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Ciencia de lo cotidiano: el experimento en una cocina que se publicó en ‘Nature’

Por Alberto Martín Pérez (CSIC)*

¿Has visto que hay insectos capaces de caminar sobre el agua? Es un fenómeno cotidiano pero muy sorprendente. Y, aunque parezca magia, no lo es. Si lo fuera, al preguntarnos por qué ocurre, la única respuesta que obtendríamos sería un frustrante “porque sí”. Por suerte, la ciencia nos proporciona respuestas mucho más gratificantes.

‘La gota que colma la moneda’, fotografía seleccionada en FOTCIENCIA13, en la modalidad La ciencia en el aula / Aránzazu Carnero Tallón y Mª de los Ángeles de Andrés Laguillo

Lo que hacen estos insectos es aprovechar un fenómeno conocido como tensión superficial del agua. El agua (y cualquier otro líquido) tiene una propiedad muy curiosa: su superficie se comporta como un sólido elástico. Si recibe fuerza sobre su superficie, se deforma y, cuanta más fuerza recibe, mayor es su deformación. Dicho con otras palabras: la superficie del agua se comporta igual que una cama elástica.

Pero, ¿por qué los insectos pueden obrar el ‘milagro’ de caminar sobre las aguas y los seres humanos nos tenemos que conformar con aprender a nadar? La analogía de la cama elástica nos vuelve a dar la respuesta. Si en una cama elástica depositamos un peso demasiado grande, la lona se romperá y caeremos al suelo. Ocurre lo mismo en el agua, aunque el peso mínimo para romper su superficie es mucho menor que en el caso de la lona. Como los insectos tienen un peso minúsculo, pueden caminar sobre el agua sin romper su superficie mientras que las personas, al tener un peso mayor, rompemos la superficie del agua al rozarla.

Los insectos tienen un peso minúsculo que les permite caminar sobre el agua sin romper su superficie

La tensión superficial del agua en un experimento de Agnes Pockels

Ahora que conoces una posible explicación a este hecho cotidiano, ¿te lo crees o intentarías comprobarlo? Puede que mucha gente no se moleste en hacerlo pensando que para hacer una demostración científica se necesita utilizar máquinas y métodos muy complejos. Sin embargo, esta idea está tan equivocada como extendida. Aunque es cierto que no podemos construir en casa un acelerador de partículas como el LHC del CERN o un súper telescopio como el James Webb, lo cierto es que puede haber ciencia en todo lo que hacemos, hasta en las acciones y objetos más simples del día a día (cocinar, hacer deporte, escuchar música…). Podemos hacer y aprender mucha ciencia a partir de los fenómenos cotidianos; solo tenemos que fijarnos un poco en aquello que nos rodea. De hecho, la científica que en el siglo XIX sentó las bases del estudio de la física y química de las superficies fue Agnes Pockels, que utilizó exclusivamente objetos de su cocina.

Pockels era una científica poco convencional. No pudo estudiar en la universidad y su ocupación no era la que esperarías, ya que no era profesora ni investigadora, sino ama de casa. Pero consiguió superar las barreras para dedicarse a la ciencia e ideó el siguiente experimento. Llenó una cubeta con agua hasta hacerla rebosar y, después, depositó una lámina de metal muy fina sobre la superficie, que quedaba flotando –igual que los insectos que hemos mencionado antes–. Al mirar la cubeta de frente, se apreciaba a simple vista cómo la superficie del agua se deformaba cerca de la lámina.

Este experimento sería suficiente para probar que lo que ocurre con los insectos es cierto, pero Pockels quiso ir más lejos y decidió estudiar cómo cambia la tensión cuando se disuelven distintas sustancias en el agua. Utilizó azúcar, sal o alcanfor que encontró en su cocina-laboratorio, y con una regla midió cuánto se deformaba la superficie del líquido al depositar la lámina. Si la deformación es más grande en el caso de la disolución que en el agua pura, la sustancia disuelta disminuía la tensión superficial del agua y viceversa. Gracias a este sencillo método, Pockels llegó a conclusiones de gran importancia en física y química relacionadas con la estructura de la materia a escala atómica. Las investigaciones de Pockels fueron tan relevantes que acabaron publicándose en la revista Nature y sentaron las bases para investigaciones posteriores.

Este no es un caso aislado. Hay muchísimos fenómenos físicos y químicos que se pueden observar y comprobar fácilmente a través de situaciones y objetos de uso cotidiano. La ciencia no es algo reservado en exclusiva a las universidades y los laboratorios de investigación. Olvidarse de esta faceta cotidiana significa perderse la mejor parte de la ciencia.

*Alberto Martín Pérez es investigador en el grupo de Optomecánica del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) del CSIC. Con el objetivo de romper la equivocada idea de que la ciencia es algo opaco e inaccesible, lleva a cabo el proyecto de divulgación ‘La mejor parte de la ciencia’. Con vídeos breves (Tik Tok, Instagram, Twitter y YouTube) muestra que la ciencia se encuentra en nuestra vida cotidiana a través de preguntas aparentemente simples: ¿te has fijado que cuando caminas, conduces o vas en bicicleta utilizas las tres leyes del movimiento de Newton?, ¿sabías que al practicar fútbol, tenis o baloncesto usas el tiro parabólico? o ¿te has parado a pensar que al cocinar preparas disoluciones y se producen reacciones químicas?

Ciencia para la cuarentena: pon a prueba tus conocimientos con Hi Score Science

Por Mar Gulis (CSIC)

¿A qué temperatura hierve el agua en lo alto del Everest? ¿Qué es la energía según la física? ¿De qué color es el grafeno? Estas son algunas de las casi 1.000 preguntas que incluye Hi Score Science, un juego para dispositivos móviles y ordenadores con el que podrás poner a prueba tus conocimientos científicos mientras pasas un buen rato.

Desarrollado por dos centros de investigación del CSIC y la Universidad de Zaragoza –el Instituto de Ciencias de Materiales de Aragón y el Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea–, Hi Score Science lanza ahora un torneo nacional online para quienes busquen planes alternativos durante la cuarentena.

