copiado de CIENCIA Y DESARROLLO (http://www.invdes.com.mx/) suplemento de "LA JORNADA" (http://www.jornada.unam.mx)
La primera década de Hypatia
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domingo, 28 de agosto de 2011
CIENCIA Y DESARROLLO: Primera década de "Hypatia"; en el IPN investigan nuevos materiales para disminuir las consecuencias de los sismos; pegamento a base de agua en la industria del calzado para evitar daños a la salud de trabajadores del ramo; Síndrome metabólico mata a 130 mil mexicanos al año
copiado de CIENCIA Y DESARROLLO (http://www.invdes.com.mx/) suplemento de "LA JORNADA" (http://www.jornada.unam.mx)
La primera década de Hypatia
A lo largo de una década se han publicado 38 números de la revista de divulgación científica Hypatia, editada en el estado de Morelos. Su nombre es en honor a la primera mujer en Alejandría dedicada a la astronomía.
Investigadores del Instituto Politécnico Nacional realizan estudios para producir materiales que disminuirían los efectos de las vibraciones. Estos elementos podrían integrarse a los que actualmente se utilizan en la construcción para neutralizar las secuelas de las ondas sísmicas.
* La Jornada de Posgrados 2011 busca promover entre los estudiantes de licenciaturas los 57 posgrados que ofrece, 30% de ellos clasificados como Competentes a Nivel Internacional
Los pegamentos utilizados en la industria del calzado están hechos a base de solventes, compuestos que provocan diversos padecimientos en los trabajadores del ramo. Con el fin de evitarlos, investigadores mexicanos, a solicitud de Productos Arrow (fabricante de adhesivos) auxiliaron a la empresa en el desarrollo de una fórmula para calzado a base de agua que no contiene solvente orgánico.
Alrededor de 130 mil mexicanos fallecen anualmente por síndrome metabólico, un problema de salud que está asociado a enfermedades como diabetes, obesidad e hipertensión, indicaron especialistas durante la inauguración de la Tercera Conferencia Científica Anual sobre Síndrome Metabólico, en la Ciudad de México.
lunes, 18 de enero de 2010
CASAS ECOLÓGICAS EN MORELOS
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Revista No. 31 
Ecología
Ecología | Utopía o realidad: Casas Ecológicas de Morelos |  |  |  |
   Utopía o realidad: Casas Ecológicas de Morelos Archivo: Ecología Mtro. Miguel Ángel Córdova Rodríguez / macordova@tlaloc.imta.mx Mtra. Sandra Vázquez Villanueva / sandra_vazquez@tlaloc.imta.mx Dr. Juan Gabriel García Maldonado / gabriel_garcia@tlaloc.imta.mx Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA) La falta de servicios de agua y saneamiento en comunidades rurales con alto grado de marginación ha llevado al Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA) a desarrollar, adaptar y adoptar una serie de tecnologías apropiadas para resolver a nivel vivienda y de manera integral problemas relacionados con el abastecimiento, uso y tratamiento del agua. Estas tecnologías se han transferido en comunidades de los estados de Michoacán, San Luis Potosí, Estado de México, Guerrero, Zacatecas y Chiapas. Sin embargo; debido al impacto que han generado, se consideró necesario crear un área que integrara todas las tecnologías y permitiera mostrar el manejo sustentable del agua y la energía en el entorno familiar. Esta área se ubica en las instalaciones del IMTA y consta de un modelo de casa ecológica, ideal para comunidades rurales, indígenas y periurbanas marginadas. El material que se utilizó para la instalación de la vivienda fue el adobe, comúnmente utilizado en zonas rurales y que por sus características proporciona beneficios como aislamiento térmico y acústico, debido a su bajo índice de conductividad calórica y buena absorción acústica por el espesor de las paredes (Houben et al.,1994), además de que este material es frecuentemente elaborado por los propios habitantes y no es necesario el uso de energía para transformarlo en material útil por lo que es de bajo costo y fácil acceso. El sistema de captación de agua de lluvia se diseñó para garantizar una dotación de 45 l/hab/día durante todo el año a una familia de 5 habitantes (tomando en cuenta la precipitación media anual en la zona de estudio), consta de una superficie de captación de 120m2, para lo cual se dispone del techo de lamina de fibrocemento de la casa y un anexo a la misma; canaletas y tuberías de PVC para conducir el agua hacia un tanque de almacenamiento superficial (cisterna tipo capuchina) de 50 m3. El tratamiento de aguas residuales grises y negras es un sistema combinado que se integra por un pretratamiento y dos procesos biológicos (anaerobio-aerobio) en serie. El agua gris, proveniente del aseo corporal, lavado de trastes y ropa es enviada a una trampa de grasas. El agua proveniente del sanitario pasa a través de un tanque séptico. Estos dos efluentes se combinan para posteriormente pasarlos por el filtro anaerobio de flujo ascendente y finalmente a través de un humedal de flujo horizontal subsuperficial. El huerto familiar cuenta con una superficie de 72m2 (6m x 12m), el cual esta destinado a la producción de alimentos con fines de autoconsumo. Dentro de las ventajas que proporciona están: la producción intensiva a pequeña escala, poca demanda de mano de obra ya que el trabajo es repartido durante todo el año, producción sostenida, alta diversidad de especies y ciclos variados de producción. Este huerto se riega a través de un sistema intermitente auto-operante denominado Tanque de Descarga de Fondo (TDF), compuesto de un tanque de 200 litros, un dispositivo de apertura y cierre así como una tubería de compuertas. Este sistema permite aprovechar pequeños caudales para riego por gravedad (desde 0.2 l/s en adelante), es de bajo costo, fácil construcción y requerimientos mínimos de mantenimiento y operación, no requiere energía externa para su funcionamiento, disminuye de manera importante el trabajo del regador y se pueden garantizar eficiencias de riego superiores al 75%. El abono orgánico se produce por compostaje de los residuos de jardín y de la cocina. Para esto se utiliza un tanque cilíndrico de muros tipo capuchino de 780 litros de capacidad, consta de una tapa con agarradera por donde se introducen tanto los restos húmedos (césped recién cortado, hojas verdes, residuos de la cocina), como los secos (hojas secas, ramas de árboles trituradas, etc.); también cuenta con un tubo para drenar los lixiviados y una puerta en la parte inferior para extraer la composta. Este tanque permite aislar los desechos orgánicos en proceso de descomposición de insectos, roedores así como de las inclemencias del tiempo, previniendo los malos olores. Otra composta se realiza en el sanitario seco, el cual consta de taza con separación de orina, dos cámaras de compostaje con ventilación y manguera para enviar la orina hacia un pozo de absorción. Mientras una cámara se encuentras en servicio, en la otra se procesa el excremento, papel higiénico y materiales que contienen carbono durante un periodo de seis meses. El material resultante, cuya textura es semejante a la de la tierra, y el cual se denomina humus, puede ser enterrado, o utilizarse para abono de árboles frutales. La alimentación de energía eléctrica se suministra a través de un sistema fotovoltaico el cual incluye 8 paneles solares (CONDUMEX) de 125 Watts cada uno, un controlador de carga, un inversor de corriente y un banco de baterías de almacenamiento. El sistema puede proporcionar hasta 2,760 W que sirven para alimentar 7 focos, un refrigerador de bajo consumo de energía, una televisión, una computadora, un radio y una bomba solar. Para desinfectar el agua para consumo humano, se cuenta con dos concentradores solares desarrollados por investigadores del IMTA y del Centro de Investigación en Energía (CIE UNAM). Estos concentradores están constituidos por una base y 4 aletas planas de espejos de vidrio, que por su geometría, equivaldrían en su capacidad ideal a la concentración de 5 soles, con lo