hipÓtesis 14

Entrevista con Laurens Ganzeveld

Laurens Ganzeveld es profesor asistente del Departamento de Cien-cias Ambientales y director del Grupo de Investigación de Ciencias del Sistema Terrestre de la Universidad de Wageningen, en Holanda. El año pasado estuvo como profesor visitante en la Universidad de los Andes y dio un curso sobre cambio climático y global. El próximo mes de junio impartirá de nuevo un curso de verano sobre el sistema de la Tierra: el rol de la atmósfera-océanos-biósfera-litósfera-criós-fera y sus interacciones y reacciones con el clima y con el cambio climático global.

Apuntes científicos uniandinos

ISSN 1692-729X • Núm. 14 • Mayo del 2013 • Universidad de los Andes • Facultad de Ciencias

CONTENIDO

3 Editorial Diez años de Hipótesis

4 Notas

20 Problemas y rompecabezas

26 Visitantes del espacio Santiago Vargas Domínguez

37 Insectos chupadores de sangre y bacterias que habitan en la piel: una relación peligrosa Mario Iván Ortiz, Marcela Tabares, Martha Vives, Jorge Molina

47 ¿Por qué preparamos compuestos en el laboratorio si podemos extraer moléculas activas de organismos vivos? Liliana Marcela Becerra Figueroa, Diego AlexÁnder Gamba Sánchez

52 “Narices químicas” para el diagnóstico efectivo del cáncer Jessica Orrego Hernández

58 En busca de los colores ocultos del arrecife Catalina Ramírez, Fabio Casas, Adriana Sarmiento, Marcela Villegas, Ángela Delgado, Natalia Jiménez, Damián Pardo, Iván Calixto, Susana Simancas, Juan Armando Sánchez

67 Grafeno: física y aplicaciones tecnológicas en dos dimensiones Yenny Hernández

72 Entrevista con Laurens Ganzeveld 75 Noticias 76 Artículos destacados78 Concurso de fotografía e imágenes79 Graduandos de posgrado82 Política editorial

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Precio de venta $12.000

Insectos chupadores de sangre y bacterias que habitan en la piel:

una relación peligrosa

Comité editorialSilvia Restrepo RestrepoDecana

Adriana RosilloCoordinadora de Investigaciones

Catalina GonzálezProfesora Departamento de Ciencias Biológicas

James WestonProfesor Departamento de Química

Alexander CardonaProfesor Departamento de Matemáticas

Juan Manuel PedrazaProfesor Departamento de Física

Juan Pablo Rincón PabónEstudiante de Posgrado

Indexada en:Ulrich’s Periodicals DirectoryDialnet

FotografíasJuan Gabriel Sutachán

Corrección de estiloEdgar Hernán Ordóñez Nates

DiagramaciónAndrés Leonardo Cuéllar V.

Foto de la carátula: Rhodnius prolixus. Fotografía microscópica a x6 aumentos. Tomada por Dery Corredor en el Laboratorio de Microscopía de la Vicerrectoría de Investigaciones de la Universidad de los Andes

Edición de imagen: Natalia Ardila Torres

Núm. 14, mayo de 2013 / 3.000 ejemplares

ISSN 1962-729XISSN ONLINE 1794-354X© Universidad de los Andes

Para la reproducción total o parcial de esta obra solicitar la autorización de la Revista.

EditorHernando Echeverri DávilaProfesor asociado, Departamento de Matemáticas

Coordinadora editorialCarolina Hernández

Universidad de los AndesFacultad de CienciasCarrera 1.a núm. 18A-10 / Apartado aéreo: 4976, Bogotá, D. C., ColombiaTeléfonos: (571) 332 4533, 339 4949, 339 4999, ext. [email protected]

Ediciones UniandesCarrera 1.a núm. 19-27, edificio AU 6, Bogotá, D. C., ColombiaTeléfonos: (571) 339 4949, 339 4999, ext. 2181, 2071, [email protected]

Precio de venta: $12.000

3 EditorialDiez años de Hipótesis

Notas. ciencias biológicas / quÍmica

4 Los hongos como patógenos en humanos

7 Entendiendo el lenguaje bacteriano

10 Asesoría genética: aplicación y relevancia

12 Celdas de combustible basadas en membranas de materiales orgánicos

15 Tanques moleculares para el almacenamiento de hidrógeno:

el combustible del futuro

18 Fotocatálisis: un método para la descontaminación


26 VISITANTES DEL ESPACIOel universo está plagado de miles de millones de objetos que están en constante evolución y movimiento. en nuestro vecindario más cercano, el sistema solar, tenemos gran variedad de cuerpos que han nacido de un origen común hace unos seis mil millones de años.

santiago Vargas DomÍnguez

37 INSECTOS CHUPADORES DE SANGRE Y BACTERIAS QUE HABITAN EN LA PIEL: UNA RELACIÓN PELIGROSA

Poco después de apagar la luz eléctrica, el ambiente en la pequeña habitación donde duermen los cinco integrantes de la familia va a estar saturado de sustancias volátiles que crearán un gradiente de concentración que se convertirá en el estímulo necesario para que esa noche se dé inicio al festín de los insectos que chupan sangre.

mario iVán ortiz, marcela tabares, martHa ViVes, Jorge molina

47 ¿POR QUÉ PREPARAMOS COMPUESTOS EN EL LABORATORIO SI PODEMOS EXTRAER MOLÉCULAS ACTIVAS DE ORGANISMOS VIVOS?

es bien conocida la competencia que existe entre diferentes microorganismos por los nutrientes necesarios para su subsistencia. esta competencia ha sido aprovechada por los químicos, biólogos, químicos farmacéuticos y médicos para diseñar nuevos medicamentos.

liliana marcela becerra Figueroa, Diego alexánDer gamba sáncHez

52 “NARICES QUÍMICAS” PARA EL DIAGNÓSTICO EFECTIVO DEL CÁNCERen la búsqueda de métodos eficientes y novedosos para la detección del cáncer, la naturaleza nos muestra cómo la habilidad olfativa de los perros sirve para la detección temprana de cáncer en humanos.

Jessica orrego HernánDez

58 EN BUSCA DE LOS COLORES OCULTOS DEL ARRECIFEen el mundo natural, la oscuridad, más que con la inactividad, ha sido frecuentemente asociada con el descubrimiento de nuevos mundos y facetas. el mundo marino ha sido un gran ejemplo de esto, pues la búsqueda de respuestas sumergidas más allá de nuestra zona de comodidad —mucho más allá de donde la luz llega— ha conducido a nuevos hallazgos biológicos, como los ecosistemas arrecifales de profundidad y las fuentes hidrotermales submarinas.

catalina ramÍrez, Fabio casas, aDriana sarmiento, marcela Villegas,

ángela DelgaDo, natalia Jiménez, Damián ParDo, iVán calixto,

susana simancas, Juan armanDo sáncHez

67 GRAFENO: FÍSICA Y APLICACIONES TECNOLÓGICAS EN DOS DIMENSIONESel grafito es un material que está compuesto de capas hexagonales de carbono superpuestas. a cada una de estas capas la llamamos grafeno. la posibilidad de aislar una sola capa de grafeno de un cristal de grafito era considerada imposible, pues cálculos teóricos predecían que sería termodinámicamente inestable y que rápidamente colapsaría en una estructura curva.

YennY HernánDez

72 Entrevista con Laurens Ganzeveld 75 Noticias 76 Artículos destacados 78 Concurso de fotografía e imágenes 79 Graduandos de posgrado 82 Política editorial

Universidad de los Andes, Facultad de ciencias 3

EDITORIAL

Diez años de Hipótesis

la revista Hipótesis cumple diez años este semestre. el profesor José rolando roldán llevaba tres años como decano de la Facultad de cien-cias cuando vio la necesidad de una revista divulgativa que posicionara a la Facultad. su idea era la de divulgar entre la comunidad uniandina, padres de familia, estudiantes bachilleres y entes financiadores, entre otros, lo que se estaba investigando en la Facultad, así como los avan-ces de la ciencia en el mundo. los artículos provendrían de los profe-sores de la Facultad y de los mismos estudiantes, que podrían publicar resúmenes de sus tesis.

recuerdo que yo hacía parte del consejo de la Facultad en calidad de representante de los profesores, innovación establecida por el mismo doctor roldán. al principio sentí que habría una dificultad especial para conseguir artículos, pues no había ningún estímulo a la divulgación, y las publicaciones en este tipo de revistas no contaban para las promo-ciones, por no ser originales. sin embargo, dejé que el decano me con-venciera y acepté ser el primer director de la revista, con el compromiso de que saliera semestralmente.

Para comenzar el proceso de creación se abrió una convocatoria entre profesores y estudiantes de la Facultad para escoger el título de la re-vista y, luego de recibir varias propuestas, de discutirlas y votarlas, el tí-tulo ganador fue Hipótesis. con ese título se querían resaltar los ideales de la revolución científica en su rechazo a las verdades absolutas y en su ánimo de democratizar el conocimiento científico, al cual puede con-tribuir cualquiera con capacidades racionales suficientes, sabiendo que sus aportes los juzgará la comunidad. en el logo que se escogió, la “o” mayúscula, además de recordar la forma en que se marcaban las tildes cuando la internet no las aceptaba, dividía la palabra en sus raíces griegas, aludiendo así a los orígenes del término en las matemáticas de la antigüedad. adicionalmente, el término en matemáticas se refiere a los supuestos que sustentan una tesis, y al enfatizar la hipótesis más que la tesis se reforzaba la resistencia a cualquier tipo de dogmatismo.

Desde el inicio fue un rico proceso de aprendizaje para todos. la idea era que la revista llegara a un público amplio, desde estudiantes y profesores de colegios, para fomentar el interés por la ciencia desde temprana edad. también convenía promover la interdisciplinariedad en las universidades, interesando a estos lectores por el trabajo en disci-plinas diferentes a la propia. Por lo tanto, los autores debían aprender

a escribir para un público sin formación especializada en sus temas de estudio.

un aspecto que tuvimos que explorar fue el del diseño gráfico de la revista. Después de un comienzo en falso, nos dimos cuenta de que la presentación de la revista no podía competir con los contenidos, que podían ser muy complejos. se requería un diseño limpio y minimalista que no rivalizara con lo escrito, pero que fuera de mucha calidad, con imágenes impecables que cautivaran a los lectores. quien se apersonó de esta tarea fue alfonso castañeda Feletti, un diseñador excelente, que siempre estuvo dispuesto a escuchar nuestras sugerencias para mejorar la publicación de un número a otro.

estas dos pretensiones, respecto a la presentación gráfica y la legibi-lidad, posicionaron a Hipótesis frente a una amplia competencia entre revistas nacionales y extranjeras; sin embargo, la escasez de artículos atentaba contra la periodicidad de su publicación. Por esta razón, en 2012 el profesor carlos montenegro, decano en ese momento, abrió el campo para recibir artículos de otras universidades, incluso de fuera del país. Varios autores internacionales respondieron a la convocatoria, que resultó en el número 13 de la revista. igualmente se creó la posición de coordinadora editorial, que ocupa carolina Hernández ordóñez, para promover las publicaciones de la Facultad.

actualmente, entre las metas para la revista de la nueva decana de ciencias, profesora silvia restrepo, está la de darle mayor divulgación, visibilidad y alcance. existe la posibilidad de llegar a un público más amplio con una edición en línea interactiva más atractiva. compartiendo estas metas, el equipo de la revista está convencido de que el desa-rrollo del país, hoy día, se basa en la posibilidad que tenga de innovar en ciencia y tecnología, y que esta perspectiva a la vez requiere de un esfuerzo concertado entre gobierno, industria y academia. Por esta razón queremos que Hipótesis sirva para reforzar este vínculo tripartito, a la vez que entusiasme a la juventud y la motive a soñar el futuro.•

Hernando Echeverri DávilaProfesor asociado del

Departamento de Matemáticas de la Universidad de los Andes,

[email protected]

4 Hipótesis, apuntes científicos uniandinos, núm. 14, mayo del 2013

Los hongos como patógenos en humanos*

Durante décadas hemos oído hablar de las infecciones que afectan al ser humano, pero pocas veces las hemos asociado con los hongos. en los últimos años se ha incrementado la tasa de muerte de pacientes ViH positivos afectados por infecciones causadas por hongos oportunistas. Pero ¿cuáles son estos patógenos? los hongos son organismos eucariotas que se encuentran ampliamente distribuidos en el medioambiente y son capaces de interactuar con el ser humano; sin embargo, pocas especies logran producir infecciones en el hombre.

las micosis, infecciones causadas por hongos, se han clasificado teniendo en cuenta la localización anatómica: superficiales o cutáneas, subcutáneas y profundas, sistémicas o invasoras. actualmente las investigaciones en este campo están dirigidas a la prevención, el diagnóstico y el tratamiento de las infecciones fúngicas invasoras (iFi). ¿cuál es la razón? ¿Podrían las iFi afectarnos?

las infecciones fúngicas invasoras son micosis de tipo oportunista que en su mayoría afectan a pacientes inmu-nocomprometidos —personas con el sistema de defensa deprimido—, y son una causa frecuente de mortalidad y morbilidad. algunas de las razones por las cuales las iFi han cobrado relevancia tienen que ver con el aumento de la población vulnerable y el grupo de pacientes afectados. es por ello que se han emprendido diversos estudios

Marcela Isabel Guevara SuárezEstudiante de maestría en Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes, [email protected]

Silvia Restrepo RestrepoPh. D. Decana de la Facultad de Ciencias de la Universidad de los Andes, [email protected]

Adriana Marcela Celis RamírezM. Sc. Coordinadora de laboratorios del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes, [email protected]

* Agradecemos a la profesora Martha Emiliana Cárdenas Toquica, del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes, por sus aportes y sugerencias.

