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CRISTALES CON MEMORIAENERO 1996
800 PTAS.
YACIMIENTOS SUBTERRANEOS DE AGUA EN ESPAA
SISTEMA INMUNITARIO DEL CEREBRO
BASES CIENTIFICAS DE LOS TRUCOS MALABARES
9 770210 136004
00232
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La misin GalileoTorrence V. Johnson
El descenso suicida de una sonda procedente de la nave espacial
Galileo resplandeci brevemente en los turbulentos cielos de Jpiter.
La llegada al planeta supuso para la nave el final de una larga y
extraa odisea en la que haba pasado por Venus, los asteroides, la
Luna y la Tierra. Para alcanzar Jpiter tuvo que vencer innumerables
obstculos.
El sistema inmunitario del cerebroWolfgang J. Streit y Carol A.
Kincaid-Colton
El cerebro mantiene su vigilancia gracias a unas clulas
camalenicas que reciben el nombre colectivo de microgla. Estas
clulas ramificadas permanecen en estado quiescente, con sus brazos
extendidos hacia las zonas vecinas; en cuanto detectan alguna seal
de lesin, retraen sus ramas y se ponen en movimiento. La microgla
aparece implicada en la enfermedad de Alzheimer.
Clima caticoWallace S. Broecker
Los registros geolgicos de distintos puntos del planeta dan fe
de los cambios radicales experimentados por el clima de la Tierra.
Se atribuye al flujo de calor a travs de los ocanos,
particularmente el Atlntico, el papel determinante del clima. Los
investigadores comienzan ya a entrever las causas que motivaron
tales episodios de cambio brusco.
Memorias hologrficasDemetri Psaltis y Fai Mok
Las tcnicas de lser que producen imgenes tridimensionales
hologramas pueden aplicarse para recoger y reproducir informacin
digital. Las memorias hologrficas de ordenadores almacenan cerca de
un milln de octetos en el volumen de un terrn de azcar y permiten
acceder a los datos diez veces ms rpidamente que los sistemas de
discos compactos.
Los acuferos krsticos espaolesAntonio Pulido Bosch
La sequa que acaba de padecer nuestra nacin puede repetirse en
un futuro inmediato. El avance de la desertizacin es efecto y
causa, a un tiempo. Las calizas y dolomas constituyen acuferos
krsticos que deben desempear un papel relevante en la gestin
inteligente de los magros recursos hdricos de que dispone
Espaa.
6
16
22
42
50
Enero de 1996 Nmero 232
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Tiene sentido la vida fuera de s misma?Richard Dawkins
En un universo de electrones y genes egostas, fuerzas fsicas
ciegas y replicacin gentica, unos organismos tienen ms suerte que
otros. Para el autor, la extraordinaria complejidad de la vida, lo
mismo en el reino animal que en el vegetal, es el resultado de una
lucha por la supervivencia.
El descubrimiento de los rayos XGraham Farmelo
El pasado mes de noviembre se cumplieron cien aos desde que
Wilhelm Conrad Rntgen observase una imagen sorprendente. La atribuy
a un nuevo tipo de rayos, unas emisiones que podan atravesar el
cartn, la madera y la piel. En pocos meses aparecieron mltiples
aplicaciones.
La ciencia del malabarismoPeter J. Beek y Arthur Lewbel
Los ejecutantes de este antiguo arte han hallado en los
laboratorios un pblico bien dispuesto. Los cientficos han
cuantificado el nmero de objetos manipulables, han analizado sus
aspectos fisiolgicos y han ideado mtodos matemticos que facilitan
la invencin de malabarismos nuevos.
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64
72
S E C C I O N E S
4 Hace...
30 Perfiles
86 Taller y laboratorio
32 Cienciay sociedad
88 Juegosmatemticos
De cmo rellenarel espacio con nudos.
40 De cerca
80 Ciencia y empresa
91 Libros
96 Apuntes
Mundo celtibrico.
Edicin espaola de
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INVESTIGACION Y CIENCIA
DIRECTOR GENERAL Francisco Gracia GuillnEDICIONES Jos Mara
Valderas, directorADMINISTRACIN Pilar Bronchal, directoraPRODUCCIN
M.a Cruz Iglesias Capn Bernat Peso Infante Carmen Lebrn
PrezSECRETARA Purificacin Mayoral MartnezEDITA Prensa Cientfica, S.
A. Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona (ESPAA) Telfono (93) 414
33 44 Telefax (93) 414 54 13SCIENTIFIC AMERICAN
EDITOR IN CHIEF John RennieBOARD OF EDITORS Michelle Press,
Managing Editor; Marguerite Holloway, News Editor; Ricki L.
Rusting, Associate Editor; Timothy M. Beardsley; W. Wayt Gibbs;
John Horgan, Senior Writer; Kristin Leutwyler; Madhusree Mukerjee;
Sasha Nemecek; Corey S. Powell; David A. Schneider; Gary Stix; Paul
Wallich; Philip M. Yam; Glenn ZorpettePRODUCTION Richard
SassoCHAIRMAN AND CHIEF EXECUTIVE OFFICER John J. HanleyCO-CHAIRMAN
Dr. Pierre GerckensDIRECTOR, ELECTRONIC PUBLISHING Martin Paul
COLABORADORESDE ESTE NUMEROAsesoramiento y traduccin:
Mnica Murphy: La misin Galileo;Esteban Santiago: El sistema
inmunitario del cerebro; Manuel Puigcerver: Clima ca-tico; Luis
Bou: Memorias hologrficas, La ciencia del malabarismo y Juegos
matemti-cos; Carlos Castrodeza: Tiene sentido la vi-da fuera de s
misma?; Juan Pedro Campos: El descubrimiento de los rayos X y
Apuntes; J. Vilardell: Hace... y Taller y laboratorio.
PROCEDENCIADE LAS ILUSTRACIONES
Portada: Slim FilmsPgina
6-7
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75
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Fuente
Composicin digital de Slim Films; fotografa de Io cortesa de
Laboratorio de Propulsin a ChorroJared Schneidman JSDJared
Schneidman JSD (arriba); Lab. de Propulsin a Chorro (abajo)Lab. de
Propulsin a Chorro (fotos); Laurie Grace (grafismo)Laboratorio de
Propulsin a ChorroDana Burns-PizerDana Burns-Pizer (dibujos);
Wolfgang J. Streit (micrografas)Cortesa de William Feindel, Archivo
PenfieldHaruhiko Akiyama, Instituto de Psiquiatra de TokioBarry
RossJana Brenning (arriba, derecha);Barry RossJana BrenningJana
Brenning (arriba, izquierda); Richard B. Alley, Universidad Estatal
de PennsylvaniaNorman Tomalin, Bruce Coleman Inc. (arriba,
izquierda); Stefan Lundgren, The Wildlands Collection (arriba,
derecha); Fridmar Damm, Leo de Wys (abajo, izquierda); Boris
Dmitriev (abajo, derecha)Charles OrearJared Schneidman JSDInstituto
de Tecnologa de California; Eric Sander (derecha)Eric SanderAntonio
Pulido BoschW. Martn RosalesHans Reinhard, Bruce Coleman Inc.
(guepardo); Video Surgery, Photo Researchers, Inc. (hueso); Ken
Eward, BioGrafx, Science Source, Photo Researchers, Inc. (ADN);
composicin digital por Tom DraperGregory G. Dimijian, Photo
Researchers, Inc. (arriba);Pat Greany, USDA (abajo, izda.);Scott
Nielsen, Bruce Coleman, Inc. (abajo, dcha.)Norbert Wu (izquierda);
David Madison, Bruce Coleman, Inc. (dcha.)Archivo Bettmann
(arriba); E. R. Degginger, Animals, animals (abajo)German Museum
Photo LibraryGerman Museum Photo Library (arriba, izda.); 100 Jahre
Rntgenstrahlen: 1895-1995, catlogo de exposicin de la Universidad
de Wrzburg, 1995Cortesa del Museo de la Ciencia de LondresSpektrum
der WissenschaftGraham FarmeloKen Regan, Camera 5; cortesa de Dub
Juggling EquipmentKen Regan, Camera 5; cortesa de Dub Juggling
Equipment (arriba), Rediseo de Bildatlas sum Sport im Alten gypten
por W. Decker (abajo)Carey Ballard (arriba);Karl Gude (abajo)Johnny
JohnsonDavid Koether (abajo)Ken Regan, Camera 5Kathy KonkleJohnny
Johnson (arriba)Michael Goodman
LA PORTADA muestra la pauta de refrac-tividad variable que
representa un bit de datos, volumtricamente almacenado en un
cristal. Se crean tales hologramas cuan-do dos haces de lser, en
uno de los cuales estn inscritos los datos, concurren en el seno
del cristal, interfirindose. La verdad es que la pauta de
interferencia no puede verse. Cuando el cristal vuelve a
iluminar-se, la pauta difracta la luz y se reconstruye el haz
portador de datos (vase Memorias hologrficas, por Demetri Psaltis y
Fai Mok, en este mismo nmero).
Copyright 1995 Scientific American Inc., 415 Madison Av., New
York N. Y. 10017.
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reproduccin en todo o en parte por ningn medio mecnico, fotogrfico
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(93) 321 21 14Fax (93) 414 54 13 Difusincontrolada
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4 INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996
...cincuenta aos
SCIENTIFIC AMERICAN: El nuevo fototubo multiplicador, llamado
orti-cn de imagen, capta escenas bajo la luz de una vela o de una
cerilla e incluso es capaz de generar una imagen de una habitacin
con las luces apagadas. Hasta ahora, el orticn de imagen se ha
mantenido como secreto militar, pero ya en 1940 se hicieron
demostraciones felices de guiado de aeronaves sin piloto con un
avin tor-pedero controlado por radio y dirigido por televisin desde
una distancia de diez millas.
Haca tiempo que las fracciones de gasolina de bajo nmero de
octa-nos venan siendo un problema para las refineras. Hasta que los
inves-tigadores descubrieron que el xido de molibdeno, cuando se
dispersa en almina y se emplea como catalizador en una atmsfera de
hidrgeno, alte ra la estructura molecular de las gasolinas de bajo
poder calorfico. Este proceso, hydroforming, multiplica por dos el
octanaje de las gasolinas de baja calidad y, durante la guerra,
asegur el suministro de grandes cantidades de gasolina de alto
octanaje a nuestros aviones y a los de nuestros aliados, una
gasolina muy superior a cualquiera de las que usara el enemigo, y a
un costo razonable.
...cien aos
SCIENTIFIC AMERICAN: No pocos de nuestros lectores ya se habrn
hecho cargo de lo que supone la muerte de Mr. Alfred Ely Beach,
inventor,
ingeniero y redactor de esta revista. Mostramos en la ilustracin
uno de sus numerosos inventos, el sistema neumtico aplicado a un
ferrocarril elevado. Los visitantes de la Feria del Instituto
Americano, celebrada en Nueva York en 1867, recordarn el
ferrocarril que colgaba del techo y corra desde la calle 14 a la
15.
N. A. Langley ha logrado obtener helio perfectamente libre de
nitrgeno, argn e hidrgeno. Este gas demuestra ser exactamente dos
veces ms pesado que el hidrgeno, el patrn habitual. Guindose por
consideraciones pura-mente fsicas, el experimentador lleg a la
conclusin de que la molcula de helio contiene un solo tomo. De ah
que su peso atmico debe tomarse como 4.
