GACETA UNAM JURIQUILLA #26 / Octubre
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GACETA UNAM JURIQUILLA #26 / Octubre
Estructura tridimensional de un cristal inorgánico. Cuarzo (SiO2) Silicio (gris) Oxígeno (rojo) Contenido pag. 6 Primera estación de monitoreo de lahares en el volcán de colima: hacia un sistema de alerta para los volcanes activos mexicanos. CGEO - Centro de Geociencias UNAM pag. UAJ-II - Unidad Académica Juriquilla del Instituto de Ingeniería SECRETARIO GENERAL Dr. Eduardo Bárzana García SECRETARIO ADMINISTRATIVO Ing. Leopoldo Silva Gutiérrez pag. INB - Instituto de Neurobilogía SECRETARIO DE SERVICIOS A LA COMUNIDAD Enrique Balp Díaz pag. ABOGADO GENERAL Lic. Luis Raúl González Pérez CONSEJO DE DIRECCIÓN Dr. Raúl Gerardo Paredes Guerrero Dr. Gerardo Carrasco Núñez Dr. Ramiro Pérez Campos Dr. Germán Buitrón Méndez Dr. Juan B. Morales Malacara Dr. Saúl Santillán Gutiérrez Dr. Luis Montejano Peimbert COORDINADOR DE SERVICIOS ADMINISTRATIVOS Alejandro Mondragón Téllez JEFE UNIDAD DE VINCULACIÓN Juan Villagrán López CONSEJO EDITORIAL Rosa Elena López Escalera Carlos M. Valverde Rodríguez Juan Martín Gómez González Iván Moreno Andrade Enrique A. Cantoral Uriza Juan Villagrán López 12 Ancestros de las plantas terrestres: Algas en Querétaro y Guanajuato COORDINADOR DE LA INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Dr. Carlos Arámburo de la Hoz Campus Juriquilla 10 Ciencia para niños: ¿Para qué sirven las bacterias presentes en nuestro cuerpo? SECRETARIO DE DESARROLLO INSTITUCIONAL Dr. Francisco José Trigo Tavera DIRECTOR GENERAL DE COMUNICACIÓN SOCIAL Renato Dávalos López 8 Ingeniería ambiental, un área multidisciplinaria RECTOR Dr. José Narro Robles pag. UMDI-FC-J - Unidad Multidisciplinaria de Docencia e Investigación de la Facultad de Ciencias Juriquilla 4 Laboratorio de Difracción de rayos X. vanguardia en servicios analíticos y de investigación CFATA - Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada pag. 14 Memoria de reconocimiento del gusto: El sabor emocional de la vida INB - Instituto de Neurobilogía Índice de autores UAJ-II INB CGEO Iván Moreno Andrade Isabel Miranda Saucedo [email protected] [email protected] Iván Moreno es doctor en Ciencias Biológicas e investigador titular “A” de la UAJ-II. Sus principales áreas de interés son la microbiología de bioprocesos para el tratamiento de aguas residuales y la producción de bioenergía a partir de residuos (líquidos y sólidos). Isabel Miranda es investigadora Titular del Instituto de Neurobiología y responsable del laboratorio de Neuroquímica de la Memoria. Su interés académico se centra en el estudio de las estructuras cerebrales y sus correlatos neuroquímicos que participan en la formación y evocación de la memoria. Lucia Capra Pedol [email protected] DISEÑO Y FORMACIÓN I.S.C. Oscar L. Ruiz Hernández GACETA UNAM JURIQUILLA Publicación trimestral editada por la Unidad de Vinculación, Difusión y Divulgación Universitaria perteneciente a la Coordinación de Servicios Administrativos. Boulevard Juriquilla No. 3001, Juriquilla, Qro. MÉXICO, C.P. 76230 Certificado de reserva de derechos al uso exclusivo de título No. 04 - 2013 - 041714461800 - 109 Impresión: Hear Industria Gráfica, Calle 1 No. 101, Zona Industrial Benito Juárez. C.P. 76120. Tiraje: 2000 ejemplares TELÉFONOS VINCULACIÓN (442) 192 61 31, 32 y 35 UMDI FC-J CFATA Ciencia para niños Stephanie Thebault Enrique Cantoral Uriza y Miriam Bojorge García Eric Rivera Muñoz y Beatriz Millán Malo Enrique Cantoral es Doctor en Biología por la UNAM. Profesor Titular, estudia la ecología y sistemática de las algas continentales y su uso como indicadores biológicos de la calidad del agua. Es responsable del Laboratorio Ecología Acuática y Algas de la UMDI-Facultad de Ciencias, UNAM en Juriquilla. Eric Rivera es Físico y Doctor en Ciencias por la UNAM. Entre sus líneas de investigación destacan la síntesis y estudio de biomateriales cerámicos, nanocatalizadores y estructuras mesoporosas y el estudio de la estructura de materiales mediante técnicas de difracción. [email protected] Lucia Capra es investigadora y actual Secretaria Académica del Centro de Geociencias. Estudió Geología en la Universidad de Milán, Italia y el Doctorado en el Instituto de Geofísica de la UNAM. Sus líneas de investigación son Geología general, cartografía, estratigrafía y sedimentología volcánica, peligros volcánicos, manejo de sistemas de información geográficos. [email protected] [email protected] Stephanie Thebault es Doctor en Ciencias de la Vida y de la Salud de la Universidad de Ciencias y Tecnología de Lille (Francia) e investigador titular en el departamento de Neurobiología Celular y Molecular del INB. CORREO ELECTRÓNICO [email protected] No. 26 Octubre - Diciembre 2013 EDITORIAL EDITORIAL UNAM y CENAPRED: Un reencuentro beneficioso Consejo Editorial El pasado 19 de octubre el Gobierno Federal, por medio de la Secretaría de Gobernación, reveló que existe una enorme burocracia en el Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED) que dificulta su quehacer principal. Por ello anunció que la UNAM y el CENAPRED volverán a colaborar, a través de la investigación aplicada, para minimizar las consecuencias de los desastres naturales. Dicho reencuentro fue motivado por las catastróficas consecuencias que tuvieron, en las costas del Pacífico y del Golfo, los huracanes Manuel e Ingrid. Esta decisión permitirá conjuntar la experiencia de especialistas de la UNAM en sismología, vulcanología, hidrometeorología, entre otras, con la de los expertos del CENAPRED. Su proyecto inicial se centrará en la elaboración de un Atlas Nacional de Riesgos cuyo objetivo será emitir recomendaciones para la oportuna toma de decisiones, así como