Hi Score Science

Como en torneos anteriores, en esta ocasión también pueden participar personas de cualquier edad de todas las localidades de España. El ganador o ganadora obtendrá un premio especial: el juego escape room ‘Exit: el laboratorio secreto’. Las tres primeras personas clasificadas recibirán, además, un lote de libros de divulgación de la colección ‘¿Qué sabemos de?’ (CSIC-Catarata) y una chapa Hi Score Science, y las 10 primeras, un certificado.

Si te apetece participar o simplemente sientes curiosidad, lánzate sin prejuicios. La participación es anónima y gratuita, y los perfiles de quienes han ganado concursos precedentes son muy variados: hay docentes y personal investigador, pero también estudiantes de entre 11 y 17 años.

Quien quiera aligerar la cuarentena con un poco de ciencia, que tome nota de las coordenadas: el torneo permanecerá abierto desde el próximo jueves 26 de marzo a las 11 horas hasta el lunes 30 a la misma hora. Concursar es muy sencillo: simplemente hay que descargarse Hi Score Science en un móvil Android o iOS o en un ordenador PC o Mac, y jugar, con nombre de usuario y contraseña, en modo multijugador online en el torneo Curie.

Hi Score Science cuenta con apoyo económico de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT), adscrita al Ministerio de Ciencia e Innovación.

Si quieres conocer más recursos del CSIC para aprender ciencia desde casa, pincha aquí.

¿Para qué sirve un láser?

Por José Vicente García Ramos (CSIC)*

Cuando se inventó, en 1960, el láser no servía para nada. De hecho, en aquellos tiempos algunos científicos se referían a él como “una solución en busca de problema”. Entonces, ¿para qué lo inventaron? Parece que querían probar, experimentalmente, que el mecanismo de amplificación de la luz por emisión estimulada, predicho por Einstein en 1917 y demostrado con microondas en 1954, podía extenderse a la luz visible.

Hoy, sin embargo, la situación es muy diferente y el láser ha encontrado tantas aplicaciones que nos resulta casi imposible enumerarlas. Las tres características que diferencian la luz de un láser de la luz del Sol o de la generada por una bombilla son que, en el caso del láser, se trata de un haz de luz monodireccional, monocromático y coherente.

Hoy día los láseres tienen numerosas y variadas aplicaciones. / Wikimedia Commons

Hoy día los láseres tienen numerosas y variadas aplicaciones. / Wikimedia Commons

Cualquier láser contiene al menos tres elementos fundamentales: un medio activo, un sistema de bombeo y una cavidad resonante. El medio activo es el material (sólido, líquido o gaseoso) que emite la luz. Para que este medio activo emita luz hay que excitarlo de alguna manera, del mismo modo que el filamento de una bombilla necesita una corriente eléctrica que pase por él. En el caso de un láser se trata del sistema de bombeo, que puede consistir en otro láser, una lámpara convencional o una corriente o descarga eléctrica. El medio activo se coloca entre dos espejos que forman una cavidad resonante donde la luz rebota entre ellos y ayuda a la amplificación, como lo que ocurre en la caja de resonancia de una guitarra que amplifica las ondas acústicas. Uno de los espejos es semirreflectante, por lo que parte de la luz amplificada sale de la cavidad resonante en forma de haz.

El volumen de información que transmite una onda electromagnética depende de su frecuencia; en este sentido, la luz de un rayo láser resulta idónea para la transmisión de señales. Por eso, entre sus aplicaciones más usadas está la lectura de discos compactos, la fabricación de circuitos integrados y la lectura de códigos de barras. En el ámbito de la medicina, la tecnología láser se aplica a los bisturís cauterizantes, ya que permite realizar cortes muy finos de gran precisión, evitar cualquier riesgo de contagio y cauterizar de manera inmediata, alejando el peligro de hemorragias.

Fibra óptica, impresoras o espionaje

Sin embargo, muchas de las aplicaciones del láser no dependen tanto de su capacidad para generar un rayo de luz como del hecho de que representa una concentración extremadamente intensa de energía. Basándonos en esta propiedad, podemos enumerar tres aplicaciones sumamente importantes en el terreno de la óptica. Una de ellas son las telecomunicaciones mediante fibra óptica. En este caso, las señales eléctricas que hasta hace poco tiempo se desplazaban a través de conductores metálicos han sido reemplazadas por pulsos ópticos que se transmiten a través de fibra de vidrio del grosor de un cabello. Como potente fuente de luz, el láser confiere a estas fibras una elevada capacidad de transmisión.

Espectáculo de luces con láseres. / kpr2 - Pixabay

Espectáculo de luces con láseres. / kpr2 – Pixabay

La segunda aplicación óptica importante está en la holografía, que es una técnica para crear imágenes tridimensionales, inventada en 1947 por el ingeniero eléctrico húngaro Dennis Gabor (1900-1979), que obtuvo por ello el Premio Nobel en 1971. Esta técnica se basa en la interferencia entre dos rayos de luz. Uno de los aspectos básicos del sistema es la necesidad de utilizar luz coherente, y cuando se inventó solo se disponía de fuentes relativamente débiles de este tipo de luz. La llegada del láser transformó la situación, porque la generación de una poderosa fuente de luz coherente es su esencia. Con el tiempo, la holografía llegó a hacerse muy familiar en una variedad de formas, como en la marca de seguridad de las tarjetas de crédito y en publicidad.

La tercera aplicación importante está en las impresoras de los ordenadores, donde, controlando un haz láser, se dibujan las palabras que se quieren imprimir.

También podemos destacar las aplicaciones que dependen de su capacidad para concentrar una gran cantidad de energía sobre una superficie muy pequeña (alrededor de un millón de vatios por centímetro cuadrado) durante un periodo de tiempo extremadamente breve. Algunas de las más importantes aplicaciones industriales de los láseres son fruto de esta capacidad: la perforación, la soldadura y el corte de distintos materiales.