Imagen 1. Aspergillus spp. Coloración con azul de lactofenol.Fotografía de Martha Emiliana Cárdenas Toquica. LAMFU

[ notas. CIENCIAS BIOLÓGICAS ]


para identificar los principales factores de riesgo asociados a estas micosis, entre los que se encuentran infección por ViH, neutropenia prolongada, neoplasia hematológica maligna, trasplante de órganos sólidos o de médula ósea y tratamiento prolongado con corticoste-roides [1].

en cuanto a la epidemiología de las iFi, se ha identificado que Candida spp., Aspergillus spp. y Cryptococcus spp. son los géneros que se aís-lan con mayor frecuencia de estas micosis. sin embargo, en las últimas décadas la epidemiología se ha modificado debido al aumento en la incidencia, además que se ha observado un cambio en la etiología de la infección, dada la aparición de nuevos patógenos que hasta hace poco eran considerados hongos ambientales; un ejemplo es Fusarium spp.

Fusarium es un hongo de distribución mundial que se caracteriza por ser saprófito, por lo cual se puede aislar del suelo y de material vegetal en descomposición; además, es un importante fitopatógeno, o patóge-no de plantas. Diversos reportes relacionan el Fusarium como patógeno humano, pues puede afectar tanto a individuos sanos como a pacientes inmunocomprometidos. las infecciones en individuos inmunocompe-

tentes suelen ser de tipo superficial, como la queratomicosis —infec-ción de la córnea— y la onicomicosis —infección en uñas— [2].

en nuestro país son pocos los estudios relacionados con epidemiología en iFi, debido a la dificultad para aislar e identificar el agente etiológico, y para diferenciar entre colonización e infección en casos de iFi, dado que hay poco personal capacitado y con experiencia en el área de mi-cología médica. estudios realizados por el instituto nacional de cance-rología reportan una mortalidad cercana al 54% en personas afectadas por especies de Candida y 61% por infecciones debidas a otros hongos, como Cryptococcus neoformans, Fusarium solani, Aspergillus sp. y Tri-chosporon beigelii [3]. algunos estudios europeos revelan que el 43% de las iFi son ocasionadas por Aspergillus spp., seguidas de un 28% por Candida spp. y un 8% por otros hongos ambientales. esto revela la importancia de realizar estudios en epidemiología en nuestro país [4].

a la dificultad del diagnóstico se suma el fracaso terapéutico para con-trolar la enfermedad, como consecuencia de la resistencia que pueden presentar los hongos a los compuestos antifúngicos. Por ello, actual-mente la implementación de pruebas estandarizadas para evaluar la

Imagen 2. Macroconidios de Fusarium spp. Aislamiento de paciente con onicomicosis. Coloración con azul de lactofenol.Fotografía de Marcela Isabel Guevara Suárez. LAMFU


susceptibilidad antifúngica in vitro se está convirtiendo en uno de los pilares del manejo terapéutico del paciente y de la vigilancia epidemio-lógica de la resistencia a compuestos antifúngicos.

instituciones de referencia internacionales, como el clinical and labo-ratory standards institute (clsi), en ee. uu., y el european committee on antimicrobial susceptibility testing (eucast), en europa, trabajan en el diseño de protocolos adecuados para la realización de las prue-bas de susceptibilidad in vitro. sin embargo, autores como michael a. Pfaller, importante investigador de susceptibilidad de hongos, indican que es importante que los laboratorios de investigación encaminen sus esfuerzos a detectar los patrones de resistencia emergentes y la ca-racterización molecular de los mecanismos de resistencia, con el fin de optimizar y mejorar el tratamiento de los pacientes con iFi [5].

teniendo en cuenta lo expuesto y la necesidad de generar investigación en el área de micología médica, el laboratorio de micología y Fitopato-logía de la universidad de los andes (lamFu) está desarrollando un tra-bajo de investigación titulado “expresión global de genes de Fusarium solani y Fusarium oxysporum en respuesta a compuestos antifúngicos”, con el fin de evaluar el perfil de susceptibilidad de aislamientos clínicos de Fusarium spp. contra compuestos antifúngicos y proponer posibles genes asociados a la resistencia contra los agentes antimicrobianos más utilizados en el tratamiento. De esta forma se busca tener un acer-camiento a la epidemiología de las fusariosis en colombia y diseñar estrategias que faciliten la administración de tratamientos adecuados que mejoren el pronóstico del paciente y disminuyan la probabilidad de la aparición de cepas resistentes. •

REFERENCIAS

[1] ascioglu s, rex JH, De Pauw b, bennett Je, bille J, crokaert

F et al. Defining opportunistic invasive fungal infections in im-

munocompromised patients with cancer and hematopoietic

stem cell transplants: an international consensus. clinical in-

fectious Diseases 2002; 34(1): 7-14.

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e. infections due to emerging and uncommon medically im-

portant fungal pathogens. clinical microbiology and infection

2004; 10(1): 48-66.

[3] Pardo P, rivas P, cuervo si, sánchez r, enciso l, Parra c, Jml.

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lombiana de cancerología 2010; 14(1): 47-51.

[4] De Pauw b, Walsh tJ, Donnelly JP, stevens D, edwards Je,

calandra t et al. revised definitions of invasive fungal disease

from the european organization for research and treatment

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the national institute of allergy and infectious Diseases myco-

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[5] Pfaller ma. antifungal drug resistance: mechanisms, epide-

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nal of medicine 2012; 125(1): s3-13.

Imagen 3. Cryptococcus spp. Tinción negativa con tinta china.Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6f/Cryptococcus_neoformans_using_a_light_India_ink_staining_preparation_PHIL_3771_lores.jpg


las bacterias son organismos unicelulares microscópicos: su ta-maño ronda entre los 0,5 y 5,0 μm; sin embargo son capaces de afectar organismos de tamaño considerablemente mayor, como los seres humanos. algunas actúan como barrera protectora ante la llegada de patógenos, mientras otras pueden causar enferme-dades letales; la tuberculosis y el cólera son ejemplos clásicos de las últimas.

el “secreto” de la gran influencia que pueden ejercer estos organismos, a pesar de su tamaño, es la coordinación: las bacterias se comunican constantemente entre sí mediante mensajeros químicos llamados autoinductores, censan la población de bacterias a su alrededor y, en función de este censo, actúan en conjunto para adelantar o no una acción. este sistema de comunicación química recibe el nombre de quorum sensing, y se encuentra implicado en gran variedad de procesos, como la bioluminiscencia, la formación de biopelículas, la síntesis de pigmentos y la patogenicidad [1].

existen tres grandes arquetipos que describen el quorum sensing bacteriano: el primero es el de las bacterias gram positivas, que se comunican mediante oligopéptidos; el segundo es el de un gran número de bacterias gram negati-vas, que utilizan como autoinductores moléculas catalogadas como n-acilhomoserinlactonas (aHl), por su estructura molecular. en ambos casos se trata de sistemas de comunicación intraespecíficos, pues el oligopéptido, o aHl, de

Camilo Andrés Gómez GarzónEstudiante de pregrado en Microbiología y Química de la Universidad de los Andes, [email protected]


Entendiendo el lenguaje bacteriano

Imagen 1. El calamar bioluminiscente que inspiró los estudios de Hastings.Fotografía de Eric Roettinger, tomada de http://www.kahikai.org/index.php?content=news_view&textid=36


una especie tiene diferencias respecto a los autoinductores de otras especies, que lo hacen característico solo de la especie en cuestión. De este modo, el tercer arquetipo constituye lo que puede denominarse un esperanto bacteriano, pues permite la comunicación entre bacterias de distintas especies, gram positivas y gram negativas, y se conoce en la literatura científica como autoinductor 2 (ai-2) [1]. cabe destacar que también existe gran variedad de autoinductores que no corresponden a ninguno de estos arquetipos, pero que se asocian a procesos de igual relevancia [2].

el quorum sensing fue descubierto en 1999 por John Woodland Has-tings, de la universidad de Harvard, gracias a sus estudios sobre Eu-prymna scolopes [3], un calamar bioluminiscente que habita en las aguas poco profundas de Hawái. la bioluminiscencia de este calamar es producida por una bacteria (Aliivibrio fischeri) que crece en su inte-rior. Hastings notó que al cultivar la A. fischeri en el laboratorio, esta solo emitía luz cuando su población alcanzaba cierta densidad, y que al diluir el cultivo, todas las bacterias cesaban de brillar. esto demostró la existencia de un factor difusible proporcional a la cantidad de bacterias, que estas mismas utilizan como criterio para activar la producción de luz. Posteriormente se determinó que dicho factor correspondía a una aHl y que su presencia a partir de cierta concentración activaba la expresión de los genes asociados a bioluminiscencia.

actualmente se conoce con gran detalle el funcionamiento de varios mecanismos de quorum sensing en distintas bacterias, e incluso los ge-nes involucrados, estructuras cristalográficas de proteínas receptoras y reacciones enzimáticas intermediarias. los estudios y descubrimientos sobre el tema han permitido vislumbrar la investigación en quorum sen-sing no solo como una adición en el entendimiento del comportamiento bacteriano, sino también como la posible fuente de nuevos agentes antibacteriales, pues sería posible utilizar el lenguaje de estos organis-mos para inhibir su comunicación y, en consecuencia, su capacidad de causar enfermedades [1, 3]. a continuación se citan algunos ejemplos de lo antedicho.

Biopelículas de Pseudomonas aeruginosa [4]. P. aeruginosa es una bacteria gram negativa que representa un serio problema de infeccio-nes nosocomiales, principalmente por ser formadora de biopelículas y adherirse a instrumentos médicos como catéteres, o por causar infec-ciones pulmonares graves en pacientes con fibrosis quística. un estudio publicado por roy y colaboradores (University of Maryland) reporta que el tratamiento de biopelículas utilizando un inhibidor del mecanismo de quorum sensing por ai-2 de P. aeruginosa junto con un antibiótico es mucho más efectivo que el tratamiento usando solo el mismo antibióti-co, por lo que se reporta un efecto sinérgico al inhibir el quorum sensing en la estrategia de tratamiento.

Imagen 2. Cultivo de Aliivibrio fischeri.Fotografía de Marianne EngelFuente: http://www.marengel.ch/Projekte/Vibrio-fischeri/index.html


Imagen 2. Cultivo de Aliivibrio fischeri. Fotografía de Marianne EngelFuente: http://www.marengel.ch/Projekte/Vibrio-fischeri/index.html

El cólera [5]. la bacteria causante del cólera, Vibrio cholerae, dispone de un sistema particular para regular su virulencia mediante quorum sensing. a diferencia de la mayoría de bacterias patógenas, cuando la V. cholerae se encuentra en baja concentración dentro del intesti-no de su hospedero, comienza a secretar toxinas y otras sustancias responsables de la sintomatología (dolor estomacal, diarrea severa, vómitos, etc.). cuando su población alcanza un número elevado, cesa el funcionamiento de todos sus mecanismos de virulencia y abandona al hospedero en busca de otros nuevos que infectar. De este modo, un antibiótico efectivo contra el cólera podría ser el mismo autoinductor de la bacteria que causa la enfermedad, pues podría ser utilizado para forzar a la bacteria a dejar de causar la enfermedad y para que aban-done al infectado.

además de la virulencia, otros ejemplos interesantes de quorum sen-sing bacteriano se encuentran en el modo como las bacterias interac-túan entre sí en la naturaleza. Por ejemplo, la Pseudomonas aureofa-ciens habita en las hojas de algunas plantas y es capaz de censar los aHl de otras bacterias que puedan representarle competencia. cuando percibe esta posible competencia, responde secretando antibióticos para aniquilar a sus competidoras [1].

en conclusión, las bacterias se comunican activamente entre ellas y actúan como grupo. este hecho fue descubierto hace poco más de

diez años y actualmente representa un campo en auge de investiga-ción científica, pues si bien se conocen diversos detalles de esta co-municación, muchos otros están por descubrirse. los avances en este campo prometen muchas posibilidades de innovación, como el diseño de nuevos agentes antibacteriales, el control biológico de plagas y sus aplicaciones en fitopatología, entre otras. •

REFERENCIAS

[1] bassler b. small talk: cell-to-cell communication in bacteria.

cell 2002; 109: 421-424.

[2] leung W, bassler bl. bacterial quorum-sensing new architec-

tures. annual review of genetics 2009; 43: 197-222.

[3] Hastings JW, greenberg eP. quorum sensing: the explanation

of a curious phenomenon reveals a common characteristic of

bacteria. Journal of bacteriology 1999; 181: 2667-2668.

[4] roy V, meyer mt, smith J, gamby s, sintim Ho, ghodssi r,

bentley We. ai-2 analogs and antibiotics: a synergistic ap-

proach to reduce bacterial biofilms. applied microbial and cell

Physiology 2012; 97(6): 2627-2638.