que se elimina hasta el 99.99% de las bacterias (Martín et al., 1999). Cada concentrador tiene una capacidad para 3 botellas de plástico de 2 litros, por lo que se podrían desinfectar hasta 12 litros por día. Es importante que las botellas sean transparentes, que el agua no esté turbia y que no rebase esa capacidad. Asimismo el agua desinfectada deberá consumirse únicamente dentro de las siguientes 24 horas. La casa cuenta con dos tipos de bombas: una bomba que funciona con energía fotovoltaica y sirve para llenar el tinaco de la casa; otra bomba que funciona mediante la acción mecánica del pedaleo de una bicicleta (bicibomba), con la que se llena de agua al Tanque de Descarga de Fondo (TDF) que se utiliza para regar el huerto familiar. El calentador solar (sistema de calefacción de agua) atrapa y utiliza el calor del sol para aumentar la temperatura del agua entre 45 y 60ºC. Esta compuesto principalmente por una caja herméticamente cerrada con una cubierta de vidrio transparente para capturar la energía del sol, en su interior se ubica una placa de absorción la cual esta en contacto con unos tubos por los que circula el agua. El calentador solar funciona sólo en el día, pero una vez que el agua circula a través del colector, el agua caliente es almacenada en un tanque térmico de 120 litros de capacidad lo que mantiene el agua caliente durante 24 horas. El tanque de almacenamiento se encuentra ubicado sobre el colector para aprovechar el efecto de termosifón. Otra de las tecnologías que integra la casa ecológica es el “fogón sin humo”. Este fogón se construyo utilizando un molde basado en el propuesto por la SARH en 1984, al cual se le diseñaron y adaptaron nuevas partes para poder utilizarlo con un comal rectangular el cual permite aprovechar una mayor superficie de calentamiento para cocinar, conservando las dimensiones básicas de la entrada de la leña y la cámara de combustión (Fonseca, 2006). El objetivo principal de la propuesta es contribuir en lo inmediato al mejoramiento de las condiciones de vida y trabajo de las familias rurales que cocinan con leña, buscando eliminar la contaminación del interior de las cocinas por el humo, y de manera importante disminuir el consumo y el corte de árboles. Así como reducir el acarreo y/o compra de leña.  Cisterna 50 m3  Bicibomba  Biofiltro y humedal para tratamiento de agua residual  Compostero  Calentador solar  Sanitario Miguel Ángel Córdova Rodríguez es ingeniero bioquímico con estudios de maestría en Ingeniería Ambiental en la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Subcoordinador de área de Tecnología Apropiada e Industrial del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Jefe de diversos proyectos de saneamiento integral en cuencas, transferencia de tecnologías apropiadas. Participación como ponente en congresos nacionales e internacionales. Sandra Vázquez Villanueva cuenta con la maestría en Ingeniería Ambiental por la Universidad Nacional Autónoma de México. Colaborador en proyectos de transferencia de tecnologías apropiadas, potabilización y desinfección de agua, diseño de modelo de casa ecológica autosuficiente en agua, saneamiento y energía para zonas rurales. Juan Gabriel Garcia Maldonado es doctor en Ingeniería de Procesos y del Medio Ambiente en el Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse (Francia). Colaborador en proyectos de transferencia de tecnologías apropiadas, proyectos de investigación financiados por el Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Guanajuato y por la Secretaría de Educación Pública.  |
EL CEREBRO HUMANO: Uno de los más grandes misterios del mundo...
artículo copiado de HYPATIA http://hypatia.morelos.gob.mx
| El cerebro humano,: Uno los misterios más grandes del mundo, entre estímulos eléctricos y conexiones | | | |
El cerebro humano,: Uno los misterios más grandes del mundo, entre estímulos eléctricos y conexiones.
Archivo: Neurofisiología
Dr. Markus Franciskus Mueller Bender / muellerm@uaem.mx
Facultad de Ciencias de la UAEM
Cada año el frente de investigación es más amplio y los investigadores en todo el mundo tratan de resolver una gran diversidad de problemas de ciencia básica y aplicada. Dependiendo de las normativas de los gobiernos y de las demandas de la industria, se enfoca cada vez en nuevos proyectos, mientras el interés (y el apoyo económico) en otros decae.
Sin embargo, existe un conjunto de preguntas fundamentales que nunca perdieron su popularidad a lo largo de la historia y que atrajeron la atención del hombre probablemente desde el inicio de la humanidad.
Unos de estos problemas proviene de la astronomía cuando se pregunta ¿qué es la estructura del universo? y ¿a dónde se evolucionará? Otra pregunta de primordial importancia es ¿de qué está hecho este mundo? o bien ¿cuáles son los “ladrillos” fundamentales de toda la materia (viva y no-viva)? Irónicamente, los estudios sobre el sistema más grande que conocemos, el universo, se unifica con la ciencia de los objetos más pequeños del mundo, las partículas elementales, cuando se trata de contestar la pregunta ¿qué es el origen de nuestro universo? y actualmente los investigadores intentan realizar los experimentos más grandes y costosos de toda la historia para reproducir el ambiente en el cual se encontró (probablemente) nuestro universo durante las primeras fracciones de un segundo después de su nacimiento.
Sobre todo durante la última década otro misterio de la naturaleza ganó mucha popularidad: la pregunta sobre el plan principal de la vida. Según los reportes recientes en revistas especializadas los biólogos están sólo a un paso en descifrar el código genético de los humanos. Eso no solamente ofrece una gran cantidad de posibles aplicaciones. Aún más importante (al menos para fines científicos) es el gran impacto de estos resultados para la ciencia básica para poder contestar preguntas del estilo ¿quiénes somos? y ¿de dónde venimos? y quizá también ¿quiénes vamos a ser en el futuro? Todas aquellas son seguramente preguntas de carácter transcendental.
Aunque se podría seguir complementando esta lista de problemas fundamentales deseo conducir nuestra atención a un sistema en particular que enfocó el interés de los científicos desde hace muchos siglos: el cerebro humano.
Alrededor de 500 a. de C. el filósofo griego Anaxágoras ya atribuyó al cerebro la ubicación de la alma y de la razón (y no al corazón como lo creyó Aristóteles). Anaxágoras pensaba que el cerebro funciona como una especie de una glándula produciendo las ideas y emociones en forma de un líquido. Esta hipótesis careció todavía de pruebas experimentales u observaciones porque en aquel tiempo fue prohibido diseccionar seres humanos. Este tabú rompieron Herófilo y Erasístrato como 200 años más tarde observando que hay ciertos cables delgados (los nervios) que conectan los músculos de los brazos y piernas con el cerebro, una observación que comprueba la teoría, de que el cerebro funge como el órgano central que coordina en este caso los movimientos.
Desde entonces, la ciencia de neurofisiología experimentó una evolución impresionante y los científicos de diferentes tiempos acumularon una gran cantidad de información sobre el cerebro humano.
Se sabe, que el cerebro consiste de aproximadamente 100 billones (es decir 100 mil millones) células llamadas neuronas y cada una de ellas está conectada con 10 mil a 100 mil otros formando así una red gigantesca. Para imaginar el tamaño de esta telaraña se podría ensartar una conexión a la otra llegando así a una longitud total del cableado de aproximadamente 10 millones de kilómetros. Por justa razón muchos científicos dicen, que el cerebro humano es probablemente el sistema más complejo en todo el universo. Pero ¿en qué manera esta red procesa información y coordina las múltiples funciones de nuestro cuerpo? ¿qué hace el cerebro cuando ejecutamos un pequeño calculo, digamos 16x17? y ¿cómo genera el sistema nervioso central emociones como el amor?