En una reunin especial del Instituto Antropolgico, celebrada en
Londres, el doctor Eugene Dubois, de Holanda, ley un informe en el
que describa sus exploraciones en Java y ofreca una demostracin de
los interesantes restos fsiles por l descubiertos durante sus seis
aos de residencia. La mayor atraccin la ofrecieron los restos de un
fmur de linaje humano, un esqueleto an-tropoide y dos molares
hallados en un estrato pliocnico a orillas de un ro javans.
Sostiene que conforman la prueba de ms peso hasta la fecha aducida
a favor de la doctrina de una evolucin del hombre pareja a la de
los simios a partir de un progeni-tor comn; afirma que revelan una
forma de transicin entre el hombre y un simio antropoide, al que
ha
dado el nombre de Pithecanthropus erectus.
En poco tiempo la cocana ha empezado a emplearse como
estimu-lante en las hipdromos. Antes de la salida, o pocos momentos
antes, a los caballos agotados o exhaustos se les inyectan por va
cutnea de seis a diez decigramos de cocana. A los efectos, muy
notables, les sigue un autntico delirio muscular, en el que el
caballo exhibe una velocidad desusada. El efecto de la cocana se va
haciendo menos duradero a medida que se aumenta su uso y puede que
los corredores inyecten, en secreto, un segunda dosis estando en la
silla. A veces el caballo entra en delirio, se torna indomeable y
abandona la pista en un arrebato frentico.
...ciento cincuenta aos
SCIENTIFIC AMERICAN: En Oxford (Massachusetts) se requiri
recien-temente el concurso de una nueva aplicacin de la hipnosis.
La primavera pasada un granero fue pasto del fuego y ello se crea
obra de un incendiario. Hace pocas semanas se emple un hipnotizador
reconocido para dormir a una persona, de la que se extrajo una
informacin que llev al arresto de la misma, hoy en prisin en espera
de juicio. Si, a resultas del relato hipntico, fuese declarada
culpable, los bribones podran temer a partir de ahora al
hipnotismo; y si esa prctica tiene xito, ya no habra manera de
ocultar los delitos, ni de escapar a su descubrimiento.
Es bien sabido que una lente con-vexa hecha de hielo hace que
los rayos solares converjan y produzcan calor. Por tanto, podra
deducirse que si una gran pastilla de hielo (de cinco o seis metros
de dimetro, por ejemplo) se redujera a la forma convexa (lo que
podra hacerse fcilmente con una azuela de carpintero) y se colocara
a modo de techo sobre una cabaa, su efecto sera caldear el
interior. Y si a los rayos solares se les obligara a pasar por una
trampilla hacia el stano, siendo ste de altura suficien-te para
conducir los rayos hacia un foco, se producira calor suficiente
para hornear o asar provisiones para una familia.
Hace...
Ferrocarril neumtico de Alfred Ely Beach
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6 INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996
El 7 de diciembre de 1995 el breve resplandor de una estre- lla
fugaz de nueva factura ilumin el cielo de Jpiter. El cuerpo que se
precipit en los tenues gases de la alta atmsfera joviana, a casi 50
kilmetros por segundo, no fue un meteoro ni un cometa, sino un
ingenio creado en la Tierra. A los pocos minutos se abri un
paracadas, para frenar el proyectil, y se desprendi lo que quedaba
de la capa protectora contra el calor. La sonda descendi y envi a
la nave nodriza, el satlite artificial Galileo, situado unos
200.000 kilmetros ms arriba, datos sobre estructuras nebulares,
composiciones, temperaturas y presiones.
La nave almacen las seales para su posterior transmisin a los
cientficos que esperaban en la Tierra. Cuando las seales
procedentes de la sonda se desvanecieron, se activ un cohete de
Galileo du-rante casi una hora, que situ la nave en una gran rbita
alrededor del planeta. Tras visitar dos planetas y otros tantos
asteroides en un viaje de seis aos durante los que ha realizado
adems otros descubrimientos inesperados, ha llegado finalmente a su
destino: Jpiter. Trescientos ochenta y cinco aos despus de que
Galileo Galilei descubriera las lunas de Jpiter, un satlite
artificial bautizado con su nombre se suma a la interminable
circulacin de stas.
El proyecto Galileo vio la luz a mediados de los setenta, tras
las aproximaciones a Jpiter de los Pioneer 10 y 11, cuando ya haban
comenzado las ambiciosas misiones Voyager hacia los confines del
sistema solar. Estaba claro que Jpiter y sus satlites peculiares
que forman una especie de sistema solar en miniatura merecan algo
ms que una mirada furtiva. En 1976 un equipo dirigido por James Van
Allen, de la Universidad de Iowa, present a la NASA el proyecto de
una misin doble: una sonda de entrada que estu-diara la atmsfera de
Jpiter y un complejo aparato que describiese unas doce rbitas
alrededor del planeta en dos aos con el fin de transmitir
informacin sobre Jpiter, sus lunas y su poderossimo campo
magntico.
El Congreso aprob la misin. Galileo estaba destinado a
conver-tirse, en enero de 1982, en la primera nave planetaria
lanzada por un transbordador espacial. Sin embargo, el programa de
la lanzadera sufri reveses tcnicos, y lo mismo le pas al cohete de
tres fases propulsado con combustible slido necesario para que
Galileo llegara a Jpiter. Despus de considerar y descartar varios
procedimientos distintos, se eligi como sistema de propulsin un
cohete nico, de gran potencia, alimentado con hidrgeno lquido. Se
retras hasta mayo de 1986 la nueva fecha de lanzamiento.
En enero de 1986, poco despus del traslado de Galileo desde el
Laboratorio de Propulsin a Chorro (JPL) de Pasadena hasta el Centro
Espacial Kennedy de Cabo Caaveral, sucedi el trgico
La misin GalileoDesde su rbita alrededor de Jpiter,
la nave espacial Galileo observael planeta y sus satlites
naturales,
al tiempo que da cuenta de un mundo desconocido
Torrence V. Johnson
-
INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996 7
1. GALILEO se aproxim a Io, la luna volcnica de Jpiter, el 7 de
diciembre de 1995. La accin conjunta de sus propulsores y el
arrastre gravitatorio de Io lo situ en rbita alrededor de Jpiter.
Sin embargo, por culpa del dao sufrido por la grabadora no pudo
realizar observa-ciones durante su estrecho acercamiento a Io.
-
8 INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996
accidente del Challenger, en el que perecieron sus siete
tripulantes. Los siguientes lanzamientos de transborda-dores se
pospusieron indefinidamente. Adems, el cohete de hidrgeno lquido de
la nave Galileo pareci demasiado peligroso para llevarlo en la
bodega de carga del transbordador, y se des-ech la idea. El nico
sistema de propulsin que le quedaba al satlite, un cohete de dos
fases alimentado con combustible slido, no generaba la energa
suficiente para impulsarlo hasta Jpiter.
Por suerte, a un equipo de diseo de misiones del JPL se le
ocurri una solucin novedosa. Venus y la Tierra
podran empujar la nave; la energa que sta tomara del movimiento
de los planetas alrededor del Sol comple-mentara la de un cohete
inadecuado. Llegara, por fin, a Jpiter, y ofrecera de paso an ms
observaciones cien-tficas de lo proyectado.
Galileo y sus propulsores de com-bustible slido se internaron en
el espacio, dentro de la bodega de carga del Atlantis, el 18 de
octubre de 1989. Una vez estuvo en posicin de empren-der su viaje
fuera del transbordador espacial, se encendieron los cohetes de
forma que, paradjicamente, cayese hacia el centro del sistema
solar. La nueva trayectoria VEEGA (Venus Earth
Earth Gravity Assist, o contribucin gravitatoria Venus Tierra
Tierra) por-tara la nave hasta Venus y la hara pasar dos veces por
la Tierra antes de tomar el rumbo de Jpiter. Aparte de los
encuentros planetarios, esta sinuosa ruta inclua dos incursiones a
travs del cinturn de asteroides, con particular acercamiento a dos
de esos miembros de la familia solar, que nunca se haban observado
de cerca.
En el camino hacia Venus y, en realidad, durante toda la larga
trave-sa algunos instrumentos instalados a bordo de la nave no
dejaron de escrutar el espacio interplanetario. El magnetmetro vi
gilaba el campo mag-
La nave Galileo cuenta con dos segmentos: uno en rotacin y el
otro estacionario. La rotacin confiere estabilidad y permite que
la
antena de comunicaciones, dispuesta a lo largo del eje de
rotacin, apunte siempre hacia la Tierra.
Los instrumentos escrutadores que barren la to-talidad del cielo
estn instalados en la parte
principal, la rotatoria. Los aparatos que hay que apuntar a un
objeto concreto durante
un tiempo largo estn colocados en la plataforma estacionaria de
barrido.
La sonda entr en la atmsfera de Jpiter justo cuando Galileo lleg
al planeta el 7 de diciembre. Ese mismo da, los cohetes
propulsores, con la ayuda de la gravedad de Io, pusieron la nave en
rbita alrededor de Jpiter. Desde esa posicin transmitir datos
durante dos aos.
T. V. J.
Equipo instrumental de Galileo
LA ANTENA DEONDAS DE PLASMA
detecta ondas elec-tromagnticas y
electros tticas de la mag ne tosfera de Jpiter.
LA ANTENA DE BAJA GANANCIAse utiliza en las comunicaciones y
en los experimentos en radio.
EL DETECTOR DE POLVO cuenta los granos microscpicos y mide su
tamao y velocidad.
EL DETECTOR DE PLASMA mide las part-culas de baja energay
dotadas de carga de magnetosfera joviana
EL CONTADOR DE IONES PESADOS mide las
partculas de energamuy alta, similares a
los rayos csmicos.
EL DETECTOR DEPARTICULAS DE GRAN
ENERGIA mide las partculascon carga y de alta energa
de la magnetosfera de Jpiter.
EL ESPECTROMETRO PARAEL ULTRAVIOLETA LEJANO
detecta radiacin de alta energa procedente del toro de Io o de
las
auroras de Jpiter.LOS GENERADORES TERMOELECTRICOS
RADIOISOTOPICOS proporcionan energa nuclear a la nave espacial y a
sus instrumentos.
LA SONDA ATMOSFERICA JUPITER alberga siete instrumentos que
miden la temperatura, la presin y la velocidaddel viento, as
comolos relmpagos y su com-posicin.
LOS SENSORES DEL MAGNETOMETRO miden la fuerza y la direccin del
campo magntico.
LA PLATAFORMA DE BARRIDO contiene el espectrmetro ultravio-leta,
el espectrmetro de cartogra-fiado en el infrarrojo cerca no, la
cmara de imagen de estado s-lido y el radimetro fotopolarmetro que
analiza la radiacin de distin-tas longitudes de onda.
LOS PROPULSORES queman propelente para modificar la velocidad y
orientacin de la nave espacial.
LA ANTENA REPETIDORA PARALA SONDA recibe los datos procedentes
dela sonda.
LA ANTENA PRINCIPAL, concebida como el
dispositivo bsico decomunicacin, slo se
ha abierto parcialmentey no funciona.
-
INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996 9
ntico interplaneta-rio y el viento so-lar, constituido por par
tculas cargadas que manan del Sol y cubren distancias colosales. El
instru-mento dedicado al ultravioleta lejano tambin tuvo una
utilidad inmediata. Las mediciones to-madas por Galileo sirvieron
para cal-cular la variacin de la radiacin del Sol segn la latitud
de la zona de emi-sin, lo que nos ha permitido actualizar los
modelos de di-nmica solar.