Además, puesto que un rayo láser es muy fino y prácticamente no sufre divergencias, se puede usar para medir largas distancias con gran precisión. La técnica (semejante a la del radar) consiste en captar el rayo reflejado por el objeto distante y medir el tiempo transcurrido desde el envío de la señal hasta la recepción de su reflejo. Conociendo la velocidad de la luz, resulta fácil calcular la distancia. En los años setenta, este método se empleó para determinar con precisión la distancia de la Luna, utilizando los reflectores que habían instalado allí los astronautas norteamericanos.

Pero eso no es todo, también se han empleado láseres hasta para temas relacionados con el espionaje. En 1968 se descubrió que un láser puede detectar perfectamente desde el exterior las vibraciones del cristal de las ventanas producidas por las conversaciones en el interior de una casa. Vemos cómo el láser, que en un principio era como “un invento en busca de un empleo”, tiene en la actualidad un sinfín de variadas aplicaciones.

 

* José Vicente García Ramos es Vocal del Comité de Ética del CSIC y autor del libro Las moléculas: cuando la luz te ayuda a vibrar (Editorial CSIC-Los Libros de la Catarata). Hasta su jubilación en 2016 fue investigador en el Instituto de Estructura de la Materia del CSIC.

Anfetaminas legales: ¿Qué fue del Katovit y otros medicamentos retirados?

Por Mar Gulis (CSIC)

¿Recuerdas el Bustaid, el Optalidón o el Katovit? “Te hacía sentir bien, servía para el malestar general y te ayudaba a comenzar el día con energía”, comentaba sobre el Optalidón un asistente al club de lectura sobre Cómo se fabrica un medicamento (Editorial CSIC – Los Libros de la Catarata), una publicación de Carmen Fernández y Nuria Campillo*. En este evento, celebrado en el marco del proyecto Ciencia en el Barrio con mayores y adolescentes, se habló, entre otras muchas cuestiones, sobre la retirada de este popular medicamento que en los ochenta se podía adquirir en farmacias sin receta médica.

Medicamentos derramados de una botella

En el caso del Bustaid o el Katovit, el principal motivo de su retirada fue el mecanismo de acción de las anfetaminas que contenían. / jcomp – Freepik

¿Un superventas que, de la noche a la mañana, deja de comercializarse? No solo ocurrió con el Optalidón (ahora distribuido con una composición diferente, en la que se ha eliminado el ácido barbitúrico). El Bustaid o el Katovit fueron otros medicamentos muy populares en los setenta y noventa respectivamente que terminaron por desaparecer de las farmacias, y no fueron los únicos. El denominador común de muchos de ellos era que en su composición contenían derivados de las anfetaminas.

Hace ya más de cien años que las anfetaminas llegaron a nuestras vidas. A lo largo de su historia, desde que, en 1887, el químico Lazăr Edeleanu sintetizara por primera vez la anfetamina y se comenzara a estudiar en los años treinta, este grupo de sustancias y sus usos han evolucionado. Las anfetaminas son aminas simpatomiméticas, una clase de droga con una fórmula química estructural semejante a la adrenalina que produce estimulación del sistema nervioso central (SNC). Pero, ¿por qué se retiraron ciertos medicamentos que las contenían?

La investigadora y directora del Instituto de Química Médica (IQM) del CSIC Ana Castro insiste en la importancia del mecanismo por el que los fármacos ejercen su acción terapéutica. Es fundamental conocer el mecanismo de acción de un fármaco para controlar los efectos colaterales de su uso. “Todo nuestro cuerpo está interconectado y en él se producen numerosos y complejos procesos biológicos”, explica la científica. Por ejemplo, un fármaco diseñado para actuar sobre una determinada diana terapéutica, probablemente tendrá implicaciones en otros sistemas biológicos relacionados con ella. Es por este motivo que hay que valorar los efectos secundarios de todos los medicamentos, sopesar los beneficios y riesgos de su puesta en el mercado, señala Castro. En el caso del Bustaid o el Katovit, fue el mecanismo de acción de las anfetaminas que contenían el principal motivo de su retirada.

Patricia Robledo, investigadora en la Universidad Pompeu Fabra y el Institut Hospital del Mar d’Investigacions Mèdiques, analiza en profundidad en su trabajo de investigación sobre las anfetaminas el mecanismo de acción de estas sustancias psicotrópicas que involucra a varios neurotransmisores como la dopamina, la serotonina, la adrenalina y la noradrenalina. Al consumir anfetaminas aumentan la dopamina y la serotonina, que regulan la sensación de apetito, provocando el efecto anorexígeno (supresión del apetito). También se libera noradrenalina, cuyos efectos son el incremento de la actividad motora y la disminución del cansancio, así como la taquicardia, la sudoración y la dificultad para orinar.

Las anfetaminas, además, originan un aumento de la presión arterial y la frecuencia cardiaca y, a nivel del SNC, este tipo de estupefacientes produce sensación de alerta, estimulación y mejoría del rendimiento intelectual, entre otros efectos. Sin embargo, tiene gran potencial de abuso, es decir, puede causar dependencia y, a medida que aumenta su consumo, aparece la tolerancia y la necesidad irresistible de consumo. También “es frecuente la aparición de cuadros psicóticos”, como apunta Robledo en su estudio.

Farmacovigilancia: el control de los medicamentos en el mercado

Si tomamos como ejemplo el Katovit de los años noventa, asociado a un complejo vitamínico, vemos que cada gragea contenía 10 miligramos de clorhidrato de prolintano. El prolintano, un estimulante central derivado de la dexanfetamina, fue uno de los principios activos que la Agencia Española de Medicamentos y Productos Sanitarios (AEMPS) prohibió en 2005 por diferentes problemas de seguridad.