Veamos primero un poco más en detalle de cómo funciona una unidad de esta red, una neurona. Resulta que cada neurona ya tiene su propia dinámica que se expresa sobre todo a través del llamado “potencial de acción”. Debido a la magnitud del estimulo eléctrico que recibe por sus múltiples conexiones, la membrana celular de la neurona abre ciertos canales iónicos, provocando así un flujo de cargas a través de ellos. De esta manera la diferencia de potencial eléctrico entre el interior y exterior de la membrana puede aumentar aproximadamente 100mV (mili voltios). Para la vida cotidiana esta voltaje parece ser muy pequeño, considerando que la red de la luz provee 110V (Voltios), que es mil veces más grande. Sin embargo, como las fluctuaciones del potencial medidas en la membrana usualmente son de unos pocos mV, la magnitud del potencial de acción es sumamente grande. Como éste fenómeno sucede súbitamente durante pocos mili-segundos, los científicos también dicen que los neuronas “disparan”.
El aspecto importante de este cuento es, que las neuronas se comunican entre ellas a través de los potenciales de acción. Esta comunicación puede provocar, que las neuronas en una cierta región de la corteza inician a disparar de manera sincronizada, mientras solo unos momentos después la dinámica del mismo conjunto de células parece ser completamente desordenado.
Se cree, que justo este fenómeno de sincronización es crucial para el procesamiento de información y se puede localizar regiones en el cerebro en las cuales la actividad neuronal está muy sincronizada mientras el cerebro ejecuta ciertas tareas. Aún más, los neurofisiólogos elaboraron mapas del cerebro que indican en cuales partes del cerebro administran las diferentes funciones. Así se conoce por ejemplo la región motórica, las regiones que coordinan los sentidos, el centro cerebral de lenguaje, las regiones que son activas cuando elaboramos el cálculo mencionado arriba, o también las regiones responsables por nuestros sentimientos. Desafortunadamente, esta cartografía no puede ser muy precisa porque las mapas funcionales varían ligeramente, no solamente entre diferentes personas, sino también con la edad de un individuo.
Sin embargo, las técnicas experimentales llegaron últimamente a tal precisión, que un grupo de científicos reportó recientemente, que se logró “leer” los pensamientos de una persona simplemente midiendo el patrón de actividad de su cerebro. Aunque esto se lee como una historia de la ciencia ficción, éste logro es en cierta forma puro empirismo. Estos científicos entrenaron a una computadora para reconocer el patrón de actividad cerebral, cuando la persona pensaba por ejemplo en la palabra “cerebro” y podía distinguirlo cuando se concentró en la palabra “ciencias”. De esta manera, la computadora identificó en más del 90% de los casos la palabra correcta dentro de un conjunto de palabras finito y bien definido.
Pero ¿qué aprendemos realmente de experimentos de este estilo sobre el funcionamiento del cerebro? ¿Por qué se mueven mis dedos de manera coordinada tecleando este artículo cuando ciertos grupos de neuronas de mi cerebro disparan de manera sincronizada? ¿Cómo se me ocurren ideas? ¿De dónde vienen y por qué?, ¿en qué manera se guarda información, como por ejemplo la fecha de nacimiento de mi esposa?, y ¿cuáles son los mecanismos que me causan un susto súbito cuando de repente me doy cuenta que su cumpleaños fue ayer?
No se sabe todavía la respuesta a estas preguntas. El cerebro humano, el sistema que determina nuestra razón, el órgano que albergue nuestra personalidad, sigue siendo un misterio. Quizá el misterio más grande del mundo.
Desde el año de 2003 hasta entonces mi línea de investigación ha sido el desarrollo de métodos numéricos para analizar series temporales de sistemas complejos con un enfoque especial que busca entender el fenómeno de la epilepsia, analizando datos electroencefalográficos. El objetivo principal de esta línea de investigación es entender en primera instancia el mecanismo que genera ataques epilépticos, posteriormente la dinámica cerebral durante un ataque y finalmente las estrategias que usa el cerebro para terminar con esta crisis. En este sentido, tengo colaboraciones internacionales con el Centro de Epileptología de la Universidad de Bonn en Alemania y con el hospital de la Universidad de Berna en Suiza.
Dr. Markus Franciskus Mueller Bender / muellerm@uaem.mx
Facultad de Ciencias de la UAEM
Cada año el frente de investigación es más amplio y los investigadores en todo el mundo tratan de resolver una gran diversidad de problemas de ciencia básica y aplicada. Dependiendo de las normativas de los gobiernos y de las demandas de la industria, se enfoca cada vez en nuevos proyectos, mientras el interés (y el apoyo económico) en otros decae.
Sin embargo, existe un conjunto de preguntas fundamentales que nunca perdieron su popularidad a lo largo de la historia y que atrajeron la atención del hombre probablemente desde el inicio de la humanidad.
Unos de estos problemas proviene de la astronomía cuando se pregunta ¿qué es la estructura del universo? y ¿a dónde se evolucionará? Otra pregunta de primordial importancia es ¿de qué está hecho este mundo? o bien ¿cuáles son los “ladrillos” fundamentales de toda la materia (viva y no-viva)? Irónicamente, los estudios sobre el sistema más grande que conocemos, el universo, se unifica con la ciencia de los objetos más pequeños del mundo, las partículas elementales, cuando se trata de contestar la pregunta ¿qué es el origen de nuestro universo? y actualmente los investigadores intentan realizar los experimentos más grandes y costosos de toda la historia para reproducir el ambiente en el cual se encontró (probablemente) nuestro universo durante las primeras fracciones de un segundo después de su nacimiento.
Sobre todo durante la última década otro misterio de la naturaleza ganó mucha popularidad: la pregunta sobre el plan principal de la vida. Según los reportes recientes en revistas especializadas los biólogos están sólo a un paso en descifrar el código genético de los humanos. Eso no solamente ofrece una gran cantidad de posibles aplicaciones. Aún más importante (al menos para fines científicos) es el gran impacto de estos resultados para la ciencia básica para poder contestar preguntas del estilo ¿quiénes somos? y ¿de dónde venimos? y quizá también ¿quiénes vamos a ser en el futuro? Todas aquellas son seguramente preguntas de carácter transcendental.
Aunque se podría seguir complementando esta lista de problemas fundamentales deseo conducir nuestra atención a un sistema en particular que enfocó el interés de los científicos desde hace muchos siglos: el cerebro humano.
Alrededor de 500 a. de C. el filósofo griego Anaxágoras ya atribuyó al cerebro la ubicación de la alma y de la razón (y no al corazón como lo creyó Aristóteles). Anaxágoras pensaba que el cerebro funciona como una especie de una glándula produciendo las ideas y emociones en forma de un líquido. Esta hipótesis careció todavía de pruebas experimentales u observaciones porque en aquel tiempo fue prohibido diseccionar seres humanos. Este tabú rompieron Herófilo y Erasístrato como 200 años más tarde observando que hay ciertos cables delgados (los nervios) que conectan los músculos de los brazos y piernas con el cerebro, una observación que comprueba la teoría, de que el cerebro funge como el órgano central que coordina en este caso los movimientos.
Desde entonces, la ciencia de neurofisiología experimentó una evolución impresionante y los científicos de diferentes tiempos acumularon una gran cantidad de información sobre el cerebro humano.
