carreras de ciencias, está asociado a la proyección laboral, pues se cree que el trabajo de ingenieros es más estable —al menos en nuestro contexto local y según ese estudio—. Otro estudio relevante realizado en el país en 2013, fue el proyecto IRIS (Interests & Recruitment in Science). El proyecto estudia los factores que influyen en la elección que hacen los jóvenes, particularmente las mujeres, a la hora de optar por una carrera relacionada con CTM, una perspectiva novedosa, si se tiene en cuenta que normalmente solo se visualizan las opiniones de quienes no ingresan a estas carreras, y no de quienes sí las eligen. Para este estudio se aplicó una encuesta respondida de manera voluntaria por 1.200 estudiantes de primero a tercer semestre de carrera profesional de diferentes universidades públicas y privadas.

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Figura 1. La inteligencia artificial es una muestra del desarrollo que ha alcanzado la ciencia y la tecnología. Fuente: http://pixabay.com/es/robot-inteligencia-artificial-mujer-507811/ Tabla 1. Factores que influyen en la elección de carrera Influencias Mujeres

Hombres

Buenos profesores

61%

51%

Madre

40%

30%

Programas de televisión

69%

68%

Fuente de autor

Participaron 68% de hombres y 32% de mujeres, dato que refleja el predominio masculino, con un promedio de edad de 19 años, pertenecientes a las carreras de biología (12,6%), estadística (6,4%), farmacia (2,2%), física (6,2%), geología (0,9%), matemáticas (7,4%), química (14,0%) y de las siguientes ingenierías: sistemas (7,8%), electrónica (12,4%), mecánica (9,1%), química (19,2%) y otras (1,7%).

sidad) opinaron que sus maestros no eran influyentes para elegir su carrera, y reconocieron que su familia, en cambio, ejercía una influencia determinante [3]. Otra conclusión relevante que este estudio arrojó fue que los jóvenes de estas carreras se encontraban altamente motivados y que no pretendían abandonarlas (véase tabla 2). Tabla 2. Vida universitaria y permanencia Experiencias como estudiante universitario Mujeres

Hombres

Disfruto la compañia de mis compañeros

77%

67%

Siento que encajé bien

70%

64%

Veo la relevancia de lo que aprendo

89%

84%

Mi carrera concuerda con quien soy

84%

82%

Estoy muy motivado

93%

94%

Fuente de autor

La principal conclusión de este estudio fue que las personas más influyentes para estos jóvenes, a la hora de elegir su carrera, fueron sus buenos profesores y padres, particularmente la madre (véase Tabla 1). Este resultado contrasta con el de la encuesta del Observatorio Colombiano de Ciencia y Tecnología (OcyT), en la que los jóvenes (que no estudian aún en la univer-

Ahora, si los estudiantes mencionaron estar motivados para estudiar ciencias, si en el momento en que contestaron la encuesta no deseaban abandonar sus carreras, ¿cómo se explica que en nuestro país los índices de deserción de estas carreras, antes de culminar la mitad de los estudios, superen el 50%? [4].

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Figura 2. La deserción en las carreras de CTM es superior al 50%. Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gambian_classroom.jpg

Las autoras del estudio IRIS aplicado en Colombia afirman que la universidad, por sus currículos poco flexibles, por la forma de evaluación, por las deficiencias en los sistemas de tutorías y por las relaciones poco cercanas entre maestros y estudiantes, entre otros factores, frustran las expectativas de los estudiantes. Con respecto al aprendizaje, la calidad de la enseñanza, lo interesante de los contenidos, la relevancia de la carrera y su aplicación, los motivan a seguir estudiando; pero a nivel afectivo se generan carencias, ya que la universidad se ha convertido en una barrera que incomunica sus aspiraciones y expectativas del pasado con lo que pueden encontrar en el futuro.

“Disfruto de la compañía de otros estudiantes, pero tengo que trabajar más duro de lo que esperaba […] A los profesores no les interesa si aprendo o no”. (Testimonio, iris Colombia, 2013)

A pesar de los esfuerzos por mejorar la relación de los jóvenes con la ciencia desde la didáctica de las ciencias, el punto es que, al menos en nuestro contexto cultural, muchos de esos esfuerzos no se están emprendiendo en la universidad, lugar donde se debilita el interés de los chicos por estas carreras. Se ha observado que algunos juegos, como versiones especiales de Angry Birds, pueden usarse en la etapa preescolar para desarrollar diversas habilidades cognitivas, iniciativa adoptada por la Universidad de Helsinki, de Finlandia. Como este, existen otros casos de inclusión de videojuegos y otras herramientas en

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Figura 3. Comentario de una estudiante de química Fuente: http://pixabay.com/en/adult-cute-face-female-girl-15814/

la educación en diversas etapas del desarrollo infantil, cuyo propósito es facilitar la enseñanza de la ciencia. Se reconoce el poder de estas herramientas para fortalecer habilidades cognitivas, espaciales y motoras, para reconocer la relación causa-efecto, para facilitar la solución de problemas complejos, para aumentar la creatividad, para estimular la competencia con otros equipos, para aprender a seguir reglas y manejar situaciones que pueden poner en riesgo la vida de las personas, etc. [5]. El problema es que aún no se concibe que herramientas de este tipo puedan incluirse en espacios de enseñanza universitaria, así como tampoco se acostumbra usar tecnologías didácticas en carreras de CTM. Parece no existir una investigación profunda sobre la didáctica y la pedagogía en la enseñanza de las ciencias en el nivel universitario, porque se considera que los profesores están capacitados para enseñar y para comunicarse con sus estudiantes, cuando realmente la experiencia cognitiva no garantiza la posesión de las habilidades necesarias para enseñar. De igual forma, la diferencia generacional entre profesores y alumnos requiere un gran

compromiso de innovación por parte de los docentes para lograr una comunicación efectiva con sus estudiantes. El panorama nacional no parece muy prometedor respecto al tema de investigación en educación, en particular en la enseñanza de las ciencias. Aunque en 2009, con la Ley 1286, se transformó Colciencias y se planteó una serie de objetivos para fortalecer el Sistema Nacional de Ciencia y Tecnología, estas políticas, que se proponían “incorporar la ciencia, la tecnología y la innovación, como ejes transversales de la política económica y social del país” (Ley 1286 de 2009, artículo 2), no se tuvo en cuenta el problema de la formación científica y de la falta de interés de los jóvenes, resultando paradójico, si se piensa que todos los objetivos propuestos en esta ley no podrían realizarse si no existen personas calificadas para llevarlos a cabo. Este problema es evidente no solo a nivel de políticas nacionales, sino también en las mismas universidades. Por ejemplo, en la Universidad Nacional de Colombia, el 7 de noviembre de 2014 se realizó el lanzamiento oficial de las “Agendas del cono-

Figura 3. Los videojuegos pueden ser una herramienta didáctica para la educación. Fuente: Flickr Creative Commons.