establecer medidas de prevención y mitigación de desastres en sitios específicos de todo el territorio nacional. Desafortunadamente, en los últimos años, la miopía e intereses políticos sectarios de nuestros gobernantes, han provocado estancamientos o retrocesos en diversos institutos o secretarías federales: Instituto Mexicano del Petróleo, Instituto Nacional de Ecología, la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, entre otros. La reducción de presupuestos, la cancelación de programas de investigación, los cambios e incorporación de nuevo personal (generalmente inexperto); son decisiones onerosas a México y hoy día, todos, directa o indirectamente, las sufrimos y las pagamos. Esta reestructura es una decisión atinada; incorporar en las tareas que realiza el CENAPRED, las labores de investigación de académicos universitarios, con equipos y laboratorios específicos, alejadas de decisiones burocráticas, fortalecerá la capacidad de respuesta antes los fenómenos que se presenten. Sin embargo, rehacerse de los recursos humanos capacitados específicamente para las necesidades del CENAPRED no es una tarea ni inmediata ni sencilla, ello requerirá de tiempo y de una inversión importante, que permita hacer frente a los mal llamados “desastres naturales”, ya que los políticos nunca entendieron que existen formas de disminuir el peligro pues los desastres provocados por los fenómenos naturales, no son “naturales”, generalmente son consecuencia de una serie de decisiones humanas sin una planeación eficiente. Así pues, ahora sólo queda esperar que el Atlas Nacional de Riesgo se concluya y siente las bases para desarrollar un sistema de alerta temprana; que se siga trabajando en la cultura de la prevención, y sobre todo, que el gobierno acate las recomendaciones de este organismo en momentos cruciales, lo cual será en beneficio de todos. Luis Felipe Puente Espinosa, coordinador nacional de Protección Civil de la Secretaría de Gobernación y José Narro Robles, Rector de la UNAM. http://campusmexico.mx/2013/10/24/conjuntan-esfuerzos-la-unam-y-el-cenapred-para-analisis-de-riesgos-y-prevencion-de-desastres/ www.campusjuriquilla.unam.mx 3 Laboratorio de Difracción de rayos X. Vanguardia en servicios analíticos y de investigación Eric Rivera Muñoz y Beatriz Millán Malo En el Laboratorio de Difracción de rayos X (DRX) del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA), ubicado en la UNAM Campus Juriquilla, se llevan a cabo estudios sobre la estructura de una amplia gama de materiales, como metales, minerales, polímeros, catalizadores, plásticos, productos farmacéuticos, cristales líquidos, materiales orgánicos, recubrimientos de capa fina, cerámicas y semiconductores, entre otros. Desde el 2004 el laboratorio cuenta con certificación internacional de conformidad con la norma ISO 9001:2008 en Sistemas de Gestión de la Calidad, y pertenece a la Red Internacional de Calidad (IQNet, por sus siglas en inglés), garantizando así un estricto control de calidad en los servicios analíticos que brinda a académicos y estudiantes del Centro y de otras dependencias de la UNAM; así como a usuarios externos tanto de la industria y de 4 instituciones nacionales e internacionales, como al público en general. Para ello cuenta con equipos calibrados mediante un estándar certificado ante el National (NIST). la Dra. Beatriz Millán Malo, quien forma parte del grupo de investigación en el que participan académicos del Instituto de Física de la UNAM, de la Facultad de Ingeniería de la UAQ y del CINVESTAV Unidad Querétaro y estudiantes de licenciatura y posgrado. El laboratorio inició su operación en 1998, cuando el actual responsable, el Dr. Rivera Muñoz adquirió el primer difractómetro de la dependencia. Con dicho equipo se creó el laboratorio y se emprendieron estudios e investigaciones sobre la estructura de diversos materiales, principalmente en polvos. El número de muestras analizadas por año se ha incrementado considerablemente así como las capacidades del laboratorio al adquirir un nuevo difractómetro en 2013. Con esta modernización, el laboratorio amplía su capacidad de análisis en la caracterización de materiales. La responsable de operación del equipo es El nuevo equipo es único en cuanto a su configuración, porque tiene un detector ultra-rápido de estado sólido que permite implementar técnicas de identificación de fase y análisis cuantitativo de fase. Con ello es posible identificar la presencia y cantidad de compuestos cristalinos, determinar y refinar estructuras cristalinas, incluso obtener imágenes tridimensionales de la estructura. También se pueden hacer análisis de microestructuras (tamaño de cristalito, micro tensiones, etcétera); análisis de estrés residual; análisis de películas delgadas (reflectometría); figuras de polos para el análisis de textura; medidas en condiciones no-ambientales (cámara Institute of Standards and Technology No. 26 Octubre - Diciembre 2013 de alta temperatura, desde ambiente hasta 1500°C) para el estudio de transformaciones de fase en estado sólido; dispersión de rayos X a bajo ángulo, con la que se puede obtener la distribución de tamaño de nanopartículas y/o poros. Estas técnicas son de gran utilidad para realizar investigación de frontera en ciencia básica y tienen importantes aplicaciones en diferentes industrias. realizar actividades de vinculación entre la Universidad y la industria, aspecto que siempre se ha promovido en nuestra casa de estudios, y que en este caso se ha ido incrementando poco a poco con mucho éxito. Así pues, el laboratorio DRX permite la solución de problemas, tanto estrictamente científicos como de aplicación tecnológica e industrial. Respecto a la investigación básica y de frontera, el laboratorio