Este organismo público es el encargado de garantizar a la sociedad la calidad, seguridad, eficacia y correcta información de los medicamentos y productos sanitarios. Por ello, el trabajo no finaliza tras el éxito de unos ensayos clínicos y la colocación del producto en el mercado. Para Castro, “los medicamentos son proyectos vivos y al ponerlos en las farmacias, la aventura no termina. De su uso en el contexto global podrán surgir nuevas observaciones clínicas que merezcan ser analizadas”. Así, la fase de la farmacovigilancia adquiere mucha importancia. De ella no es solo responsable la AEMPS, todas las compañías farmacéuticas cuentan con unidades de farmacovigilancia que controlan la eficiencia y la seguridad del fármaco.

Además de emitir notas informativas, de seguridad y alertas, la AEMPS también difunde informes de posicionamiento terapéutico. En 2017, publicó uno sobre el tratamiento de la narcolepsia donde recomendaba la utilización de un fármaco no anfetamínico, tan efectivo como los estimulantes del SNC en la reducción del sueño diurno, pero con menos efectos adversos y con bajo potencial de abuso.

En la actualidad, los productos derivados de las anfetaminas tienen dos vertientes: la de uso terapéutico y la de uso ilegal. Nos quedaremos con la primera, cuyas dos únicas indicaciones son el tratamiento de la narcolepsia y del déficit de atención infantil. “No nos podemos saltar los pasos y olvidar a los profesionales de la sanidad”, recuerda Castro, que apela a la responsabilidad del uso de cualquier medicamento.

 

*Carmen Fernández y Nuria Campillo son investigadoras del Centro de Investigaciones Biológicas (CIB), del CSIC, y autoras del libro Cómo se fabrica un medicamento (Editorial CSIC – Los Libros de la Catarata), de la colección ¿Qué sabemos de?

Crímenes con rigor químico: los venenos de Agatha Christie

Por Pilar Goya (CSIC), José Elguero (CSIC) y Pascual Román (UPV/EHU)*

Agatha Christie, veneno, talio, arsénico

La escritora británica Agatha Mary Clarissa Miller, más conocida como Agatha Christie, en una imagen de archivo. / Wikipedia

En las novelas de Agatha Christie (1890-1976) se puede morir de muy diversas formas, pero el veneno era sin duda su arma preferida, ya fuese un solo elemento químico o complejas sustancias naturales. La escritora plasmó en su obra los conocimientos de química que había adquirido en las dos guerras mundiales, al trabajar como enfermera en los dispensarios de los hospitales de Torquay y del University College de Londres, una experiencia que ayudó a que los protagonistas de sus historias fueran asesinados con mucho rigor químico.

En un libro sobre ella escrito por Kathryn Harkup, titulado A is for arsenic: the poisons of Agatha Christie, su autora analiza las novelas en las que el agente homicida es un veneno.

Agatha Christie se basaba generalmente en datos lo más exactos posibles en términos de disponibilidad y trazabilidad de sus venenos, que conocía bien por su trabajo en la farmacia. Hay que recordar que algunos elementos tóxicos como el arsénico y el talio estaban presentes en determinadas for­mulaciones médicas en los primeros años del siglo XX.

El elemento que más aparece en sus novelas es el arsénico, “el veneno de los reyes y el rey de los venenos”. Ocho personajes de cuatro novelas y de cuatro cuen­tos cortos mueren por ingerirlo. El arsénico es conocido como veneno desde la Antigüedad, aunque en realidad el agente letal no es el elemento puro, sino el trióxido de arsénico, que se absorbe más fácilmente por el organismo. Este compuesto no se disuelve en agua fría, pero sí en agua caliente, lo que lo hace muy apto para ser camuflado en infusiones.

Diversas traduccciones de obras de Agatha Christie. / Jour~commonswiki

Diversas traduccciones de obras de Agatha Christie. / Jour~commonswiki

Cuenta la leyenda que cuando Cleopatra decidió acabar con su vida ensayó distin­tos venenos en sus sirvientas, entre ellos el arsénico, pero al final optó por la mordedura de áspid (una especie de víbora) porque le pareció una muerte menos desagradable. El en­venenamiento por arsénico fue popular durante el Renacimiento, en particular entre los Borgia. Parece ser que añadían arsénico a las entrañas de un cerdo sacrificado y lo dejaban pudrir. Esa masa se secaba y el polvo resultante, llamado “la cantarella”, se incorporaba a la comida o bebida, de forma que lo que no hacía el veneno lo remataban las toxinas del animal. Entre las ventajas de esta sustancia estaba que, sorprendentemente, era bastante insípida y que los síntomas se confundían con los del cólera o la disentería. En general, el envenenamiento por ar­sénico puede identificarse erróneamente con causas naturales. Además, en la época en la que transcurren las primeras novelas de Agatha Christie era fácil comprar compuestos de ar­sénico en el Reino Unido, como herbicidas, matarratas e incluso tónicos que contenían este elemento.

Otro elemento venenoso al que hace referencia la autora británica es el talio, que aparece en su novela El misterio de Pale Horse. El talio es conocido como el “veneno de los envenena­dores” y también produce síntomas que pueden atribuirse a causas naturales. Christie solo utiliza el talio como veneno en esta novela, que trata de una organización criminal que ofrece ase­sinatos “a demanda”. El libro dio cierta notoriedad al talio, ya que en la fecha de su publicación, 1961, esta forma de enve­nenamiento era poco conocida, si bien en la novela de Ngaio Marsh, Final Curtain, escrita en 1947, ya aparece este elemento como veneno. El misterio de Pale Horse suscitó cierta polémica, ya que se sugirió que podía haber inspirado algunos asesinatos en la vida real pero, sin embargo, su minuciosa descripción de los síntomas del envenenamiento con talio fue útil para salvar algunas vidas.

El primer caso de un envenenamiento real con talio fue el de Molly Young, ocurrido en el Reino Unido en 1962, solo unos meses después de que se publicara la novela. Graham Young, autor de este crimen y otros más, negó haber leído la novela, lo que probablemente fuera cierto, ya que Young era un verdadero experto en venenos.