Se sabe, que el cerebro consiste de aproximadamente 100 billones (es decir 100 mil millones) células llamadas neuronas y cada una de ellas está conectada con 10 mil a 100 mil otros formando así una red gigantesca. Para imaginar el tamaño de esta telaraña se podría ensartar una conexión a la otra llegando así a una longitud total del cableado de aproximadamente 10 millones de kilómetros. Por justa razón muchos científicos dicen, que el cerebro humano es probablemente el sistema más complejo en todo el universo. Pero ¿en qué manera esta red procesa información y coordina las múltiples funciones de nuestro cuerpo? ¿qué hace el cerebro cuando ejecutamos un pequeño calculo, digamos 16x17? y ¿cómo genera el sistema nervioso central emociones como el amor?
Veamos primero un poco más en detalle de cómo funciona una unidad de esta red, una neurona. Resulta que cada neurona ya tiene su propia dinámica que se expresa sobre todo a través del llamado “potencial de acción”. Debido a la magnitud del estimulo eléctrico que recibe por sus múltiples conexiones, la membrana celular de la neurona abre ciertos canales iónicos, provocando así un flujo de cargas a través de ellos. De esta manera la diferencia de potencial eléctrico entre el interior y exterior de la membrana puede aumentar aproximadamente 100mV (mili voltios). Para la vida cotidiana esta voltaje parece ser muy pequeño, considerando que la red de la luz provee 110V (Voltios), que es mil veces más grande. Sin embargo, como las fluctuaciones del potencial medidas en la membrana usualmente son de unos pocos mV, la magnitud del potencial de acción es sumamente grande. Como éste fenómeno sucede súbitamente durante pocos mili-segundos, los científicos también dicen que los neuronas “disparan”.
El aspecto importante de este cuento es, que las neuronas se comunican entre ellas a través de los potenciales de acción. Esta comunicación puede provocar, que las neuronas en una cierta región de la corteza inician a disparar de manera sincronizada, mientras solo unos momentos después la dinámica del mismo conjunto de células parece ser completamente desordenado.
Se cree, que justo este fenómeno de sincronización es crucial para el procesamiento de información y se puede localizar regiones en el cerebro en las cuales la actividad neuronal está muy sincronizada mientras el cerebro ejecuta ciertas tareas. Aún más, los neurofisiólogos elaboraron mapas del cerebro que indican en cuales partes del cerebro administran las diferentes funciones. Así se conoce por ejemplo la región motórica, las regiones que coordinan los sentidos, el centro cerebral de lenguaje, las regiones que son activas cuando elaboramos el cálculo mencionado arriba, o también las regiones responsables por nuestros sentimientos. Desafortunadamente, esta cartografía no puede ser muy precisa porque las mapas funcionales varían ligeramente, no solamente entre diferentes personas, sino también con la edad de un individuo.
Sin embargo, las técnicas experimentales llegaron últimamente a tal precisión, que un grupo de científicos reportó recientemente, que se logró “leer” los pensamientos de una persona simplemente midiendo el patrón de actividad de su cerebro. Aunque esto se lee como una historia de la ciencia ficción, éste logro es en cierta forma puro empirismo. Estos científicos entrenaron a una computadora para reconocer el patrón de actividad cerebral, cuando la persona pensaba por ejemplo en la palabra “cerebro” y podía distinguirlo cuando se concentró en la palabra “ciencias”. De esta manera, la computadora identificó en más del 90% de los casos la palabra correcta dentro de un conjunto de palabras finito y bien definido.
Pero ¿qué aprendemos realmente de experimentos de este estilo sobre el funcionamiento del cerebro? ¿Por qué se mueven mis dedos de manera coordinada tecleando este artículo cuando ciertos grupos de neuronas de mi cerebro disparan de manera sincronizada? ¿Cómo se me ocurren ideas? ¿De dónde vienen y por qué?, ¿en qué manera se guarda información, como por ejemplo la fecha de nacimiento de mi esposa?, y ¿cuáles son los mecanismos que me causan un susto súbito cuando de repente me doy cuenta que su cumpleaños fue ayer?
No se sabe todavía la respuesta a estas preguntas. El cerebro humano, el sistema que determina nuestra razón, el órgano que albergue nuestra personalidad, sigue siendo un misterio. Quizá el misterio más grande del mundo.
Desde el año de 2003 hasta entonces mi línea de investigación ha sido el desarrollo de métodos numéricos para analizar series temporales de sistemas complejos con un enfoque especial que busca entender el fenómeno de la epilepsia, analizando datos electroencefalográficos. El objetivo principal de esta línea de investigación es entender en primera instancia el mecanismo que genera ataques epilépticos, posteriormente la dinámica cerebral durante un ataque y finalmente las estrategias que usa el cerebro para terminar con esta crisis. En este sentido, tengo colaboraciones internacionales con el Centro de Epileptología de la Universidad de Bonn en Alemania y con el hospital de la Universidad de Berna en Suiza.
El Dr. Müller obtuvo su Licenciatura en la Universidad Técnica de Dresden en Alemania y su Doctorado en Física en la misma Universidad en el año de 1995 con la tesis titulada “Generation of different time scales during the decay of nuclear compound resonances”. En 1996/97 realizó una estancia de Investigación posdotoral en el conocido actualmente como Instituto de Ciencias Físicas de la UNAM con el Dr. Thomas Seligman en el tema de correlaciones en sistemas cuánticos abiertos. Después realizo una estancia de investigación en el Instituto de Max-Planck para la Física de sistemas complejos en Dresden, Alemania. El Dr. Müeller cuenta actualmente con 41 artículos publicados en revistas especializadas de nivel internacional, con aproximadamente 180 citas externas a su trabajo y ha sido reconocido con el Nivel 2 del SNI.
jueves, 26 de noviembre de 2009
TRANSTORNOS MENTALES: La importancia de la flora medicinal en la farmacología
copiado de HYPATIA http://hypatia.morelos.gob.mx
Transtornos mentales: La importancia de la flora medicinal en la farmacología.
Dr. Jaime Tortoriello García / jtortora2@yahoo.es
Centro de Investigación Biomédica del Sur del Instituto Mexicano del Seguro Social
Archivo: Salud
El apasionante mundo del cerebro humano, un complejo ensamble de células nerviosas que interaccionan en una variedad infinita y que, aún sin entrar en contacto físico, establecen un sistema de comunicación indescifrable en su complejidad pero con una armonía tal que finalmente nos permite, sin necesidad de realizar un gran esfuerzo, desde orquestar el movimiento de un dedo, hasta generar el más complicado razonamiento y modular nuestras emociones. La información acumulada hasta el momento con relación al conocimiento de las funciones del sistema nervioso nos permite afirmar que el comportamiento animal (incluyendo el comportamiento humano) depende en gran medida de las estructuras cerebrales, sus conexiones y neurotransmisores. Aún cuando pudiera parecer poco creíble, más que el aprendizaje, el medio ambiente o la enseñanza proveniente de los padres o amigos, el comportamiento humano depende de la gran extensión de conexiones de las células nerviosas y de las sustancias químicas producidas y liberadas en el cerebro.
La personalidad, la timidez o el atrevimiento de un individuo, la melancolía o la felicidad, y hasta podríamos afirmar que el deseo sexual, hoy sabemos que son susceptibles de ser modificadas a través de sustancias químicas. Desde tiempos remotos, en el intento del hombre por modificar, controlar y mejorar las funciones del sistema nervioso, los productos obtenidos de plantas han jugado un papel importante.
