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

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.

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Enero de 1996 Nmero 232

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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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

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

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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.

Copyright 1996 Prensa Cientfica S. A. Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona (Espaa)Reservados todos los derechos. Prohibida la reproduccin en todo o en parte por ningn medio mecnico, fotogrfico o electrnico, as como cualquier clase de copia, reproduccin, registro o transmisin para uso pblico o privado, sin la previa autorizacin escrita del editor de la revista. El nombre y la marca comercial SCIENTIFIC AMERICAN, as como el logotipo correspondiente, son propiedad exclusiva de Scientific American, Inc., con cuya licencia se utilizan aqu.ISSN 0210136X Dep. legal: B. 38.999 76Filmacin y fotocromos reproducidos por Scan V2, S.A., Avda. Carrilet, 237 08907 L'Hospitalet (Barcelona)Imprime Rotocayfo, S.A. Ctra. de Caldes, km 3 - Santa Perptua de Mogoda (Barcelona)Printed in Spain - Impreso en Espaa

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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

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

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

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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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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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.

MIELINA

OLIGODENDROCITO

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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

MICROGLIA

NEURONA

AXON

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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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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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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.

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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