tiene la capacidad de analizar diferentes tipos de nanoestructuras y nuevos materiales, aleaciones metálicas, cristales líquidos, material biológico, alimentos, etcétera, contribuyendo a la generación de nuevo conocimiento y al desarrollo de proyectos de investigación, apoyando fuertemente a la formación de recursos humanos especializados en las técnicas asociadas a la difracción de rayos X. Vista general del Laboratorio de Difracción de rayos X del CFATA. En lo que se refiere a los servicios analíticos ofrecidos a diversos laboratorios farmacéuticos, es importante destacar que se ha realizado la identificación de fases cristalinas, comprobando la presencia de ingredientes activos necesarios para la fabricación de medicamentos. Dichos análisis han contribuido a la validación de ciertos fármacos, ante la Comisión Federal para la Protección contra Riesgos Sanitarios, por parte de las empresas solicitantes. También se han realizado análisis de materias primas utilizadas en diferentes procesos de producción de industrias nacionales, tal es el caso de empresas dedicadas a la fabricación de productos cerámicos y de pigmentos. También se ha dado apoyo a empresas de la industria metal-mecánica mediante análisis de productos de corrosión generados en diferentes procesos de producción. Asimismo, se han analizado piezas de arte con el fin de establecer su autenticidad mediante la identificación de las estructuras cristalinas presentes. Estas aplicaciones reflejan el enorme potencial que tiene el laboratorio para www.fata.unam.mx Figura de polos en 3D para el estudio de texturas cristalográficas (orientación o crecimiento de cristales en direcciones específicas) 5 Primera estación de monitoreo de lahares en el volcán de colima: hacia un sistema de alerta para los volcanes activos mexicanos. Lucia Capra Pedol Los lahares son uno de los peligros naturales más frecuentes en volcanes, sean activos o no. El término, de origen indonesio, se refiere a flujos constituidos por una mezcla de agua y fragmentos de rocas de distintos tamaños y proporciones variables, que se originan en las laderas de un volcán. Estos deslizamientos pueden ser sin-eruptivos, o sea, ocurrir durante la actividad explosiva de un volcán, u originarse en una etapa de relativa quietud de éste. Los mecanismos de detonación pueden ser múltiples, sin embargo, por lo general siempre se necesita una importante cantidad de agua para que el material piroclástico recientemente depositado sea removido. El agua puede provenir de la ruptura de lagos cratéricos, fusión de hielo o más frecuentemente por lluvias abundantes. En general es muy difícil prever este tipo de fenómeno, por ello se requiere un sistema de monitoreo en las barrancas que permita 6 alertar a la población sobre la llegada de un lahar. Estos flujos pueden alcanzar velocidades de hasta 20 m/s en las pendientes altas de los volcanes. Tienen un gran poder destructivo que tan solo en el siglo XX causaron decenas de miles de pérdidas humanas y cuantiosos daños materiales. Los lahares son fenómenos catastróficos que pueden desaparecer poblaciones enteras, tal como ocurrió en 1985 con el volcán Nevado del Ruiz, Colombia, donde una pequeña erupción derritió una porción del glaciar, originando múltiples flujos que se unieron al cauce principal del río Lagunillas, afectando el poblado de Armero, localizado a 50 km del volcán, en donde murieron más de 20,000 personas. Más recientemente, con el incremento en número y magnitud de huracanes, han ocurrido diversos episodios, tal es el caso del huracán Ida, en 2009, que provocó la formación de lahares en el volcán San Vicente, en El Salvador, la destrucción de algunos poblados aledaños al volcán y más de 130 muertos. En los volcanes activos mexicanos este tipo de fenómeno es muy común, un ejemplo es el evento de 1955 en el Volcán Nevado de Colima, en el que fallecieron 23 personas en la población de Atenquique. Cada año se registran decenas de eventos, sin embargo los de mayor magnitud tienen recurrencias más largas, pues se asocian con sucesos hidrometereológicos extraordinarios y con la actividad del volcán mismo. El ejemplo más reciente está asociado al paso del huracán Jova, ocurrido entre el 10 y 12 de octubre de 2011, con la acumulación de más de 400 mm de lluvia en 24 horas, y la formación de lahares en las principales barrancas del Volcán de Colima. El Volcán de Colima es uno de los volcanes más activos de México. Desde 1991 el volcán ha incrementado su actividad eruptiva con la No. 26 Octubre - Diciembre 2013 formación de domos de lava en su cima y su consiguiente colapso y destrucción con la formación de flujos piroclásticos, nubes ardientes de gas y fragmentos de pómez y líticos que se desplazan al ras de la superficie topográfica. Estos han rellenado las barrancas hasta una distancia de 7 km con espesores de hasta 5 m en zonas proximales, sin afectar asentamientos humanos. Desde 1991 las erupciones más importantes han ocurrido en 1994, 19981999, 2001-2003 y 2004-2005. A partir de enero de 2013 se ha incrementado nuevamente la actividad explosiva con frecuentes exhalaciones y explosiones, con el emplazamiento de pequeños flujos piroclásticos alternados, asociados con eventos efusivos debido a la extrusión de lava en el cráter. Durante el periodo de lluvia, que en Colima va de mayo a finales de octubre, con un total de 1,200 mm acumulados, el agua que se acumula en los drenajes y que satura a los depósitos recientes promueve la removilización de material inconsolidado, generando lahares. Durante 2013 se han registrado entre 10 y 15 eventos principales, y los de mayor magnitud han provocado daños a puentes, líneas eléctricas e infortunios leves a pobladores que se encontraban trabajando en