[5] miller mb, skorupski K, lenz DH, taylor rK, bassler bl. Paral-

lel quorum sensing systems converge to regulate virulence in

Vibrio cholerae. cell 2002; 110: 303-314.



conocer el resultado de una prueba genética en la cual se buscan variantes en el aDn que estén asociadas con el riesgo de padecer una enfermedad puede llegar a ser una gran carga emocional para el paciente. sentimientos de ansiedad, estrés, aislamiento y estigmatización son frecuentes en estos casos. la asesoría gené-tica es un proceso que brinda herramientas e información sobre lo que ocurre a nivel molecular, que puede ser de ayuda emocio-nal para individuos o familias relacionados con la ocurrencia de un desorden genético.

Óscar Alejandro Urtátiz GóngoraQuímico y biólogo, estudiante de maestría en Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes, [email protected]

Asesoría genética: aplicación y relevancia

la genética es un campo de la biología en constante crecimiento, donde permanentemente se desarrollan nuevas técnicas y métodos que nos permiten realizar pruebas genéticas de alta confiablidad diagnóstica en tiempos cada vez más breves1. gracias a estas prue-bas, un asesor genético —profesional de la salud con entrenamiento en la parte clínica, molecular humana y con habilidades en soporte emocional— puede proveer información y ayuda a pacientes y fa-miliares con el fin de que entiendan su problema genético y puedan tomar sus propias decisiones de manera informada. una definición de asesoría genética, de las más citadas, es la dada por la sociedad americana de genética Humana (asHg), en la cual se proponen las siguientes guías para un programa de asesoría: 1) comprender los factores médicos, que incluyen el diagnóstico, probable rumbo del desorden y tratamiento disponible; 2) conocer cómo la herencia in-fluye en el desorden y en el riesgo de recurrencia en familiares; 3) entender las alternativas para tratar el riesgo de recurrencia; 4) to-mar una acción apropiada teniendo en cuenta varios aspectos, como factor de riesgo, metas familiares, y estándares éticos y religiosos, para luego actuar en concordancia con esa decisión, y 5) facilitar la adaptación a la presencia o riesgo de ocurrencia del desorden en un miembro de la familia [1].

si bien la asesoría genética abarca varios elementos, estos pueden ser más específicos si se agrupan en tres especialidades: la asesoría repro-

1 La página web http://www.genetests.org, creada por el National Institute of Health (NIH), brinda excelente información de test genéticos disponibles para varios desórdenes específicos.

ductiva, que busca promover la autodeterminación en la toma de deci-siones e informar sobre las diferentes opciones de pruebas diagnósti-cas prenatales disponibles; la asesoría pediátrica/adulta, que se enfoca en lograr que el individuo o la familia entienda, acepte y se adapte a las implicaciones del diagnóstico genético; y por último, la asesoría sobre enfermedades comunes, en la cual se recomiendan y fomentan com-portamientos saludables con el fin de prevenir algunas enfermedades como cáncer, alzheimer, Parkinson, problemas de arterias coronarias, esquizofrenia, etc. [2].

aunque parecieran claros los objetivos de la asesoría genética, algunas personas aún no están del todo seguras sobre los beneficios que esta les puede ofrecer. la asesoría genética puede ser una herramienta útil para responder preguntas como, por ejemplo, si se tiene una historia familiar con cierta condición médica, qué prueba hay que hacerse para saber si se está o no en riesgo, o cómo esa condición puede ser here-dada a los hijos. si una pareja está planeando tener un hijo, ¿qué tipo de pruebas están disponibles para ella? a continuación revisaremos un caso de estudio de un diagnóstico de fibrosis quística [3] con el objetivo de resaltar los alcances y aplicaciones que tiene la asesoría genética. en este caso nos centraremos en la asesoría reproductiva.

luisa y manuel, una pareja que está esperando su primer hijo, sospe-chan de un posible riesgo de fibrosis quística en su futuro hijo, por lo que deciden realizarse un test genético. la fibrosis quística (Fq) es un trastorno genético que afecta principalmente los pulmones y en me-nor medida el sistema digestivo. es causada por mutaciones en el gen


CFTR, ubicado en el cromosoma 7, que hace que el cuerpo produzca un exceso de mucosidad que se acumula en el páncreas, el tracto digesti-vo y las vías respiratorias. el tipo de herencia de esta enfermedad men-deliana es autosómico recesivo, es decir, que una persona con Fq debe tener las dos copias del gen CFTR defectuosas, una de las cuales fue heredada del padre y la otra, de la madre. si, por el contrario, la persona solo heredó una copia defectuosa del gen, se dice que es portador y no manifiesta la enfermedad. los resultados del test arrojaron que tanto luisa como manuel son portadores del gen. esto significa que el hijo en camino tiene un 25% de probabilidad de haber heredado ambas copias defectuosas, y por tanto, de tener Fq. como primera medida, el asesor genético ofrece y explica las diferentes opciones de diagnóstico prena-tal que permitirán saber si el hijo presenta la enfermedad, en cuyo caso los padres podrán tomar la decisión de interrumpir o no el embarazo. como segunda medida, se le explica a la pareja que en futuros emba-razos la probabilidad de tener un hijo con Fq sigue siendo del 25%. Debido a esto, se les informa qué otras alternativas tienen, de modo que podrán decidir si acuden a la adopción, a la fertilización in vitro, a un donante de esperma o si simplemente optan por no tener más hijos. De igual forma, los resultados del test no solo tienen implicaciones sobre luisa y manuel, sino también sobre sus familiares: los hermanos de luisa y manuel tienen un 50% de probabilidad de ser portadores de Fq.

adicionalmente, la pareja recibe información detallada sobre la fibrosis quística para ayudarle en la toma de su decisión final.

en colombia, si bien hay médicos genetistas, la asesoría genética no es una práctica muy común. el desconocimiento de este procedimiento, el hecho de que las ePs no cubran las pruebas genéticas por sus altos costos, el número escaso de laboratorios que prestan este servicio y, en algunos casos, la alta tasa de falsos positivos en los resultados pueden ser algunas de las razones que expliquen la ausencia de esta práctica en nuestro país. •

REFERENCIAS

[1] ad Hoc committee on genetic counseling. genetic counseling.

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[2] biesecker bb. goals of genetic counseling. clinical genetics

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[3] Heller K. genetic counseling: Dna testing for the patient. ba-

ylor university medical center Proceedings 2005; 18(2): 134-

137.

Fuente: http://mbbnet.umn.edu/icons/chromosome.jpeg


[ notas. QUÍMICA ]

existen dos problemas principales asociados al uso continuo de combustibles fósiles, que actualmente suministran el 80% de la energía. el primer problema es la cantidad limitada de petróleo. De acuerdo con lo estimado por las compañías pe-troleras, la producción de petróleo y gas natural alcanzará su punto máximo entre 2015 y 2020 y, entonces, disminuirán las reservas de estos combustibles. el segundo problema es que el uso de combustibles fósiles tiene consecuencias ambientales, como el cambio climático, el descongelamiento de los glaciares y nevados, el aumento del nivel del mar y las lluvias ácidas, entre otros [1].

las celdas de combustible son dispositivos electroquímicos que permiten la conversión de energía química en energía eléctrica por medio de reacciones de óxido-reducción que generan agua como único subproducto [1]. aunque estos dispositivos encontraron sus primeras aplicaciones en la década de los sesenta como fuentes de energía alternativa en exploraciones espaciales, las investigaciones fueron abandonadas debido al alto costo de esta tecnología. Durante los últimos años se ha realizado un gran esfuerzo para desarrollar materiales más eficientes en la conversión de energía y de menor costo para aplicaciones en celdas de combustible (fuel cell), a fin de remplazar los combustibles fósi-les, disminuir las emisiones de co

2 a la atmosfera y eliminar otros impactos ambientales negativos [2].

igual que las baterías, las celdas de combustible y otras celdas electroquímicas están compuestas por un ánodo, donde ocurre la reacción de oxidación del combustible —normalmente hidrógeno—, un cátodo, donde ocurre la reacción de reducción del agente oxidante —oxígeno del aire—, y un electrolito, que permite el transporte de iones entre los electrodos. sin embargo, la principal diferencia entre las celdas de combustible y las baterías es que las primeras no tienen la capacidad de almace-nar energía y deben ser alimentadas continuamente por tanques que están por fuera del dispositivo electroquímico, y que contienen tanto el combustible como el oxidante (figura 1) [3].

existen varios tipos de celdas de combustible, y sus características dependen del rango de tempera-tura de aplicación, del tipo de combustible y del electrolito. un amplio número de investigadores se ha enfocado en un tipo particular de celdas conocidas como PemFc (polymer electrolyte membrane fuel cells), por ser una de las alternativas más viables de conversión de energía que trabaja en rangos bajos de temperatura (100 ºc).

membranas de intercambio de protones, mejor conocidas como Pem (proton exchange membranes), actúan como electrolito, permitiendo el transporte de protones desde el ánodo hacia el cátodo, lugar

Ronald Mauricio García GómezEstudiante de maestría en Química de la Universidad de los Andes, [email protected]

Celdas de combustible basadas en membranas de materiales orgánicos


donde se da la reacción de reducción de oxígeno para cerrar el circuito electroquímico. además, evitan la mezcla directa de los gases y, por lo tanto, son el corazón de la celdas de combustible. el mecanismo de transporte de hidrógeno se debe a canales iónicos, generados por dominios hidrófilos e hidrofóbicos, que forman conductos por los cuales se mueven los protones desde el ánodo hacia el cátodo. los dominios hidrófilos corresponden a grupos sulfónicos en los extremos de las ramificaciones en los polímeros. estos grupos promueven la absorción de agua y, por lo tanto, constituyen el medio de transporte de los iones a través de la membrana (figura 2). Por tal motivo, las membranas deben cumplir algunos requisitos o características para su aplicación en celdas de combustible: alta conductividad iónica, estabilidad mecánica, térmica y química, baja permeabilidad a los gases y capacidad de absorción de agua [4].

la membrana más conocida es la nafion®, y fue desarrollada en los años sesenta por la compañía DuPont. esta membrana se basa en ácidos poli-(perfluorosulfónicos) y es actualmente una las más usadas en la fabricación de celdas de combustible, de-bido a su alta estabilidad química, alta conductividad (99 ms/cm a temperatura ambiente) y baja capacidad de intercambio ióni-co (0,91 meq/g) (figura 3) [5]. sin embargo, su alto costo, sus pocas propiedades mecánicas, su baja estabilidad a tempera-turas superiores a 80 °c y la permeabilidad al combustible y el oxígeno han estimulado el desarrollo de nuevos materiales que superen estas dificultades.

( cF2 cF2 ) x ( cF cF2 ) y n

ocF2 cF o(cF2)2 so3H

cF3

Figura 3. Estructura química del Nafion®

otras alternativas para la fabricación de Pem son materiales basados en estireno, particularmente sus derivados sulfona-dos, debido a que sus monómeros son de fácil consecución y fáciles de modificar. en 1997, Hawker desarrolló la técnica de polimerización viva por radicales libres (living free radical po-lymerization), que permite controlar la arquitectura molecular del polímero generando radicales de forma controlada, que son estables en el tiempo [6]. copolímeros obtenidos mediante esta técnica permiten la fabricación de materiales cuyas propieda-des, tanto de hidratación del polímero y de conductividad iónica, como propiedades mecánicas y térmicas, son mejores que las

Figura 1. Diagrama del funcionamiento de una celda de combustibleFuente: Elaboración del autor

H2 2H+ + 2e−

1/202 + 2H+ H2O

H2O

H2 O2

2e−2e

Oxidación

Reducción

Ánodo Cátodo

Electrodo

Membrana

Platino

Soporte de carbono

Figura 2. Microestructura de la membrana de una celda de combustibleFuente: Elaboración del autor

−SO3−

H+


de un copolímero similar obtenido de forma aleatoria por méto-dos convencionales.

los dendrímeros son macromoléculas altamente ramificadas, construidas a partir de un iniciador sobre el que se enlazan generaciones de moléculas de características fisicoquímicas particulares para aplicaciones determinadas. la principal carac-terística que diferencia los dendrímeros de los polímeros es que la polidispersidad es muy cercana a uno, lo que significa que hay un mejor control de la arquitectura molecular y, por lo tanto, del peso molecular [6]. estas macromoléculas son estructuras promisorias para aplicaciones en celdas de combustible, ya que pueden ser funcionalizadas de forma controlada con grupos hi-drófilos —sulfónicos, fosfóricos, etc.—, al mismo tiempo que se pueden controlar otras propiedades, como la capacidad de absorción de agua.

existen varias formas de degradación de las celdas de combus-tible, que disminuyen su vida útil, siendo la degradación térmica y electroquímica las más importantes. en estos procesos de de-gradación se forman radicales hidroxilo, peroxilo, hidroperóxido, superóxido, que atacan tanto la membrana como los catalizado-res, lo que se ve reflejado en una disminución significativa de la conductividad iónica de protones a través del electrolito y, por lo tanto, de la eficiencia del dispositivo en la conversión de energía química en energía eléctrica [7]. •

REFERENCIAS

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Figura 4. Bus de celdas de combustible de hidrógenohttp://www.mlive.com/news/flint/index.ssf/2012/05/kettering_university_professor_8.html


Tanques moleculares para el almacenamiento de hidrógeno: el combustible del futuro*1

* Agradezco al Dr. Diego Gamba Sánchez por la revisión y sugerencias que permitieron el buen desarrollo de esta nota.