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cimiento”, un conjunto de libros que describen los lineamientos que debería seguir la Universidad en materia de investigación durante los próximos veinte años. No obstante, salta a la vista la ausencia de un eje temático que aborde la problemática en materia de educación y que promueva la investigación en este campo, lo cual demuestra el poco interés que existe al respecto. Sea que se adopten o no videojuegos en las clases universitarias, es importante que se realice más investigación sobre la enseñanza de las ciencias y la educación en general, para construir herramientas docentes que rompan con la dinámica de deserción académica en las carreras de CTM. Así esta investigación no sea formal, o no se incluya en la agenda de investigación de nuestra universidad, es importante que como docentes o estudiantes interesados por el quehacer científico, nos cuestionemos sobre estas prácticas de enseñanza y determinemos las posibilidades que tenemos para mejorarlas. •

REFERENCIAS [1] Beck U. Vivir en la sociedad del riesgo mundial. Serie Dinámicas Interculturales, n.º 8. Barcelona: cidob ediciones; 2007. [2] Sjøberg S, Schreiner C. The rose project. An overview and key findings; http://roseproject.no/network/countries/norway/eng/ nor-Sjoberg-Schreineroverview-2010.pdf. [3] Observatorio Colombiano de Ciencia y Tecnología. Entre datos y relatos: percepciones de jóvenes estudiantes sobre la ciencia y la tecnología. Bogotá: OcyT; 2011. [4] Ministerio de Educación Nacional. Deserción estudiantil en la educación superior colombiana. Bogotá; 2009. [5] Alex Hudson. Los videojuegos entran en el salón de clase; bbc, http://www.bbc.co.uk/mundo/noticias/2013/09/130927_ tecnologia_ninos_juegos_electronicos_escuelas.

¿ ?

Educación Figura 5. La investigación en educación parece no ser tratada con la importancia que requiere dentro de las políticas nacionales y las agendas de investigación Fuente: Imágenes obtenidas de Pixabay http://pixabay.com/

94 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

[ Entrevista con David Wineland ]

David Wineland es físico por la Universidad de California, en Berkeley (1965), y doctor por la Universidad de Harvard (1970). En 1975 se integró como investigador al National Institute of Standards and Technology, donde aún continúa, y es profesor de la Facultad de Física de la Universidad de Colorado, en Boulder, Estados Unidos. David Wineland recibió el Premio Nobel de Física en 2012, junto con Serge Haroche, por sus “métodos experimentales innovadores que permiten la medición y manipulación de sistemas cuánticos individuales”. Su trabajo ha permitido importantes avances en espectroscopia, en relojes atómicos y en computación cuántica. Usted recibió el Premio Nobel por su investigación en óptica cuántica, que estudia la interacción entre la luz y la materia, y que permitió observar partículas cuánticas individuales sin destruirlas. ¿Cuál es el papel de la luz en este proceso de individualización de partículas?

iones a la energía más baja permitida por la mecánica cuántica, para así poder manipular sus estados electrónicos y observar átomos individuales mediante la luz que ellos dispersan.

En nuestros experimentos atrapamos los átomos (iones atómicos) en lo que llamamos una “trampa”. Una buena analogía es pensar en un canica atrapada en un tazón. Una de las principales funciones de la luz (aquí, luz láser) es la de enfriar el movimiento de los

Estas técnicas nos permiten elaborar relojes atómicos precisos. Nosotros (incluyendo muchos grupos de físicos atómicos de todo el mundo) podemos hacer relojes tan exactos que solo se atrasarían o adelantarían un segundo en la edad del universo.

¿Cuál es la principal aplicación de este descubrimiento?

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Otra posible aplicación es la demostración de los principios básicos de un “computador cuántico”, una máquina capaz de dar solución a algunos problemas que para un computador normal son imposibles de resolver.

Usted hará parte de la celebración del Año Internacional de la Luz en Colombia, que tendrá lugar en junio de este año. ¿Tiene algún mensaje en particular para los científicos y estudiantes de ciencias en Colombia?

Usted mencionó el computador cuántico. ¿Cuál es la diferencia entre la computación tradicional y la cuántica?

Sí, voy a estar en Bogotá y Medellín entre el 15 y el 19 de junio. Esta es una muy buena oportunidad para mí, y espero visitar científicos y estudiantes, y aprender sobre su trabajo y sus aspiraciones.

Una de las características principales de un computador cuántico es que utiliza “estados de superposición cuánticos”. Por ejemplo, un bit binario en una memoria de un computador cuántico podría ser 0 y 1 al mismo tiempo, una propiedad extraña que no tiene sentido en nuestra experiencia diaria. Esto significa que la capacidad de memoria cuántica se escala exponencialmente con el número de bits. Esto también permitiría ejecutar simultáneamente programas computacionales que tengan un gran número de entradas. ¿Qué tan cerca estamos de usar la computación cuántica y cuáles serían sus principales implicaciones? Actualmente, nosotros (todos los que trabajamos en computación cuántica) solo podemos demostrar compuertas y algoritmos lógicos simples, cuyos resultados se pueden simular en un computador normal. Sin embargo, si finalmente pudiéramos reducir de forma considerable los errores en las operaciones, podríamos ser capaces de simular los efectos de sistemas cuánticos útiles que no se pueden simular en un computador normal. Por ejemplo, un sueño para algunos de nosotros es predecir el comportamiento de una molécula complicada que se pueda usar en tratamientos farmacológicos, sin tener que sintetizarla.

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No creo tener una fórmula mágica para darles a los estudiantes, pero les sugeriría encontrar algo interesante y enfocar en eso su mejor esfuerzo. Esto implica mucha energía y trabajo, pero si realmente les gusta lo que están haciendo, no lo sentirán como trabajo, sino como un hobby. En Colombia, la inversión en ciencia y tecnología es mínima, comparada con la de países desarrollados. ¿Qué les podría decir al respecto a las autoridades de política pública de nuestro país? Yo esperaría que la mayoría de los funcionarios de Colombia entiendan el valor de la ciencia. Pero ellos tienen muchas otras prioridades que atender y puede ser que no dispongan de recursos para apoyar la ciencia dándole la prelación que les gustaría. Por supuesto, el apoyo a la ciencia puede aportar prestigio y reconocimiento al país y, en muchos casos, beneficios económicos. •

Por Carolina Hernández Coordinadora editorial de la Facultad de Ciencias de la Universidad de los Andes dc.hernandez@uniandes.edu.co

[ Noticias ]

PROFESORES NUEVOS DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICAS Michael Anton Högele Dr. rer. nat. en Matemáticas por la Humboldt-Universität zu Berlin, y matemático por la Universität Paderborn, en Alemania. Trabajó como investigador en el grupo de probabilidad de la Universität Potsdam, cerca de Berlín. Sus temas actuales de interés e investigación son las propiedades cualitativas de ecuaciones diferenciales estocásticas ordinarias y parciales. En particular se interesa por la dinámica estocástica de modelos climáticos conceptuales y su estadística. Actualmente imparte los cursos Probabilidad (honores) y Calculo Diferencial 1. El próximo semestre ofrecerá el curso Procesos Estocásticos.