Los transmisores de radio, de uso en las comunicaciones, tambin
proporcionaron datos cient-ficos de gran valor. Desde el lado
opuesto del Sol, Galileo envi ondas de radio al JPL que rozaron
apenas la superficie solar visible. Gra cias a los efectos que
causaban en esas ondas, pudieron medirse los procesos turbu-lentos
que acontecen en el Sol y los modos diversos en que se expulsa el
material que pasa a ser parte del viento solar.
La nave deba cubrir la pri-mera etapa de su misin con su antena
principal, una suerte de paraguas cerrado y oculto tras una lmina
que la protega de los rayos directos del Sol. Pero sin abrirse no
sirve para nada tan importante instrumento, di-seado para
transmitir los datos muy velozmente. Porta tambin el satlite sendas
antnulas en cada extremo, aunque carentes de la potencia necesaria
para enviar informacin a semejan-tes distancias.
Por eso se program la grabadora de cinta magntica de Galileo con
el fin de que registrara la informacin de Venus durante las
primeras horas del acercamiento. Los bits de informacin se enviaron
a la Tierra por medio de una de las antenas de baja ganancia la que
apuntaba a nuestro planeta durante la primera visita de la nave, en
diciem-bre de 1990. La proximidad garantizaba la recepcin ntida de
las seales, pese a la baja potencia de su emisin. Las imgenes
infrarrojas tomadas
procedan del interior de la atmsfera de Venus y proporcionaron
la visin ms detallada obtenida hasta ahora de la estructura y la
dinmica de sus capas inferiores de nubes.
Galileo tambin pudo observar a la Tierra desde la perspectiva de
un explorador interplanetario, y produjo un impresionante reportaje
de nuestro acuoso planeta. La nave examin los
confines exteriores del campo magn-tico de la Tierra y tom las
primeras mediciones de la cara oculta de la Luna desde los tiem-pos
del programa Apolo. Estas im-genes descubrieron antiguos procesos
volcnicos en re-giones no visitadas por los astronautas y
confirmaron la exis-tencia de una cuenca de impacto, antigua y
enorme, en la cara oculta, la cuenca Polo Sur-Aitken.
Poco despus de su ltimo paso por la Tierra, Galileo hubo de
enfrentarse a un grave pro-
blema tcnico. Como la nave estaba ya a una distancia razonable
del Sol, los controladores en tierra ordenaron la apertura de la
antena principal. Los motores no funcionaron ni 10 se-gundos antes
de detenerse. El estudio de la contrariedad revel que no se haban
desplegado algunas varillas de la antena, seguramente tres; el
instrumento se haba convertido en
pura chatarra. Ningn esfuerzo, de los muchos empeados, ha
conseguido abrir la antena. Por lo que parece, las varillas estn
atascadas debido a la prdida de lubricante durante los largos
viajes en camin que hizo la nave: de la costa del Pacfico a la
atlntica en 1986, de vuelta al Pacfico cuando se retras el
lanzamiento y otra vez a la costa atlntica en 1989.
Durante unos meses deso-ladores, el equipo pens que buena parte
de la misin, si no toda, se haba ido al traste. Los datos de la
nave podran llegar a la Tierra gracias a la pequea antena con la
que se haban mantenido las co-municaciones desde el lanza-miento.
Pero los planes para la toma de datos en rbita dependan
fundamentalmente de la antena principal, dise-ada para transmitir
134.000 bits por segundo. Tras varias reuniones de inten so debate,
el equipo de planificacin lleg al convencimiento de que gran parte
de los objetivos cient-ficos podran alcanzarse con la antnula.
2. EL SINUOSO CAMINO hacia Jpiter de Galileo le ha hecho pasar
por Venus, dos veces por la Tierra y otras tantas a travs del
cinturn de as-teroides. Una vez en rbita alrededor de Jpiter, se
acercar mucho a las cuatro lunas mayores del planeta.
3. LA CARA NOCTURNA DE VENUS, fotografiada en luz infrarroja por
la nave durante su paso cerca del planeta. La radiacin trmica se
origina a gran profundidad dentro de la atmsfera; gracias a ello se
observ la capa interna de nubes.
-
10 INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996
Haba que estar atentos al in-minente encuentro con Gaspra, el
primero de una nave espacial con un asteroide. Los planes para su
observacin estaban muy adelantados y se basaban en la comunicacin
veloz por medio de la antena prin-
cipal tanto para acercar el satlite al asteroide como para
enviar la informacin a la Tierra.
Trabajando sin descanso, los inge-nieros calcularon cmo
sustituir las veinte o ms imgenes necesarias para la navegacin
previstas por slo
cinco. (El obturador de la cmara se mantuvo abierto, con lo que
las estrellas aparecieron como rayas; y as una imagen vali por
varias.) Se dispona del tiempo justo para recibir de la antena de
baja ganancia estas imgenes imprescindibles que serviran
JUPITER CON DOS DE SUS SATELITES, IO (IZQUIERDA) Y EUROPA
(DERECHA)
EUROPA
GANIMEDES
CALISTO
Por qu Jpiter?
Los vuelos de aproximacin de Voyager I en 1979 convencieron a
los astrnomos de que Jpiter y sus lunas encierran un inters muy
superior al que se haba imaginado. El sistema joviano, con sus
lunas de tamao planetario que describen rbitas circulares
coplanares, se parece mucho a un pequeo sistema solar.
Jpiter recuerda a una estrella. Contiene un 70 por ciento de la
masa de todos los planetas de nuestro sistema solar juntos y consta
principalmente de hidrgeno y helio. La energa gravitatoria que se
desprendi al formarse el planeta hace 4500 millones de aos,
atrapada an en sus profundidades, se va liberando paulatinamente,
de modo que el planeta radia casi el doble de la energa que recibe
del Sol.
Su atmsfera es el mejor exponente de la nebulosa original a
partir de la cual sur-gi el sistema solar. La nebulosa contiene
elementos ligeros, sobre todo hidrgeno y helio, que los planetas
rocosos como la Tierra o no han posedo nunca, o perdieron hace
mucho. En el Sol mismo los gases han sufrido una modificacin debido
a la combustin termonuclear. Pero en el planeta gigante todo,
mantenido por la gigantesca gravedad, se ha conservado como fue en
un principio. La sonda de Galileo, al revelar los datos relativos a
la composicin del gas y el polvo, mejora nuestro conocimiento de
cmo naci el sistema solar.
Jpiter no tiene superficie en el sentido habitual de la palabra.
El hidrgeno se hace ms denso con la profundidad y a niveles
bastante someros se condensa formando un lquido caliente. A travs
de este ocano de hidrgeno cae una lluvia perpetua de helio. Ms
abajo, el hidrgeno se comporta como un metal y proporciona quiz la
alta conductividad elctrica necesaria para generar el poderoso
campo magntico de Jpiter.
Con su elevada gravedad, rotacin rpida y qumica poco habitual,
Jpiter constituye un banco de pruebas nico. Muchas de las
mediciones acometidas por la sonda estn pensadas para proporcionar
un suelo de verdad que facilite la calibracin de los modelos
atmosfricos que, finalmente, nos servirn para conocer la
Tierra.
Se piensa que los diecisis satlites de Jpiter se formaron a
partir de una nube de gas, polvo y hielo que rodeaba el planeta,
del mismo modo que los planetas se for-maron alrededor del Sol. Las
grandes lunas
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INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996 11
para precisar la posicin de Galileo. La comunidad astronmica
internacio-nal contribuy con una campaa de observaciones de la
rbita de Gaspra, elemento vital para determinar la si-tuacin de la
nave con respecto al asteroide.
A la grabadora de cinta magn-tica con capacidad de gigabits, ya
utilizada durante el acercamiento a Venus, se le asign el
almacena-miento de las imgenes de Gaspra. Debido a que el Galileo
an deba visitar la Tierra una ltima vez, la
grabacin podra recuperarse con la antena de baja ganancia,
mientras la nave estuviera cerca. Gracias a esta estrategia se
salvaron los principales experimentos, pese a la prdida de las
transmisiones inmediatas de la antena principal.
ERUPCION VOLCANICA EN IO
LA MAGNETOSFERA INTERIOR CON EL TORODE PLASMA DE IO
SUPERFICIE DEL PLASMA
ORBITASDEL SATELITE
TORO DE IOJUPITER
LINEASDEL CAMPOMAGNETICO
VIENTOSOLAR
JUPITER
MAGNETOSFERA
rocosas, Io y Europa, estn ms prximas a Jpiter, igual que
Mercurio y Venus son los ms interiores del sistema solar. Ms lejos,
Ganimedes y Calisto poseen un mayor nmero de elementos ligeros,
como el hidrgeno (en forma de hielo).
Con un tamao parecido al de la Luna, Io es el cuerpo de mayor
actividad volcnica de todo el sistema solar: la lava renueva su
superficie cada pocos cientos de aos. Al contrario de lo que sucede
en la Tierra, cuyos volcanes reciben la energa del calor de los
radioistopos, los de Io se calientan por las distorsiones de marea
que producen Jpiter y los otros satlites. Las nubes vol-cnicas
crean una atmsfera no uniforme de dixido de azufre, parte del cual
se escapa del planeta; el resto se congela sobre la superficie.
Europa, del tamao de nuestra Luna, tiene una extraa superficie
fracturada y helada que hace que sea diez veces ms brillante en luz
refleja. Ganimedes y Calisto, lunas envejecidas y cubiertas de
crteres, tienen grandes cantidades de hielo; su tamao es el de
Mercurio. Los once acercamientos de Galileo a estos cuatro satlites
revelarn numerosos detalles, como el espesor de la corteza de Io,
la composicin de las rocas de Calisto y el espesor del
recubrimiento helado de Europa.
La zona que rodea a un planeta dominada por su campo magntico se
denomina mag-netosfera. Jpiter tiene la mayor magnetosfera del
sistema solar: si el volumen de espacio que contiene se pudiera
hacer visible al ojo humano, nos parecera en nuestro cielo nocturno
mayor que la Luna llena.
La magnetosfera forma una barrera que se levanta ante las
partculas cargadas elc-tricamente del viento solar, al que fuerza a
desviarse y fluir alrededor del obstculo invisible. Una onda de
choque se forma en direccin contraria al flujo, en el borde de la
magnetosfera que se orienta hacia el Sol; en la misma direccin del
flujo, el campo mag-ntico se alarga y dibuja una magnetocola. La
magnetosfera alberga partculas cargadas de alta energa, corrientes
inmensas y una gama abrumadora de ondas electromagnticas. Un enorme
anillo en rotacin, o toro, com-puesto de iones de oxgeno y azufre,
rodea a Jpiter y constituye la parte interna de la magnetosfera.
Este material proviene de Io, que ha de proporcionar
aproximadamente una tonelada del mismo por segundo.
T. V. J.
TORRENTES ATMOSFERICOSDE JUPITER
EL VIENTO SOLAR SE DESVIA ALREDEDOR DE LA MAGNETOSFERA
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12 INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996
Pedimos algunas imgenes inmedia-tamente despus del encuentro
para comprobar de qu haban servido nues-tros esfuerzos. La
navegacin ha ba procedido con extraordinaria precisin. En las
imgenes se vea por primera vez un asteroide de cerca. Descubran una
roca irregular con muchos crteres de impacto pequeos, pero con
menos crteres grandes de lo esperado. Muchas de las partculas que
componen el cin-turn de asteroides eran, por lo visto, menores de
lo que se haba estimado. Y pareca que Gaspra se haba sepa-rado
recientemente, hara entre 300 y 500 millones de aos, de un cuerpo
rocoso mayor.