proximidad de las barrancas. Si se considera la actividad del volcán durante estos últimos 20 años, los lahares representan el único fenómeno que ha afectado poblaciones en un radio de hasta 15 km desde la cima del volcán. Debido al incremento en la frecuencia y magnitud en el Centro de Geociencias hemos decidido establecer un sistema de monitoreo en tiempo real de dicho fenómeno. Esto con dos objetivos principales: 1) estudiar el fenómeno para definir el tipo de evento hidrometereológico que es capaz de disparar un lahar, y caracterizar la magnitud y el poder destructivo de los flujos asociados, y 2) proponer un sistema de alerta para las poblaciones que se encuentren expuestas a este tipo de peligro. Para ello instalamos una estación de monitoreo en la barranca Montegrande, www.geociencias.unam.mx a 2,000 msnm, en la ladera sur del Volcán, la cual es la primera estación en su tipo para un volcán activo en México. Además, establecimos una estrecha colaboración con investigadores de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Colima, y contamos con el apoyo instrumental del Observatorio del Volcán de Colima, de la Universidad Massey, de Nueva Zelanda, y con la cooperación del personal del Centro Nacional de Prevención de Desastres. Esta estación proporciona los datos en tiempo real, adquiridos por distintos sensores; incluye un medidor de lluvia acoplado a un sensor de humedad del suelo, una videocámara con captura de imágenes cada 2 segundos y un geófono (sensor sísmico) que mide la vibración del terreno producida durante el paso de un lahar. Éste proporciona la señal del lahar, a partir de la cual se deriva información muy valiosa, como la velocidad del flujo, su volumen y su contenido en material sólido. Esta información es recibida en las instalaciones de la Red Sismológica en la Universidad de Colima, desde donde se alerta a la Unidad Estatal de Protección Civil en caso de detectar eventos de magnitud importante. La estación de monitoreo fue completada a finales de 2011 y ha registrado varios eventos ocurridos durante la temporada de lluvia de 2012. Con los datos adquiridos hasta la fecha, y los que se espera obtener durante el 2013, será posible proponer un modelo preliminar que permita alertar a las poblaciones cercanas en un radio de 15 km, así como las localizadas en las desembocaduras de las principales barrancas del volcán, para que en caso de un evento de mayor magnitud, los habitantes tengan el tiempo suficiente para llegar a los lugares seguros. El Volcán de Colima representa un laboratorio natural para el estudio de los lahares y el modelo que se obtenga podrá adaptarse a otros volcanes mexicanos, como por el ejemplo al Popocatépetl. Panorámica de la estación de monitoreo. 7 Ingeniería ambiental, un área multidisciplinaria Iván Moreno Andrade La ingeniería ambiental (IA) es un área de las ingenierías que de un par de décadas a la fecha ha adquirido gran relevancia mundial. Su principal foco de interés es el estudio de los problemas ambientales de forma integrada, teniendo en cuenta sus dimensiones ecológicas, sociales, económicas y tecnológicas, con el objetivo de promover el desarrollo sostenible. Las actividades en esta área del conocimiento científico incluyen: el diseño, aplicación, gestión de procesos y servicios tecnológicos para prevenir, controlar y solucionar la contaminación ambiental causada por contaminantes líquidos, sólidos, gaseosos o ruido. También busca generar tecnologías enfocadas al uso sustentable de recursos naturales, gestión de residuos, manejo y tratamiento de residuos peligrosos y verificación del cumplimiento de la normatividad ambiental, entre otros. 8 En la práctica, no solo trabajan profesionales con formación en IA, también participan ingenieros civiles, químicos, eléctricos, y de sistemas; así como biólogos, médicos, licenciados en derecho, sociólogos, etcétera. Para resolver técnicamente un problema ambiental, los ingenieros civiles apoyan en las tareas de diseño y construcción de sistemas de tratamiento y disposición de residuos, mientras que los ingenieros químicos trabajan para formular nuevos procesos de tratamiento o desarrollo de técnicas de análisis de los contaminantes que existen tanto en aire, suelos y agua. Los biólogos y químicos-fármaco-biólogos (QFB) se enfocan en discernir qué pasa en los procesos de tratamiento biológico desde el punto de vista microbiológico y en el control de microorganismos nocivos. Por su parte, los ingenieros eléctricos y de sistemas trabajan en el desarrollo de equipos e instrumentos para medir contaminantes, el modelado matemático y la propuesta de estrategias de optimización de los procesos de tratamiento. Considérese como ejemplo un río contaminado por una industria y sus consecuencias ambientales. Para resolver el problema es necesario considerar que intervienen los siguientes actores: por una parte la industria contaminante; por otra, la población que vive alrededor del río y, por supuesto, la parte que realizará la limpieza del río. Es necesario analizar los procesos que se realizan en la industria y en su caso, proponer la reingeniería del mismo para reducir o incluso eliminar la generación de contaminantes que son descargados al río. Esta tarea puede ser realizada por un ingeniero químico o industrial. Las personas que viven cerca del río no solo tienen que lidiar con malos olores, sino que se encuentran en riesgo de contraer No. 26 Octubre - Diciembre 2013 alguna enfermedad. En este punto entran en acción biólogos, QFB, químicos y médicos, quienes determinan la presencia y el nivel de exposición de la población a microorganismos patógenos incluyendo virus, bacterias y helmintos (lombrices intestinales); posibles efectos nocivos por contacto