DEPARTAMENTO DE GEOCIENCIAS Carme Huguet Doctora en Geoquímica orgánica por el Royal Netherlands Institute for Sea Research y la Universidad de Utrecht, en Holanda; magíster en Oceanografía por la Southampton University, en Inglaterra, y bióloga por la Universidad Autónoma de Barcelona, en España, con proyecto final de carrera en la Universidad de St. Andrews, Escocia. Fue investigadora en el Instituto ICTA de la Universidad Autónoma de Barcelona y científica posdoctoral en la Escuela de Oceanografía de la Universidad de Washington, en Estados Unidos. Sus temas de investigación actualmente se concentran en el uso de biomarcadores para aplicaciones biológicas y paleoceanográficas, el ciclo de almacenamiento orgánico y la degradación de la materia, y la comprensión de vínculos entre los ciclos biogeoquímicos marinos y terrestres. Actualmente dicta los cursos de geociencias, y próximamente impartirá uno de biogeoquímica.

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[ Artículos destacados ]

Direct amidation of carboxylic acids with amines under microwave irradiation using silica gel as a solid support

Enthalpies of dissolution of long chain-length alkyltrimethylammonium bromide salts in water at temperatures from 278.15 to 308.15 K

A. Ojeda-Porras, A. HernándezSantana,D. Gamba-Sánchez

D. C. Riveros, E. F. Vargas, G. Hefter

Green Chemistry 2015; 17(5): 3157-3163

The Journal of Chemical Thermodynamics 2015; 81: 109-115

La formación de amidas por vías tradicionales —reacción de aminas con derivados activados de ácidos carboxílicos— es una de las transformaciones que con más frecuencia se ejecutan en laboratorios farmacéuticos y académicos. Desafortunadamente estos métodos, llamados clásicos, tienen problemas en cuanto al costo y producción de desechos. A causa de estos problemas la American Chemical Society reconoció la síntesis de amidas por métodos más efectivos y económicos, tanto en términos monetarios como atómicos, como uno de los más grandes retos de la química orgánica sintética. En este manuscrito, el Laboratorio de Síntesis Orgánica, Bio- y Organocatálisis reporta un estudio completo de la reacción de amidación de ácidos carboxílicos usando microondas como fuente de calentamiento y sílica gel como soporte sólido. Este método fue aplicado con éxito para la síntesis de al menos treinta amidas distintas, entre las que se cuentan combinaciones de ácidos alifáticos, aromáticos y grasos con aminas primarias y secundarias, y demostró una amplia generalidad y muy bajo costo de producción. Es de resaltar que el único subproducto de esta reacción es agua, lo que la convierte en uno de los métodos más amigables con el ambiente que existen para síntesis de amidas. En cuanto al proceso de purificación, la sílica gel usada como soporte es el único desecho de este método, y se produce en una cantidad mucho menor de residuos que la producida en cualquier otro proceso que incluya purificación por columna de cromatografía. http://dx.doi.org/10.1039/C5GC00189G

98 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

En este artículo se reportaron las entalpías de solución de bromuros de amonio cuaternario, del tipo alquiltrimetilamonio, en agua y a varias temperaturas. Sistemáticamente se fue variando la extensión de la cadena alquilo, desde decil hasta hexadecil. Los resultados mostraron comportamientos interesantes, como el cambio de exotérmico a endotérmico al aumentar la temperatura en las sales estudiadas. Asimismo, hay un cambio relevante en la magnitud de las propiedades de solución cuando se compara la serie de uno a seis carbonos en la cadena alquilo con las estudiadas en este trabajo. Esto refleja cambios importantes en la hidrofobicidad de las cadenas y, a la vez, efectos estructurales adicionales del soluto y del solvente. http://dx.doi.org/10.1016/j.jct.2014.09.018

Responses of the tropical gorgonian coral Eunicea fusca to ocean acidification conditions C. E. Gómez, V. J. Paul, R. Ritson-Williams, N. Muehllehner, C. Langdon, J. A. Sánchez Coral Reefs 2015; 34(2): 451-460 Los aumentos en las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera están al-

terando la química del mar, disminuyendo el pH del agua y causando lo que se denomina acidificación oceánica. Esto tiene graves efectos sobre las tasas de calcificación de diversos organismos marinos, con repercusiones negativas para los ecosistemas. Los organismos marinos con conchas y esqueletos calcáreos, como corales, moluscos, almejas, erizos y cangrejos, entre otros, tendrán dificultades para mantener su protección natural. Una colaboración del grupo Biommar con científicos del Smithsonian Institution (Fort Pierce) y la Universidad de Miami (RSMAS), permitió determinar la respuesta de calcificación en el Eunicea fusca, un coral gorgonáceo muy común en aguas poco profundas del mar Caribe, bajo diferentes concentraciones experimentales de CO2. Los autores simularon experimentalmente una gama de condiciones futuras de acidificación oceánica (rango de pH 8,1 hasta 7,1) y midieron el crecimiento y calcificación mediante microscopia confocal. Carlos Gómez, quien obtuvo su maestría en Ciencias Biológicas en la Universidad de los Andes gracias este experimento, expresa que “aunque el Eunicea fusca mostró una respuesta negativa para las concentraciones más altas de CO2, el crecimiento y la calcificación nunca se detuvieron en los diferentes tratamientos”. Estos resultados sugieren que esta especie, aunque afectada por los niveles más altos de CO2, podría prosperar en condiciones de acidificación del océano como las que se predicen para finales de este siglo. Este estudio es el primero en experimentar los efectos de la acidificación oceánica en un gorgonáceo tropical que, además, muestra cierta resistencia a concentraciones elevadas de CO2. Resultados como este permiten mejores predicciones del futuro de la diversidad en las comunidades de arrecifes coralinos frente a la acidificación del océano.

lixus es diferencial: inmaduros jóvenes se encuentran en la base, mientras que los inmaduros próximos a adultos y los adultos se encuentran principalmente en las partes altas de las coronas de las palmas. Con respecto a la ubicación de la palma en el bosque, los resultados muestran que la densidad de insectos aumenta en las palmas más altas y próximas a los bordes de los bosques, en contacto con áreas con intervención humana. Estos resultados, junto con las altas tasas de infección con Trypanosoma cruzi encontradas en la zona demuestran el papel importante que juegan estas poblaciones de insectos para el riesgo de la transmisión de la enfermedad de Chagas.