Estudios de las propiedades del opio, la marihuana, la mandrágora, la ayahuasca y el peyote, entre muchos otros, experimentaron un auge durante la segunda mitad del siglo XX. Se realizaron estudios científicos que, se ha dicho, estuvieron orientados a encontrar y demostrar en estas plantas alguna propiedad farmacológica, cuando en realidad la parte fascinante de la investigación radicó en la posibilidad de encontrar sustancias nuevas que pudieran ser utilizadas como herramientas en el estudio del funcionamiento del sistema nervioso central. Herramientas que funcionarían como instrumentos farmacológicos con la intención de entender la modulación de las emociones, la personalidad, las percepciones y motivaciones, así como también, de contribuir en el avance del conocimiento de algunos de los trastornos como la psicosis, el insomnio, la enfermedad de Parkinson, la depresión, la demencia y otros grandes retos propuestos por los neurofisiólogos y, de esta manera, permitieran un avance más rápido en el desarrollo de métodos de tratamiento.
Durante estas investigaciones se generaron diferentes términos, todos ellos con la intención de identificar los efectos que los compuestos obtenidos de los vegetales producen sobre las funciones del cerebro y que más tarde resultaron difíciles de manejar: psicoestimulantes, también conocidos como psicoanalépticos o psicotónicos, denominaciones que en general son atribuidas a los estimulantes del sistema nervioso central, como son la cafeína (obtenida de las semillas de café), teobromina (extraída del chocolate), cocaína (un alcaloide obtenido de vegetales de la especie Erytroxilon coca); psicomiméticos, sustancias que simulan psicosis y que son también conocidos como alucinógenos; psicodélicos que facilitan la visión mental; psicodislépticos que alteran la mente; enteógenos que favorecen la comunicación con Dios. Estas son en general las sustancias que alteran la sensación, la percepción, las emociones y el estado de conciencia.
Entre los psicomiméticos se encuentran productos de diferentes especies de plantas y hongos como son: el peyote, un cactus que en el lenguaje científico es conocido con el nombre de Lophophora williamsii; la belladona, que es el nombre común para la especie Atropa belladona; la mandrágora, cuyo nombre científico es Mandragora officinarum; el beleño, nombre popular con el que se conoce a Hyoscyamus niger; el toloache, una especie mexicana que corresponde a Datura inoxia y, también, la amanita, el cornezuelo del centeno y el teonanacatl, que son hongos silvestres que contienen abundantes alcaloides indólicos y son conocidos con los nombres científicos de Amanita muscaria, Claviceps purpurea y Psylocibe mexicana, respectivamente.
Todas estas especies contienen compuestos químicos que interactúan con los neutrotransmisores o sus receptores en el cerebro. Sus efectos producen modificaciones en signos clínicos (cambio en la presión arterial, modificaciones en el diámetro de la pupila, y en la temperatura corporal) que no permiten discriminar, basados solo en ellos, entre algunos diagnósticos, mientras que los trastornos de la percepción que ellos generan se traducen en una variedad de sintomatología subjetiva que resulta difícil de describir con claridad para quien lo experimenta.
Durante las últimas décadas grupos de investigación de diferentes países han desarrollado trabajos con productos vegetales con la intención de demostrar su capacidad terapéutica, utilizando con este fin, diferentes pruebas farmacológicas en animales y en pocos casos pruebas en humanos. Los investigadores cuya formación académica se relaciona con la química de los productos naturales, generalmente orientan su esfuerzo en aislar e identificar los compuestos químicos presentes en el vegetal, mientas que los que tienen una formación en las ciencias biológicas o de la salud, orientan su trabajo con la intención de dilucidar los complejos mecanismos de acción farmacológica, pero, ¿cómo encontrar dentro de esta ausencia de conocimiento, una droga específica nueva para el tratamiento de los desordenes que afectan al cerebro humano? ¿Como se puede dirigir una investigación con la intención de descubrir un fármaco útil en el tratamiento de la psicosis sin conocer con certeza las bases fisiopatológicas de la enfermedad?
Existe un buen número de medicamentos que son usados ampliamente alrededor del mundo y que no resuelven adecuadamente los problemas de salud, o que generan efectos adversos. Aún cuando la gran mayoría de los medicamentos utilizados en la medicina occidental para el tratamiento de los trastornos del cerebro son de origen sintético, las plantas medicinales y los productos obtenidos de ellas constituyen las drogas más frecuentemente usadas por la población con estos fines. Las investigaciones relacionadas con la medicina tradicional reportan cientos de plantas medicinales que son utilizadas por sus propiedades atribuidas sobre el cerebro, la mayoría de ellas indicadas en insomnio, ansiedad y convulsiones. En México sobresalen por su frecuencia de uso la flor del naranjo, la tila, la valeriana y la ruda, entre otras que la población utiliza diariamente sin estar conciente necesariamente de sus efectos farmacológicos, como son el café, diferentes tés y el chocolate.
El estudio científico de la flora medicinal es, sin duda, una excelente alternativa de investigación en México y, debido a la diversidad vegetal, la cultura médica tradicional, y los diferentes grupos de investigación, lo es particularmente para el estado de Morelos. El desarrollo de una industria del fitomedicamento, basada en el conocimiento científico, redituaría en beneficios para la salud, para el campo, para el medio ambiente y para la economía.
La personalidad, la timidez o el atrevimiento de un individuo, la melancolía o la felicidad, y hasta podríamos afirmar que el deseo sexual, hoy sabemos que son susceptibles de ser modificadas a través de sustancias químicas. Desde tiempos remotos, en el intento del hombre por modificar, controlar y mejorar las funciones del sistema nervioso, los productos obtenidos de plantas han jugado un papel importante.
Estudios de las propiedades del opio, la marihuana, la mandrágora, la ayahuasca y el peyote, entre muchos otros, experimentaron un auge durante la segunda mitad del siglo XX. Se realizaron estudios científicos que, se ha dicho, estuvieron orientados a encontrar y demostrar en estas plantas alguna propiedad farmacológica, cuando en realidad la parte fascinante de la investigación radicó en la posibilidad de encontrar sustancias nuevas que pudieran ser utilizadas como herramientas en el estudio del funcionamiento del sistema nervioso central. Herramientas que funcionarían como instrumentos farmacológicos con la intención de entender la modulación de las emociones, la personalidad, las percepciones y motivaciones, así como también, de contribuir en el avance del conocimiento de algunos de los trastornos como la psicosis, el insomnio, la enfermedad de Parkinson, la depresión, la demencia y otros grandes retos propuestos por los neurofisiólogos y, de esta manera, permitieran un avance más rápido en el desarrollo de métodos de tratamiento.
Durante estas investigaciones se generaron diferentes términos, todos ellos con la intención de identificar los efectos que los compuestos obtenidos de los vegetales producen sobre las funciones del cerebro y que más tarde resultaron difíciles de manejar: psicoestimulantes, también conocidos como psicoanalépticos o psicotónicos, denominaciones que en general son atribuidas a los estimulantes del sistema nervioso central, como son la cafeína (obtenida de las semillas de café), teobromina (extraída del chocolate), cocaína (un alcaloide obtenido de vegetales de la especie Erytroxilon coca); psicomiméticos, sustancias que simulan psicosis y que son también conocidos como alucinógenos; psicodélicos que facilitan la visión mental; psicodislépticos que alteran la mente; enteógenos que favorecen la comunicación con Dios. Estas son en general las sustancias que alteran la sensación, la percepción, las emociones y el estado de conciencia.