El resto de los datos se transmi- ti cuando Galileo volvi a casa
por ltima vez, a finales de 1992. Se des cubri con sorpresa el
cambio de direccin del campo magntico inter-planetario cerca de
Gaspra, como si encontrara un obstculo magntico. Si Gaspra poseyese
un campo magntico, afectara al campo del vien to solar. Estaba
claro que las propiedades mag-nticas de los asteroides encerraban
enorme inters.
El segundo encuentro con la Tierra brind la ocasin de realizar
calibra-ciones sumamente tiles, proporcion vistas excelentes de las
regiones del polo norte de la Luna, y, a modo de
despedida, nos regal una pelcula hermossima de la Luna y la
Tierra juntas.
El impulso gravitatorio de la Tierra envi a la nave hacia su
destino final el 8 de diciembre de 1992. Se ajust la trayectoria
para que Galileo arri-bara a Jpiter el 7 de diciembre de 1995. En
su camino se encontrara con el asteroide Ida el 28 de agosto de
1993. Esta cita presentaba nuevas dificultades. Para esquivar el
cuello de botella en las comunicaciones se haban descartado la
utilizacin de la antena principal, que segua atascada, y el
efectuar ms pasos por la Tierra. La velocidad de transmisin de los
datos de Ida no superara los 40 bits por segundo. Sin embargo,
queramos observar a Ida a la mitad de distancia del avistamiento de
Gaspra. Como Ida es unas dos veces mayor que Gaspra, su retrato
tendra una superficie cuatro veces mayor.
Para obtener de Ida datos mejores que los recabados de Gaspra,
hubo que aplicarse a la navegacin. Se de-sarrollaron tcnicas de
bsqueda en la cinta grabada con el fin de que no se mandasen a la
Tierra imgenes del cielo negro, y as la ante na quedara libre para
transmitir slo las imgenes esenciales. La naturaleza nos ayud: Ida
tiene un perodo de 4,65 horas, unos dos tercios del perodo de
Gaspra, y Galileo observara todos los lados de Ida ms cerca.
Las primeras imgenes mostraron que Ida era un objeto
extremadamente irregular, de unos 56 kilmetros de largo y con una
superficie sembrada de crteres. Pertenece a la familia Koronis,
grupo de asteroides cuya existencia parece deberse a la
desinte-gracin de un cuerpo progenitor mayor, que medira unos 100
kilmetros de
dimetro. Algunos tericos aducan que la desintegracin tuvo lugar
no hace ms de algunas decenas de mi-llones de aos. Pero la
superficie de Ida, marcada por los crteres, muestra signos de
envejecimiento y sugiere que la familia Koronis, y quizs otras
tambin, pudiera tener mil millones de aos o ms.
An nos aguardaba otra sorpresa. En febrero de 1994 se empez a
examinar el resto de la cinta que contena las imgenes de Ida.
Pequeas partes de algunas de ellas se haban obtenido en forma de
barrotes carcelarios es decir, mediante secuencias en las que se
transmita un barrido de unas cuantas lneas, se saltaban muchas, se
emitan unas pocas ms y as hasta el final de la imagen. Se
localizaron las secciones que contenan datos de Ida para
recuperarlos ms adelante.
Cuando se estudiaron los barrotes, Ann Harch detect una extraa
mancha a un lado de Ida. El equipo examin, una a una, las fuentes
astronmicas que podran haber salido en el fondo de la imagen sin
que se hubieran percatado de ello. Al no encontrar ninguna,
concluyeron que ha ban dado con un pequeo asteroide junto a Ida,
seguramente una luna.
El equipo que se encarga de los infrarrojos, donde aparecan
tambin barrotes, confirm la presencia del asteroide. Ambos grupos
se percataron de que trabajaban con imgenes del mismo objeto
ligeramente diferentes. Un clculo rpido de los ngulos de paralaje
mostr que la roca estaba a unos 100 kilmetros del centro de Ida y
que no se haba movido mucho en los minutos que mediaron entre una
observacin y la siguiente. El pequeo cuerpo, que se mova tan
despacio y estaba tan cerca de un asteroide de ma-
TORRENCE V. JOHNSON dirige el grupo de expertos adscritos a la
misin Galileo. Tras obtener su doctorado en ciencia planetaria por
el Instituto de Tecnologa de California, trabaj en el de
Massachusetts. En la actualidad es investigador del Laboratorio de
Propulsin a Chorro de Pasadena.
4. LOS BARROTES CARCELARIOS, cortes de las imge-nes que se
tomaron del asteroide Ida, se transmitieron a la Tierra a fin de
localizar las secciones de inters sin tener que enviar las imgenes
completas. (El fallo de la antena principal hizo necesaria tanta
austeridad en la transmisin de
los datos.) Los barrotes descubrieron una pequea mancha a uno de
los lados de Ida (izquierda); al recuperar la imagen completa
(derecha), se determin que se trataba de una roca de un kilmetro en
rbita alrededor de Ida, la primera luna asteroide conocida hasta
ahora.
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INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996 13
yores dimensiones, era casi con total segu ridad un satlite. La
Unin As-tronmica Internacional lo bautiz con el nombre de Dctilo
(Dactyl), en honor a los Dctilos, hijos mi-tolgicos de Ida y
Jpiter.
En casi todas las imgenes de Ida apareca Dctilo. Las imgenes de
alta resolucin revelaron que la luna era un objeto con forma de
patata, marcado de hoyuelos. No se trataba, en efecto, de un
fragmento reciente producido por una colisin. Su rbita tiene un
perodo de 24 horas, o ms. La ga ma de rbitas que casan con las
observaciones ayuda a acotar la masa y, por tanto, la densidad de
Ida, que resulta similar a la de meteoritos rocosos.
El descubrimiento de la luna de Ida gener un sinfn de
interrogan-tes. Por ejemplo, el de su origen. Una colisin podra
haber puesto en rbita un pedazo de la propia Ida (una variante de
esta idea es que la Luna se form cuando un impacto descomunal
arranc de la superficie de la Tierra una cantidad de materia que se
amalgam con los restos del objeto causante del impacto). Pero
entonces el frag-mento tendra que haber chocado contra otro residuo
situado estra-tgicamente; de no haber sido as, hubiera vuelto a
caer sobre Ida. Lo probable es que Dctilo e Ida na-cieran de la
fragmentacin de un cuerpo de la familia Koronis. Si am-bos pedazos
permanecieron prximos entre s, pudieron quedar vinculados
gravitatoriamente.
La opinin est dividida acerca de la probabilidad de que un
asteroide adquiera un satlite y el tiempo de vida de ste. Desde
principios de siglo han venido sucedindose indicios, de dispar
origen, de que algunos asteroi-des podran ser binarios, dos cuerpos
que describen rbitas uno alrededor del otro en un espacio redu
cido. Pero las rocas pequeas salen de su rbita con mucha facilidad
debido a los efectos perturbadores del Sol y de otros pla-netas,
sobre todo J piter. Dctilo, que gira a unos pocos radios de Ida,
cae dentro de la influen cia de sta, pero queda por ver cunto
tiempo lograr permanecer as.
En julio de 1994, cuando an faltaba ao y medio para llegar a
Jpiter, Galileo contempl todo un espec tcu lo: el impacto del
cometa Shoe maker-Levy 9 en la cara oscura del planeta. Sin
embargo, haba que programar el ordenador de la nave meses antes del
acontecimiento, cuando an se desconoca el instante exacto de
los
impactos. Para obviar ese inconve-niente, deban registrarse
muchas ms imgenes de las que podan enviarse a la Tierra por medio
de la antena de baja ganancia. Para ello se utilizaron tcnicas de
bsqueda en las cintas de grabacin como las empleadas durante el
encuentro con Ida. Adems, el an-lisis de los fenmenos que se haban
observado desde la Tierra y desde el Telescopio Espacial Hubble
ayud a localizar y recuperar slo las secciones de la grabacin que
contenan datos sobre el impacto.
Galileo observ la luz visible y la infrarroja cercana producidas
por la entrada y explosin de varios fragmen-tos del cometa.
Destacan las imgenes del ltimo suceso. Tomadas en luz verde a
intervalos de 2,33 segundos, muestran un planeta giboso con un
punto incandescente en la parte oscura, cuyo brillo crece y luego
se apaga, la seal de la violenta muerte del fragmento W.
Tambin se registraron datos de vital importancia sobre el gran
suceso G mediante experimentos llevados a cabo en el ultravioleta e
infrarrojo y con el radimetro fotopolarmetro. Gracias a ellos se
calcularon de forma directa el tamao, la temperatura y la altitud
de la bola de fuego. Apareci como un globo de unos ocho
kilmetros
de dimetro y 7500 grados kel-vin de temperatura que, a medida
que ascendi en la atmsfera, se expandi y enfri rpidamente. El
anlisis de esa avalancha de datos durar aos.
Desde mediados de 1994, el detec-tor de polvo de la nave, que
mide los impactos de micrometeo ritos no mayores que las partculas
del humo del tabaco, ha venido registrando los flujos de polvo
procedentes de Jpiter. En agosto, a 62 millones de kilmetros del
planeta todava, Galileo se fue abriendo camino a travs de la
tormenta de polvo ms intensa que se haya podido medir hasta el
momento. Durante cuatro semanas, el detector fue embestido hasta
por 20.000 partculas que se movan a una velocidad entre 40 y 200
kilmetros por segundo. Los granos de polvo, demasiado pequeos para
daar la nave, pu-dieron originarse en los anillos de Jpiter o en
los volcanes de Io. Seguramente son granos con carga elctrica que
el campo magntico de Jpiter aceler y arroj hacia el espacio.
En octubre, los responsables de la misin sufrieron un sobresalto
ms. La grabadora, que haba funcionado durante aos, no dejaba de
rebobinar
al llegar al principio de la cinta. En el momento en que se
escribe esto, el equipo se inclina a creer que se ha estropeado la
grabadora hasta quedar casi inservible. No obstante, la nave todava
cuenta con algo de memoria de estado slido que puede aprove-charse
para almacenar y transmitir imgenes de alta resolucin, la mitad,
quiz, de las que habra admitido la grabadora.
La llegada de la sonda a Jpiter el 7 de diciembre de 1995 marc
el principio de su misin central. La informacin aportada por la
nave, un breve conjunto de datos (basta un disco blando para
almacenarlos) pero valiossimo, se recuper ntegramente. A partir de
este momento, Galileo se concentra en la realizacin de un sinfn de
medidas del planeta gigante, sus cuatro lunas mayores y su colosal
campo magntico.
La capacidad de la nave se ha mejorado considerablemente. Cuando
se programaron en un principio los ordenadores de Galileo, las
tcni-cas de compresin de datos eran an primitivas. Un paquete de
programas completamente nuevo permite que los datos se procesen,
editen y compri-man a bordo, lo que decuplica por lo menos el
contenido de informacin de cada bit.
5. LA SONDA ATMOSFERICA de Jpiter descendi sobre el planeta el 7
de diciembre de 1995. Durante el descenso se quem gran parte de la
capa protectora (abajo); el resto se desprendi despus de que un
paracadas redujese la velocidad de la sonda, y dej los instrumentos
al descubierto, que midieron la velocidad del viento, la composicin
de las nubes, la frecuencia de los relmpagos y otros aspectos de la
atmsfera.