http://dx.doi.org/10.1007/s00338-014-1241-3

La dispersión de semillas es un importante proceso en el ciclo reproductivo de las plantas, debido a que cuando las semillas caen justo debajo de sus plantas parentales, sufren tasas muy altas de mortalidad. A lo largo de la historia evolutiva, las plantas han generado muchos sistemas de mover las semillas lejos de los árboles, como estructuras aladas y plumosas (para que se sean removidas por el viento, sistema conocido como anemocoria), frutos explosivos, semillas y frutos poco densos que pueden ser dispersados por agua (hidrocoria) o por animales (epizoocoria: pegados al exterior del animal; endozoocoria: transportados dentro del tracto digestivo, y sinzoocoria: cargados por los animales). La proporción de estos sistemas varía entre ecosistemas, pero se ha postulado que la endozoocoria y la sinzoocoria son más frecuentes en lugares productivos, por los costos que implica generar frutos con pulpa nutritiva o semillas grandes. Sin embargo, en este estudio se probó que esta relación se debe a la abundancia de agentes dispersores en cada lugar, ya que la anemocoria es más frecuente en bosques secos (con muchos vientos); la hidrocoria, en bosques inundables, y la zoocoria, en lugares que tienen más frugívoros dispersores (como primates). Sin embargo, lugares con suelos ricos no producen plantas de semillas costosas.

Effect of the physiognomy of Attalea butyracea (Arecoideae) on population density and age distribution of Rhodnius prolixus (Triatominae) P. Urbano, C. Poveda, J. Molina Parasites & Vectors 2015, 8: 199 En el medio ambiente silvestre las poblaciones de Rhodnius prolixus se encuentran en las coronas de las palmas, especialmente de la especie Attalea butyracea. En este trabajo realizado en Casanare, Colombia, se quiso entender la distribución de las poblaciones de R. prolixus en las coronas y dentro de los bosques de palmas. Los resultados mostraron que las poblaciones de R. prolixus aumentan con la altura, número de hojas y volumen de la corona de la palma. Sin embargo, dentro de la corona la distribución de los estadios de R. pro-

http://dx.doi.org/10.1186/s13071-015-0813-6

Plant dispersal systems in Neotropical forests: availability of dispersal agents or availability of resources for constructing zoochorous fruits? D. F. Correa, E. Álvarez, P. R. Stevenson Global Ecology and Biogeography 2015; 24(2): 203-214

http://dx.doi.org/10.1111/geb.12248

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Foam nests provide context-dependent thermal insulation to embryos of three leptodactylid frogs J. Méndez-Narváez, S. V. Flechas, A. Amézquita Physiological and Biochemical Zoology 2015; 88(3): 246-253 La elección de un hábitat reproductivo adecuado, así como las ventajas de termorregulación de dicho hábitat, son importantes en la evolución de estrategias reproductivas en anfibios. Entre especies de la familia Leptodactylidae se ha propuesto una clina de terrestrialidad en el sitio de construcción del nido de espuma. Varias funciones han sido atribuidas al nido de espuma, pero su papel en la regulación térmica para los embriones no es claro. Se probó la hipótesis de que el nido de espuma atenúa la variación térmica del aire, algo beneficioso para los embriones, y que esta atenuación difiere entre tres especies, que presentaron diferencias en el grado de terrestrialidad de sus nidos. También se evaluó el efecto de la translocación de nidos acuáticos sobre la mortalidad de los embriones. Los resultados del estudio demostraron el efecto negativo de la translocación de nidos de espuma acuáticos a sustratos terrestres, evidente por el mayor éxito de eclosión en los sitios originales de oviposición. Aunque todos los nidos atenuaron la variación térmica del aire, los nidos terrestres amortiguaron mejor dicha variación que los nidos acuáticos. Estos resultados sugieren que la función del nido de espuma en la atenuación térmica puede haber contribuido a la evolución de la reproducción terrestre en este linaje.

muy superior al de otras regiones megadiversas. El objetivo de este estudio fue determinar cómo los Andes han promovido la diversidad en el género de ranas cohete (Rheobates). Estas ranas son especiales porque se encuentran en las cordilleras Central y Oriental, lo que permite determinar el efecto diferencial que los valles y cumbres ejercen en el aislamiento geográfico entre poblaciones. Para medir el aislamiento geográfico se secuenció ADN mitocondrial y nuclear en las dos cordilleras. Los resultados indican que el género Rheobates contiene diversidad críptica que no había sido identificada en estudios anteriores. Los modelos de nicho indican que los valles del Magdalena y Chicamocha son más efectivos como barreras al flujo genético que las cumbres. La diversificación de las ranas cohete coincidió con el levantamiento de la cordillera Oriental y el inicio de la aridificación en el valle del Magdalena durante el Mioceno. El estudio sugiere que la elevación de los Andes promovió el aislamiento geográfico, pero a la vez sugiere que los valles jugaron un papel importante aislando poblaciones, a pesar de una larga historia de fluctuaciones paleoclimáticas. http://dx.doi.org/10.1111/jbi.12409

Follow-up of an asymptomatic Chagas disease population of children after treatment with nifurtimox (Lampit) in a sylvatic endemic transmission area of Colombia F. Bianchi, Z. Cucunubá, F. Guhl, N. L. González, H. Freilij, R. S. Nicholls, J. D. Ramírez, M. Montilla, A. C. Flórez, F. Rosas, V. Saavedra, N. Silva

http://dx.doi.org/10.1086/680383

Of peaks and valleys: testing the roles of orogeny and habitat heterogeneity in driving allopatry in mid-elevation frogs (Aromobatidae: Rheobates) of the northern Andes A. Muñoz-Ortiz, Á. A. VelásquezÁlvarez, C. E. Guarnizo, A. J. Crawford Journal of Biogeography 2015; 42(1): 193-205 Los Andes colombianos son privilegiados en términos de diversidad, ya que el número de especies por unidad de área es

100 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

PLOS Neglected Tropical Diseases 2015; 10(2): e0003465 La enfermedad de Chagas, transmitida por insectos vectores conocidos en Colombia como pitos, es una parasitosis propia del continente americano. Los estudios liderados por el Cimpat a nivel nacional permitieron definir que en Colombia existen 280 municipios cuyos habitantes están en riesgo de adquirir la infección, 106 con transmisión vectorial domiciliaria, y se estima que 4,8 millones de colombianos están en riesgo de adquirir la infección, si se tiene en cuenta la distribución geográfica de las 26 especies de insectos vectores en el territorio nacional, de las cuales 15 portan el parásito y 2 presentan fuertes hábitos de domiciliación. Los datos oficiales indican que hay 437.000 individuos infectados, de los cuales 130.000 presentan cardiopatía chagásica. Sin embargo, las cifras pueden ser considerablemente mayores, si se tiene en cuenta el subregistro de casos a escala nacional. También se estima que hay cerca de 2.000

nuevos casos anuales. Se calcula que cerca del 30% de los individuos infectados asintomáticos desarrollarán la enfermedad en algún momento de su vida. Por este motivo, el tratamiento es obligatorio para todos los individuos infectados. No obstante, la realidad es que actualmente, en Colombia, solo el 0,8% de los individuos infectados han recibido tratamiento. El estudio publicado corresponde a la tesis de maestría de Fiorella Bianchi, dirigida por el profesor Felipe Guhl, en la que se muestra por primera vez en Colombia la eficacia y seguridad del uso del Nifurtimox como medicamento para el tratamiento etiológico de la enfermedad de Chagas y se propone adicionalmente la técnica de qPCR como alternativa diagnóstica de alta sensibilidad. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pntd.0003465