Durante los últimos años ha surgido la necesidad de buscar fuentes de energía alternas que reempla-cen los combustibles fósiles —carbón, petróleo, gas natural, etc.—, debido a los efectos negativos que producen en el medioambiente y a que sus reservas han venido disminuyendo drásticamente en la última década. De acuerdo con el Departamento de energía de los estados unidos (Doe) y su agen-cia de análisis y estadística aie, en el año 2010 el consumo mundial de petróleo fue de 87 millones de barriles por día, lo que significó la liberación de 29.000 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono a la atmósfera [1], consumo y emisiones que se espera aumentarán en los próximos años. Por tal motivo, un candidato promisorio para reemplazar las fuentes de energía tradicionales, como una alternativa de combustible amigable con el medioambiente, es el hidrógeno, lo que ha motivado que muchos grupos e institutos tecnológicos centren sus investigaciones en el desarrollo de tecnolo-gías que permitan su uso.

Luis Carlos Garzón TovarEstudiante de maestría en Química de la Universidad de los Andes, [email protected]

Figura 1. Estructura cristalina de un MOF-200Fuente: Department of Chemistry and Biochemistry and Department of Energy Institute of Genomics and Proteomics, UCLA http://newsroom.ucla.edu/portal/ucla/artwork/6/3/4/3/9/163439/Omar_Yaghi_MOF-200_image.jpg

[ notas. QUÍMICA ]


¿qué hace tan interesante y prometedor el uso de este gas como combustible? la primera respuesta que salta a la vista es que este gas es una fuente de energía limpia, ya que luego del proceso de combustión dejará como subproducto vapor de agua en lugar de co

2, con lo cual disminuirá el envió de gases de

invernadero a la atmósfera. además, a diferencia del petróleo, el hidrógeno representa una fuente de energía renovable, y su principal fuente de obtención es el agua. en tercer lugar, y lo más importante, el hidrógeno presenta una densidad de energía mucho mayor que la gasolina, pues si se tiene en cuenta la relación energía/masa, el hidrógeno tiene un contenido ener-gético de 123 mJ/kg, tres veces mayor que el de la gasolina (47,2 mJ/kg) [2].

sin embargo, el hidrógeno presenta una gran desventaja frente a los combustibles fósiles, puesto que se encuentra en estado ga-seoso a temperatura ambiente; por ello, si un tanque se llenara con H

2, albergaría menor cantidad de combustible que si se lle-

nara con gasolina. este hecho, en términos de densidad de ener-gía (relación energía/volumen) significa que el hidrógeno tiene un contenido energético mucho menor (8 mJ/l) con respecto al combustible tradicional, que es de 32 mJ/l. De esta manera, en condiciones ambientales, y en relación con el volumen ocupado, el hidrógeno proporciona menos energía que la gasolina, lo cual lo hace ineficiente, por lo que el almacenamiento se convierte en el talón de aquiles de esta nueva tecnología [2]. Por tanto, para su uso como combustible vehicular, el hidrógeno deberá ser comprimido a presiones elevadas cercanas a 500 bar, o al-macenado en forma líquida a –250 °c, aproximadamente. estas dos alternativas significan claras desventajas de costo energé-tico elevado: el empleo de cilindros de acero reforzado que per-mitan alcanzar dichas presiones causa un aumento significativo en el peso del vehículo, y se pierde alrededor del 30% de la

energía química del H2 en el estado gaseoso debido al proceso

de licuefacción [3]. Por este motivo, el almacenamiento de hi-drógeno representa uno de los desafíos más importantes a nivel tecnológico, y es uno de los parámetros que más investigación han requerido. sin embargo, aún no se ha logrado desarrollar un sistema eficiente que cumpla con todos los requerimientos de la Doe para sistemas de almacenamiento de H

2.

novedosos sistemas de almacenamiento de este combustible se han ido desarrollando, y uno de los que más llaman la atención utiliza los materiales conocidos como redes metal-orgánicas, o metal organic frameworks (moF). los moF son sólidos híbridos cristalinos con infinitas redes poliméricas tridimensionales cons-truidas a partir de un proceso de autoensamblaje entre iones metálicos y ligandos orgánicos, que pueden almacenar hidró-geno en sus poros (figura 2) [4]. el empleo de los moF como sistemas de almacenamiento de hidrógeno se debe a que pre-sentan características deseadas, como elevada área superficial (~6000 m2/g) y gran tamaño de poro, lo que permite que haya un proceso de fisisorción en el que moléculas de H

2 son ad-

sorbidas en la superficie de los poros mediante fuerzas inter-moleculares o fuerzas de Van der Waals. Por tanto, su elevada área superficial y porosidad permiten que los moF funcionen como tanques moleculares para el almacenamiento de H

2 en

los vehículos [5].

en la última década se ha sintetizado una amplia variedad de estos materiales, entre los cuales el moF-210, desarrollado por el equipo del profesor omar Yaghi, director del centro de quí-mica reticular de la universidad de california, berkeley, es uno de los que más han llamado la atención para ser utilizado como tanque molecular para el almacenamiento de hidrógeno. este moF presenta un área superficial de 6.240 m2/g y una capa-

Figura 2. Formación de redes metal-orgánicas a partir de sus unidades elementales. Adaptado con permiso de referencia [7]. Copyright 2012 American Chemical Society

Ion metálico Ligado orgánico

+Autoensamblaje

MOF


cidad de adsorción de 176 mg de H2 por gramo de material

a una temperatura de –194 °c y una presión de 80 bar. es la capacidad de almacenamiento más alta para este combustible lograda hasta el momento en este tipo de materiales y presenta claras ventajas frente a los sistemas convencionales, ya que no requiere elevadas presiones [6].

Debido a estos grandes avances en el desarrollo de tanques de hidrógeno a base de moF, en el año 2011 la empresa merce-des-benz presentó un prototipo de vehículo libre de emisiones de co

2, conocido como mercedes-benz F125! este automóvil

cuenta con un tanque integrado directamente a la carrocería, ubicado en el piso, y está basado en redes metal-orgánicas (moF) (figura 3). se espera que estos tanques moleculares sean capaces de almacenar 7,5 kg de H

2, con lo cual se podría reco-

rrer alrededor de 998 km [8].

en conclusión, las características físicas y químicas de los moF permiten que estos materiales se proyecten como excelentes can-didatos para ser empleados en este tipo de tecnologías. sin em-bargo, a pesar de los avances tan significativos en el uso de moF como tanques de almacenamiento de H

2, ahora se presenta un

nuevo desafío para estos materiales, ya que se pretende obtener una alta capacidad de almacenamiento, pero no a temperaturas bajas, sino cercanas a la ambiental, por lo que la investigación en este campo aún se encuentra en pleno desarrollo y crecimiento. •

Figura 3. a) Mercedes-Benz F125! b) Panorama de la unidad de almacenamiento de hidrogeno a base de MOF, integrada directamente en la carrocería del vehículoFuente: a) http://www.netcarshow.com/mercedes-benz/2011-f125_concept/800x600/wallpaper_01.htm b) http://www.netcarshow.com/mercedes-benz/2011-f125_concept/800x600/wallpaper_13.htm

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[8] mercedes-benz F125! research Vehicle technology. Disponi-

ble en http://www.emercedesbenz.com/.

Batería de litio-azufre

e4MATIC

Unidad de almacenamiento de hidrógeno a base de MOFCelda de

combustible


[ notas. QUÍMICA ]

Fotocatálisis: un método para la descontaminación

Juan Pablo Rincón PabónEstudiante de maestría en Química de la Universidad de los Andes, [email protected]

el uso de pesticidas y plaguicidas ha revolucio-nado la agricultura a nivel mundial. se estima que su uso en los cultivos genera una ganancia extra del 10% en el ingreso neto [1], pues de no usarlos se perdería gran cantidad de hectá-reas cultivadas. sin embargo, estas sustancias no siempre llegan al lugar deseado. cerca del 99% de los pesticidas no atacan directamente las plagas, sino que se quedan en el medioam-biente [2], en su mayoría en los recursos hídricos cercanos, que luego resulta muy difícil y costoso recuperar.

existen numerosos métodos para descontaminar aguas, tanto físicos como químicos y biológicos. entre los métodos químicos más efectivos para eli-minar pesticidas están los procesos avanzados de oxidación (Pao). los Pao son todos los procesos que implican la generación de radicales hidroxilo, que tienen un poder oxidante bastante alto. estos radicales son capaces de oxidar la mayoría de compuestos orgánicos, de lo que resultan varios subproductos y más radicales oxidantes que crean una reacción en cadena hasta la oxidación completa del contaminante. existen numerosos tipos de procesos avanzados de oxidación que se diferencian en la manera como producen los radicales hidroxilo, pero en general se utiliza ozono o peróxido de hidrógeno y algunos catalizadores que ayudan a su formación.

en teoría, cualquier semiconductor puede ser apto para catalizar estos pro-cesos; sin embargo, la mayoría son muy difíciles de remover después de uti-lizados. es por esto que se viene trabajando en catalizadores “soportados”, que puedan ser removidos con facilidad. en 2011 se reportó la síntesis de películas de un polímero acoplado a dióxido de titanio (tio

2), un catalizador

muy usado en estos procesos. estas películas mostraron que al ser irradiadas con luz ultravioleta son capaces de degradar grandes concentraciones de va-rios pesticidas. el uso de este tipo de catalizadores no solo hace el proceso más sencillo, sino mucho más económico, ya que al doparlos químicamente podrían usarse directamente con luz solar [3].

Figura 1. Proceso de oxidaciónFuente: elaboración del autor

Químicos orgánicos

Dióxido de titanio

UV

OH−

Descomposición (CO2 y H2O)


el carbofuran es un pesticida de amplio espectro que se utiliza mucho en los cultivos colombianos y es considerado altamente peligroso para la salud humana. estudios recientes han mos-trado su presencia en algunas localidades de bogotá y algunas regiones de boyacá [4-5], de manera que no somos ajenos a este problema. se ha logrado degradar completamente este pesticida, a razón de 55 mg/l de carbofuran en tan solo 420 minutos [6], utilizando tio

2 e irradiándolo con luz solar. aplicando

a gran escala este método se podrían descontaminar grandes cantidades de agua en semanas y reciclar, así, gran parte del agua que usamos hoy en día.

estos resultados son un primer paso hacia lo que puede ser una nueva forma de degradación, fácil y económica, de pesticidas. sin embargo, aún falta investigación al respecto que permita mejorar los catalizadores y volverlos más eficientes mediante la irradiación con luz solar. •

REFERENCIAS

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ment of carbofuran at lab and pilot scale: effect of classical

parameters, evaluation of the toxicity and analysis of organic

by-products. Journal of Hazardous materials 2011; 191(1-3):

196-203.Figura 3. Estructura del CarbofuranFuente: elaboración del autor

Figura 2. Cascadas en los termales en Santa Rosa de CabalFuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cascadas_en_los_termales_en_Santa_Rosa_de_Cabal.JPG

oo

o

nH


Problemas y rompecabezasSandor OrtegónProfesor de cátedra del Departamento de Matemáticas de la Universidad de los Andes, [email protected]

De la lista de problemas que siguen, el primero es un acertijo lógico muy entretenido, similar a ejer-cicios de ediciones anteriores de esta revista. el segundo problema también consta de varias partes sencillas, con excepción de la última, que aun así, es menos difícil de lo que aparenta. no conocemos aún la solución completa del tercero, es decir, es lo que en matemáticas se conoce como un problema abierto —al menos para los involucrados en esta revista—. muchas veces se tiene la creencia de que un problema abierto es un problema demasiado difícil, pero puede suceder que se trate de una pre-gunta que no se ha pensado lo suficiente. creemos que es el caso aquí. curiosamente, este problema surgió al generalizar una pregunta propuesta para una tarea del curso de Precálculo en la universidad.

Problema 1

el profesor de un curso encontró un grave error en un trabajo de grupo de tres estudiantes de mate-máticas: ana, bernardo y carlos. al interrogar a cada uno de ellos por separado acerca del error, los estudiantes empezaron a defenderse y cada uno de ellos hizo tres declaraciones, que se transcriben a continuación:

• ana dijo: 1) no fui yo quien cometió el error. 2) el error lo cometió carlos. 3) Yo escribí otra parte del trabajo.

• bernardo dijo: 1) el error lo cometió carlos. 2) Yo sé cómo corregir el error. 3) los grandes matemáticos también se equivocan.

• carlos dijo: 1) no fui yo quien cometió el error. 2) Hace tiempo sospechaba que algo estaba mal. 3) es verdad que ana escribió otra parte del trabajo.

el profesor, con su magnífica intuición, sabe que dos de tres afirmaciones de cada estudiante son cier-tas, y hay una que no lo es. ¿será posible saber cuál de los estudiantes cometió el error en el trabajo?

Problema 2

Para cada número natural N definimos su “reverso” como el número obtenido al escribir los dígitos de N en el orden contrario de como aparecen en el número original. si el número termina en 0, simple-mente ignoramos los ceros que haya al final del número a la hora de escribir su reverso. Por ejemplo, el reverso de 2013 es 3102, mientras que el reverso de 10500 es 501.

con cada número natural realizamos el siguiente “proceso”: tomamos el valor absoluto de la diferen-cia entre el número y su reverso; el resultado nunca es negativo. mientras ese resultado no sea 0, realizamos de nuevo la operación al resultado obtenido, y así sucesivamente.