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14 INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996
Adems, una modificacin de la Red del Espacio Lejano (Deep Space
Network, DSN) permite recoger las dbiles seales procedentes de la
an-tena de baja ganancia. La DSN es un grupo de tres instalaciones
de segui-miento situadas en Goldstone, Madrid y Canberra. Sepa
radas por 120 grados de longitud, las estaciones aseguran la
visibilidad de cualquier nave espacial en todo momento.
Las antenas se utilizan por separado para seguir diferentes
naves espacia-les. Pero cuando se requiere una alta sensibilidad se
sintonizan electrnica-mente y se crea una suerte de antena
receptora mucho mayor. Voya ger hizo uso de esta posibilidad en su
visita a los planetas Urano y Nep tuno, y Galileo la emplear de
forma habitual mientras observe Jpiter.
Estas mejoras, en combinacin con otros cambios en el modo en que
las naves espaciales codifican los datos, aumentan hasta 1000 bits
por segundo la capacidad de informa cin del enlace de
telecomunicaciones. Con esta capacidad, los objetivos primarios de
Galileo la obtencin de datos de alta resolucin de los objetos a los
que se aproxima y el estudio del campo magntico podrn cum plir se.
Galileo observar los satlites jovianos con la resolucin con la que
el LANDSAT, por ejemplo, toma imgenes de la Tierra. Otros proyec
tos, como la observacin de Io en el primer encuentro, la medi-cin
de los fenmenos magnetosfricos con resoluciones temporales altsimas
o la realizacin de un reportaje de la gran mancha roja no son
posibles sin la antena de alta ganancia y la grabadora.
Es imposible predecir qu podra haberse descubierto con el amplio
barrido del sistema joviano que se haba planeado originalmente.
Pero el equipo de la sonda ya ha demostrado que es capaz de
realizar descubri-mientos impresionantes mediante el uso
inteligente de bajas cantidades de bits.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA
THE NEW SOLAR SYSTEM. J. Kelly Beatty y Andrew Chalkin. Sky
Pu-blishing, 1990.
JUPITER: THE GIANT PLANET. Reta Bee-be. Simon & Schuster,
1994.
LNEA DIRECTA DESDE JPITER, dis-ponible a travs del World Wide
Webb en http://quest.arc.nasa.gov/Jupiter.html, o va gopher en
quest.arc.nasa.gov bajo el directorio de Interactive Projects.
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MIELINA
OLIGODENDROCITO
16 INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996
Cuando los bilogos observan en el microscopio tejidos sanos
procedentes de cerebro o de mdula espinal, no suelen ver
leu-cocitos de la sangre, los centinelas mejor conocidos del
sistema inmu-nitario. Y hay una buena razn de que as sea. Aunque
los leucocitos nos defienden frente a la infeccin y el cncer,
tambin pueden segregar sustancias capaces de destruir clulas
irremplazables del sistema nervioso, las neuronas. El organismo
evita ese ataque restringiendo el paso de las clulas inmunitarias
desde los vasos sanguneos hacia el sistema nervioso central. Para
introducirse en el tejido nervioso, los leucocitos han de esperar
el desgarro o la alteracin patolgica de los vasos.
Por todos esos datos, creyse en el pasado que el sistema
nervioso careca de proteccin inmunitaria. Sin embargo, los
investigadores han demos-trado recientemente que unas clulas
fascinantes, agrupadas bajo el nombre colectivo de microgla, forman
all una extensa red defensiva. Las clulas de la microgla dedican la
mayor parte de su tiempo a servir a las neuronas. Pero datos cada
vez ms convincentes nos dicen que a veces pierden tal
naturaleza
benfica. Se sospecha con fundamento que estas clulas pueden
contribuir al desarrollo o a la exacerbacin de algunas afecciones:
infarto cerebral, Alzheimer, esclerosis mltiple y otras
enfermedades neurodegenerativas.
Las clulas de la microgla se encuadran en un grupo ms amplio
conocido como gla (palabra tomada del griego donde significa
sustancia viscosa), cuya existencia se reconoci a comienzos del
siglo XIX. En un principio, los bilogos consideraron errneamente
que la gla constitua una unidad, que vena a ser una suerte de
argamasa irrelevante entre neuronas del cerebro o mdula espinal.
Pero en los aos veinte de nuestro siglo los microscopistas haban
identificado tres tipos de clulas de la gla: los astrocitos, los
oligodendrocitos y la microgla. Cincuenta aos despus se vio claro
que los dos primeros tipos, por lo menos, cumplan funciones de sumo
inters.
Los astrocitos, de morfologa estre-llada y cuyo soma celular es
el de mayor tamao de todo el grupo, ab-sorben neurotransmisores que
pue-dan encontrarse en exceso alrededor de las neuronas,
protegiendo as las clulas nerviosas de recibir una esti-
mu la cin desmedida. Por su lado, los oli godendrocitos, cuyo
cuerpo celular les sigue en tamao, producen la vaina de mielina que
asla los axones (largas proyeccio nes que se extienden desde los
somas celulares y transpor tan se-ales elctricas). Algunos sospe
chaban que el grupo constituido por las c-lulas ms diminutas, las
que for man la microgla, realizaban tambin una funcin especial, de
ndole inmunitaria. Sin embargo, hasta los aos ochenta no se dispuso
de las herramientas necesarias para ratificarlo.
La idea surgi de la investiga cin minuciosa que a comienzos del
si glo XX realiz Po del Ro Hortega, disc-pulo de Santiago Ramn y
Cajal. En 1919 del Ro haba desarrollado una tincin, con carbonato
de plata, que permiti distinguir la microgla de neuronas,
astrocitos y oligodendrocitos, en cortes de cerebro de mamferos. A
partir de entonces se dedic durante ms de un decenio a profundizar
en la naturaleza de tales clulas.
Averigu que la microgla apareca en forma de cuerpos amorfos en
el cerebro en desarrollo; luego, se dife-renciaban en formas muy
ramificadas que colonizaban todas las regiones del cerebro y
establecan contactos
El sistema inmunitario del cerebroLo forman las clulas de la
microgla. Destinadas a funciones de proteccin,en ocasiones revelan
una sorprendente agresividad. Pueden contribuiral desarrollo de
enfermedades neurodegenerativas y a la demencia del sidaWolfgang J.
Streit y Carol A. Kincaid-Colton
ASTROCITO
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MICROGLIA
NEURONA
AXON
INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996 17
con neuronas y astrocitos, pero no entre s. Adems, cuando el
cerebro sufra una grave lesin, respondan de manera espectacular.
Observ que, en la reaccin ante una herida incisiva, las clulas
ramificadas retraan sus finas protuberancias para retornar a su
conformacin inmadura, redondeada.
Del Ro advirti que en esta l- tima etapa la microgla se
ase-mejaba a los macrfagos, clase de leucocitos que no se halla en
el te-jido cerebral. Saba, asimismo, que, cuando los macrfagos
perciban que algo atacaba al tejido o sufra una infeccin, stos
emigraban a las reas afectadas, proliferaban y se hacan muy
fagocticos; es decir, se convertan en carroeros, eliminadores de
detritus, capaces de engullir y degradar mi-crobios, clulas
moribundas y otros materiales de desecho. Hacia 1932 avanz la idea
de que la adopcin de la forma redondeada de la microgla madura
reflejaba una metamorfosis hacia el estado fagoctico. En otras
palabras, pens que la operacin de la microgla remedaba la
desempeada por los macrfagos.
Pese a la coherencia del razo-namien to expuesto por del Ro,
muy
pocos le secundaron, en buena parte debido a su mtodo de tincin,
que result ser poco fiable. Sin un medio seguro para distinguir la
microgla de otras clulas, no era mucho lo que se poda averiguar
acerca de sus funciones. Si tuacin que dur hasta los aos ochenta,
cuando el grupo oxoniense de V. Hugh Perry inici estudios
sistemticos con anticuerpos monoclonales que se unieran a la
microgla. Un anticuerpo monoclonal reconoce con suma especificidad
su protena diana, es decir, su antgeno. El grupo de Perry saba que,
si esos anticuerpos encontraban su diana en la microgla, y no en
otras clulas del sistema nervioso central, podran muy bien
convertirse en una tincin excelente. La microgla destacara entre
las dems clulas si lograban vincular a algn marcador detectable los
an-ticuerpos enlazados; el marcador po-dra ser, por ejemplo, un
compuesto fluorescente.
En 1985 Perry demostr que varios anticuerpos monoclonales
preparados
por otros grupos podan cartografiar la microgla cerebral. Se
reuni un conjunto nutrido de anticuerpos tiles para este propsito.
Su introduccin, junto con la llegada por entonces de mtodos para
mantener poblaciones puras de microgla en placas de cul-tivo,
permiti examinar la actividad de estas clulas.
Los anticuerpos no se limitaron a realzar la presencia de la
microgla; respaldaron la hiptesis de la funcin de sta en la defensa
inmunitaria del cerebro y la mdula espinal. A mayor abundamiento,
varios anticuerpos que reconocen protenas y slo se dan en clulas
del sistema inmunitario encon-traron tambin su diana en la
microgla. Ms an, algunos de los anticuerpos demostraban que las
clulas se com-portaban como macrfagos.
Los macrfagos y algunos de sus congneres son presentadores de
ant-genos: trocean protenas fabricadas por los microbios invasores
y exponen sus fragmentos en hendiduras moleculares denominadas
antgenos del complejo
1. LAS CELULAS DE LA MICROGLIA (rojo) en su estado de reposo
mantie nen contacto con las clulas de su entorno y vigilan su
salud. Se hallan prepara das para responder con rapidez a cualquier
agresin.
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18 INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996
Estado 1:ReposoLa microgla ramificada vigila constantemente la
salud de las clulas de su entorno.
Estado 2:Recin activadaLa microgla cambia de forma cuandodetecta
una alteracin en su microentorno; por ejemplo la lesin de una
neurona.
Estado 3:FagocticoEn este estado lamicrogla reaccionaante la
muerte de otras clulas; sus clulas cambian nuevamentede forma y
degradanel material procedente de clulas muertas.
MICROGLIA ARBUSTIVA
MICROGLIA ABASTONADA
MICROGLIA PERINEURONAL
MICROGLIA FAGOCITICA
MICROGLIA RAMIFICADA
La microgla (marrn dorado en las micrografas) suele hallarse en
estado de reposo, con numerosas rami-ficaciones desplegadas
(arriba) que se retraen cuando advierten que una neurona corre
peligro. Emigran hacia el punto conflictivo y adoptan una nueva
conformacin (en el medio); cul sea sta va a depender de la
arquitectura de la regin. Si las clulas disponen de espacio
suficiente, se tornan arbustivas (izquierda); si han de acomodarse
entre proyecciones neuronales
delgadas y alargadas, tienden a adquirir un aspecto abastonado
(centro). En otras ocasiones prefieren condicionar su morfologa a
la de la superficie de las neuronas alteradas (derecha). Si la
lesin neuronal se corrige, la microgla torna a su estado de reposo
(fle-chas grises); pero si las neuronas mueren, la microgla
progresa hacia un estado fagoctico (abajo) y se afana en la
eliminacin de todo el material procedente de las clulas
muertas.