Oculocutaneous albinism (OCA) in Colombia: first molecular screening of the TYR and OCA2 genes in South America O. Urtatiz, D. Sanabria, M. C. Lattig Journal of Dermatological Science 2014; 76(3): 260-262 El albinismo oculocutáneo (OCA) es un grupo de desórdenes hereditarios que afectan la biosíntesis de melanina, y se caracteriza por la ausencia total o parcial de pigmentación del cabello, la piel y los ojos, y por graves problemas visuales. A nivel genético, se han descrito siete tipos de OCA no-sindrómico (OCA1 a OCA7). Mutaciones en el gen TYR (MIM *606933), que inhiben la actividad total de la enzima tirosinasa, son causantes del fenotipo OCA1A (MIM #203100), que es el fenotipo más grave y más frecuente. Mutaciones en el gen OCA2 (MIM *611409) dan como resultado un fenotipo más leve, denominado OCA2 (MIM #202300), el segundo más común. Se estima que aproximadamente el 80% de los casos de OCA, a nivel mundial, son ocasionados por mutaciones en alguno de estos dos genes. En este estudio participaron 36 individuos pertenecientes a 23 familias no relacionadas entre sí y pertenecientes a diversas regiones del país, con diagnóstico clínico de OCA. Al realizar un tamizaje mutacional en los genes TYR y OCA2 se encontraron nueve mutaciones. De estas, cinco ya habían sido reportadas en otras poblaciones. Llama especialmente la atención la mutación denominada G47D, ya que se encuentra en un porcentaje bastante elevado de la población colombiana. También se identificaron cuatro mutaciones nuevas, no reportadas en la literatura. En resumen, la totalidad de los once individuos a los que se les diagnosticó albinismo completo (ausencia de pigmentación en cabello, ojos y piel) tenían mutaciones en estado homocigótico o heterocigótico compuesto en el gen TYR, mientras que aquellos individuos a los que se les diagnosticó albinismo parcial tenían una mutación en estado heterocigótico, y en la

mayoría de esos casos no se encontró mutación en ninguno de los dos genes analizados. De acuerdo con estos resultados, se sugiere que la mutación G47D reportada en Colombia puede tener el mismo origen ancestral que las poblaciones de Puerto Rico: judíos sefarditas y marroquíes que también presentan esta mutación, y que, según se sabe, llegaron en varias oleadas de migración al continente americano en el siglo XV, una buena parte de los cuales se radicó en Puerto Rico. http://dx.doi.org/10.1016/j.jdermsci.2014.09.011

Identification of transcription factor genes and their correlation with the high diversity of Stramenopiles F. J. Buitrago-Flórez, S. Restrepo, D. M. Riaño-Pachón PLOS ONE 2014; 9(11): e111841 En esta publicación se describen los principales factores de transcripción del grupo filogenético de los Stramenopila, un grupo de protistas relacionados con el grupo de los Alveolata. Conocer los factores de transcripción es importante si se tiene en cuenta que estos elementos regulan la expresión genética en los organismos. Por otro lado, el grupo de Stramenopila contiene importantes patógenos de plantas, como, por ejemplo, todos los patógenos conocidos como mildeos vellosos y el agente causal del tizón tardío, o gota de las solanáceas, el Oomycota Phytophthora infestans. En el artículo se describen las pérdidas y ganancias de factores de transcripción a lo largo del árbol filogenético de este importante grupo de organismos. El resultado más destacado es la identificación de grupos específicos de factores de transcripción para cada uno de los grupos de organismos. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0111841

Linearization functors on real convex sets M. Velasco SIAM Journal on Optimization 2015; 25(1): 1-27 La optimización es la parte de las matemáticas que estudia cómo tomar decisiones óptimas. Un problema de optimización está especificado por 1) una serie de restricciones que determinan el espacio de posibles decisiones, y 2) una función de utilidad que mide cuantitativamente

Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 101

qué tan beneficiosa es cada decisión posible. Resolver un problema de optimización consiste en encontrar cuál(es), de todas las decisiones válidas, maximizan la función de utilidad. En términos generales, los problemas de optimización pueden categorizarse en dos grandes clases: los problemas “fáciles” (problemas de optimización convexa) y los problemas “difíciles” (todos los demás). En el artículo se definen nuevas operaciones, llamadas funtores de linealización, que permiten simplificar ciertos problemas difíciles (problemas multilineales) y que explican cómo construir aproximaciones tan precisas como se quiera de estos problemas difíciles mediante problemas convexos. De los resultados del artículo surgen nuevos algoritmos para resolver problemas de optimización multilineal. http://dx.doi.org/10.1137/130930698

Semiclassical corrections to black hole entropy and the generalized uncertainty principle

vector de Killing temporal, de tal forma que el estado es definible en una clase bastante general de espacio-tiempos curvos. En este trabajo se explora el acople del estado de Sorkin-Johnston con la gravedad, en el caso de un campo no masivo en dos dimensiones. En particular, en una región con forma de diamante, el tensor de energía-momento renormalizado es calculado, lo que da lugar a una métrica inducida que es justamente aquella que produce una anomalía de traza. Los resultados obtenidos dan lugar a una interpretación natural del comportamiento de espejo del estado de Sorkin-Johnston descrito en trabajos anteriores. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevD.90.084036

Correlation control for pure and efficiently generated heralded single photons J. Flórez, O. Calderón, A. Valencia, C. I. Osorio

P. Bargueño, E. C. Vagenas Physics Letters B 2015; 742:15-18 En este artículo se emplea una descripción canónica de un agujero negro de Schwarzschild para obtener correcciones de su temperatura y entropía. Dichas correcciones provienen tanto de efectos cuánticos (implementados mediante el potencial efectivo proveniente de un tratamiento de integrales de camino) como de aquellos debidos al principio de incertidumbre generalizado. http://dx.doi.org/10.1016/j.physletb.2015.01.016

Coupling the Sorkin-Johnston state to gravity N. Avilán, A. F. Reyes-Lega, B. Carneiro da Cunha