Veamos un ejemplo: si el número original fue 5265, en el primer paso del proceso obtenemos 5625 − 5265 = 360. en el segundo paso del proceso obtenemos 360 − 63 = 297. en el tercer paso obtenemos 792 − 297 = 495. en el cuarto paso obtenemos 594 − 495 = 99. Y en el quinto paso obtenemos 99 − 99 = 0. es decir, en este caso el proceso termina después de cinco pasos.

• encuentre un número de dos dígitos tal que al aplicar el proceso a partir de dicho número, este proceso termine al cabo de seis pasos.

• ¿Por qué es cierto que después de realizar cada paso, los números obtenidos son múltiplos de 9? ¿será posible que en alguno de estos pasos aparezca el número 81?

• ¿será cierto que el proceso siempre termina, sin importar el número con que se haya iniciado?

Problema 3

el problema original, puesto en una tarea de Precálculo, es el siguiente: encuentre tres números ente-ros, todos diferentes de cero y diferentes entre sí, tales que sin importar en qué orden se coloquen en los espacios que aparecen en blanco en el siguiente polinomio cuadrático, dicho polinomio se puede factorizar en el producto de dos polinomios lineales con coeficientes enteros.

[ ]x 2 + [ ]x + [ ]

Después de ensayar hasta encontrar tres números que sirvan, considere las siguientes preguntas:

• ¿será posible encontrar infinitas triplas de números enteros que cumplan con lo pedido en el problema anterior?

• ¿será posible determinar con exactitud cuáles triplas de números enteros cumplen con lo pe-dido en el problema anterior?

Imagen 1.Hace tiempo sospechaba que algo andaba malFuente: Fuente: Deviantart, http://grrrrimsabertooth.deviantart.com/art/whosyourdaddy-51021107?q=gallery%3Agrrrrimsabertooth%2F20272151&qo=2


Problema 1

Describimos a continuación las reglas de un juego que se realiza en un tablero cuadriculado de 4 x 4 entre dos jugadores que llamaremos A y B.

• Dos jugadores se alternan escogiendo casillas que aún no han sido eliminadas del tablero. el jugador A es quien comienza el juego.

• en cada jugada, cuando un jugador escoge una casilla, se elimina del tablero la casilla escogida y adicionalmente se eliminan todas las casillas que no se encuentren debajo ni a la izquierda de la casilla escogida.

• Pierde el jugador que se vea obligado a marcar la casilla ubicada en la parte inferior izquierda y el otro es declarado el ganador del juego.

es posible demostrar que en este juego, el jugador A tiene estrategia ganadora. es decir, dicho jugador tiene un método para decidir qué jugada realizar en cada turno, de manera que garantice que no perderá, sin importar las jugadas que realice su oponente.

¿qué jugada (o jugadas) puede realizar A en su primer turno como parte de su estrategia para asegurar la victoria en el juego? ¿qué sucedería si el juego se realizara sobre un tablero cuadriculado inicial de 5 x 5 o aun más grande?

Solución

antes de resolver el ejercicio, conviene mencionar que el juego descrito cumple las condiciones de lo que llamamos un “juego combinatorio”. además, es posible demostrar, por inducción matemática, que en todo juego combinatorio uno de los dos jugadores tiene una estrategia ga-nadora. una referencia clásica para familiarizarse con la teoría sobre juegos combinatorios es la famosa serie de cuatro volúmenes titulada Winning Ways for Your Mathematical Plays de elwyn r. berlekamp, John H. conway y richard K. guy.

ahora, expliquemos por qué el primer jugador, A, es quien tiene una es-trategia ganadora en el juego. esto se puede hacer de una manera muy elegante, usando un argumento de reducción al absurdo como sigue: supongamos que fuera B el jugador que tiene una estrategia ganadora. esto significa que cualquier jugada que haga A en su primer turno lleva a una posición donde B puede hacer una jugada que lo deje en posición

de ganar. ¿qué pasa si la jugada que decide hacer A en su primer turno es escoger únicamente la casilla en la esquina superior derecha? Por la suposición que hemos hecho, B puede realizar una jugada que lo deja en posición ganadora a partir de ese momento. en la figura se muestra como ejemplo el caso en que B ha seleccionado la casilla marcada con rojo; la figura de la derecha indica las casillas eliminadas (marcadas con negro) y las que quedan.

la observación clave es que si B hubiera tenido esa jugada que lo dejaría en posición de ganar, A hubiera podido desde el primer turno no haber escogido la jugada que hizo, sino hacer la misma jugada de B, eliminando las mismas casillas, para llegar a la posición ganadora que le habíamos asignado a B. en otras palabras, si B supuestamente tenía una estrategia para ganar el juego, A la hubiera podido usar para su beneficio y ganar, lo cual es una contradicción. en conclusión, A, el jugador que comienza, tiene una estrategia ganadora en este juego.

esta demostración es independiente del tamaño del tablero, y sirve aun si el tablero es rectangular, m × n, donde m > 1 ó n > 1.

ahora, ya sabiendo que A tiene estrategia ganadora, falta responder a la pregunta de cuál sería su primera jugada como parte de esa estrategia. en el caso de un tablero cuadrado, A debe escoger la penúltima casilla de la segunda columna, con lo cual se eliminarían todas las casillas, exceptuando las de la primera columna y la última fila, para quedar como se indica. (este inicio es la única manera que tiene A para ganar con certeza. ¿Por qué?). a continuación deberá responder de manera simétrica a las movidas de su oponente: si B elimina casillas en la últi-ma fila, A debe eliminar las correspondientes en la primera columna, y viceversa, guardando la simetría de la figura con respecto a la diagonal de la esquina inferior izquierda a la superior derecha.

soluciones del número 13


el caso general de un tablero rectangular es más difícil. el jugador A, que sabemos tiene una estrategia ganadora, debe elaborar un catálogo de posiciones que se clasifican en ganadoras, si el jugador que recibe esa posición en su turno tiene una estrategia para ganar el juego a partir de allí, y en perdedoras las demás posiciones.

una posición ganadora está caracterizada por el hecho de que existe una jugada que la convierte en una posición perdedora. en cambio, a partir de una posición perdedora, toda jugada que se realice la lleva a una posición ganadora. Por el teorema que se demostró al principio, cualquier posición rectangular de tamaño m × n, donde m > 1 ó n > 1, es una posición ganadora. asimismo, la posición final del juego, cuando queda solamente la casilla de la esquina inferior izquierda por marcar, es una posición perdedora.

una vez hecha la clasificación, como la posición inicial es ganadora, la estrategia que tiene el primer jugador para ganar es muy sencilla: en cada jugada, debe llevar la posición que recibe a una posición perdedo-ra. este tipo de procedimiento se aplica a otros juegos del mismo estilo, como el juego de nim.

Problema 2

la suma de las edades de un barco y su capitán es igual a 70. ¿cuál es la edad del capitán, si se sabe que el barco actualmente tiene el doble de la edad que el capitán tenía cuando el barco tenía la misma edad que tiene el capitán actualmente?

Solución

este problema, a pesar de parecer un trabalenguas, se puede resolver de manera sencilla si se piensa de manera ordenada. en primer lugar, denotemos por x la edad del barco. en consecuencia, 70 − x es la edad del capitán.

ahora, distingamos dos instantes de tiempo claves según el enunciado.

• el primer momento es el actual, cuando las edades del barco y el capitán son x y 70 − x, respectivamente.

• el segundo momento es “cuando el barco tenía la misma edad que tiene el capitán actualmente”. en ese momento, la edad del barco era 70 − x. como el barco actualmente tiene el doble de la edad que el capitán tenía en ese momento, quiere decir que la edad del capitán en ese momento era x

2.

ahora, un hecho fundamental es que la diferencia en-tre dos edades es igual en cualquier momento. esto signifi-ca que en nuestro problema se cumple la siguiente ecuación: x − (70 − x) = (70 − x) − x

2

a partir de esta ecuación se puede despejar x, para concluir que x = 40. Por lo tanto, la edad del barco es de 40 años y la edad del capitán es de 30 años.

Fuente: http://2.bp.blogspot.com/-FN9TDUk6Yn4/UOyy3wL8rQI/AAAAAAABd2Y/U3-hefTGNVk/s1600/barco-en-alta-mar-velero-boat-in-the-dep-and-blue-sea.jpg


Problema 3

ana, bernardo y carlos organizan un torneo de tenis de mesa entre ellos siguiendo las siguientes reglas:

a) el jugador más débil escoge las dos personas que jugarán pri-mero.

b) el ganador de un juego se quedará en la mesa y jugará a conti-nuación con la persona que no jugó en el turno anterior.

c) la primera persona que gane dos juegos es considerada vence-dora del torneo.

suponga que ana es la jugadora más fuerte y carlos es el jugador más débil (hablamos aquí en términos de la probabilidad de ganar un en-frentamiento entre ellos), y supongamos que la probabilidad que tiene un jugador de ganar un juego contra un jugador específico no cambia durante el torneo.

¿qué personas debe escoger carlos para el primer juego del torneo para maximizar sus posibilidades de ganar el campeonato? ¿Habría alguna diferencia si la última regla dijera “la primera persona que gane N juegos será considerada vencedora del torneo”, donde N es mayor que 2?

Solución

De acuerdo con nuestra intuición, si carlos tiene la opción de escoger cómo empezará el torneo, el primer enfrentamiento debería ser el juego entre carlos (el más débil) y bernardo (el segundo más débil). Para justificarlo formalmente, usemos la siguiente notación:

a) Denotamos por a, b, c a los jugadores ana, bernardo y carlos.b) Por x → y denotaremos la situación en que el jugador x le gana

al jugador y.c) Denotemos por p la probabilidad de que carlos le gane a bernar-

do; por q la probabilidad de que carlos le gane a ana, y por r la probabilidad de que bernardo le gane a ana.

es claro que p, q, r < ½, porque ana es la jugadora más fuerte y carlos es el jugador más débil. además, como entre que carlos le gane a ber-nardo y que carlos le gane a ana, es más probable la primera opción, se sigue que p > q.

ahora, como queremos decidir cuál es el primer enfrentamiento para maximizar la probabilidad de que c gane el torneo, vamos a analizar los posibles escenarios en que carlos podría ganar.

Fuente: Valie Export, http://www.pong-mythos.net/images_public/presse/VALIE%20EXPORT_Ping_Pong_1968.jpg


si el primer enfrentamiento es entre carlos y bernardo, los posibles escenarios donde carlos ganaría el torneo son:

c → b, c → ac → b, a → c, b → a, c → bb → c, a → b, c → a, c → b

en ese caso, la probabilidad de que carlos gane el torneo es la suma de las probabilidades de cada uno de los escenarios, es decir, pq + p(1 − q) rp + (1 − p) (1 − r ) qp.

si el primer enfrentamiento se da entre carlos y ana, los posibles esce-narios donde carlos ganaría el torneo son:

c → a, c → bc → a, b → c, a → b, c → aa → c, b → a, c → b, c → a

en este caso, la probabilidad de que carlos gane es igual a la suma de las probabilidades de los escenarios, es decir, pq + q (1 − p) (1 − r ) q + (1 − q) rpq.

Finalmente, si el primer enfrentamiento se da entre ana y bernardo, los posibles escenarios son:

a → b, c → a, c → bb → a, c → b, c → a

en este caso, la probabilidad de que carlos gane el torneo es (1 − r ) pq + rqp = pq.

solo resta mirar cuál de las tres expresiones mencionadas arriba es mayor. claramente, la última es la menor de las tres, pues las dos pri-meras expresiones contienen pq como sumando. entre la primera y la segunda solo hay que observar que si se calcula el valor de la primera expresión menos la segunda, después de simplificar, se obtiene el valor(p − q) [p (1 − q) r + q + (1 − p) (1 − r )].

este número es mayor que 0. es decir, la probabilidad de que carlos gane el torneo se maximiza cuando él decide que en el primer juego debe enfrentarse con bernardo. Para la última pregunta, en la cual se requiere ganar más de dos partidos para ganar el torneo, la compara-ción se vuelve complicada. el lector interesado puede consultar la revis-ta donde este problema apareció originalmente y hacerle seguimiento, para ver si ya fue resuelto: Siam Review, vol. 16 (1974), n.º 4, p. 547. •

Fuente: L. Zuikov, http://aeliita123.blogspot.com/2011_09_01_archive.html

VISITANTES

DEL ESPACIOSANTIAGO VARGAS DOMÍNGUEz

VISITANTES

DEL ESPACIOSANTIAGO VARGAS DOMÍNGUEz

representación artística de un cometa en su viaje hacia el interior del sistema solar. tomada de http://fontedeunidade.blogspot.com.br/2012/12/miguel-6-etapa-17-03-2010-autres.html


Santiago Vargas DomínguezPh. D. Investigador postdoctoral del Departamento de Física de la Universidad de los Andes, [email protected]

Visitantes del espacio

el universo está plagado de miles de millones de objetos que es-tán en constante evolución y movimiento. en nuestro vecindario más cercano, el sistema solar, tenemos gran variedad de cuerpos que han nacido de un origen común hace unos seis mil millones de años. en aquel momento todo lo que hoy compone el sistema solar no era más que una gigantesca nube de hidrógeno, con un poco de helio y algunos rastros de otros elementos. a lo largo de una agitada historia evolutiva se formaron nuestros actuales compañeros celestes, siendo el sol el más destacado, pues re-presenta el 98,6% de la masa del sistema. lejos de ser un ente estático, el sistema solar evoluciona, se mueve y nos deleita con sorprendentes fenómenos.

las visitas del espacio son algunos de esos eventos astronómicos que este año tuvimos y tendremos el deleite de contemplar, y que nos acercan al cosmos, o más bien, que acercan el cosmos a nosotros.

el pasado 15 de febrero, el mundo estaba expectante por el acercamiento a la tierra de un cuerpo ro-coso, un asteroide de unos 45 metros de diámetro y 130.000 toneladas, que pasaría a tan solo 27.700 kilómetros de la superficie de la tierra. esto es aún más cerca que la distancia a la cual orbita la mayor cantidad de satélites de comunicaciones. el acercamiento del 2012 Da14, como fue llamado, establecía así un récord entre los objetos celestes que se conocen de este tamaño, al pasar prácticamente rozando la tierra en su viaje cósmico. en las noticias difundidas días antes del evento se recordaba las conse-cuencias que podría tener en nuestro planeta el impacto de un cuerpo de estas características. un poco más de un siglo antes, en 1908, un cuerpo de unos 80 metros de diámetro causó una gran devastación al entrar en la atmósfera terrestre y al generar una onda de choque atmosférica y una onda térmica que arrasaron con un área de 2.000 kilómetros cuadrados, acabando con cerca de 80 millones de árboles en una zona de bosque en la región de siberia. es conocido como el evento de tunguska, y de haber ocurrido en una zona urbana, seguramente habría causado una gran mortandad.