Entre los psicomiméticos se encuentran productos de diferentes especies de plantas y hongos como son: el peyote, un cactus que en el lenguaje científico es conocido con el nombre de Lophophora williamsii; la belladona, que es el nombre común para la especie Atropa belladona; la mandrágora, cuyo nombre científico es Mandragora officinarum; el beleño, nombre popular con el que se conoce a Hyoscyamus niger; el toloache, una especie mexicana que corresponde a Datura inoxia y, también, la amanita, el cornezuelo del centeno y el teonanacatl, que son hongos silvestres que contienen abundantes alcaloides indólicos y son conocidos con los nombres científicos de Amanita muscaria, Claviceps purpurea y Psylocibe mexicana, respectivamente.
Todas estas especies contienen compuestos químicos que interactúan con los neutrotransmisores o sus receptores en el cerebro. Sus efectos producen modificaciones en signos clínicos (cambio en la presión arterial, modificaciones en el diámetro de la pupila, y en la temperatura corporal) que no permiten discriminar, basados solo en ellos, entre algunos diagnósticos, mientras que los trastornos de la percepción que ellos generan se traducen en una variedad de sintomatología subjetiva que resulta difícil de describir con claridad para quien lo experimenta.
Durante las últimas décadas grupos de investigación de diferentes países han desarrollado trabajos con productos vegetales con la intención de demostrar su capacidad terapéutica, utilizando con este fin, diferentes pruebas farmacológicas en animales y en pocos casos pruebas en humanos. Los investigadores cuya formación académica se relaciona con la química de los productos naturales, generalmente orientan su esfuerzo en aislar e identificar los compuestos químicos presentes en el vegetal, mientas que los que tienen una formación en las ciencias biológicas o de la salud, orientan su trabajo con la intención de dilucidar los complejos mecanismos de acción farmacológica, pero, ¿cómo encontrar dentro de esta ausencia de conocimiento, una droga específica nueva para el tratamiento de los desordenes que afectan al cerebro humano? ¿Como se puede dirigir una investigación con la intención de descubrir un fármaco útil en el tratamiento de la psicosis sin conocer con certeza las bases fisiopatológicas de la enfermedad?
Existe un buen número de medicamentos que son usados ampliamente alrededor del mundo y que no resuelven adecuadamente los problemas de salud, o que generan efectos adversos. Aún cuando la gran mayoría de los medicamentos utilizados en la medicina occidental para el tratamiento de los trastornos del cerebro son de origen sintético, las plantas medicinales y los productos obtenidos de ellas constituyen las drogas más frecuentemente usadas por la población con estos fines. Las investigaciones relacionadas con la medicina tradicional reportan cientos de plantas medicinales que son utilizadas por sus propiedades atribuidas sobre el cerebro, la mayoría de ellas indicadas en insomnio, ansiedad y convulsiones. En México sobresalen por su frecuencia de uso la flor del naranjo, la tila, la valeriana y la ruda, entre otras que la población utiliza diariamente sin estar conciente necesariamente de sus efectos farmacológicos, como son el café, diferentes tés y el chocolate.
El estudio científico de la flora medicinal es, sin duda, una excelente alternativa de investigación en México y, debido a la diversidad vegetal, la cultura médica tradicional, y los diferentes grupos de investigación, lo es particularmente para el estado de Morelos. El desarrollo de una industria del fitomedicamento, basada en el conocimiento científico, redituaría en beneficios para la salud, para el campo, para el medio ambiente y para la economía.
Pie de Figura 1. Xochipilli, Príncipe de las Flores, deidad de la cultura Mexica que se encuentra en el Museo Nacional de Antropología. La expresión corporal que muestra la figura se relacionó con las plantas que producen alucinaciones y que se encuentran talladas sobre su cuerpo y en el pedestal.
El Dr. Jaime Tortoriello García es médico cirujano por la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM). En 1988 ingresó a la Unidad de Investigación en Medicina Tradicional y Herbolaria, y desde entonces ha dedicado su vida profesional a la investigación de la Medicina Tradicional Mexicana, con especial atención al estudio de las plantas medicinales y con la intención de desarrollar fitomedicamentos. Cuenta con el grado de Doctor en Ciencias en la Facultad de Medicina de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y es miembro del Sistema Nacional de Investigadores. Actualmente es el Director del Centro de Investigación Biomédica del Sur del Instituto Mexicano del Seguro Social en Xochitepec, Morelos. Esta colaboración fue publicada previamente en el periódico La Unión de Morelos y puede consultarse en el portal de Internet www.acmor.org.mx.
EL MOVIMIENTO DE LOS CUERPOS CELESTES
artículo tomado de HYPATIA http://hypatia.morelos.gob.mx
El movimiento de los objetos celestes
Dr. Luis Benet Fernández / benet@fis.unam.mx
Instituto de Ciencias Físicas de la UNAM
Archivo: Astronomía
La mecánica celeste es la rama de la astronomía que se ocupa del estudio del movimiento de los objetos celestes. Algunos ejemplos de interés son el movimiento de la Luna, el movimiento aparente del Sol visto desde la Tierra, el movimiento de los planetas y de otros objetos del Sistema Solar como son cometas y asteroides, la rotación de dichos objetos, el movimiento de estrellas en modelos efectivos de galaxias, entre otras.
A lo largo de la historia, dicho conocimiento ha sido usado para distintos propósitos, tanto civiles como militares. En muchas culturas el tiempo de la siembra o la recolección se fijaba usando como referencia los equinoccios. Los solsticios determinan ciertas celebraciones religiosas como la Navidad, y la predicción de los eclipses mostraba a la gente común el poder de los dioses y la cercanía que éstos tenían con los gobernantes y sacerdotes, es decir, el conocimiento era una forma de asegurar el poder. El conocimiento del movimiento de los astros conforma las tablas de efemérides, que se usaron y usan en la navegación, tanto para fines de orientación como para la predicción de las mareas. Un ejemplo actual del uso de las tablas de mareas se tiene al acceder por coche a la isla de Noirmoutier en Francia usando Le passage du Gois (un paso elevado que en periodos de marea baja comunica a la isla antes mencionada); si uno no es lo suficientemente atento a las tablas de marea y a la hora, la rápida subida de la marea puede hacer de un lindo paseo en coche cruzando el mar y de la pesca de crustáceos, un buen susto con la posible pérdida del coche, sin la posibilidad de ser cubierto por el seguro.
En este contexto uno puede cuestionarse si, digamos las compañía de telecomunicaciones, les puede interesar el entender el movimiento de las partículas que forman los anillos planetarios, como los que observamos en Júpiter, Saturno, Urano o Neptuno, saber sobre la distribución y el origen de los asteroides, o si el caos determinista lo puede influir positivamente de alguna manera, siendo éstos algunos temas de interés para la mecánica celeste y la astronomía dinámica. La respuesta, de hecho, es que sí pueden sacar provecho de este conocimiento, e incluso lo hace.
Empecemos por los anillos de Saturno, que fueron descubiertos por Galileo Galilei hace 399 años. El principio físico básico de las ecuaciones que rigen el movimiento de las partículas de los anillos resulta que es el mismo que para el movimiento de la Luna entorno a la Tierra ---que es importante para la predicción de las mareas---, o el de los planetas y asteroides alrededor del Sol. Las ecuaciones son esencialmente las leyes de Newton combinadas con la Ley de Gravitación Universal. Una de las razones que las compañías de telecomunicaciones deben tener para interesarse en esto es, simplemente, el hecho de que el mismo tipo de ecuaciones determina el movimiento de los satélites de telecomunicaciones (como los Satmex).