Physical Review A 2015; 91(1): 013819 Los fotones son los mínimos componentes de la luz y sus propiedades son muy atractivas en diversas aplicaciones. Para utilizar dichos fotones, primero debemos producirlos de manera eficiente y con las propiedades indicadas. Un método para generar fotones consiste en iluminar un cristal muy particular con un láser potente, de donde salen fotones en parejas con colores y direcciones específicos. Usando lentes, fibras ópticas y otros elementos, podemos detectar, contar y manipular dichos pares de fotones. En particular, si detectamos un fotón de una pareja, estaremos seguros de que en otro lugar estará su fotón hermano; en otras palabras, el fotón detectado cumplirá la función de anunciar al segundo fotón, el cual quedará disponible como fotón individual. Si escogemos adecuadamente el fotón que anunciará a su hermano, y filtramos uno de los dos fotones de la pareja, seremos capaces de obtener un fotón individual con un color bien definido, que se propagará en una dirección determinada y con una alta eficiencia de producción. En este artículo se describe cuál de los dos fotones debe ser utilizado para anunciar a su hermano y la combinación más efectiva de filtros para que el fotón anunciado tenga las mejores propiedades, según la aplicación deseada. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevA.91.013819

Physical Review D 2014; 90(8): 084036 Recientemente, Afshordi, Aslanbeigi y Sorkin han introducido un nuevo estado de vacío, definido para campos cuánticos libres. Una particularidad de dicho estado es que no hace uso de la existencia de un

102 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

Farolitos de luna Autor: Juliﾃ｡n Eduardo ﾃ」ila Campos

1. La gran estrella. Juan Camilo Niño Vargas. 2. En vía. Esteban Lara Valencia. 3. Cerro Gualí. Jorge Sanabria González. 4. Silueta eléctrica. Oscar Jhony Betancourt Granada. 5. Desde la costa. Johann Wilcken Lecompte. 6. Mar nocturno. Jadersón Andrés Galán Monsalve. 7. Reflejos. Iván Mauricio Morales Carvajalino. 8. Conectando los puntos. Mariana Rivera Uribe. 9. Tormenta eléctrica sobre Manizales. Jorge Sanabria González. 10 Resplandor de un recuerdo. Oscar Jhony Betancourt Granada

[ Concurso de fotografía e imágenes ] Con el propósito de exhibir la belleza manifiesta en los diferentes aspectos de la naturaleza, hipÓtesis realiza en cada número un concurso de fotografía e imágenes en ciencias naturales y exactas. En la 18.ª versión del concurso, hipÓtesis se unió al reconocimiento de la Asamblea General de las Naciones Unidas, que proclamó el 2015 como Año Internacional de la Luz y de las Tecnologías Basadas en la Luz, para resaltar la importancia del estudio de la luz en la historia y el desarrollo de la ciencia, así como para destacar su impacto en múltiples áreas de la técnica y, aun más allá, en la vida diaria. El tema de este concurso fue “¡Que haya luz!”. En esta versión, el Comité Editorial de hipÓtesis seleccionó Farolitos de luna como la ganadora entre las 185 fotografías recibidas. Colaboraron en la selección Annelie Franke de Vergara, profesora del Departamento de Diseño, y Juan Gabriel Sutachán, diseñador de la Facultad de Ciencias.

FOTO GANADORA

Farolitos de luna 2,5 segundos de luz del eclipse de luna roja en el reflejo de las gotas de agua sobre los brotes de tres pequeños tréboles. Luz del sol reflejada por la luna y obstruida por la interposición de la tierra, que atraviesa el agua y los cristales hacia la oscuridad de la cámara. Autor: Julián Eduardo Ávila Campos, biólogo del Jardín Botánico (jeavilacampos@gmail.com) Lugar: Albán, Cundinamarca Fecha: octubre de 2014

Iridiscencia ¿Cómo describir iridiscencia? Puede ser la mejor manera de utilizar la luz para comunicarse con los de tu especie. Una definición más técnica sería “Es el efecto que produce un grupo de células especializadas (iridóforos-regiones) con miles de cromatóforos (que son pequeños órganos pigmentados) al reflejar la luz mediante el mismo mecanismo por el cual este fenómeno se ve en las burbujas de jabón”. Es decir, creo que lo veo, pero se necesita de la física y del Año Internacional de la Luz para acabar de comprender cómo funciona la iridiscencia. Lo fascinante de este calamar (Sepioteuthis sepioidea) del mar Caribe fotografiado durante la noche en los arrecifes coralinos de Santa Marta, a quince metros de profundidad, es que recibe un mínimo de luz y, por cada costado, envía, mediante iridiscencia, diferentes mensajes a los calamares vecinos. Supongo que los mensajes tenían que ver con el camarón que fue su presa y que fue detectado por el calamar gracias al flash de la cámara (la fuente de luz) con que fue fotografiado.

Autor: Juan Armando Sánchez, profesor titular del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes (juansanc@uniandes.edu.co) Lugar: Punta Venado, Santa Marta, Colombia Fecha: octubre de 2014

Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 103

Ausencia Líneas, ausencias, entrecruces, luces y sombras en las montañas de Valparaíso Autor: Dahian Cifuentes, realizadora audiovisual en Buenos Aires, Argentina (dahiancifuentes@hotmail.com). Lugar: Valparaíso, Chile Fecha: 2015

En el valle de los frailejones

Fiordo de la Luz

Un amanecer en el páramo, cerca del nevado del Cocuy Autor: Julio César Barón Fernández, profesor del colegio Los Nogales (jullbar@yahoo.com) Lugar: Boyacá, Colombia Fecha: 2015

Luz difusa en los fiordos noruegos Autor: Juan Camilo Niño Vargas, antropólogo de la Universidad de los Andes (juancamilonino@gmail.com) Lugar: Lysefjord (Fiordo de la Luz), Noruega Fecha: octubre de 2009

104 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

Graduandos de posgrado* Facultad de Ciencias / Universidad de los Andes GRADUANDO

TITULO

TITULO DE LA TESIS

DIRECTOR

FECHA DE GRADO

Nelsy Rocío Pinto Sánchez

Doctora en Ciencias Biológicas

Speciation, alpha diversity and extinction in neotropical ectotherms: Andrew Crawford effects of paleobiogeographic and climatic processes

Marzo de 2015

Jesus Alfredo Uribe Ardila

Doctor en Ciencias Biológicas

Tamizaje selectivo en Colombia para desórdenes del metabolismo Barbara Zimmermann lisosomal

Marzo de 2015

Darío Alejandro García Rico

Doctor en Matemáticas

O-asymptotic classes of finite structures, pseudofinite dimension and forking

Alf Onshuus y Thomas Scanlon

Marzo de 2015

Alexander Murcia Mazo

Doctor en Matemáticas

Ricci flow on surfaces with boundary and quasilinear evolution equations in s1

Jean Carlos Cortissoz

Marzo de 2015

Diana Carolina Acosta Rojas

Magíster en Ciencias Biológicas, ¿Afectan los micos churucos (Lagothrix lagotricha lugens) la área Biología germinación de las semillas dispersadas en bosques subadinos?