Justo el mismo día del acercamiento del 2012 Da14, y cuando comenzaba el viernes 15 de febrero, nos despertamos con la noticia de un acontecimiento ocurrido en rusia, en donde se divisó en el cielo un gran bola de fuego que caía velozmente, causando gran estruendo. Varias ciudades del centro de rusia, principalmente cheliabinsk, fueron afectadas, y unas 1.500 personas resultaron heridas como consecuencia de la energía que liberó este cuerpo del espacio (unas 20 a 30 veces más potente que la de la bomba atómica de Hiroshima), y que quebró ventanas y derribó edificaciones. se estima que la masa inicial del objeto, que penetró la atmósfera terrestre a más de 60.000 kilómetros por hora, era de


10.000 toneladas, y su tamaño de 15 metros de diámetro. Ha sido el mayor evento astronómico registrado hasta el momento que ha afectado a más personas, y fue descrito como una prue-ba de vulnerabilidad de nuestro planeta. Parece que este evento fue una gran coincidencia cósmica y no tenía nada que ver con el asteroide 2012 Da14, que tendría su máxima aproximación a la tierra unas 15 horas más tarde. ambos eventos fueron, sin duda, un gran preludio astronómico para las siguientes visitas que recibiremos durante el 2013.

la visita más destacada que tendremos este año es la de un cuerpo que puede darnos una espectacular imagen en el fir-mamento. se trata de ison, un cometa que promete ser muy brillante, con un brillo posiblemente similar al de la luna en el cielo, o hasta quince veces mayor, lo que lo convertirá en el más luminoso de la historia. este acontecimiento ocurrirá el 28 de noviembre si ison es capaz de superar una prueba crucial: resis-tir su paso cerca al sol, que podría fragmentarlo y prácticamente destruirlo.

De la misma región en los confines del sistema solar ha veni-do después de un largo viaje el cometa Pan-starrs, descubierto hace menos de un año. lo pudimos contemplar a simple vista durante varios días el mes de marzo, aunque mucho menos bri-llante de lo que se espera sea ison y con gran dificultad desde bogotá dadas las condiciones de nubosidad.

estos dos cuerpos, que podrán lucir sus largas colas a medida que se aproximen al interior del sistema solar, harán que el 2013 sea recordado como el año de los cometas.

seguramente en ocasiones anteriores hemos oído hablar de los cometas, y muchos recordarán el año 1986 por el gran acon-tecimiento de la llegada del cometa Halley, que causó gran re-vuelo y se vivió como todo un fenómeno propagandístico. este fascinante visitante astral fue sin duda la mejor excusa para que, maravillados, nos convirtiéramos en expectantes astróno-mos, aunque al final la espera no fue muy bien recompensada por factores que hicieron que su observación no fuera la mejor.

Figura 1. Nombres de las rocas espacialesFuente: elaboración del autor

Cometa. Pedazo de hielo y roca procedente del sistema solar exterior, normalmente acompañado de una coma (tenue atmósfera de gas y polvo) y una cola.

Atmósfera terrestreAsteroide. Roca en órbita, generalmente entre Marte y Júpiter. En ocasiones los asteroides se desvian hacia la Tierra.

Meteoroide. Pedazo de roca espacial que es mayor que una mota de polvo, pero menor que un asteroide. Si choca con la Tierra se llama meteorito.

Meteoro. La estrella luminosa que vemos desde la Tierra cuando una roca espacial entra en la at-mósfera y se pone incandescente. También llamado estrella fugaz.

Meteorito. Cuando un meteoro no se consume por completo por el roce con la atmósfera, al pedazo de roca que choca contra el suelo se le llama meteorito.


Pero aquella no ha sido la única vez que este famoso cometa ha generado tanta expectación. en su anterior visita, en 1910, fue esperado ansiosamente y generó gran alboroto entre la sociedad bogotana. muchos habitantes colmaban la plaza de bolívar, y se especulaba que su cola rozaría la tierra y podría causar una ca-tástrofe. el famoso astrónomo colombiano Julio garavito —que hoy recordamos en el billete de veinte mil pesos— lo observó aquel 20 de abril desde su casa con un binóculo de teatro. cada 76 años, en promedio, el cometa regresa, y desde la tierra se puede ver cómo su núcleo libera grandes cantidades de hielo y rocas al espacio, que pasan a formar parte de las colas del Halley. su nombre se debe al famoso astrónomo edmond Halley, quien calculó su órbita en 1705.

además de la palabra cometa, para hablar de estos cuerpos se utilizan términos como asteroide, meteorito y estrella fugaz, en-tre otras designaciones. ¿a qué nos referimos exactamente con estos nombres?, ¿cuál es la diferencia entre ellos? además, ¿de

dónde provienen estos forasteros extraterrestres y qué los trae en sus viajes de millones de kilómetros a las regiones interiores de nuestro sistema solar?

en las siguientes líneas (véase también la figura 1) se encuentra un breve resumen de las características principales de cada uno de estos cuerpos:

los cometas son cuerpos constituidos por hielo, polvo y rocas que orbitan alrededor del sol en trayectorias elípticas, parabólicas o hi-perbólicas. los materiales que componen los cometas hacen que se sublimen en las cercanías del sol, por lo cual es común que exhiban largas colas a medida que se acercan a nuestra estrella.

los asteroides son cuerpos rocosos o metálicos, sin atmósfera, que orbitan alrededor del sol, pero que son demasiado pequeños para ser clasificados como planetas. se cree que los asteroides están compuestos por el material primordial del sistema solar.

Figura 2. Impacto del cometa Schoemaker-Levy 9 en Júpiter en 1994. Fue la primera observación directa de una colisión extraterrestre entre objetos del sistema solar. Fuente: Hubble Space Telescope Team y NASA


un meteorito es un cuerpo menor del sistema solar. se denomi-na así a los objetos de entre 50 y unos 100 metros de diámetro, mayor que el polvo cósmico y menor que un asteroide, aunque estos límites de tamaño no se utilizan de forma estricta.

el meteoro es la estela de materia incandescente que deja un meteorito al atravesar la atmósfera terrestre. las lluvias de es-trellas, conocidas también como estrellas fugaces, son meteoros que producen una espectacular imagen en el cielo nocturno.

también se les llama meteoritos a los restos de los meteoros que sobreviven la combustión de la entrada en la atmósfera, no se desintegran por completo y alcanzan la superficie de la tierra.

Bólido y superbólido son los nombres que se le dan a un meteoro cuando es muy brillante, incluso más que Venus. si puede verse in-cluso bajo la luz del sol con gran resplandor, se convierte en un su-perbólido. el que iluminó el cielo de rusia en febrero pasado fue un superbólido. Popularmente se los conoce como “bolas de fuego”.

Finalmente, se denota como estrellas fugaces, lluvias de estre-llas o lluvia de meteoros el fenómeno que se produce cuando pequeños meteoritos (hasta de unas cuantas décimas de milí-metro) son incinerados a su entrada a la atmósfera y son perci-bidos como luminosos destellos en el cielo.

la mayor cantidad de asteroides del sistema solar se encuen-tran en una región entre marte y Júpiter conocida como el cintu-rón de asteroides. son unos 500.000 asteroides cuyos tamaños varían desde 950 km de diámetro (ceres, considerado como un planeta enano) hasta unos pocos metros. Pero además de aste-

roides, el cinturón contiene bandas de polvo, que son partículas de unos pocos micrómetros de diámetro.

en algunos momentos, el viaje casi circular de los asteroides alrededor del sol es perturbado por la fuerza de atracción gra-vitatoria de los planetas más cercanos, lo cual puede desviar su trayectoria y enviarlos a un nuevo rumbo. en otras ocasiones, y como producto de choques entre asteroides dentro del mis-mo cinturón, se crean gigantescas astillas que salen en nuevas órbitas. en cualquiera de estos dos escenarios, los asteroides que salen en trayectorias ovaladas alrededor del sol se pueden acercar a los planetas interiores, en particular al nuestro. De ahí que sea muy difícil predecir cuándo van a ocurrir estos eventos y solo puedan ser detectados cuando los asteroides se aproximan a la tierra. Del total de los llamados “objetos cercanos a la tie-rra”, hay unos mil, que se encuentran a menos de 7,5 millones de kilómetros, que pueden representar un potencial peligro para nuestra especie.

si nos alejamos más allá del cinturón de asteroides a partir de la órbita de Plutón, encontramos el llamado cinturón de Kuiper, donde habitan más de ochocientos cuerpos que han sido des-cubiertos hasta el momento, algunos de ellos de tamaño similar al de Plutón. Y un poco mas lejos, justo después del cinturón de Kuiper, se encuentra el llamado “disco disperso”, donde se ha descubierto un centenar de objetos, algunos de más de mil ki-lómetros de diámetro, de los cuales el más grande es el planeta enano eris, descubierto en 2005 y de mayor tamaño que Plutón. Pero aquí no termina el reino de los asteroides, sino que apenas comienza. la llamada nube de Oort es una nube de cometas y asteroides que se cree se encuentra en los confines del sistema

Figura 3. Cráter ubicado en Arizona, producto de la colisión de un meteorito hace unos 50.000 años. Es uno de los cráteres más jóvenes y mejor conservados que se han descubierto en la superfi-cie terrestre. Tiene un diámetro aproximado de 1.200 m y 170 m de profundidad.Tomada de http://www.zastavki.com/


Figura 4. Imagen del cometa McNaught, también conocido como el gran cometa de 2007, uno de los más brillantes observados hasta la fecha, y visible desde el hemisferio sur en febrero de 2007. Foto tomada desde la Patagonia, Argentina.Fuente: Druck Muller


solar, a casi un año luz de nuestro sol. allí una cantidad cercana a un billón de objetos ocupa una región esférica. Pese a que nunca se ha observado directamente, se cree que la nube de oort se creó a partir de los restos del disco protoplanetario que se formó alrededor del sol hace unos 4,6 millones de años, y que, posteriormente, también desencadenó el nacimiento de los planetas.

los cometas de período corto, como el Halley, se generan princi-palmente en el cinturón de Kuiper o en el disco disperso. cuando escapan de esas regiones, caen bajo la influencia de los plane-tas exteriores, se convierten en los llamados centauros, y final-mente son lanzados hacia el interior del sistema solar, en donde adquieren su carácter de cometas. los cometas de largo perio-do, como el Hale-bopp, que tardan miles de años en completar una órbita alrededor del sol, se originan en la nube de oort.

sobre la importancia de estudiar estos cuerpos, es necesario saber que a lo largo de la historia evolutiva de nuestro plane-ta posiblemente han jugado un papel crucial. nuestro planeta tiene un escudo contra muchos de estos cuerpos que salen a su encuentro. sin su atmósfera, la superficie de la tierra luciría acribillada por incontables cantidades de cráteres, como hoy po-demos evidenciar en nuestra compañera más cercana, la luna.

Hace mas de 30 millones de años un meteorito de unos 2,5 ki-lómetros de diámetro impactó en lo que hoy es el Vichada, cau-sando el desvío del río Vichada. Hasta ahora es el cráter de ma-yor tamaño descubierto en suramérica, con un diámetro de 30 kilómetros. sin embargo, el tamaño de este cráter colombiano es pequeño si se compara con otros, como el que abrió un meteorito que impactó en sudáfrica hace unos 2000 millones de años, y que pudo haber medido hasta 30 kilómetros de diámetro.

en nuestro planeta se han descubierto unos doscientos cráteres producto de impactos de meteoritos. los impactos más antiguos pueden borrarse por la propia actividad terrestre, y es por eso que su reconocimiento algunas veces es complicado. un cráter “fresco” se puede visitar en arizona, estados unidos: el cráter barringer, que se formó hace apenas 50.000 años, y es uno de los mejor conservados de la tierra (figura 3).