con compuestos químicos tóxicos o cancerígenos, y la planeación de estrategias para eliminar estos riegos a la salud. En este punto también es necesaria la participación de sociólogos y urbanistas para determinar las necesidades de la población con relación al río contaminado, las posibles modificaciones en los asentamientos humanos y quizá hasta en el curso del río. Finalmente, para limpiar el río contaminado, es necesario el diseño y construcción de una planta de tratamiento para el efluente resultante de la industria. Lo primero que se necesita es caracterizar el agua que se va a tratar, ya que dependiendo de sus características será la propuesta del proceso que se implementará, para lo cual los profesionistas de las áreas químicas pueden realizar el análisis. Con ello, los ingenieros ambientales, químicos y civiles podrán elaborar el diseño y construcción de una planta de tratamiento eficiente. Mientras se limpia el agua, será necesario determinar si el proceso está funcionando de manera correcta para degradar los contaminantes y en su caso, hacer las modificaciones necesarias para que funcione de manera correcta, lo cual está a cargo de ingenieros ambientales, químicos, o biólogos. Una manera de mejorar el funcionamiento de una planta es automatizar el monitoreo y control del proceso, donde los ingenieros en sistemas, eléctricos, electromecánicos, de control y robótica toman las riendas para la creación de dispositivos de medición para saber preliminarmente, de manera rápida y sencilla, si el tratamiento funciona correctamente o no. En caso de algún problema con la calidad del agua que sale de la planta, será detectado y se podrán http://sitios.iingen.unam.mx/LIPATA hacer los arreglos necesarios para tener un tratamiento eficiente. Hoy por hoy, los grupos de investigación dedicados a la solución de problemas ambientales son multidisciplinarios. La Unidad Académica Juriquilla del Instituto de Ingeniería de la UNAM no es la excepción, y en ella el esquema conceptual de trabajo tiene a los procesos ambientales como eje central y para su estudio integral reúne tres disciplinas: La ingeniería de procesos que aporta conocimiento sobre la forma de operación de reactores y las variables a considerar; la teoría de sistemas que contribuye al modelado matemático y diseño de controladores automáticos adecuados; y la microbiología de biosistemas, que estudia la participación de microorganismos, su ecología y los mecanismos de adaptación. Con este enfoque trans- y multidisciplinario actualmente se desarrollan, entre otros, proyectos relacionados a la eliminación de contaminantes en aguas residuales industriales, la producción de bioenergía a partir de residuos líquidos y sólidos (biorrefinerias), la automatización y control de bioprocesos para el tratamiento de residuos, etcétera. En todos estos proyectos participan las tres disciplinas mencionadas anteriormente, debido a lo cual los productos que derivan de estas investigaciones tienen potencial para ser transferidas como nuevas tecnologías para solventar problemas ambientales. Como conclusión, queda entonces claro que para resolver un problema ambiental es necesaria la participación de grupos multidisciplinarios que propongan soluciones holísticas y permanentes a la contaminación del aire, agua y suelos. Prototipo de la planta de tratamiento instalada en la UAJ-II 9 10 No. 26 Octubre - Diciembre 2013 www.campusjuriquilla.unam.mx 11 Ancestros de las plantas terrestres: Algas en Querétaro y Guanajuato Enrique Cantoral Uriza y Miriam Bojorge García Las teorías más claras sobre el origen y evolución temprana de las plantas terrestres proponen un ancestro algal común compartido con el género Chara. El grupo biológico donde se encuentra Chara, es un grupo de algas verdes que por evidencias moleculares puede considerarse un grupo hermano de las plantas y que, por sus características morfológicas forma un clado (rama en una relación de parentesco) que incluye al género Coleochaete, también de algas verdes y por tanto también estrechamente relacionado con las plantas terrestres. En otras palabras, estos dos géneros de algas son primas y, a su vez, abuelas de las plantas terrestres. Las poblaciones del género Chara se parecen a las plantas terrestres por sus secuencias de ácidos nucleicos (ARNr y ADN); por sus organelos celulares que limpian a la célula (peroxisomas); por la 12 similitud en sus mecanismos de división celular como la mitosis y la citocinesis, y por la estructura del cloroplasto. Por otro lado, los análisis cladísticos (escuela de la sistemática que busca relaciones de parentesco en Biología), muestran que las algas del género Coleochaete se parecen a las plantas por la estructura multicelular de su cuerpo en un solo plano, así como por presentar una serie de células estériles que rodean a las estructuras de formación de gametos (gametangios) y a los cigotos después de la fertilización, que puede ser el antecedente de esta modificación para las plantas terrestres. Las algas con núcleo son organismos fotosintéticos que liberan oxígeno a la atmósfera y que aparecieron en la Tierra hace alrededor de 1,500 millones de años. Viven en sitios inmersos en el agua como: mares, ríos, lagos, humedales, manantiales, bordos, sobre paredes y árboles en zonas húmedas, por lo que son organismos dependientes del agua para vivir. Las plantas terrestres también son organismos fotosintéticos que desarrollaron embriones protegidos por tejidos de la planta materna, como una adaptación en la colonización del medio terrestre. De hecho, fueron los primeros organismos en dejar el agua y colonizar la Tierra, donde aparecieron por primera vez hace 400 ó 500 millones de años. Una de las primeras situaciones que tuvieron