Pablo Stevenson

Marzo de 2015

Abel Antonio Batista Rodríguez

¿Comer o cantar? Implicaciones del tamaño corporal sobre la Magíster en Ciencias Biológicas, importancia de la dieta y el canto en un ensamble de especies de Adolfo Amézquita área Biología anuros (Amphibia: Anura: Terrana)

Febrero de 2015

Laura Bravo Valencia

Magíster en Ciencias Biológicas, Adaptive function of maternal care in the Colombian glassfrog área Biología Ikakogi tayrona

Adolfo Amézquita

Abril de 2015

Fabio Andrés Casas Zapata

Magíster en Ciencias Biológicas, Genetic divergence among Pacifigorgia sea fans (Gorgoniidae: área Biología Octocorallia) using microsatellite data

Juan Armando Sánchez

Marzo de 2015

Catalina Cruz Piedrahíta

Magíster en Ciencias Biológicas, Life on the edge: a comparative study of eco-physiological adaptaAndrew Crawford área Biología tions of amphibians to seasonally dry tropical forest environments

Febrero de 2015

Valentina Gómez Bahamón

A behavioral polymorphism as an intermediate stage in the evoluMagíster en Ciencias Biológicas, tion of divergent forms: partial migration in New World Flycatchers Carlos Daniel Cadena área Biología (Aves, Tyrannidae)

Marzo de 2015

Astrid Gisell Molina Fonseca

Magíster en Ciencias Biológicas, Malassezia furfur y el papel de sus compuestos volátiles produciárea Biología dos in vitro en la atracción de Rhodnius prolixus

Jorge Molina

Marzo de 2015

Simón Quintero Corzo

Magíster en Ciencias Biológicas, Disentangling the direct and indirect effects of latitude on geograárea Biología phic range size among New World heliothermic lizards

Carlos Daniel Cadena

Marzo de 2015

Mónica Alejandra Ramírez García

Magíster en Ciencias Biológicas, Patrones de dispersión de semillas por primates atelinos área Biología

Pablo Stevenson

Abril de 2015

Catalina Ramírez Portilla

Magíster en Ciencias Biológicas, Assembling the genome of Pacifigorgia irene: the quest for área Biología genomic level landmarks in gorgonian

Juan Armando Sánchez

Marzo de 2015

Adriana Sarmiento Segura

Magíster en Ciencias Biológicas, Evaluating the diversity of the Caribbean candelabrum corals área Biología (Eunicea: Plexauridae: Octocorallia)

Juan Armando Sánchez

Marzo de 2015

Andrés David Torres González

Evaluación del comportamiento de elección de Rhodnius prolixus Magíster en Ciencias Biológicas, (Hemiptera: Reduviidae: Triatominae) por hospederos infectados área Biología con Trypanosoma cruzi

Jorge Molina

Noviembre de 2014

Katherine Adriana Madero Valencia

Magíster en Ciencias Biológicas, Detección molecular de Chlamydophila pneumoniae y su posible área Biología asociación con exacerbaciones de asma

María del Pilar Delgado y Carlos Marzo de 2015 Jaramillo

Carlos Alexander Ruiz Pérez

Magíster en Ciencias Biológicas, Microbial and functional diversity within the Phyllosphere of Espele- María Mercedes Zambrano y área Microbiología tia grandiflora in Andean high mountain ecosystems Silvia Restrepo

Marzo de 2015

Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 105

Juan David Sánchez Calderon

Magíster en Ciencias Biológicas, Aislamiento e identificación de Aeromonas hydrophila y Vibrio spp. María del Pilar Delgado y Carlos Marzo de 2015 área Microbiología en pescados y mariscos comercializados en Bogotá, Colombia Jaramillo

Javier Eduardo Vargas Calle

Dual activity of Lysinibacillus sphaericus in adsorption of toxic Magíster en Ciencias Biológicas, metals and bio-control of Culex quinquefasciatus larvae in polluted Jenny Dussán área Microbiología water

Alexander Cardona Rodríguez

Magíster en Ciencias, Física

Crecimiento y caracterización de nanopartículas magnéticas con aplicaciones potenciales en farmacéutica

Luis Fernando Cruz Wilches

Magíster en Ciencias, Física

Cacacterización y prueba de la cámara de ionización triple-GEM a Bernardo Gómez partir de muones resultantes de rayos cósmicos

William Leonardo Pacheco Tobo

Magíster en Matemáticas

Forcing con coideales semiselectivos

Carlos Di Prisco y Ramiro de la Vega

Noviembre de 2014

José Gabriel Acevedo Habeych

Magíster en Matemáticas

Test sets for nonnegativity of polynomials invariant under a finite reflection group

Mauricio Velasco

Marzo de 2015

José Darío Bastidas Olaya

Magíster en Matemáticas

Cox rings of big, nef and effective rational surfaces

Mauricio Velasco

Marzo de 2015

Fabián Ricardo Latorre Gómez

Magíster en Matemáticas

Complexity regularization and local metric entropy

Adolfo Quiroz

Marzo de 2015

Haimer Alexander Trejos Serna

Magíster en Matemáticas

Levantamiento de Wagner de métricas riemannianas al haz de marcos ortonormales

Mikhail Malakhaltsev

Abril de 2015

Emmanuel Iamsun Echeverri Jiménez

Magíster en Química

Derivados de alcanfor como potenciales agentes protonantes quirales

Diego Gamba

Marzo de 2015

Janete Lorena Ruiz Rodríguez

Magíster en Química

Estudio biomimético de la mineralización y desmineralización de carbonato de calcio con el microscopio de fuerza atómica

Andreas Reiber y Manu Forero Shelton

Marzo de 2015

Carlos Hernández

Marzo de 2015

Noviembre de 2014

Marzo de 2015

* Desde noviembre de 2014 hasta abril de 2015.

Convocatoria hipótesis número 19 Hipótesis tiene abierta la convocatoria para recibir notas y artículos de divulgación científica para la próxima edición, número 19, de noviembre de 2015. Los textos deben ser enviados por correo electrónico a: hipotesis@uniandes.edu.co, hasta el 4 de septiembre de 2015 106 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 18, 2015

[ hipótesis. POLÍTICA EDITORIAL ] La Facultad de Ciencias de la Universidad de los Andes se ha esforzado por ofrecer nuevos espacios para divulgar los avances científicos en las áreas de Ciencias Biológicas, Física, Química, Matemáticas y Geociencias. La Revista Ciencias Biológicas, Física, Química, Matemáticas y Geociencias. La revista Hipótesis nació en 2003 como resultado de este esfuerzo y se ha fortalecido dentro de la comunidad académica como una revista de divulgación que tiene por objetivo comunicar los adelantos científicos en un lenguaje claro y sencillo al alcance tanto de los lectores especializados como de los no especializados.