¿Y los asteroides? Las ecuaciones que gobiernan el movimiento en el cinturón principal de asteroides tienen, nuevamente, la misma forma. El interés científico en estos cuerpos se centra en que sirven para iluminarnos sobre el propio origen del Sistema Solar, permiten observar la influencia de “pequeñas perturbaciones” (como las de Júpiter, Saturno y Marte) que actúan a lo largo de mucho tiempo y entender el resultado de las colisiones, o para comprobar los algoritmos de determinación de órbitas de cuerpos celestes usando “pocas mediciones”.
La cuestión de las colisiones al igual que la acción acumulada de perturbaciones le interesa a cualquier que posea un satélite en órbita alrededor de la Tierra. La acumulación de pequeñas perturbaciones puede hacer que el movimiento de un objeto que es gobernado por leyes deterministas muy precisas y conocidas sea prácticamente impredecible después de tiempos relativamente cortos. Y la consecuencia de esa falta de predictibilidad es más o menos obvia: uno no quiere invertir unos millones de dólares en un satélite que no sabremos donde se encuentra con exactitud después de poco tiempo, ya sea por su localización o por su orientación, y por tanto, que no nos va a servir para las telecomunicaciones.
La razón de esa falta de predictibilidad la llamamos caos determinista, y está relacionada con inestabilidades que nacen en las no linealidades de las ecuaciones de movimiento. El caos determinista apareció inicialmente en el estudio del problema gravitacional de tres cuerpos, siendo un ejemplo el movimiento de un satélite de telecomunicaciones en torno a la Tierra, y que es afectado por la presencia de la Luna. Este es el problema más sencillo que uno puede plantearse después del problema de dos cuerpos, el último fue resuelto plenamente por Kepler y Newton. Además, se pueden incluir también los efectos del achatamiento del planeta, lo que induce precesiones (precesión-movimiento de cambio de dirección del eje de la Tierra) y cambios en la periodicidad. Claramente, las inestabilidades son un problema. Sin embargo, resulta interesante notar que en la actualidad la planeación de misiones espaciales, como es la misión Cassini que actualmente se encuentra alrededor de Saturno o la misión Génesis, utiliza conceptos de la teoría del caos que están estrechamente ligados a las inestabilidades de las ecuaciones, y que se implementan a fin de minimizar el consumo de combustible. Esto hace más baratas dichas misiones. El entendimiento de la distribución de la localización de los asteroides está relacionada con la ocurrencia de inestabilidades.
El interés de las compañías de telecomunicaciones en estas cuestiones debería ir mucho más allá, ya que las colisiones obviamente son de cuidado para un satélite. Saber la probabilidad de colisión entre dos partículas es, entonces, igualmente de interés. Uno claramente no quiere chocar con otro satélite, lo que hace importante implementar un cuidadoso control de las órbitas, que es una de las aplicaciones del llamado control del caos.
De hecho, uno simplemente no quiere encontrarse con nada. Por ejemplo, una “tuerca perdida” en una órbita geoestacionaria circular a 42 mil Km. de altura viaja a una velocidad aproximada de 3.1 km/seg, es decir, a unos 11,160 km/hr. A pesar de ser tan sólo una tuerca, una colisión a esta velocidad puede dañar irremediablemente cualquier satélite en órbita; las consecuencias son evidentes, y pueden incluso llegar a ser catastróficas. Esto ilustra lo importante que es la observación y el mantenimiento de una buena base de datos sobre la llamada basura espacial, cuya dinámica es análoga a la que se observa en el cinturón de asteroides; nuevamente, una descripción usando un problema de tres cuerpos es el paso inicial, siendo aquí relevantes las correcciones por el achatamiento de la Tierra.
La observación y el mantenimiento de una buena base de datos de los llamados “objetos cercanos a la Tierra” no sólo es una cuestión de buena contabilidad y telecomunicaciones. A partir de los elementos orbitales, que provienen de las estimaciones de las pocas mediciones que se pueden hacer, se obtienen aproximaciones de la órbita del objeto medido. Un tema muy relevante es la posibilidad del impacto de estos objetos con la Tierra. Ejemplos incluyen el evento de Tunguska en 1908, el evento que ocurrió en 2002 al este del mar Mediterráneo, o las mediciones de un objeto de unos 5 m de diámetro que permitieron predecir la colisión que tuvo lugar en Sudán en octubre del 2008 justo al día siguiente de las observaciones. El asteroide 99942 Apophis es uno de particular interés con vistas al 2029.
Estos ejemplos ilustran algunas usos prácticos que se desprenden del entendimiento de cómo se mueven los objetos celestes, y que se reducen al estudio de las soluciones del problema gravitacional de tres o más cuerpos, incluyendo algunas correcciones. También ilustran lo difícil que es medir la utilidad de la ciencia básica: 400 años después de que Galileo dirigió por primera vez su telescopio hacia las estrellas, 322 años después de la publicación de “Los Principia de Sir Isaac Newton”, ninguno de ellos ni de sus contemporáneos hubiera soñado que naves orbitando la Tierra permitirían la comunicación independiente a larga distancia desde casi cualquier lugar de la Tierra, ni que esto es un gran negocio. Tampoco soñaron en estaciones y telescopios espaciales, ni en sistemas de posicionamiento global que requieren incluir correcciones relativistas en las ecuaciones. Ni que los deshechos de las distintas misiones espaciales estén formando un anillo de basura espacial en torno a la Tierra, que ya se ilustra en películas infantiles como Wall-E. Claramente, se necesita tener personal altamente especializado, capaz de escribir y resolver las ecuaciones de movimiento para este tipo de problemas, e incluso otros distintos. Esto es lo que hacen los países desarrollados, que saben apreciar “la bola de cristal” que es la ciencia.
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Luis Benet Fernández cursó la licenciatura en la Facultad de Ciencias de la UNAM y obtuvo el doctorado en Física Teórica por parte de la Universidad de Basilea, Suiza, obteniendo la mención honorífica por sus tesis. Trabaja como investigador del Instituto de Ciencias Físicas de la UNAM en Cuernavaca, Morelos, es investigador nacional, miembro de la Academia de Ciencias de Morelos y del Centro Internacional de Ciencias A.C. Trabaja en distintos aspectos de la teoría del caos clásico y cuántico, que incluyen estudios sobre la ocurrencia de anillos planetarios delgados y excéntricos, formación de sistemas solares, teoría de matrices aleatorias y métodos semiclásicos en sistemas de muchos bosones interactuantes. Recibió el premio "Jorge Lomnitz Alder en dinámica no lineal".
A lo largo de la historia, dicho conocimiento ha sido usado para distintos propósitos, tanto civiles como militares. En muchas culturas el tiempo de la siembra o la recolección se fijaba usando como referencia los equinoccios. Los solsticios determinan ciertas celebraciones religiosas como la Navidad, y la predicción de los eclipses mostraba a la gente común el poder de los dioses y la cercanía que éstos tenían con los gobernantes y sacerdotes, es decir, el conocimiento era una forma de asegurar el poder. El conocimiento del movimiento de los astros conforma las tablas de efemérides, que se usaron y usan en la navegación, tanto para fines de orientación como para la predicción de las mareas. Un ejemplo actual del uso de las tablas de mareas se tiene al acceder por coche a la isla de Noirmoutier en Francia usando Le passage du Gois (un paso elevado que en periodos de marea baja comunica a la isla antes mencionada); si uno no es lo suficientemente atento a las tablas de marea y a la hora, la rápida subida de la marea puede hacer de un lindo paseo en coche cruzando el mar y de la pesca de crustáceos, un buen susto con la posible pérdida del coche, sin la posibilidad de ser cubierto por el seguro.