A favor de la novelista está otro caso real. En 1977, después de que ella hubiera fallecido, una niña de 19 meses fue llevada a un hospital de Londres con síntomas de una enfermedad extraña. La enferme­ra Marsha Maitland, que había leído El misterio de Pale Horse, sugirió que podía tratarse de un envenenamiento con talio. Se analizaron muestras en el laboratorio forense de Scotland Yard y se encontró efectivamente la presencia de este elemento. El ori­gen parecía ser un producto utilizado por los padres para aca­bar con cucarachas y ratas, al que la niña de alguna forma había tenido acceso y había ingerido. Finalmente, la pequeña se recuperó y en el artículo que apareció en el British Journal of Hospital Medicine los autores agradecen a “Agatha Christie sus excelentes descripciones clínicas y a la enfermera por mantenerles al día con la bibliografía”.

 

* Este post se basa en varios fragmentos del libro La tabla periódica (Editorial CSIC-Los libros de la Catarata), escrito por José Elguero Bertolini, Pilar Goya Laza (ambos, investigadores del Instituto de Química Médica del CSIC) y Pascual Román Polo (Universidad del País Vasco).

SOS: estos elementos químicos están en peligro de extinción

Por Pilar Goya (CSIC)*

La tabla periódica constituye un verdadero icono de la ciencia y la cultura. La Sociedad Europea de Química (EuchemS, por sus siglas en inglés) ha contribuido al “Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos”, que se está celebrando en 2019, con la elaboración de su propia tabla, presentada en el Parlamento Europeo el pasado 22 de enero.

Junto con su estética colorista, esta tabla incorpora un mensaje claramente conservacionista: no todos los elementos tienen la misma presencia en la corteza terrestre y los más escasos merecen un cuidado especial; no se pueden malgastar.

 

 

Esta tabla está basada en la diseñada por W. F. Sheehan, pero se ha modificado para reflejar la abundancia de los elementos a escala logarítmica, y se ha coloreado para llamar la atención sobre aquellos que pueden estar en peligro de desaparición a corto plazo. La tabla recoge los 90 elementos naturales constitutivos de todas las cosas, desde las maravillas de la naturaleza hasta los dispositivos electrónicos más sofisticados. A ellos se han sumado el tecnecio y el prometio, que son elementos radiactivos sintéticos, de los que, sin embargo, se han hallado trazas en la naturaleza. No figuran, por el contrario, los elementos transuránidos. La estructura de la tabla no deja espacio entre el berilio y el boro, ni entre el magnesio y el aluminio. Los lantánidos aparecen en su posición correcta.

El código de colores hace referencia a la disponibilidad y vulnerabilidad de los diferentes elementos. En rojo aparecen 12 elementos químicos cuya disponibilidad será considerablemente menor en los próximos 100 años: el helio, el zinc, el galio, el germanio, el arsénico, el estroncio, el itrio, la plata, el indio, el telurio, el hafnio y el tántalo. Por poner algún ejemplo, el helio se utiliza para la resonancia magnética nuclear, las sales de estroncio se añaden a los fuegos artificiales y bengalas para producir el color rojo, mientras que el galio se emplea en dispositivos optoelectrónicos y células solares, y el indio forma parte de la mayoría de las pantallas táctiles.

Los colores naranja y amarillo alertan sobre el riesgo que corren los correspondientes elementos si continuamos con su uso creciente; por ejemplo, el litio, cuya demanda aumenta progresivamente a causa de su presencia en baterías recargables para automóviles, aunque es un metal que puede ser reciclado de manera bastante sencilla. En verde se muestran los elementos químicos más abundantes.

Finalmente, hay cuatro elementos que aparecen en negro: el estaño, el tántalo, el wolframio y el oro, porque frecuentemente se obtienen de minerales extraídos en las denominadas zonas de conflicto.

Además, se ha incluido un icono de un teléfono móvil en las casillas de los 31 elementos que forman parte de los smartphones (algunos autores discrepan de esta cifra). La existencia de muchos de estos elementos estará en riesgo si seguimos usándolos con la frecuencia con la que lo hacemos en este momento. Solo en Europa se sustituyen unos 10 millones de teléfonos móviles al mes. Es cierto que una buena parte de ellos se envían a países en desarrollo para su uso o para su reciclaje, aunque sobre la eficacia de estos envíos hay dudas más que razonables.

En definitiva, el mensaje de esta tabla periódica es que hay que hacer todo lo posible para proteger y reciclar los elementos químicos amenazados. Además, quienes investigamos en química debemos trabajar en la búsqueda de alternativas que permitan utilizar elementos abundantes para sustituir aquellos que están en peligro, ya sea por su uso creciente o por su escasa disponibilidad.

* Pilar Goya es investigadora del CSIC en el Instituto de Química Médica y coautora del libro La tabla periódica de los elementos químicos . Este texto está extraído del artículo “La tabla periódica de EuChemS”, publicado en un número monográfico dedicado al Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos por la revista Anales de Química.

La EuChemS es una organización supranacional que engloba a 42 sociedades químicas de 33 países y que representa a más de 160.000 químicos. En España, pertenecen a la EuChemS, la Real Sociedad Española de Química (RSEQ), la Asociación Nacional de Químicos de España (ANQUE), la Societat Catalana de Química (SCQ) y la Sociedad de Química Analítica (SEQA).

Petrel gigante, el vigía antártico de la contaminación química

Por Jose L. Roscales (CSIC)*

Nuestro estila de vida deja una rastro químico que llega hasta la Antartida. Ilustración cortesía de Olga de Dios.

Nuestro estila de vida deja una rastro químico que llega hasta la Antártida / Ilustración cortesía de Olga de Dios

¿Te has paseado alguna vez por la Antártida? Es más que probable que tu respuesta sea ‘no.’ Sin embargo, a pesar de ser la región del planeta más remota y ajena a nuestras frenéticas vidas, la Antártida también refleja la ‘huella química’ que dejamos. Es más, justamente por sus características, el continente helado es como un ‘lienzo en blanco’ para el estudio de la acumulación de los contaminantes químicos capaces de llegar hasta allí.