Las mltiples caras de la microgla
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INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996 19
principal de histocompatibilidad de clase II. Esta exposicin
provoca el ataque contundente por parte de c-lulas inmunitarias
adicionales. Entre 1985 y 1989, se comprob que los anticuerpos
monoclonales capaces de engarzarse con los antgenos del com-plejo
principal de histocompatibilidad de clase II solan enlazarse con la
microgla. Semejante conducta revelaba que, contra la opinin
dominante, la microgla produca antgenos de his-tocompatibilidad de
clase II. Por qu no iba a ser tambin presentadora de antgenos?
Los resultados con los anticuerpos encajaban con los obtenidos
por el equipo de Georg W. Kreutzberg en el Instituto Max Planck de
Psiquiatra en Martinsried. El grupo alemn llevaba aos estudiando la
funcin de la micro-gla. Investig la capacidad macro fgica de la
microgla cerebral de roedores en su encuentro con neuronas daadas.
Someti a criba la tesis, defendida por otros, segn la cual la
microgla no perteneca al cerebro, puesto que eran en realidad
monocitos que se haban introducido en el cerebro o la mdula espinal
tras desgarrarse los vasos sanguneos. No era fcil refutar la ltima
afirmacin: entonces, como ahora, los anticuerpos y las tinciones
que reconocan la microgla eran los mismos que reconocan los
macrfagos derivados de los monocitos del torrente circulatorio.
Kreutzberg aplic un mtodo sen- cillo para resolver ambas
cues-tiones. Como punto de partida, se centr en las neuronas cuyos
somas celulares no salan del cerebro, pero s sus axones, que
terminaban en los msculos. Inyect una toxina en un lugar cercano a
las terminaciones de axones y dej que se propagase por las neuronas
hasta matarlas, pero sin daar los vasos sanguneos. Esta maniobra
aseguraba que cualquier clula con actividad macrofgica que
respondiera a la lesin habra de residir en el tejido cerebral. Por
ltimo, examin la regin del cerebro que contena los restos de las
clulas nerviosas afectadas. El anlisis del tejido de los animales
de experimentacin revelaba que la microgla emigraba hacia las
neuronas muertas, se multiplicaba y eliminaba las clulas inertes.
Dicho de otro modo, las clulas de la microgla eran los macrfagos
del cerebro.
Experimentos con poblaciones puras de microgla han llevado al
convenci-miento general de que la microgla es el ejrcito
inmunitario que haba ima-ginado del Ro. Se ha confirmado que estas
clulas poseen una extraordinaria
movilidad una propiedad esencial para unas clulas cuya misin se
su-pone que es la de moverse con facili-dad hacia zonas daadas del
cerebro. Asimismo, se ha comprobado que la microgla responde con la
produccin de un repertorio amplio de sustancias coincidentes con
las que fabrican los macrfagos en otros tejidos.
La microgla desempea una funcin clave en el desarrollo del em
brin. Las clulas de la microgla pue den segregar factores de
crecimien to im-portantes para la formacin del sistema nervioso
central. No slo eso. El feto en crecimiento genera muchas ms
neuronas y clulas de microgla que las que necesita. Con el
transcurso del tiempo las clulas sin aprovechar mueren, y las
clulas jvenes de la microgla, que mantienen su aspecto inicial
redondeado y carente de rami-ficaciones, se encargan de eliminar
las clulas muertas.
A medida que el sistema nervioso central madura, la necesidad de
eli-minar clulas en grandes cantidades desaparece y las clulas de
la microgla se diferencian hasta alcanzar su aspecto quiescente en
el que exhiben abundan-tes ramificaciones. Esta conformacin permite
a las clulas mantenerse en estado de alerta. Menos conocidas, sin
embargo, son otras funciones de la microgla en su estado de reposo,
aunque se la relaciona con la liberacin de factores de crecimiento,
que en esta etapa contribuiran a la maduracin de las neuronas y a
la supervivencia de la gla. Estas sustancias podran incluir el
factor de crecimiento de los fibroblastos y el factor de
crecimiento de los nervios dos protenas que la microgla segrega en
un medio de cultivo si se la activa.
De mayor respaldo goza otra tesis: las clulas de la microgla en
estado de reposo responden en cuestin de minutos ante los
trastornos producidos en su microentorno y envuelven las clulas
lesionadas, neuronas u otras. Externizan su entrada en actividad
mediante la retraccin de sus ramifi-caciones, otros cambios
morfolgicos, produccin de protenas no presentes en el estado de
reposo e incremento de la sntesis de protenas que slo se fabricaban
en cantidades muy pe-queas. En este sentido, se potencia mucho la
expre sin de los antgenos del complejo principal de
histocom-patibilidad. Igno ramos si estas clulas aumentan la
liberacin de factores de crecimiento, pero podran muy bien hacerlo
para reparar las neuronas in-teresadas.
La conformacin de las clulas de la microgla recin activadas
tiene que
ver con la arquitectura de la regin donde moran. Si el rea est
llena de axones, las clulas se alargan y estrechan, para acomodarse
entre los cordones. Si hay espacio para manio-bras, como es el caso
en muchas zonas del cerebro, las clulas adquieren un aspecto
arbustivo.
Las clulas activadas no se tornan automticamente fagocticas;
pueden revertir al estado de re po so si la lesin que han detectado
es leve o re ver sible. Cuando el dao es grave y perecen neuronas,
las clulas de la microgla comienzan a funcionar como macrfagos
fagocticos en toda regla. Cul sea el desti no ltimo de los
fagocitos es algo que sigue sin conocerse, aunque las inves
tigaciones con cultivos de microgla y de tejido cerebral enfermo
dan a entender que las clulas atacan las neuronas que deban
proteger.
La sospecha de que la microgla podra contribuir a alteraciones
neurolgicas surgi tras el descubri-miento, mencionado antes, de que
liberaba productos que coincidan con los emitidos por los macrfagos
fuera del sistema nervioso central. Algunas de estas sustancias son
peligrosas para las clulas y, si se producen en cantidades
excesivas, matan las neuronas. El grupo de uno de los autores
(Kincaid-Colton) ha observado que, cuando la microgla activada se
expone, en el cultivo, a determinados componentes bacterianos, las
clulas, lo mismo que otros macrfagos, ge-neran especies reactivas
de oxgeno. Entre estas molculas se encuentran el anin superxido, el
radical hidroxilo y el perxido de hidrgeno. Al mismo tiempo que
destruyen microbios pue-den lesionar membranas, protenas y ADN de
neuronas y otras clulas.
Otros productos, potencialmente le-tales, fabricados por
microgla y ma-crfagos en estado de gran activacin son las
proteasas, enzimas que digieren protenas y podran llegar a
agujerear las membranas celulares. Debemos ci-tar tambin dos
citocinas, molculas mensajeras que pueden aumentar la
WOLFGANG J. STREIT y CAROL A. KINCAID-COLTON dirigen sendos
programas de investigacin convergen-tes sobre la microgla. Streit
es pro-fesor de neurociencias en el Instituto Brian de la
Universidad de Florida. Kincaid-Colton ensea biofsica en la
facultad de medicina de la Universidad de Georgetown.
-
20 INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996
inflamacin. Estas citocinas la in-terleucina-1 y el factor de
necrosis tumoral, entre ellas colaboran en el reclutamiento de
otros componentes del sistema inmunitario hacindolos coincidir en
el lugar de la lesin. La inflamacin puede ser importante en la
eliminacin de infec ciones o de un cncer incipiente, pero puede
producir efectos indeseados en clulas cercanas no infectadas. Si se
dan cier-tas circunstancias, las citocinas daan las neuronas y el
factor de necrosis tumoral ejerce efectos letales sobre los
oligodendrocitos.
Que la microgla pueda sinteti-zar todas estas sustancias cuando
se mantiene en un cultivo no constituye una prueba de que tambin
ataque al cerebro. Segn parece, el sistema nervioso central
mantiene bastante a raya a la microgla, obligndola a que sus
secreciones ms comprometedoras no sobrepasen ciertos lmites,
incluso cuando responden ante una lesin o
una enfermedad; si as no fuera, re-sultara imposible sobrevivir,
ya que la microgla est extendida por todo el cerebro. Sin embargo,
la investigacin sobre ciertas alteraciones neurolgicas sugiere que
en algunos pacientes ese riguroso control se relaja, bien por-que
exista un defecto en la misma microgla, bien porque algn otro
proceso patolgico arruine los frenos fisiolgicos de las clulas.
La hiperactividad de la microgla guarda relacin con la demencia
que sufren los sidosos. El virus de la inmunodeficiencia humana
adquirida no ataca a las neuronas, pero infecta a la microgla. Se
ha demostrado que esa invasin provoca en la microgla una produccin
elevada de citocinas inflamatorias y otras molculas que son txicas
para las neuronas.
Una regulacin alterada de la mi-crogla podra intervenir tambin
en la enfermedad de Alzheimer. En los cerebros de los enfermos de
Alzheimer
abundan las placas seniles: regiones anormales en las que
depsitos de un fragmento de sustancia amiloide beta (una protena)
se mezclan con la microgla, astrocitos y las termi-naciones de
neuronas lesionadas. Se supone que estas placas contribuyen a la
muerte de las neuronas que subyace en la merma de facultades
mentales. Se desconoce de qu modo daan las clulas nerviosas. Muchos
atribuyen la causa a la sustancia amiloide beta. Para nosotros, la
sustancia amiloide beta provoca las alteraciones a tra-vs de la
microgla. Se sabe ya que las placas seniles portan altos niveles de
interleucina-1 y otras citocinas, sintetizadas por la microgla.
Dicha concentracin manifiesta que algo tal vez la sustancia
amiloide beta fuerza a la microgla de las placas a entrar en un
estado muy activado. Las clu-las que se encuentren en ese esta do
liberaran, adems, especies reac tivas de oxgeno y enzimas
proteolticas, con lo que podran causar destrozos en las
neuronas.
La propia microgla podra contribuir a la formacin de placas,
segn otros resultados. Al parecer, la microgla responde a las
lesiones del sistema nervioso central sintetizando un pre-cursor de
la sustancia amiloide, una molcula que, cuando se escinde, da lugar
a la sustancia amiloide beta. Adems, el estudio de clulas en
cultivo ha demostrado que la interleucina-1 insta a otras clulas,
entre las que posiblemente se cuenten las neuronas, a producir
molculas precursoras de la sustancia amiloide. Por ltimo, las
es-pecies reactivas de oxgeno sintetizadas por la microgla activada
promueven la agregacin de los fragmentos de la sustancia
amiloide.
Resulta fcil imaginar que, instalada la microgla en un estado
hiperactivo, se cree un crculo vicioso. Si las clulas sintetizaran
la protena pre-cursora de la sustancia amiloide, sus proteasas
podran cortar la molcula generando la sustancia amiloide beta. Al
mismo tiempo, la interleucina-1 podra instar a otras clulas a
fabri-car tambin sustancia amiloide. Las especies reactivas de
oxgeno podran promover entonces la asociacin de la sustancia
amiloide liberada por la microgla o por las clulas vecinas. La
formacin de estos cmulos podra, a su vez, dar lugar a la activacin
de nuevas clulas de la microgla, una mayor produccin de sustancia
amiloide, la formacin de ms placas, y as sucesivamente.