que enfrentar fue sobrevivir sin estar inmersas en agua y para ello desarrollaron tejidos de conducción para llevar nutrimentos a sus cuerpos. Otro reto fue colonizar diferentes terrenos y generaron mecanismos de dispersión de sus estructuras reproductivas como los gametos y las esporas, a través de vectores como el viento y diversos animales. Algunas adaptaciones evolutivas que desarrollaron las primeras plantas para vivir en esta nueva No. 26 Octubre - Diciembre 2013 condición fuera del agua fue la generación de una cutícula, una capa cerosa compuesta por aceites que las protege contra la pérdida de agua y la desecación. Desarrollaron gametangios y embriones los cuales contienen y protegen a las plantas jóvenes en una envoltura. Se hicieron de nuevos pigmentos que las resguardan de la radiación ultravioleta (UV) incidente en los ambientes terrestres. Sus esporas se modificaron con una cubierta protectora que contiene un polímero (esporopolenina) que protege de la desecación y de la descomposición. Finalmente, para obtener sus nutrimentos del suelo se asociaron con los hongos en una relación mutualista, donde ambos participantes se ven beneficiados. Estas algas abuelas de las plantas terrestres, viven en humedales, que son cuerpos de agua que se caracterizan por presentar una profundidad máxima de 3 metros; pueden ser permanentes o temporales, dependiendo de la precipitación y de su ubicación geográfica, por lo que dependen del período de lluvias, que en las latitudes del hemisferio norte ocurren de junio a septiembre. Los humedales estudiados en Querétaro tienen una presencia temporal que puede durar de 8 a 9 meses. La lluvia determina el funcionamiento de la vida en estos cuerpos de agua. Así, las plantas vasculares acuáticas y las algas proveen de oxígeno al sistema y también posibilitan la presencia de múltiples formas de vida como insectos (abejas, moscos, libélulas), crustáceos, anfibios, tortugas como la conocida regionalmente como casquito (Kinosternon integrum), serpientes, lagartijas y una diversidad de aves como patos y garzas, tanto residentes como migratorias. En estudios recientes los doctores Enrique Cantoral y Miriam Bojorge, de la UMDIFacultad de Ciencias de la UNAM, y Mahinda Martínez de la UAQ, y el pasante de Biología Samuel Rico, también de la UAQ, descubrieron en humedales temporales en Huimilpan, Querétaro y Juventino Rosas, Guanajuato, cerca de 170 especies de algas que viven flotando en el agua o adheridas a algún sustrato. Una de las primas se llama Coleochaete orbicularis. Ella vive sobre plantas acuáticas, y es la abuela relacionada familiarmente en el origen de las plantas terrestres. Los humedales que se encuentran en el municipio de Huimilpan, presentan diferentes grados de conservación ligados con las actividades humanas. Los cercanos a los poblados sufren una extracción severa de agua para diferentes usos, ya que existe una gran presión por el cambio de uso de suelo, lo que podría llevar a su desecación. Por otro lado, los que se encuentran más alejados, tienen impactos como la compactación del suelo, provocada por el ganado (vacas, borregos, etcétera), que disminuye la infiltración del agua a los mantos freáticos. Esta abuela de las plantas se encuentra distribuida en la región centro de México, en los estados de México, Hidalgo, Querétaro y Guanajuato en humedales de “aguas limpias”. Desafortunadamente, el cambio de uso de suelo antrópico ha impactado a estos ecosistemas poniendo en riesgo no solo la biodiversidad que ahí se expresa, sino también los servicios ecosistémicos que ofrecen como son la belleza escénica, la recarga de mantos freáticos, zonas de humedad en los ecosistemas colindantes, entre otros. Estos servicios deben ser valorados por las autoridades ambientales en turno, tanto estatales como municipales, para emprender junto con los pobladores cercanos, programas en pro de su conservación y tener una visión de manejo a mediano y largo plazo. Así, no es ocioso recalcar que la conservación de los humedales es muy importante para mantener la biodiversidad regional marcada por especies en peligro de extinción local. Ellos brindan agua para el funcionamiento de las zonas aledañas, son espacios agradables para su contemplación y el esparcimiento, generan microclimas de humedad y son frontera climática entre el templado y el semiseco del municipio de Querétaro. Si se protegen estos ambientes también se estarán conservando las poblaciones algales como Coleochaete orbicularis que evolutivamente es abuela de las plantas y está ligada con su origen. Alga verde Coleochaete orbicularis. 13 Memoria de reconocimiento del gusto: El sabor emocional de la vida Isabel Miranda Saucedo Principales componentes que participan en la ingesta de alimentos regulados por el sistema nervioso central a través de la retroalimentación de la conducta, los estados metabólicos y otras variables fisiológicas. Las flechas rojas indican las alteraciones que pueden darse en estos niveles cuando se consume comida apetitosa a pesar de que hay una disminución normal (flechas verdes) del apetito y se genera una sobre-alimentación (Figura modificada de Heyne et al, 2009). Consumir alimentos puede entenderse, superficialmente, como una acción simple en respuesta a una necesidad básica del cuerpo; sin embargo, esta conducta requiere de la integración de diversas funciones corporales que permiten el equilibrio homeostático y metabólico, junto con procesos conscientes, como el aprendizaje, la memoria y la toma de decisiones, las que guían a su vez las respuestas emocionales asociadas con la alimentación. Particularmente, para los humanos, las respuestas emocionales llamadas “sentimientos” son la interpretación subjetiva, íntima y personal, de