Con todo tipo de aplicaciones que sustentan nuestro estilo de vida (industriales, agrícolas, alimentarias, farmacéuticas, etc.), la variedad y el volumen de productos químicos utilizados por el ser humano no ha parado de crecer en las últimas décadas. A pesar de su gran utilidad, lamentablemente se ha subestimado el gran potencial de algunos de ellos para convertirse en peligrosos contaminantes.

Ejemplo de ellos son los Contaminantes Orgánicos Persistentes (COP), compuestos caracterizados por una gran persistencia en el medio, una alta toxicidad y por la capacidad de bio-acumularse en los organismos a lo largo de su vida. Además, pueden viajar por el aire y el agua y pasar de un medio al otro. De este modo, los mecanismos de circulación global atmosférico y oceánico los dispersan por todo el planeta.

La mayoría de los COP son sustancias que fueron sintetizadas para ser utilizadas en la agricultura, como el pesticida DDT, o por sus aplicaciones industriales o en productos de consumo. Este es el caso de algunos retardantes de llama como los PBDEs (por sus siglas en inglés), usados para prevenir que ardan, por ejemplo, elementos comunes de mobiliario y electrodomésticos o dispositivos electrónicos como los teléfonos móviles.

Afortunadamente disponemos de un convenio internacional efectivo para proteger el medio ambiente y al ser humano de estos contaminantes. El Convenio de Estocolmo, ratificado por España en 2004 –potencias como EEUU e Italia están aún pendientes de su ratificación–, se encarga de la regulación de las sustancias que identifica como COP. Se puede considerar, por ejemplo, que la utilización de la mayoría de los PBDEs cesó a escala global a partir de 2009, tras su inclusión en el Convenio. Además, la investigación sobre la contaminación química permite identificar nuevos contaminantes susceptibles de ser regulados, dotando al Convenio de una constante vitalidad.

En esta dirección, investigadores del laboratorio de Química Ambiental del Instituto de Química Orgánica del CSIC, en colaboración con la Universidad de Barcelona y el Instituto Percy FitzPatrick de Sudáfrica, han realizado un estudio que desvela nuevas claves sobre el gran potencial de la fauna antártica para mostrarnos el alcance de nuestra huella química.

Liam Quinn

Petrel sobrevolando el Atlántico / Liam Quinn

Para el puesto de bio-indicador o ‘vigilante antártico’ los investigadores seleccionaron al petrel gigante, ya que se trata de un imponente depredador que se alimenta de una alta proporción de carroña, básicamente pingüinos y focas, y de otras presas que captura en mar abierto. Estas aves presentan una amplia distribución en el hemisferio Sur y cubren distancias que pueden superar los 1.000 km para conseguir comida. Situados en lo alto de la cadena trófica, los petreles gigantes integran los COP presentes en las cadenas tróficas antárticas y de una amplísima área del hemisferio Sur.

Así, tras determinar los niveles de distintos COP presentes en la sangre de unos 50 petreles gigantes de diversas colonias situadas entre los 62º y los 40º sur, los investigadores han comprobado que alejarse de la Antártida es sinónimo de estar más expuesto a estos contaminantes.

En general, los niveles de COP en petreles son más bajos que los encontrados en el hemisferio Norte. Los resultados sugieren que la Antártida sigue estando entre las regiones más prístinas del planeta. Sin embargo, algunos COP muestran síntomas de estar acumulándose en la región polar, lo que se explica por el fenómeno de ‘la condensación fría’, un proceso por el cual debido a las bajas temperaturas los contaminantes quedan atrapados en los polos.

También se han encontrado evidencias de que retardantes de llama aún no regulados, como algunos PBDEs todavía en uso o el Declorano Plus, pueden igualmente presentar una distribución global y son por tanto posibles candidatos a COP.

Este estudio refuerza la teoría de que el transporte a larga distancia de los COP desde sus principales fuentes de producción y uso, las zonas más industrializadas del planeta, es la principal vía de entrada de estos contaminantes en la Antártida. Ahora que sabemos lo lejos que puede llegar nuestra huella química, tenemos la responsabilidad de tratar de frenarla en la medida de nuestras posibilidades.

Un consumo responsable puede contribuir a minimizar la presencia de contaminantes químicos en el medio. Esto implica alejarse del consumismo descontrolado, centrarse en explotar el total de la vida útil de los productos antes de reemplazarlos, realizar una gestión adecuada de nuestros residuos, e incrementar en la medida de lo posible el consumo de productos ecológicos, con menor contenido de sustancias químicas y más sostenibles.

Vriaciones en la presencia de Contaminantes Orgánicos Persistentes en plasma de petreles gigantes de distintas colonias de la región Antártica. Ilustración cortesía de Olga de Dios.

Variaciones en la presencia de Contaminantes Orgánicos Persistentes en plasma de petreles gigantes de distintas colonias de la región Antártica / Ilustración cortesía de Olga de Dios.

 

* José Luis Roscales es investigador del Instituto de Química Orgánica del CSIC.

¿Sabes quién fue la inventora del ‘baño maría’?

Por Mar Gulis (CSIC)

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El ‘baño María’ se utiliza en miles de procesos industriales, químicos y culinarios.  / Wikipedia.

Flan, pudin, paté, chocolate fundido… Para elaborar estos postres siempre recurrimos a una antigua técnica: el ‘baño María’. La invención de este procedimiento se atribuye a la egipcia María la Judía, la primera alquimista de la que se tiene noticia. Antes de ahondar en este personaje, retrocedamos en los siglos para entender el contexto histórico en el que se produjeron este y otros inventos.