En el cerebro de las personas con sndrome de Down aparecen,
mu-cho antes que en los pacientes de
Origen controvertido de la microgla
En 1932 Po del Ro Hortega provoc con sus trabajos un debate en
el que se han visto implicados cuantos se han interesado por la
microgla, y que ha durado ms de medio siglo. En el mismo artculo en
que atribua a la microgla una funcin inmunitaria y de limpieza del
sistema nervioso central, sugera que no se originaba en el mismo
teji do embrionario el ectodermo del que nacen las clulas
nerviosas. Para l, la microgla derivaba del mesodermo, capa de
clulas embrionarias que da origen a la mdula sea, la sangre, los
vasos sanguneos y linfticos. No pudo decidir, sin embargo, cul era
la estirpe mesodrmi ca precisa de las clulas de la microgla.
Descendan de los leucocitos monocitos, leucocitos que desde la
sangre fetal emigran al cerebro y a la mdula espinal? O descendan
de unos parientes cercanos de los monocitos que emigraron al
sistema nervioso central directamente, sin pasar por la circulacin
sangunea?
Durante algn tiempo se acept el origen monocitario. Afirmbase
que los precursores de la microgla eran monocitos atrados hacia el
sistema nervioso en desarrollo por neuronas que moran durante el
perodo de formacin del cerebro y la mdula espinal. Pero los nuevos
descubrimientos
contradijeron esa hiptesis. Jutta Shnitzer y Ken W. S. Ashwell
demostraron que la retina del ojo, una parte del sistema nervioso
central, est sembra da de clulas de microgla en pocas muy tempranas
de su desarrollo, mucho antes de que empiece a producirse la muerte
de las neuronas. La opinin de la mayora se inclina ahora por la
hiptesis del parentesco cercano.
Hizo la fotografa de la izquierda Wilder G. Penfield en
1924.
W.S. y C.K.-C.Po del Ro-Hortega
-
INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996 21
Alz heimer, numerosas placas seniles. Los cambios que se operan
en ambas condiciones son muy similares. El grupo de Kincaid-Colton
ha comenzado a explorar la posibilidad de que la microgla dae el
tejido cerebral de esos enfermos, tomando por animales de
experimentacin ratones portadores de un defecto gentico anlogo al
responsable del sndrome de Down. La microgla de sus fetos es muy
abun-dante y extraordinariamente reactiva; adems, en los ratones
desarrollados, libera especies reactivas de oxgeno, interleucina-1
y otras citocinas en can-tidades elevadas.
En otro orden, las vctimas de un infarto cerebral podran perder
neu-ronas por culpa de un celo excesivo de su microgla, segn se
desprende de experimentos realizados en ratas por el grupo del otro
autor (Streit). Cuando se obstruye un vaso sanguneo importante que
riega el prosencfalo, el tejido cerebral dependiente de ese vaso
muere. En el curso de los das siguientes, mueren tambin ciertas
neu-ronas de una parte del rea que la rodea, la regin CA1 del
hipocampo. La microgla se activa escasos minutos despus de haberse
iniciado el infarto cerebral, mucho antes de que mueran las
neuronas del hipocampo. (Esta ac-
tivacin se aprecia en los cambios morfolgicos y en la intensidad
de la tincin.) Quiz la microgla, al sentir el peligro, intente
proteger las neuronas, iniciando o aumentando la secrecin de
factores de crecimiento capaces de restaar las lesiones. Pero
pudiera suceder tambin que la qumica alterada en la regin acabe
aflojando los frenos sobre el comportamiento de la microgla,
impulsando las clu-las hacia un estado en que ya seran
peligrosas.
Contamos ya con indicios de la participacin de la microgla en el
desarrollo de la esclerosis mltiple, la enfermedad de Parkinson y
la escle-rosis lateral amiotrfica (enfermedad de Lou Gehrig). La
microgla cambia tambin con la edad, como muestra el despliegue
creciente del antgeno principal de histocompatibilidad. Este
despliegue podra indicarnos que las inhibiciones normales
interpuestas en el camino hacia un estado hiperactivo y peligroso
se relajan con el tiempo. La relajacin de estos controles promovera
la destruccin neuronal, con la merma consiguiente de memoria y
progreso de la senilidad.
Ahora bien, si la microgla ocupa un lugar central en la
patogenia de enfermedades neurolgicas, su inhi-
bicin especfica y el bloqueo de los productos que sintetiza
podran abrir una puerta a la esperanza. As confiados, ha comenzado
el ensayo experimental de frmacos contra la enfermedad de
Alzheimer. Para exa-minar la efectividad y la ausencia de efectos
txicos, se est probando, en peque a escala, un agente
an-tiinflamatorio capaz de atenuar la hiper activacin de la
microgla. Por no hablar del aprovechamiento de la vertiente
protectora de estas clulas para potenciar la sntesis de factores de
crecimiento.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA
FUNCTIONAL PLASTICITY OF MICRO-GLIA: A REVIEW. W. J. Streit, M.
B. Grae ber y G. W. Kreutzberg en Glia, vol. 1, n.o 5, pgs.
301-307; mayo de 1988.
MICROGLIA. Nmero especial de Glia. Dirigido por M. B. Graeber,
G. W. Kreutzberg y W. J. Streit. vol. 7, n.o 1; enero de 1993.
NEUROGLIA. Dirigido por H Kett-enmann y B. R. Ransom. Oxford
University Press, 1995.
Productos de la microgla: espadas de doble filo
Protena precursora de la sustancia amiloide
Citocinas(molculasmensajeras delsistema inmunitario)
Factores decrecimiento
Enzimasproteolticas
Especies reactivasdel oxgeno
Desconocido
Reclutamiento de otrasclulas para los lugares de la infeccin;
algunas contribuyen a la supervivencia y repara-cin de los
astrocitos; otras combaten los tumores
Favorecen la supervivencia yreparacin de neuronas
Contribuyen a la degradacinde bacterias y otras
clulaslesionadas
Provocan alteracionesen membranas, protenasy ADN de
bacterias
Cuando se hidroliza puededar lugar a la sustanciaamiloide
beta
Daan clulas sanas einstan a otras clulasinmunitarias a segregar
sustancias nocivas paralas clulas
Desconocidos
Degradan membranas declulas sanas; podrancontribuir a la
formacin de la sustancia amiloide beta
Daan clulas sanas;promueven la agregacinde la sustancia amiloide
beta
Efectos beneficiosos Efectos nocivosProducto
2. PLACAS SENILES (regiones redondeadas en la microgra-fa). Se
las considera responsables de las lesiones neuronales que subyacen
en las alteraciones de la memoria que padecen los enfermos de
Alzheimer e individuos con sndrome de Down. La regin central de las
placas est constituida por fragmentos de protena, la llamada
sustancia amiloide beta (rojo), nociva para las neuronas, y la
microgla (prpura
intenso). Las placas incluyen tambin otras clulas de la gla
llamadas astrocitos (estrellas de color marrn dorado), as como
axones y dendritas lesionados (no visibles). Segn la investigacin
reciente, la microgla promueve la formacin de las placas. Es
posible tambin que la microgla activada destruya directamente
neuronas, mediante la secrecin de sustancias citotxicas
(tabla).
-
22 INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996
Los ltimos 10.000 aos consti- tuyen una rareza en la histo- ria
del planeta. Este perodo, durante el cual se desarrollaron las
civilizaciones, se ha caracterizado por un tiempo ms benigno y
menos varia-ble que cualquier otro intervalo similar transcurrido
durante los ltimos cien milenios. Los testigos, o cilindros de
hielo, extrados de diversos puntos del casquete helado de Groen
landia muestran una serie de bruscas olas de fro y perodos clidos
de 1000 aos o ms de duracin que hicieron descender o subir la
temperatura me-dia invernal en Europa septentrional hasta 10 grados
Celsius en el curso de intervalos temporales brevsimos, de slo un
decenio. Los signos de esas bruscas variaciones se hallan escritos
en los archivos de polvo atmosfrico, concentracin de metano y
precipitacin conservados en las capas anuales de hielo.
El ltimo perodo fro dur un milenio. La Joven Dryas, as se le
llama en referencia a una flor de la tundra que medr mucho por
enton-ces, acab hace unos 11.000 aos. Dej sus huellas en los
sedimentos marinos del Atlntico Norte, en las morrenas glaciales de
Escandinavia e Islandia y en los lagos y pantanos martimos
canadienses y de Europa septentrional.
Abundan las pruebas del alcance global que adquirieron los
efectos de la Joven Dryas. El calentamiento postglacial de la
meseta polar antrtica se detuvo hace 1000 aos; al mismo tiempo,
avanzaron de forma especta-cular los glaciares de las montaas de
Nueva Zelanda y cambiaron nota-blemente las proporciones de
especies planctnicas de la porcin meridional del mar de la China.
El contenido de metano en la atmsfera baj en un 30 por ciento. Slo
en los archivos de polen de distintas zonas de los EE.UU. no se
aprecia el impacto del perodo.
La gran cinta transportadora
Qu hay detrs de esta turbu- lenta historia? Podra sta
repetirse? Aunque no existe una cer-teza absoluta, cabe presumir
que as ser a tenor de los indicios. De acuerdo con diversos
modelos, puede alterarse bruscamente la circulacin de calor y sal a
travs de los oca-nos, lo que ejercera efectos drsticos sobre el
clima global. Unas clulas de circulacin, a manera de cintas
transportadoras gigantes, abarcan la extensin de cada ocano. En el
Atlntico, las aguas clidas superfi-ciales viajan hacia el norte,
llegando a la vecindad de Groenlandia, donde
Clima caticoSe sabe que la temperatura global de la Tierra
experimenta
cambios notables en intervalos de diez a veinte aos.Nos hallamos
en las puertas de uno de esos episodios?
Wallace S. Broecker
G e ARealce
G e ARealce
-
INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996 23
el aire rtico las enfra; se sumergen y forman una corriente que
recorre el Atlntico hasta el Ocano Glacial Antrtico. All, esta
corriente, al ser ms clida y por tanto menos densa que las frgidas
aguas superficiales, asciende de nuevo, se enfra hasta el punto de
congelacin y se hunde nuevamente en el abismo. Algunas lenguas del
agua antrtica de fondo, la ms densa del mundo, fluyen en direc-cin
norte hasta los ocanos Atlntico, Pacfico e Indico, aflorando de
nuevo para repetir el ciclo. En los ocanos Pacfico e Indico, el
movimiento hacia
el norte de las aguas profundas queda compensado por un
movimiento hacia el sur de las superficiales. En el Atlntico, esta
contracorriente hacia el norte se incorpora rpidamente en el seno
de la corriente hacia el sur, mucho ms vigorosa, de la cinta
transportadora.
Esta agua profunda se forma en el Atlntico Norte pero no en el
Pacfico porque la salinidad de las aguas superficiales del Atlntico
es mayor, en varios puntos porcentuales, que la de las aguas del
Pacfico. La posicin de las grandes cordilleras de ambas Amricas,
Europa y Africa genera circulaciones atmosfricas que hacen que el
aire que abandona la cuenca atlntica est ms hmedo que al penetrar
en ella; en conse-cuencia, la prdida neta de agua de superficie
conduce a un exceso de salinidad. La sal confiere mayor densidad a
las capas superficiales de agua; por ello, stas descienden en el
Atlntico Norte e inician un tipo global de circulacin que
redistribuye
de manera efectiva la sal en todos los ocanos del mundo.