Pero estos viajeros espaciales no son los únicos en realizar vi-sitas: nosotros también hemos ido hasta donde ellos, aunque no de manera presencial. la primera visita la realizó la nave espacial Pioneer 10, en 1972, cuando atravesó el cinturón de asteroides. en ese momento se temía por el encuentro del Pio-neer con los asteroides y los posibles choques que pondrían en peligro la nave. sin embargo, no hubo ningún problema, y desde entonces ya son una decena de naves las que han logrado atra-vesar esta región plagada de obstáculos.

en un futuro no seremos simplemente espectadores y anfitrio-nes de estos visitantes cósmicos, y pasaremos a ser los que se animen a ir hasta sus hábitats. todo parece indicar que una

misión tripulada a un asteroide va a pasar de ser un simple guión de una taquillera película de ciencia ficción a convertirse en una misión real. el gobierno de estados unidos ha dado un primer paso anunciando en 2010 que este será un objetivo para el 2025, con el envío de humanos a distancias del orden de 4,8 millones de kilómetros de la tierra. actualmente se desarrolla la nave orión con este propósito. es posible que los intereses sean también comerciales y de explotación: se espera que algún día puedan proveernos de materiales como hierro, níquel, titanio e incluso agua y oxígeno, lo que, además, podría permitir que la tripulación se pueda abastecer y sobrevivir con los recursos que encuentren en su destino.

ahora bien, ¿qué tanto han afectado estos visitantes las con-diciones en la tierra durante su historia evolutiva? estudiando las extinciones en la tierra, los investigadores han descubierto que hay un patrón que se repite aproximadamente cada 26 mi-llones de años con la desaparición misteriosa de gran cantidad de especies de nuestro planeta. ¿tendrá esto algo que ver con nuestros asiduos visitantes? Parece que sí, o por lo menos hay algunas hipótesis que apuntan a explicar este fenómeno a partir de perturbaciones producidas en la nube de oort por fuerzas de marea que se generan cada vez que el sistema solar gira alrededor de la galaxia y pasa por el plano galáctico, justamente cada 20 a 25 millones de años. otras hipótesis lo relacionan con el paso del sol por los brazos espirales de la galaxia, o incluso con la existencia de una estrella compañera del sol, que ha sido llamada némesis, y que se encontraría muy cerca de la nube de oort. sin embargo, aún no se han encontrado pruebas de la existencia de ninguna de estas perturbaciones.

Hace aproximadamente 65 millones de años ocurrió un even-to tremendamente catastrófico para la vida en nuestro planeta. millones de años antes de que los seres humanos poblaran la tierra, la especie reinante era la de los dinosaurios. estos ani-males dominaron el planeta por cerca de 160 millones de años, pero se extinguieron repentinamente junto con más del 50% de las especies que vivían sobre la tierra. ¿qué pudo haber causa-do esta repentina y masiva extinción? una de las hipótesis más aceptadas enuncia que la extinción masiva del cretácico-tercia-rio fue causada por el impacto de un gigantesco meteorito. esta idea se basa en la detección de niveles extremadamente altos de iridio en la corteza terrestre en muestras tomadas en varias partes del mundo en capas intermedias de hace 65 millones de años. el iridio se encuentra comúnmente en los asteroides, y este fue el principal apoyo de esta hipótesis, hasta que se en-contró además un enorme cráter de 180 kilómetros de diámetro en la península de Yucatán, en méxico. Después del impacto, el iridio se habría extendido por todo el planeta, junto con el polvo que se produjo, y que habría ocultado la luz solar, acabando con plantas y animales que se quedaron sin alimento para sobrevivir.

afortunadamente, la gran mayoría de estos eventos no son catastró-ficos y todos los años podemos disfrutar de algunos de ellos. Parti-


cularmente durante las lluvias de meteoros, tenemos la oportunidad de observar a simple vista la fugaz visita de estos cuerpos que ha-bitan nuestro vecindario solar. solo necesitamos estar armados de una taza de café y mucha paciencia, y salir a un sitio oscuro y sose-gado. las lluvias de meteoros más importantes llevan el nombre de las constelaciones en que se encuentra el sitio donde se percibe que aparecen estas ráfagas (véase el recuadro de lluvias de estrellas).

la historia de nuestra especie ha estado ligada a gran canti-dad de acontecimientos astronómicos; de allí que el ser humano tenga esa inherente necesidad de mirar a los cielos. He aquí

Figura 5. Órbitas (color rosado) de los asteroides conocidos que cruzan la órbita de la Tierra. Los círculos blancos punteados muestran las órbitas de los cuatro planetas interiores (Mercurio, Venus, Tierra y Marte, desde el interior hacia fuera). En realidad, la foto debería ser completamente rosada, si tuviéramos en cuenta todos los posibles asteroides que orbitan alrededor del Sol.Fuente: http://whybecausescience.com

otro motivo por el cual es importante conservar nuestros cie-los oscuros y limpios. el cometa ison seguirá aproximándose a nuestro planeta en su primer viaje al interior del sistema solar, después de haber sido expulsado de la región de escombros helados que se encuentra en la nube de oort. continuamente vemos cometas desde la tierra, pero es tan débil su brillo que se requieren potentes telescopios para poder observarlos. en noviembre tendremos una oportunidad única de contemplar a simple vista el paso de un extraordinario viajero cósmico, y de recordar que nuestro planeta vive en una continua y necesaria “simbiosis” cósmica. •


Fuentes: Perseidas: http://www.ubuntizando.com/2012/08/09/sigue-las-perseidas-de-2012-con-ayuda-de-linux-o-android/; Leónidas: http://www.astronomia-iniciacion.com/leonidas-sobre-el-valle-de-los-monumentos.html; Dracónidas: http://asociacionandromeda.blogspot.com/2011/10/draconidas-2011.html; Cuadrántidas: http://ikronos2010.blogspot.com/2013/01/lluvia-de-estrellas-cuadrantidas-2013.html; Gemínidas: http://lindagaviota.blogspot.com/2012/12/geminidas-2012.html; Oriónidas: http://www.tercermilenio.tv/es/daily_pictures/31-las-orionidas-y-la-aurora#.UX6sSYUR6BE

Perseidas a mediados de año, entre el 17 de julio y el 24 de agosto, y en el hemisferio norte, se puede disfrutar de las llamadas “lágrimas de san lorenzo”. Viajan a alta velocidad (210.000 km/h) y se puede observar un promedio de cien estrellas fugaces cada hora.

Leónidas se producen anualmente entre el 15 y el 21 de noviembre, y alcanzan un máximo de intensidad el 18 de ese mes, cuando se pueden observar unas quince cada hora. a su vez, cada 33 años se produce una tormenta de meteoros. la última ocurrió en el año 2001, cuando se divisó un promedio de 1500 cada hora.

Dracónidas también son conocidas como giacobínidas. ocurren comúnmente entre las no-ches del 8 y el 10 de octubre, y son observables sobre todo en las horas anterio-res al amanecer. el número observado es variable.

Cuadrántidas se presentan entre el 1 y el 5 de enero con hasta 120 eventos cada hora durante su apogeo, que tiene lugar el 3 de enero.

Gemínidas se presentan entre el 7 y el 17 de diciembre, con el día 14 como su momento cul-minante, cuando se pueden contabilizar hasta 120 cada hora, lo que la convierte en la lluvia de mayor actividad del año, junto con las cuadrántidas.

Oriónidas son meteoros de alta velocidad que parecen esparcirse desde la constelación de orión. su actividad se extiende entre el 2 de octubre y el 7 de noviembre, con un máximo el 21 de octubre, con un promedio de 23 cada hora. el cuerpo progenitor de las oriónidas es el cometa Halley, que ha dejado restos de su cola en sus viajes al interior del sistema solar.

PRINCIPALES PERÍODOS DE LLUVIAS DE ESTRELLAS

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INSECTOS CHUPADORES DE SANGRE Y BACTERIAS QUE HABITAN EN LA PIEL:

UNA RELACIÓN PELIGROSA

MARIO IVÁN ORTIz, MARCELA TABARES, MARTHA VIVES, JORGE MOLINA


Mario Iván OrtizPh. D. Investigador asociado del CIMPAT del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes, [email protected]

Marcela TabaresMicrobióloga, estudiante de maestría en Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes, [email protected]

Martha VivesPh. D. Profesora asociada del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes, [email protected]

Jorge MolinaDr. rer. nat. Profesor asociado del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes, [email protected]

Insectos chupadores de sangre y bacterias que habitan en la piel: una relación peligrosa

es una noche tranquila, despejada y con luna llena, en alguna zona de los llanos orientales de colombia. en el interior de una vivienda, una familia da inicio a la rutina de prepararse para dormir. la noche es casi tan calurosa como el día que ha ter-minado, por lo que dormirán sin toldillo y sin la protección de la sábana, aunque seguramente esta última será necesaria al amanecer. Poco después de apagar la luz eléctrica, el ambiente en la pequeña habitación donde duermen los cinco integrantes de la familia va a estar saturado de sustancias volátiles; estas crearán un gradiente de concentración que se convertirá en el estímulo necesario para que esa noche se dé inicio al festín de los insectos que chupan sangre.

a la mañana siguiente, el menor de la familia amanece con una inflamación en el ojo derecho. la sabiduría popular de la abuela la llevará a concluir: “ese muchacho sí que es dulce para los zancudos, porque a nadie más picaron anoche”.

QUIMIORRECEPCIÓN O DETECCIÓN DE SUSTANCIAS VOLÁTILES EN ANIMALES

Pero ¿qué pudo haber pasado esa noche en la pequeña habitación? ¿será que verdaderamente unas personas son más “dulces” que otras al paladar de los insectos que chupan sangre?

Para tratar de responder estas y otras preguntas, un grupo de biólogos del centro de investigaciones en microbiología y Parasitología (cimPat), y un grupo de microbiólogas del centro de investigaciones microbiológicas (cimic) de la universidad de los andes hemos comenzado a realizar experimentos comportamentales con los chinches de la especie Rhodnius prolixus —vector de la enfermedad de chagas—, conocidos popularmente como pitos, y diferentes sustancias volátiles claves en la detec-ción y localización de los humanos por parte de estos insectos. en este proceso, resultados obtenidos por investigadores europeos con Anopheles gambiae —vector de malaria en áfrica— han ayudado a complementar nuestra visión sobre la detección de sustancias volátiles por insectos vectores de enfermedades tropicales y su papel en la transmisión de las mismas.

Para comenzar a entender lo que pasó esa noche en la vivienda de los llanos colombianos es nece-sario estudiar en términos generales la quimiorrecepción o detección de sustancias volátiles por los animales, y luego entrar a detallar cómo los insectos hematófagos —que chupan sangre— detectan y localizan su fuente de alimento.


todos los animales, para llevar a cabo sus actividades, nece-sitan recibir información de dos fuentes: su propio cuerpo y el mundo exterior. en ambas juegan un papel muy importante los órganos sensoriales y las neuronas receptoras. la información proveniente del cuerpo del animal es detectada a través de inte-rorreceptores que miden los niveles de azúcar, de oxígeno, pre-sión arterial, por ejemplo, y de los propiorreceptores, que sensan la contracción muscular, tensión en articulaciones y la posición del cuerpo, en general. a su vez, la información proveniente del mundo exterior es detectada por los exterorreceptores —visión, olfato, gusto, tacto y audición— [1].

el olfato es uno de los sistemas sensoriales que aparecen más temprano en la evolución. este exterorreceptor ha ayudado des-de el surgimiento de los animales a mediar, por ejemplo, las interacciones macho-hembra, flor-polinizador, presa-predador, parásito-huésped y parasitoide-huésped. actuando siempre como intermediarias en estas interacciones se encuentran sus-tancias químicas volátiles enviadas como mensajes que activan comportamientos de atracción o de repulsión en los anima-les que las detectan. a estas sustancias se las conoce como semioquímicos.

los semioquímicos se dividen en feromonas, que facilitan la comunicación entre individuos de una misma especie, y alelo-químicos o sustancias que facilitan la comunicación entre indi-viduos de diferentes especies. existen diversos tipos de alelo-químicos que median en diferentes interacciones. Por ejemplo, en casos como la polinización, en los que una flor emite una sustancia volátil y esta actúa atrayendo al insecto polinizador, podemos considerar esa sustancia una sinomona, porque invo-lucra a individuos de dos especies diferentes, y en la interacción se benefician ambas especies. en el caso de algunas interac-ciones huésped-parásito, como por ejemplo aquellas en las que intervienen caracoles y miracidios de tremátodos —fases acuá-ticas infectantes de gusanos planos—, se ha demostrado que algunos caracoles producen sustancias químicas que evitan la infección que podrían producir los miracidios; en este caso, esta sustancia química se conoce como una alomona, porque bene-ficia a aquella especie que la produce y perjudica al receptor. Finalmente, en el caso de una interacción presa-predador, la sustancia emitida por la presa permite al predador localizarla, y por lo tanto esta señal es benéfica para el receptor y desventajo-sa para el emisor; en este caso, esa sustancia volátil se conoce como una cairomona [2].