Estamos en el Egipto grecorromano de los primeros siglos de nuestra era. Entonces la ciudad de Alejandría, fundada por Alejandro Magno en el 332 antes de nuestra era en el delta del río Nilo, se convertiría en el punto de encuentro entre oriente y occidente. El contacto entre ambas culturas estaría detrás del surgimiento de la alquimia. Bajo este término, el diccionario de la RAE incluye la siguiente descripción: “Conjunto de especulaciones y experiencias, generalmente de carácter esotérico, relativas a las transmutaciones de la materia, que influyó en el origen de la ciencia química y tuvo como fines principales la búsqueda de la piedra filosofal y de la panacea universal”. En su libro La alquimia, el investigador del CSIC Joaquín Pérez Pariente explica que popularmente se la identifica como “cualquier práctica de transformación de la materia anterior al establecimiento de la química como disciplina académica en el siglo XVIII”. Sin embargo, frente a esta perspectiva, que “no se ajusta a la realidad histórica”, el autor propone una visión mucho más compleja de la alquimia,  que nos ayudaría a entender mejor “la relación del ser humano con la materia” y los orígenes de la ciencia moderna.

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Grabado que representa a María la Judía, del libro ‘Symbola Aurea Mensae Duodecim Nationum’, de Michael Maier. / Wikipedia.

Efectivamente, a ejercitar la alquimia dedicó buena parte de su vida la protagonista de este post. Sabemos esto gracias al códice Marcianus 299, un manuscrito que se conserva en la iglesia veneciana de San Marcos y que, como explica Pérez Pariente, “contiene casi todo lo que hoy conocemos acerca de los orígenes de la alquimia”. El códice 299 recopila textos alquímicos atribuidos a diversos autores. Entre ellos destaca Zósimo de Panópolis, cuyos escritos incluyen menciones a María la Judía, a la que admira “por su gran conocimiento del Arte Sagrado, nombre con el que se conocía la alquimia”.

Como contábamos al principio, a ella le debemos el conocido ‘baño maría’ (en latín balneum Mariae), que consiste en introducir un recipiente cuyo contenido se quiere calentar en otro mayor que contiene agua en ebullición. Este método, muy utilizado tanto en laboratorios de química como en nuestras cocinas, ha perdurado hasta nuestros días. Miles de procesos industriales, químicos y culinarios que precisan de un calor indirecto, uniforme, progresivo y constante recurren al ‘baño María’ que inventó la enigmática alquimista hace tantos siglos.

María, que podría considerarse como una de las primeras científicas de la historia, realizó también aportaciones a la ciencia como la invención de instrumental de laboratorio. Aunque su identidad ha quedado un tanto desdibujada con el paso de la historia, sí se sabe que diseñó complicados aparatos destinados a la destilación y sublimación de materias químicas. Quizá el ejemplo más célebre sea el tribikos, un alambique de tres brazos para obtener sustancias purificadas por destilación.

También se le atribuye la creación del kerotakis, otro aparato en el que, al calentar mercurio o azufre, obtenía una substancia llamada ‘negro de María’ (que sería la primera etapa de la transmutación de los elementos). Con el paso del tiempo, este y otros inventos se emplearían para extraer esencias (aceites) de plantas y obtener así perfumes.

Sin embargo, es poco lo que conocemos de esta alquimista, pues ninguno de sus escritos originales ha perdurado. La teoría más extendida sostiene que parte de la obra de María la Judía se perdió por la persecución que el emperador romano Diocleciano emprendió en el siglo III contra todos los alquimistas de Alejandría. Así, esta práctica comenzó a considerarse como algo esotérico, cuando en realidad fue la ciencia precursora de la química moderna. Es más, la alquimia continuó practicándose a lo largo de los siglos, hasta el punto de que, como señala Pérez Pariente, se trata de “una tradición con dos mil años de antigüedad que ha arraigado y prosperado en todas las culturas que la han conocido, incluida nuestra sociedad occidental de raíz cristiana”.

¿Qué pasa cuando te sube la adrenalina?

Armando-AlbertPor Armando Albert (CSIC)*

Verano. Han terminado las clases y hay mucho tiempo libre. Javier se levanta tarde, apenas desayuna y sale a la calle. Tarde o temprano se encontrará con sus amigos en la esquina de siempre. Con su calma habitual, cruza con el semáforo en rojo. Los pitidos de los coches no le molestan. Únicamente piensa: “¡Qué calor, no hay quien aguante el sol!”. Mientras, empieza a sudar ligeramente y entorna los ojos.

Por su camino se cruza una amiga de sus padres. Javier nota sus labios en la mejilla en el momento del beso de rigor. Un segundo después se encuentra con Marina. Bien vestida, derecha y muy guapa. Esta vez, el encuentro se produce sin palabras, sin contacto y con un saludo que se queda en un simple gesto con la cabeza. Javier siente vergüenza, un estremecimiento en el cuerpo y el pulso acelerado. Pasa de largo. Instantes después, nada de nada, normalidad. Aparecen sus amigos y, aunque siente hambre, se va a dar una vuelta.

 La adrenalina, también conocida como epinefrina, es una hormona y un neurotransmisor / Wikipedia

La adrenalina, también conocida como epinefrina, es una hormona y un neurotransmisor / Wikipedia

Los estímulos que Javier percibe, el pitido de un coche, el calor, la luz del sol o la sensación de hambre, tienen asociada una respuesta a nivel celular y a nivel molecular. Este tipo de respuestas fisiológicas no están socialmente condicionadas y son comunes para la mayoría de los organismos superiores. Asimismo, cuando alguien se cruza con la persona que le gusta, como le sucede a Javier con Marina, su organismo suele segregar una sustancia química al torrente sanguíneo, la adrenalina. Esta hormona es secretada en situaciones de alerta o de peligro.

La adrenalina es un neurotransmisor, es decir, una molécula que transmite información de una neurona (un tipo de célula del sistema nervioso) a otra. Se trata además de una molécula que es reconocida específicamente en la superficie de nuestras células. Cuando esto sucede se desencadena un proceso que implica la contracción del corazón y, por tanto, el incremento de la frecuencia cardiaca; la producción de azúcar en el hígado; una aceleración de la respiración y la dilatación de los conductos del aire. El cuerpo debe estar preparado para lo que pueda ocurrir. Lo mismo sucede en las horas previas a un examen, ante un encuentro inesperado o frente a la amenaza de un posible asalto. La adrenalina actúa ante una situación de tensión, sea esta agradable o desagradable, a la que el cuerpo debe adaptarse. En otras palabras, su presencia es una respuesta involuntaria frente a la percepción del riesgo.