En este contexto uno puede cuestionarse si, digamos las compañía de telecomunicaciones, les puede interesar el entender el movimiento de las partículas que forman los anillos planetarios, como los que observamos en Júpiter, Saturno, Urano o Neptuno, saber sobre la distribución y el origen de los asteroides, o si el caos determinista lo puede influir positivamente de alguna manera, siendo éstos algunos temas de interés para la mecánica celeste y la astronomía dinámica. La respuesta, de hecho, es que sí pueden sacar provecho de este conocimiento, e incluso lo hace.
Empecemos por los anillos de Saturno, que fueron descubiertos por Galileo Galilei hace 399 años. El principio físico básico de las ecuaciones que rigen el movimiento de las partículas de los anillos resulta que es el mismo que para el movimiento de la Luna entorno a la Tierra ---que es importante para la predicción de las mareas---, o el de los planetas y asteroides alrededor del Sol. Las ecuaciones son esencialmente las leyes de Newton combinadas con la Ley de Gravitación Universal. Una de las razones que las compañías de telecomunicaciones deben tener para interesarse en esto es, simplemente, el hecho de que el mismo tipo de ecuaciones determina el movimiento de los satélites de telecomunicaciones (como los Satmex).
¿Y los asteroides? Las ecuaciones que gobiernan el movimiento en el cinturón principal de asteroides tienen, nuevamente, la misma forma. El interés científico en estos cuerpos se centra en que sirven para iluminarnos sobre el propio origen del Sistema Solar, permiten observar la influencia de “pequeñas perturbaciones” (como las de Júpiter, Saturno y Marte) que actúan a lo largo de mucho tiempo y entender el resultado de las colisiones, o para comprobar los algoritmos de determinación de órbitas de cuerpos celestes usando “pocas mediciones”.
La cuestión de las colisiones al igual que la acción acumulada de perturbaciones le interesa a cualquier que posea un satélite en órbita alrededor de la Tierra. La acumulación de pequeñas perturbaciones puede hacer que el movimiento de un objeto que es gobernado por leyes deterministas muy precisas y conocidas sea prácticamente impredecible después de tiempos relativamente cortos. Y la consecuencia de esa falta de predictibilidad es más o menos obvia: uno no quiere invertir unos millones de dólares en un satélite que no sabremos donde se encuentra con exactitud después de poco tiempo, ya sea por su localización o por su orientación, y por tanto, que no nos va a servir para las telecomunicaciones.
La razón de esa falta de predictibilidad la llamamos caos determinista, y está relacionada con inestabilidades que nacen en las no linealidades de las ecuaciones de movimiento. El caos determinista apareció inicialmente en el estudio del problema gravitacional de tres cuerpos, siendo un ejemplo el movimiento de un satélite de telecomunicaciones en torno a la Tierra, y que es afectado por la presencia de la Luna. Este es el problema más sencillo que uno puede plantearse después del problema de dos cuerpos, el último fue resuelto plenamente por Kepler y Newton. Además, se pueden incluir también los efectos del achatamiento del planeta, lo que induce precesiones (precesión-movimiento de cambio de dirección del eje de la Tierra) y cambios en la periodicidad. Claramente, las inestabilidades son un problema. Sin embargo, resulta interesante notar que en la actualidad la planeación de misiones espaciales, como es la misión Cassini que actualmente se encuentra alrededor de Saturno o la misión Génesis, utiliza conceptos de la teoría del caos que están estrechamente ligados a las inestabilidades de las ecuaciones, y que se implementan a fin de minimizar el consumo de combustible. Esto hace más baratas dichas misiones. El entendimiento de la distribución de la localización de los asteroides está relacionada con la ocurrencia de inestabilidades.
El interés de las compañías de telecomunicaciones en estas cuestiones debería ir mucho más allá, ya que las colisiones obviamente son de cuidado para un satélite. Saber la probabilidad de colisión entre dos partículas es, entonces, igualmente de interés. Uno claramente no quiere chocar con otro satélite, lo que hace importante implementar un cuidadoso control de las órbitas, que es una de las aplicaciones del llamado control del caos.
De hecho, uno simplemente no quiere encontrarse con nada. Por ejemplo, una “tuerca perdida” en una órbita geoestacionaria circular a 42 mil Km. de altura viaja a una velocidad aproximada de 3.1 km/seg, es decir, a unos 11,160 km/hr. A pesar de ser tan sólo una tuerca, una colisión a esta velocidad puede dañar irremediablemente cualquier satélite en órbita; las consecuencias son evidentes, y pueden incluso llegar a ser catastróficas. Esto ilustra lo importante que es la observación y el mantenimiento de una buena base de datos sobre la llamada basura espacial, cuya dinámica es análoga a la que se observa en el cinturón de asteroides; nuevamente, una descripción usando un problema de tres cuerpos es el paso inicial, siendo aquí relevantes las correcciones por el achatamiento de la Tierra.
La observación y el mantenimiento de una buena base de datos de los llamados “objetos cercanos a la Tierra” no sólo es una cuestión de buena contabilidad y telecomunicaciones. A partir de los elementos orbitales, que provienen de las estimaciones de las pocas mediciones que se pueden hacer, se obtienen aproximaciones de la órbita del objeto medido. Un tema muy relevante es la posibilidad del impacto de estos objetos con la Tierra. Ejemplos incluyen el evento de Tunguska en 1908, el evento que ocurrió en 2002 al este del mar Mediterráneo, o las mediciones de un objeto de unos 5 m de diámetro que permitieron predecir la colisión que tuvo lugar en Sudán en octubre del 2008 justo al día siguiente de las observaciones. El asteroide 99942 Apophis es uno de particular interés con vistas al 2029.
Estos ejemplos ilustran algunas usos prácticos que se desprenden del entendimiento de cómo se mueven los objetos celestes, y que se reducen al estudio de las soluciones del problema gravitacional de tres o más cuerpos, incluyendo algunas correcciones. También ilustran lo difícil que es medir la utilidad de la ciencia básica: 400 años después de que Galileo dirigió por primera vez su telescopio hacia las estrellas, 322 años después de la publicación de “Los Principia de Sir Isaac Newton”, ninguno de ellos ni de sus contemporáneos hubiera soñado que naves orbitando la Tierra permitirían la comunicación independiente a larga distancia desde casi cualquier lugar de la Tierra, ni que esto es un gran negocio. Tampoco soñaron en estaciones y telescopios espaciales, ni en sistemas de posicionamiento global que requieren incluir correcciones relativistas en las ecuaciones. Ni que los deshechos de las distintas misiones espaciales estén formando un anillo de basura espacial en torno a la Tierra, que ya se ilustra en películas infantiles como Wall-E. Claramente, se necesita tener personal altamente especializado, capaz de escribir y resolver las ecuaciones de movimiento para este tipo de problemas, e incluso otros distintos. Esto es lo que hacen los países desarrollados, que saben apreciar “la bola de cristal” que es la ciencia.
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Luis Benet Fernández cursó la licenciatura en la Facultad de Ciencias de la UNAM y obtuvo el doctorado en Física Teórica por parte de la Universidad de Basilea, Suiza, obteniendo la mención honorífica por sus tesis. Trabaja como investigador del Instituto de Ciencias Físicas de la UNAM en Cuernavaca, Morelos, es investigador nacional, miembro de la Academia de Ciencias de Morelos y del Centro Internacional de Ciencias A.C. Trabaja en distintos aspectos de la teoría del caos clásico y cuántico, que incluyen estudios sobre la ocurrencia de anillos planetarios delgados y excéntricos, formación de sistemas solares, teoría de matrices aleatorias y métodos semiclásicos en sistemas de muchos bosones interactuantes. Recibió el premio "Jorge Lomnitz Alder en dinámica no lineal".
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