los cambios corporales que se producen en respuesta a un estímulo. El cerebro continuamente procesa información proveniente de una gran variedad de receptores que registran estímulos y estados fisiológicos del cuerpo. Gracias a estos procesos llamados interoceptivos (percepción consciente originada en los receptores internos de 14 nuestro organismo), logramos percatarnos de sensaciones bien definidas, pero también algunas veces imprecisas (que se originan en la región pectoral, estomacal y las vísceras), como son la falta de aire, el hambre o el malestar gastrointestinal. Estos estímulos activan varias regiones cerebrales distribuidas en el troncoencéfalo, el tálamo y la corteza cerebral. Así, la activación del sistema interoceptivo y su interacción con procesos conscientes, genera cambios en la conducta del sujeto que intenta resolver, cambiar o mantener el estado emocional producido por la propia sensación de su cuerpo. Entre las actividades humanas, el comer alimentos sabrosos es una de las experiencias más placenteras que en numerosas ocasiones, es hedónicamente (placenteramente) aumentada por el contexto individual, social y cultural. Precisamente por esto, la alimentación y el placer están ligados muy probablemente en nuestras memorias a través del sistema interoceptivo y de recompensa. Gracias al sistema interoceptivo los cambios corporales son percibidos, comparados y representados en el cerebro para asignarles un valor incentivo. Evidentemente, el sistema interoceptivo es un componente indispensable para procesar la información homeostática, que ayuda a integrar variables bioquímicas y señales hormonales que permiten detectar la saciedad. Sin embargo, el balance homeostático debido a la saciedad, no es el factor principal en los problemas y patologías del consumo de alimentos; en realidad, es el reforzamiento por comida, no el hambre, la principal fuerza que motiva a comer más de lo necesario cuando se presentan problemas de obesidad. Debido a que algunos alimentos actúan como reforzadores emocionales, cada vez está más claro que la No. 26 Octubre - Diciembre 2013 regulación de otros factores, además del hambre, son cruciales durante la conducta de consumo. Los estados emocionales, la motivación, el reconocimiento de premios y castigos, así como la percepción de disponibilidad y la carencia, física o emocional, de determinados componentes de la dieta, ejercen una mayor influencia en la conducta alimenticia. No deben entonces sorprendernos los hallazgos recientes que vinculan el sistema interoceptivo con conductas de consumo compulsivo a ciertos alimentos y a sustancias adictivas. Si bien la convergencia entre adicción y sobrealimentación podría ser desproporcionada, considerando que las drogas de abuso actúan directamente en blancos específicos del sistema nervioso central, mientras la comida apetitosa primariamente activa sistemas sensoriales, receptores viscerales y respuestas metabólicas en diferente magnitud y proporción. La adicción y la sobrealimentación comparten asombrosas similitudes en los niveles fisiológico y conductual. Los alimentos y las drogas de abuso activan el sistema de recompensa regulado principalmente por el neurotransmisor dopamina. De hecho, se han encontrado anomalías similares en las regiones cerebrales de adictos y personas obesas, así como cambios conductuales similares en los ciclos de abstinencia y “atracones” de consumo, en la espiral del malestar emocional. Todas estas semejanzas están empezando a dar las pautas de los sustratos y mecanismos cerebrales que inducen la búsqueda y el consumo excesivo de ciertos alimentos. Particularmente, el sabor, que incluye el gusto y el olor, tiene una función crucial en el reforzamiento de conductas, ya que evolutivamente se han preservado mecanismos para que, inicialmente, se prefieran y se busquen ciertos sabores, que presentan un alto contenido nutrimental o energético. Sin embargo, esta herramienta de aprendizaje, que resultó ser óptima en términos de supervivencia evolutiva, www.inb.unam.mx actualmente genera en las sociedades humanas consumos aberrantes y excesivos de alimentos apetitosos, independientemente de su contenido nutricional. En el Laboratorio de Neuroquímica de la Memoria del INB hemos iniciado investigaciones para tratar de entender algunos de los mecanismos que subyacen al consumo excesivo de sabores como el azúcar, evaluando algunas de las regiones cerebrales imprescindibles para la formación de memorias al sabor, así como aquellas que son parte central del sistema de recompensa. Nuestro modelo en animales experimentales muestra que, bajo condiciones de libre acceso, los roedores despliegan gran preferencia por sabores apetitosos, a pesar de que estos posean bajo o nulo contenido nutritivo. Nuestros resultados muestran que el consumo de glucosa, además de ocasionar efectos transitorios y tempranos en la actividad de dopamina dentro de las regiones del sistema de reforzamiento, también altera significativamente la actividad dopaminérgica si el consumo de azúcar es a largo plazo. Los consumos crónicos de azúcar también perturban la actividad de otros sistemas de neurotransmisión en regiones cerebrales, como la corteza insular y el núcleo accumbens, necesarias durante la formación de la memoria, la toma de decisiones y el recuerdo a largo plazo. Corteza insular como región cerebral medular del sistema interoceptivo En este sentido, estudios en humanos han mostrado que las señales interoceptivas activan la corteza insular, de manera fundamental durante la toma de conciencia de los estados corporales, así como con el grado de “conciencia visceral”. En particular, la activación de la ínsula se relaciona positivamente con informes subjetivos de “deseo