La extensión de los artículos debe estar entre las 1.500 y 3.000 palabras. Las notas no deben superar las 1.000 palabras. Para el envío de los archivos se deben adjuntar los textos y las imágenes en una carpeta comprimida con el nombre del autor seguido por un guion bajo y el título del texto. Se debe incluir la información completa de todos los autores: nombre completo, teléfono, correo electrónico, dirección, último título académico y afiliación y cargo actual. Estilo y edición

Hipótesis está dirigida a estudiantes, profesores, investigadores e interesados que busquen enriquecer su bagaje intelectual sobre temas de actualidad científica. La revista se publica semestralmente en los meses de mayo y noviembre, y acepta artículos y notas inéditos de autores nacionales y extranjeros. Los artículos recibidos son evaluados por el Comité Editorial, que verifica la calidad temática y editorial del contenido. Las notas deben estar escritas, preferiblemente, por estudiantes de pregrado y posgrado. Se publican artículos y notas en español, inglés, francés, portugués e italiano, y se permite su reproducción para fines académicos, citando la fuente; para reproducciones con otros fines se debe solicitar la autorización de la revista. Hipótesis incluye en cada número un concurso de fotografía e imágenes sobre ciencias naturales y exactas, abierto al público general de la revista. La fotografía ganadora se publica en la revista y en la página web, citando al autor. INDICACIONES PARA LOS AUTORES Hipótesis acepta artículos y notas inéditas de autores nacionales y extranjeros. Los artículos y notas deben estar escritos con un estilo de redacción sencillo y claro, que los haga accesibles a un público no especializado, y deben tener como propósito general destacar información de gran interés de las ciencias básicas. En la sección de notas se dará preferencia a aquellas escritas por estudiantes de pregrado y posgrado.

Se recomienda el uso de notas a pie de página solo en los casos en que se requiera una explicación más detallada. Las citas dentro del texto deben estar numeradas entre corchetes y debidamente relacionadas en detalle en la sección de referencias, al final. De igual forma, se deben numerar las referencias entre corchetes según el orden en que se citaron en el texto. A continuación se presentan algunos ejemplos de referencias bibliográficas. Libro [1] Marco D, ed. Metagenomics. Theory, methods and aplications. Norfolk: Caister Academic Press; 2010.

Capítulo de libro [2] Charles T. The potential for investigation of plant-microbe interactions using metagenomics methods. In: Marco D, ed. Metagenomics. Theory, methods and aplications. Norfolk: Caister Academic Press; 2010.

Artículo de revista [3] Viaud M, Pasquier A, Brygoo Y. Diversity of soil fungi studied by PCR-RFLP of ITS. Mycological Research 2000; 104(9): 10271032.

Presentación y extensión

Imágenes

Los artículos y notas, junto con las imágenes, deben ser enviados por correo electrónico a hipotesis@uniandes.edu.co, o mediante el formulario en línea de la página web de la revista. Además, deben estar escritos en Word, a espacio sencillo, con fuente Times New Roman de 12 puntos.

Se recomienda el uso de imágenes para dinamizar el texto. De cada una de las imágenes, cuadros, gráficos o fotografías debe citarse la fuente, y el autor debe gestionar el permiso de reproducción, si fuera necesario. •

Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 107

Concurso de

fotografía e imágenes tiene abierta la convocatoria para el Concurso de fotografía e imágenes sobre ciencias básicas y exactas del No. 19. Se entregará como premio una Cámara Canon PowerShot SX530 HS con zoom óptico de 50x-4x, 16.0 megapíxeles y full HD. Las especificaciones técnicas de las imágenes para participar son: fotografías en alta resolución, archivo original, en formato tiff de 8 bits a 300 dpi de resolución. Las fotografías e imágenes se pueden enviar por correo electrónico a hipotesis@uniandes.edu.co hasta el 19 de septiembre de 2015.

Visita nuestra página web: http://hipotesis.uniandes.edu.co

BASES DEL CONCURSO - Se admitirán las fotografías relacionadas con ciencias básicas: Ciencias Biológicas, Física, Geociencias, Matemáticas y Química. - Las fotografías deben ser inéditas y de autoría propia. - Se acepta un máximo de 5 fotografías por participante. Tener algún tipo de vínculo con la Universidad de los Andes no es requisito. Se acepta también la participación de extranjeros, bajo la condición de que reciban el premio en Colombia o de que asuman los costos del envío, en caso de resultar ganadores. - Se deben anexar el título y una reseña por fotografía, así como los datos completos del autor. - La fotografía ganadora será elegida por el Comité Editorial de la Facultad de Ciencias y recibirá como premio una cámara Canon PowerShot SX530 HS con zoom óptico de 50x-4x, 16 megapíxeles y full HD. - Las cinco fotografías finalistas y la fotografía ganadora se publicarán en el n.º 19 de hipÓtesis y en la página web de la revista. - Todos los participantes deberán firmar una carta en que autorizarán a la Universidad de los Andes para que publique sus fotografías cuando lo estime necesario. - La fecha límite para el envío de las fotografías es el 19 de septiembre de 2015

Apuntes científicos uniandinos

Núm. 18 2015 / 8.000 ejemplares ISSN 1962-729X ISSN ONLINE 1794-354X © Universidad de los Andes Para la reproducción total o parcial de esta obra solicitar la autorización de la Revista.

Comité editorial Ferney Rodríguez Decano Catalina González Profesora Departamento de Ciencias Biológicas John Hurtado Profesor Departamento de Química

Editor

Hernando Echeverri Dávila Profesor asociado, Departamento de Matemáticas Coordinadora editorial

Ulrich’s Periodicals Directory Dialnet Fotografías

Juan Gabriel Sutachán Corrección de estilo

Edgar Hernán Ordóñez Nates Diagramación

Andrés Leonardo Cuéllar V. Fotografía de carátula: https://www.flickr.com/photos/45935274@N00/

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3 Editorial Luz en todas partes 4 Notas 19 Problemas y rompecabezas 22 La luz: color y mucho más Alejandra Valencia, Gian Pietro Miscione 32 Si fueran de comer no serían tantos Jorge Molina 42

66 Caballos de troya vs. Microorganismos patógenos multirresistentes Andrés Garzón, Diego Gamba

hipótesis • Número 18 • Mayo de 2015 • Universidad de los Andes

CONTENIDO

ISSN 1692-729X • Número 18 • Mayo de 2015 • Universidad de los Andes • Facultad de Ciencias

Apuntes científicos uniandinos

La luz: color y mucho más Precio de venta $12.000