En situaciones de alerta o peligro, nuestro organismo segrega adrenalina / Flickr

En situaciones de alerta o peligro, nuestro organismo segrega adrenalina / Flickr

Cuando alguien se encuentra en peligro o alerta, es el hipotálamo, situado en el cerebro, el que ordena a las glándulas suprarrenales la liberación de adrenalina y otras hormonas al torrente circulatorio. En cuestión de segundos el cuerpo responde. Es lo que se conoce como ‘subidón de adrenalina’, que facilita una respuesta física potente. Dilatar las vías aéreas permite captar una mayor cantidad de oxígeno, lo que mejorará el rendimiento físico para responder a un aumento de actividad repentino (por ejemplo, la huida ante un depredador u otro tipo de amenaza). La contracción de los vasos sanguíneos redirige la sangre para movilizar más energía a los músculos. Incluso pueden mejorar temporalmente ciertos tipos de memoria y afinarse los sentidos.

Volvamos a la historia de Javier. Marina pasa de largo y unos segundos después todo vuelve a la normalidad, las alteraciones físicas desaparecen. ¿Pero qué ha sucedido exactamente en los instantes anteriores? Para comprender el proceso podemos explicar la respuesta celular en tres etapas. En la primera, una señal o estímulo (en este caso, la adrenalina que segrega Javier al encontrarse con Marina) llega a la superficie de la célula y allí activa un receptor. La segunda etapa implica que el receptor activado transmita la información al interior de la célula, codificándola en una señal química. Por último, esta señal o mensaje secundario activa un sistema amplificador –sistema efector– que modifica el comportamiento de la célula en función del estímulo primario. A partir de ahí se desencadenarán progresivamente las alteraciones físicas antes descritas.

 

* Armando Albert trabaja como investigador en el Instituto de Química Física Rocasolano del CSIC. Este post se ha extraído del libro A través del cristal. Cómo la cristalografía ha cambiado la visión del mundo (CSIC-Catarata).

Moléculas zurdas y diestras: el porqué del desastre de la talidomida

JG MuñozPor Jesús Gil Muñoz (CSIC)*

Cuando el ser humano vio por primera vez su propio reflejo, quedó fascinado por las superficies que proyectan nuestra propia imagen. Posiblemente, por causa de esta fascinación, una gran variedad de supersticiones, mitos y leyendas rodean los espejos. En el momento en que Alicia, después de su periplo por el país de las maravillas, pasa al otro lado del espejo, se muestra confusa: se encuentra con los mismos objetos que antes (o al menos parecen ser los mismos) pero se comportan de distinta manera.

Enantiómeros

Enantiómeros: aunque estos dos compuestos tienen la misma fórmula molecular se diferencian por su disposición interna. Una es la imagen especular de la otra.

Al colocarnos frente a un espejo, la persona que aparece al otro lado es exactamente igual que nosotros. Sin embargo, si levantamos el brazo derecho, ese otro ‘yo’ hace lo propio pero con el izquierdo. Sería nuestro ‘yo zurdo’. En la Química ocurre algo parecido. Hay moléculas que se comportan como si estuvieran en diferentes lados del espejo. A simple vista parecen ser las mismas pero no es así: una es ‘zurda’ y la otra ‘diestra’. A estos compuestos se les conoce como enantiómeros. Dos enantiómeros son imagen especular el uno del otro pero no son superponibles y, por supuesto, son moléculas diferentes. Por ejemplo, la molécula de limoneno tiene dos variantes que producen dos olores diferentes: en un lado del espejo produce el olor característico a limón; sin embargo, del otro lado, sorprendentemente, proporciona olor a naranja. Algo similar sucede con la molécula de carvona, que da olor a menta u olor a comino según sea ‘zurda’ o ‘diestra’.

Existen miles de moléculas cuyas imágenes especulares presentan propiedades diferentes, y no solo atienden a cuestiones de olor. Durante el Tercer Reich, la compañía farmacéutica Grünenthal empezaba a abrirse paso con hitos como el desarrollo de la primera penicilina. Pero fue con la síntesis de la talidomida con lo que tuvo mayor impacto. Ya finalizado el régimen nazi, Grünenthal comercializó este compuesto, que se hizo popular por sus propiedades sedante y calmante de las náuseas en los primeros meses de embarazo. A finales de los 50 y principios de los 60 nacieron más de 12.000 niños con graves deformaciones congénitas, caracterizadas por la carencia o excesivo acortamiento de las extremidades. Un hecho que a priori era totalmente ajeno, resultó estar relacionado con la talidomida. Precisamente un médico español, aunque su nombre no lo parezca –Claus Knapp–, que trabajaba en Alemania en aquella época, fue clave para esclarecer la relación: las mujeres que habían tomado talidomida, tenían hijos con malformaciones.

Talidomida

Cápsulas de talidomida / Duckwailk

El medicamento se retiró inmediatamente del mercado y se llevó a cabo una investigación en la que se descubrió que realmente constaba de dos talidomidas: una que efectivamente actuaba como sedante, y otra, su imagen especular, que tenía efectos teratogénicos, causantes de las malformaciones en los bebés. A partir de este genocidio farmacéutico se produjo un importante endurecimiento de las pruebas que debían pasar los medicamentos antes de ser comercializados.

Con este desagradable capítulo de la historia, queda patente que incluso en el extraordinario mundo de la Química, el viaje entre los dos lados del espejo, por muy corto que sea, puede salir caro.

 

* Jesús Gil Muñoz (Barbate, 1984) trabaja en el Centro de Investigaciones Biológicas del CSIC y es autor del blog RadicalBarbatilo.