compulsivo” para consumir drogas. Un interesante estudio, reveló que adictos a la nicotina, tras sufrir una lesión cerebral de la ínsula, dejaron de fumar fácilmente porque habían perdido el “deseo” de hacerlo, particularmente por no “sentir” el malestar ocasionado por la abstinencia de fumar. Por otra parte, nuestros resultados experimentales en roedores, también ponen en la mira a la corteza insular como una región esencial, no sólo para la integración de la memora gustativa y de los estados viscerales aversivos, sino también para el procesamiento de los cambios subyacentes durante el consumo compulsivo de alimentos apetitosos. Las evidencias señalan que el aprendizaje de sabores con alto valor hedónico activa diferencialmente la corteza insular; por ejemplo, el consumo crónico e ininterrumpido de azúcares, cambia la neuroquímica de la corteza y regiones del sistema de recompensa. Estos cambios al parecer están directamente relacionados con la evidencia de que el consumo crónico ocasiona un deterioro para aprender eficazmente nuevas consecuencias, particularmente aversivas, asociadas al sabor dulce. En conjunto estos resultados podrían explicar porqué el consumo excesivo de determinados alimentos, que induce y mantiene la obesidad, sea una conducta crónica que se convierte en un hábito extraordinariamente difícil de eliminar, a pesar de las consecuencias adversas para la salud. Asimismo pueden empezar a explicar por qué, durante la abstinencia a un determinado alimento, se suelen experimentar intensos sentimientos de malestar. Sin embargo, aún queda mucho por explorar para poder entender de forma integrada las jerarquías funcionales que controlan la sofisticada conducta de la alimentación humana. 15 16 No. 26 Octubre - Diciembre 2013 Y usted… ¿qué opina? El derecho a la alimentación Consejo Editorial El 28 de noviembre de 1979, la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO, por sus siglas en inglés) propuso que el 16 de octubre de cada año se celebrase el día mundial de la alimentación. Han trascurrido poco más de tres décadas, y alrededor de 4 generaciones de humanos, y el problema alimentario mundial no sólo no se ha solucionado, sino que sigue creciendo, callada y sostenidamente. La lucha contra el hambre, la desnutrición y la pobreza se está perdiendo. Actualmente se sabe que poco más de 850 millones de seres humanos sufren desnutrición crónica y que 180 millones de ellos son niños menores de 5 años de edad. En México, las cifras de los últimos censos muestran que poco más del 50% de la población presenta carencias alimentarias. El problema es complejo y se reconoce que en su génesis han participado, entre otros el crecimiento poblacional descontrolado y el fracaso de la llamada “revolución verde”, con énfasis en los monocultivos que agotan los suelos y requieren del uso de fertilizantes que envenenan agua, plantas, animales y poblaciones enteras. Otro factor más reciente, es la introducción de cultivos transgénicos que han puesto sobre la mesa de discusiones problemas ominosos como la pérdida del germoplasma en los centros de origen de cultivos como el de maíz, la soya y el arroz, entre otros. A esto se suma la explosión demográfica, que es un hecho incontrovertible. Ralph Ehrlich, o bien, el así llamado “Club de Roma” y la OPT (Optimum Population Trust, por sus siglas en inglés), sostienen que si la población continúa creciendo al ritmo actual, ocurrirá una crisis en el suministro de energía y de alimento. Consecuentemente, el reto es controlar el crecimiento poblacional pues actualmente ya rebasamos los 7000 millones de personas en el planeta que, aunado a la estructura actual del mercado a consecuencia de la globalización, impacta negativamente a los recursos naturales. Es innegable que hemos transformado aceleradamente la estabilidad de los ecosistemas naturales debido al cambio de uso de suelo para la ganadería, la agricultura y la actividad industrial y con ello se han debastado enormes superficies de bosques y selvas. Según datos de la FAO, cada año se pierden, debido a la acción del hombre, 13 millones de hectáreas de bosques vírgenes en todo el mundo, lo que equivale a la superficie de los estados de Nuevo León y Querétaro. Solamente en América Latina se pierden 4.7 millones de hectáreas de bosques anualmente. Del mismo modo, este proceso de modificación ambiental ha contaminado las aguas continentales y marinas y ha acelerado la pérdida de especies. Ante este panorama, los diversos gobiernos del mundo dedican muchos recursos económicos para sobrellevar las diferentes situaciones en materia de educación, salud, seguridad alimentaria, democracia, entre otras. Sin embargo, en países como el nuestro los alcances han sido realmente poco alentadores. Es una paradoja, que siendo México un país megadiverso, rico en recursos naturales y con una cantidad muy importante de reservas petroleras, continuemos con estas políticas de daños e indiferencia hacia el entorno en pleno siglo XXI, sin reflexionar en que estamos hipotecando el futuro de nuestros hijos y nietos. Pareciera que no escuchamos lo que la ciencia o la naturaleza nos muestra, como son los tremendos efectos del cambio climático. La constante sigue siendo la visión inmediatista del mercado y el “compracompra” a pesar de todo y de todos. Ya es tiempo de proceder de manera distinta, el mercado no puede regular las decisiones en todos los ámbitos, es importante que los gobernantes se acerquen y escuchen a los científicos para el diseño de las políticas públicas. Y usted… ¿qué opina? La corriente de pensamiento neomalthusina, en la que destacan el entomólogo y conservacionista estadounidense Paul www.inb.unam.mx 17 18 No. 26 Octubre - Diciembre 2013 www.inb.unam.mx 19