La circulacin de la cinta trans-portadora atlntica, cuyo caudal
cen-tuplica el del ro Amazonas, origina un enorme transporte de
calor hacia el norte. El agua que fluye en esa direccin est, en
promedio, ocho grados ms caliente que el agua fra que avanza hacia
el sur. La cesin de
CORRIENTE DE AIRE ARTICO
AGUA FRIA Y SALADA
AGUA CALIDA
WALLACE S. BROECKER ha venido estudiando el cambio climtico y la
circulacin ocenica desde hace ms de 40 aos. Ensea geologa en el
Observatorio Terrestre Lamont-Doher-ty de la Universidad de
Columbia, donde obtuvo el doctorado en 1958. Broecker, que
introdujo el anlisis radioqumico e isotpico del agua del mar, ha
dedicado los ltimos diez aos a investigar la estabilidad de los
mecanismos que condujeron a la formacin de las aguas profundas en
el Atlntico septentrional.
1. LA CINTA TRANSPORTADORA glo-bal (flechas azules) acarrea agua
fra y muy salina, originada en el Atlntico Norte, a todos los
ocanos del mundo (mapa pequeo). Cuando el agua calien te fluye
hacia el norte para reemplazarla, el intercambio de calor
resultante pro-duce fuertes efectos climticos (mapa grande). Europa
septentrional debe sus moderadas temperaturas al calor que el agua
superficial cede a las corrientes de aire rtico (flechas
anaranjadas).
-
24 INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996
60
0
1
2
3
4
5 40 20 0LATITUD (GRADOS)
CARBONO 14CINTATRANSPORTADORA
ATLANTICOGLACIAL
ATLANTICODE HOY
LIBERACION DE CALOR
20 40 60
PRO
FUND
IDAD
(KILO
METR
OS)
este calor a las masas de aire rtico sobre el Atlntico Norte
explica el clima anmalo, por templado, de que disfruta Europa.
Se trata, sin embargo, de un me-canismo vulnerable, que podra
arrui-narse con inyecciones de un exceso de agua dulce en el
Atlntico Norte. A altas latitudes, la precipitacin y la escorrenta
continental exceden a la evaporacin, por lo que la salinidad de las
aguas superficiales del Atlntico Norte depende de la rapidez con
que la cinta transportadora se lleva el exceso de agua dulce
aportado por la lluvia y los ros. Cualquier interrupcin del sistema
transportador tendera a perpetuarse. Si el meca-nismo transportador
se detuviera, la temperatura del Atlntico Norte y tierras aledaas
caera bruscamente cinco grados o ms. Dubln sufrira
el clima de Spitzberg, enclave sibe-riano situado a slo 1000
kilmetros del crculo polar. Adems, el cambio se producira en 10
aos, como mu-cho. (Los testigos de hielo y otros archivos sugieren
que la temperatura media en toda la cuenca del Atlntico Norte
descendi unos siete grados en pretritas olas de fro.)
Segn los modelos sobre el com-portamiento del ocano, la cinta
transportadora tornara a ponerse en funcionamiento, aunque habran
de transcurrir antes cientos o miles de aos. El calor cedido hacia
abajo desde las capas clidas de la superficie del mar y la difusin
de la sal marina desde el fondo hasta la superficie reduciran con
el tiempo la densidad del agua profunda rebalsada hasta el punto en
que las aguas superficiales de una u otra de las regiones
polares
podran de nuevo penetrar hacia el abismo, restableciendo la
circulacin de calor y sal. La configuracin de esta circulacin
rejuvenecida no ten-dra, sin embargo, por qu ser la misma que
exista antes del paro. Dependera, por contra, de la forma peculiar
en que se desarrollara la
aportacin de agua dulce en cada regin polar.
En un modelo ms reciente, Stefan Rahmstorf, de la Universidad de
Kiel, sugiere
que a la detencin del sistema transportador primario podra
se-
guir la creacin de un sistema dis-tinto de circulacin que
operase a profundidades menores, y en el que las aguas profundas no
se formaran cerca de Groenlandia sino al norte de las Bermudas.
Semejante altera-cin provocara que el calor liberado resultara
mucho menos eficaz en el proceso de calentamiento de Europa
septentrional. El transportador super-ficial de Rahmstorf se
bloqueara con una entrada brusca de agua dulce, lo mismo que el
primario, aunque su modelo predice una reactivacin espontnea al
cabo de slo algunos decenios. No est claro, sin embargo, el
mecanismo mediante el cual la circulacin ocenica podra retornar
desde el transportador superficial al ms profundo, tal como est
funcio-nando hoy da.
Dos propiedades del modelo de Rahmstorf han llamado la atencin
de los paleoclimatlogos. En pri-mer lugar, la corriente superficial
del transportador auxiliar reproduce la distribucin de istopos de
cadmio y carbono del perodo glacial que ha quedado aprehendida en
las conchas de foraminferos del bentos. Las aguas
AGUA FRIA Y SALADA
AGUA CALIDA
CORRIENTESDE AIRE ARTICO
2. EL TRANSPORTADOR AUXILIAR (abajo) pro-puesto por Stefan
Rahmstorf, de la Universidad de Kiel, operara a la latitud de
Europa meridio nal y, por tanto, no cedera calor a los vientos del
Atlntico Norte. Las temperaturas reinantes en Europa durante los
perodos glaciales, cuando funcionara esa cinta auxiliar, eran en
promedio hasta 10 grados inferiores a las actuales. El
transportador auxiliar se caracterizaba por una circulacin ms
somera (derecha).
-
INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero, 1996 25
de la cinta transportadora del Atlntico Norte son hoy pobres en
cadmio y ricas en carbono 13, mientras que las aguas ms profundas
en el resto del ocano son ricas en cadmio y pobres en carbono
13.
Este contraste refleja que la respira-cin de los organismos
marinos retrae carbono 13 y favorece la concentra-cin de cadmio (y
otros compo nentes cuya historia no queda registrada en las conchas
bnticas). Durante los epi-sodios de fro, los niveles de cadmio
descendieron en las aguas atlnticas de profundidades intermedias y
su-bieron espectacularmente en las aguas de fondo; la relacin de
carbono 13 a carbono 12 mostr una variacin opuesta, acorde con la
conclusin de Rahmstorf segn la cual la cinta transportadora
fun-cionaba a menores profun-didades y cortocircuitaba las aguas
abisales.
En segundo lugar, el trans-portador auxiliar mantiene el
movimiento del radiocarbono hacia las profundidades ma-rinas. Si
este intercambio hu-biera cesado, los mtodos de datacin radioqumica
basados en la desintegracin del car-bono 14 mostraran enormes
distorsiones. Y es cierto que el reloj de radiocarbono se ha
calibrado por otros medios y se ha comprobado que, pese a su
imperfeccin, mantiene bsicamente su validez.
Slo alrededor de una cuarta parte del carbono mundial re-side en
las capas superficiales del ocano y en la atmsfera. El resto est en
el abismo. La distribucin del carbono 14 radiactivo, que se forma
en la atmsfera por la accin de los rayos csmicos, depende de la
intensidad de la circula-cin ocenica. En el ocano, la mayor parte
del radiocarbono que alcanza las profundidades abisales lo hace por
medio de la circulacin del trans-portador atlntico. Durante su
viaje Atlntico arriba, las aguas del brazo superior y clido de la
cinta transportadora absorben radiocarbono del aire. La cinta
transportadora lo acarrea luego hasta las profundidades ocenicas.
Aunque el agua profunda vuelve brevemente a la superficie en la
vecindad del continente antrtico, all apenas se disuelve
radiocarbono.
De todo ese cuadro cabe inferir que basta un ligera deceleracin
en la marcha de la cinta para producir un efecto significativo en
la concen-
tracin de carbono 14 en la atmsfera y en el ocano. La proporcin
de carbono 14 a carbono 12 estable en las profundidades ocenicas se
cifra hoy en torno a un 12 por ciento menor que el promedio para la
superficie ocenica y la atmsfera; culpable de ello es la
desintegracin radiactiva que tiene lugar mientras circula el agua
profunda. Paralelamente, los rayos csmicos reponen un 1 por ciento
de las existencias de radiocarbono en el mundo cada 82 aos. Por
consi-guiente, si cesaran los intercambios entre la superficie y
las profundidades ocenicas, la tasa de carbono 14 en el ocano
superficial y la atmsfera aumentara a razn de un 5 por ciento cada
siglo porque se ira aadiendo
carbono 14, pero no se arrastrara hacia las profundidades
ocenicas. Des-pus de un milenio de aislamiento, la concentracin
atmosfrica de carbono 14 habra aumentado en un tercio de su valor
original.
Tal suceso conducira a una altera-cin radical del registro de
datacin por radiocarbono. Los paleontlogos determinan la edad de
los materia-les orgnicos midiendo su contenido residual de carbono
14. La cuanta asimilada por un vegetal depende
de la proporcin de radiocarbono at-mosfrico (u ocenico) en esa
poca; cuanto menos carbono 14 quede, tanto ms antigua debe ser la
muestra. Las plantas que crecieron durante una in-terrupcin de la
operacin de la cinta incorporaron el carbono 14 extra y parecen ms
modernas de lo que en realidad son. Despus, cuando el
trans-portador arranc de nuevo y acarre el carbono 14 atmosfrico
hasta cerca de su nivel actual, la anomala se desvaneci. As, las
plantas de pocas fras parecen, segn la datacin por radiocarbono,
contemporneas de las muestras correspondientes al perodo clido, que
vivieron ms de 1000 aos despus.
Aunque la concentracin atmosf-rica de carbono 14 ha variado algo
a lo largo del tiempo, las secuencias de fechas mediante
radiocarbono relativas a sedi-mentos marinos que se han ido
acumulando a velocidad casi constante demuestran que no se produjo
tal perturbacin brusca a lo largo de los l-timos 20.000 aos. Adems,
contamos con las mediciones rea lizadas en corales cuyas edades
absolutas se han esta-blecido mediante el mtodo de datacin por
uranio-torio; nos indican que, durante el final del ltimo perodo
glacial, cuando el transportador debera haber reanudado su
funcionamiento e iniciado su extraccin de carbono 14 de la
atmsfera, aumen t la concentracin at-mosfrica de radiocarbono.
Una flotade grandes tmpanos
Qu nos dicen todas esas indicaciones del re-
gistro? Dos cosas: todas las paradas de la cinta duraron poco,
no ms de un siglo, y esas interrupciones se vieron compensadas por
intervalos in-termedios de rpida mezcla.
En particular, la Joven Dryas fue, al parecer, una poca en que
la circula-cin general ocenica aument y no disminuy, como sera de
esperar si la ola de fro la hubiera provocado una parada completa
del transportador atlntico. Si ste realmente se par, debi entrar en
funcionamiento algn otro mecanismo capaz de arrastrar carbono 14
hasta las profundidades ocenicas.
Suponiendo que las variaciones experimentadas por el
mecanismo
RAYOS COSMICOS
ATMOSFERA
CARBONO 14
CARBONO 14 PENETRA EN EL MARCOMO CONSECUENCIA
DEL INTERCAMBIO DE GAS
NITROGENO 14
AGUAOCEANICASUPERFICIALY CALIENTE
AGUA OCEANICAPROFUNDA Y FRIA
EL CARBONO 14 SEDESINTEGRA EN NITROGENO 14(1 POR CIENTO CADA 82
AOS)
EL CARBONO 14 ALCANZALAS PROFUNDIDADESOCEANICAS POR MEDIODE LA
CIRCULACIONDEL TRANSPORTADOR
3. EL PROCESO DE FORMACION de las aguas pro-fundas extrae
carbono 14 radiactivo, formado por los rayos csmicos, de la
atmsfera y capa superficial del ocano para transportarlo hasta
profundidades abisa-les. La datacin por el mtodo del radiocarbono
mide indirectame