Figura 1. Vista dorsal de la cabeza y antenas de Rhodnius prolixus, escala = 1 mm. En el segundo segmento de la antena se encuentran exclusivamente sensilias receptoras de estímulos mecánicos (imagen esquina superior derecha, escala = 50 µm), mientras que los dos últimos segmentos de antenas tienen principalmente sensilias receptoras de estímulos químicos (imagen esquina inferior izquierda, escala = 50 µm). Las imágenes en la parte inferior de la figura muestran de manera esquemática una sensilia quimioreceptora con su cutícula llena de poros, la dendrita y la membrana celular de la neurona sensorial.Fuente: elaboración de los autores

Cutícula de la sensilia

Dendrita de la neurona receptora

Orco Proteína de unión

Espacio intracelular


¿CÓMO DETECTAN LOS INSECTOS ESTOS SEMIOQUÍMICOS?

Para detectar los semioquímicos —feromonas y aleloquími-cos—, los insectos utilizan principalmente las antenas (figura 1), y en algunos casos también los palpos —apéndices ubicados en la cabeza de algunos insectos como mosquitos—. a nivel de estos apéndices se da la recepción de los semioquímicos en la periferia, y luego estas señales son procesadas en los lóbu-los antenales ubicados en el deuterocerebro. Finalmente, en un proceso de análisis de diferentes mensajes sensoriales, otras señales, como la térmica, la visual y la mecánica, son integradas junto con la información olfativa a nivel de los cuerpos setifor-mes, en la región central del protocerebro, para producir com-portamientos específicos [3, 4].

el primer paso en el proceso depende en gran medida de la habili-dad del sistema periférico para detectar selectivamente las diferen-tes moléculas volátiles que se encuentran en el hábitat del insecto. esto se logra mediante unas proteínas especializadas denomina-

das receptores de olor (orco + proteína de unión), que se expresan en las membranas de las dendritas de neuronas receptoras de olor. estas neuronas inervan las numerosas proyecciones cuticulares porosas a manera de pelos que se encuentran sobre la superficie de las antenas y los palpos (figura 1). estas proyecciones cuticu-lares, denominadas sensilias, son los órganos sensoriales perifé-ricos donde se da la detección selectiva de los diferentes olores (figura 1).

el proceso de recepción de semioquímicos a nivel de las sensi-lias involucra otro tipo de proteínas, llamadas proteínas de unión de olores (Puo), que actúan como intermediarios entre los poros de las sensilias y los receptores de olor de las dendritas. cuando las Puo se unen a los semioquímicos que alcanzan los poros de las sensilias, estas los solubilizan y transportan a través de la linfa sensiliar para entregarlos como molécula de olor a los receptores de olor [4] (figura 2).

al recibir la molécula de olor, los receptores proteicos conducen indirectamente a la apertura de ciertos canales catiónicos no

Figura 2. Esquema del interior de una sensilia receptora de estímulos químicos. La cutícula porosa de la membrana permite la entrada a la sensilia de las moléculas de olor. El transporte de las mo-léculas de olor a través de la hemolinfa sensilar está a cargo de las proteínas de unión PUO, quienes de manera específica la entregan a la proteína de membrana conocida como proteína de unión. Orco es un canal catiónico que se abre tras la activación de la proteína de unión por el reconocimiento de la molécula de olor.Fuente: elaboración de los autores

Orco Proteína de unión Espacio intracelular

Hemolinfa sensilarProteína de unión de olores (PUO)

PUO con molécula de olor

Molécula de olor


selectivos, produciendo una alteración en el flujo de iones hacia el interior de la neurona y, por lo tanto, un cambio en el potencial de reposo de la neurona receptora [4]. este evento desencadena el impulso nervioso que viaja por el nervio antenal hasta el cere-bro, específicamente a los lóbulos antenales, donde la informa-ción es procesada por unos paquetes de neuronas denominados glomérulos, que varían en número de una especie a otra.

BúSQUEDA DE HUÉSPED POR INSECTOS HEMATÓFAGOS

la búsqueda de huésped se define como el desplazamiento o vuelo orientado de un insecto hambriento hacia un potencial huésped fuente de sangre [2].

los insectos hematófagos utilizan para esta búsqueda una mez-cla compleja de volátiles que puede incluir varios cientos de compuestos, entre los que sobresalen co

2, 1-octen-3-ol, ácido

butírico, ácido láctico, acetona, 4-metilfenol, amonio, estradiol y lisina [5]. Pero ¿dónde son producidas estas cairomonas?

el co2 es una de las más comunes cairomonas usadas por in-

sectos hematófagos por su característica de ser exhalado por los animales vertebrados durante la respiración [5]. Valores fluctuantes de co

2 indican, sin lugar a duda, la presencia de

un vertebrado vivo cerca, pues la concentración atmosférica de este gas es de alrededor de 0,035%, contra 4% del existente en el aire exhalado [6]. es bien conocido que el co

2 actúa como

activador y atrayente para todos los mosquitos hematófagos generalistas o que incluyen entre sus fuentes de alimento un gran número de especies vertebradas [7]. en estos casos, las concentraciones de co

2 por encima de los niveles ambientales

pueden ser detectadas hasta a 64 m de distancia [6].

sin embargo, para aquellos hematófagos que son especialistas o se alimentan de una o pocas especies de vertebrados, el co

2

es menos importante, y en ellos los volátiles emitidos por la piel entran a jugar un papel preponderante [7]. la gran mayoría de las cairomonas diferentes del co

2 son producidas en distintas

partes del cuerpo del huésped. Para entender cómo se producen muchas de las otras cairomonas es necesario profundizar un poco en las diversas glándulas cutáneas y que se encargan de producir las sustancias grasas utilizadas para producir molécu-las más pequeñas y volátiles.

en el caso de los humanos, las glándulas de la piel pueden ser clasificadas en dos grupos: sebáceas y sudoríparas [8]. las pri-meras se encargan de producir sebo, que consiste principal-mente de lípidos y células muertas. estas glándulas se encuen-tran distribuidas por todo el cuerpo, con una mayor densidad del tórax hacia arriba.

a su vez, las glándulas sudoríparas pueden ser divididas en ecri-nas y apocrinas. las glándulas ecrinas, encargadas de producir el sudor compuesto de agua, sal, proteínas, aminoácidos, urea

Figura 3. Los insectos chupadores de sangre muestran especificidad por sus sitios de picadura en el cuerpo humano. Anopheles gambiae es fuertemente atraído por los pies, mientras que a Rhodnius prolixus lo atraen principalmente los olores de los pies y de la cara. La atracción a estas partes del cuerpo está mediada por los olores emitidos por las bacterias de la piel.Fuente: elaboración de los autores

Anopheles gambiae

Rhodnius prolixus


y ácido láctico, están localizadas por todo el cuerpo, pero espe-cialmente en la cabeza, las axilas y las palmas de las manos y de los pies. las glándulas apocrinas, por su parte, se encuentran también distribuidas por todo el cuerpo, pero con una mayor densidad en las axilas y en la región púbica. estas se encargan de producir sudor compuesto principalmente de agua, lípidos y proteínas, y se ha hipotetizado que juegan un rol en la produc-ción de feromonas humanas [8].

entre los compuestos presentes en el sudor, algunos, como el ácido láctico y la urea, son importantes cairomonas para mos-quitos antropofílicos, tales como el Aedes aegypti —vector del dengue y la fiebre amarilla urbana— y el Anopheles gambiae [9]. otras cairomonas producidas en menor cantidad por estas glán-dulas, y probadas con Rhodnius prolixus, son el ácido butírico, el 1-octen-3-ol y la acetona [10]. el agua liberada en forma de vapor por estas glándulas también puede ser, por sí sola, una cairomona que actúa a corta distancia en insectos como los chinches vectores de la enfermedad de chagas [11].

VOLÁTILES Y MICROBIOTA

originalmente la detección de sustancias volátiles en las in-teracciones insecto-vertebrado o insecto-planta habían sido consideradas como un proceso bipartito en el cual uno de los

organismos produce una sustancia química volátil y el otro la detecta. sin embargo, desde hace algunos años la detección de sustancias volátiles ha comenzado a ser considerada un proceso tripartito en el que microorganismos asociados al emisor han adquirido un rol sobresaliente.

como ejemplo tomemos la microbiota cutánea o comunidad mi-crobiana que está presente sobre la piel de los vertebrados y su papel en la producción de compuestos volátiles que pueden ac-tuar como cairomonas [8-10, 12-14]. recientemente, el uso de técnicas moleculares ha demostrado que hay una gran diversi-dad de microorganismos, especialmente bacterias, que habitan en la piel humana [15, 16]. estos estudios también han conclui-do que los humanos difieren claramente entre sí en cuanto a la abundancia y riqueza de especies de microbiota cutánea [8, 15].

la diversidad de microorganismos presentes en la piel incluye corynebacterias, brevibacterias, propionibacterias, micrococos, especies de Staphylococcus y especies de Bacillus, entre otros [15, 16]. a partir de las moléculas orgánicas no volátiles pre-sentes en la vecindad de las glándulas cutáneas, los microor-ganismos obtienen su fuente de alimento [8] y producen, como subproductos, sustancias volátiles como ácidos grasos de ca-dena corta y mediana, aminoácidos de cadena corta, alcoholes, ácidos carboxílicos, aldehídos y ésteres, entre otros [8, 17, 18].

Figura 4. Anopheles gambiae, vector de malaria en África. Solo las hembras de esta especie chupan sangre y están involucradas en la transmisión de Plasmodium.Fuente: http://www.flymoeli.ws/bilder/anopheles.gif


BACTERIAS, VOLÁTILES Y ATRACCIÓN DE INSECTOS HEMATÓFAGOS

actualmente se tiene cada vez más evidencia que respalda la idea de que insectos hematófagos, como mosquitos y chinches, utilizan los volátiles producidos por la microbiota cutánea para orientarse y dirigirse de manera específica hacia ciertas regio-nes corporales de sus huéspedes.

Para el caso concreto de mosquitos altamente antropofílicos, como el Anopheles gambiae (figura 4), se ha encontrado que son fuertemente atraídos especialmente a zonas poco protegi-das por el huésped, como son los pies [19] (figura 3).

en experimentos de laboratorio, utilizando olfactómetros de de-cisión doble se ha demostrado que cultivos de bacterias aisladas a partir de la piel de voluntarios permiten la captura de un mayor número de mosquitos A. gambiae, en comparación con el medio de cultivo sin bacterias [13]. además, la especie de bacteria, el tiempo de incubación del cultivo y la dilución de la misma ejer-cen un fuerte efecto sobre la atracción. Por ejemplo, bacterias aisladas frecuentemente de voluntarios, como Staphylococcus epidermidis, muestran ser altamente atractivas después de 12 horas de cultivo y si están concentradas [13].

¿cuáles son los compuestos químicos producidos por las bacte-rias involucrados en la atracción? los análisis químicos llevados a cabo han demostrado la presencia de alcoholes, como 1-bu-tanol, 2-metil-1-butanol, 3-metil-1-butanol, entre otros; aldehí-dos como 2-metilbutanal y 3-metilbutanal, y ácidos carboxílicos como ácido 2-metilbutanoico y ácido 3-metilbutanoico, entre otros compuestos [13].

Posteriores estudios han confirmado la importancia de la micro-biota cutánea en el grado de atracción que ejercen diferentes individuos sobre el A. gambiae, demostrando así que humanos altamente atractivos tienen una abundancia significativamente más alta, pero una diversidad más baja de bacterias sobre la piel, que individuos poco atractivos [12].

trabajos realizados de manera conjunta por los laboratorios del cimPat y del cimic de la universidad de los andes han empeza-do a develar un escenario parecido al ya descrito para mosqui-tos, pero para Rhodnius prolixus (figura 6), principal vector de la enfermedad de chagas en el norte de suramérica.

al evaluar por medio de un olfactómetro de decisión doble extrac-tos de diferentes partes del cuerpo —cara, manos y pies—, obte-nidos de voluntarios (hombres y mujeres) colombianos, se encon-

Figura 5. Triatoma infestans, vector de la enfermedad de Chagas en el sur de Suramérica. Al igual que en Rhodnius prolixus, vector en la parte norte de Suramérica, los machos, hembras y juveniles chupan sangre y todos pueden transmitir la enfermedad. Futuros experimentos en Triatoma infestans determinarán el papel de las bacterias de la piel en su elección de sitios de picadura.Fuente: Educhagas, http://www.educhagas.com.ar/imagenes/galeria/originales/Triatoma%20infestans.JPG


tró que aquellos procedentes de la cara y de los pies son mucho más atractivos para los insectos [10] (figura 3). Dicha atracción puede ser eliminada si el extracto es obtenido de una cara pre-viamente tratada con un gel antibacterial inodoro e incoloro [10].

esta atracción ha sido evaluada en poblaciones de R. prolixus mantenidas bajo condiciones de cría en laboratorio durante va-rias generaciones y con insectos recientemente capturados en el campo. Para ambas poblaciones los extractos de la cara son muy atractivos, y la aplicación previa de un gel antibacterial eli-mina dicha atracción [14].

el que poblaciones de R. prolixus con diferentes historias evolutivas sean igualmente atraídas por extractos de la cara confirma la im-portancia epidemiológica que para la transmisión de la enfermedad de chagas representa esta región corporal llena de mucosas.

en la actualidad, las investigaciones conjuntas realizadas en la universidad de los andes buscan evaluar los efectos de diferen-tes especies de bacterias aisladas de la piel de voluntarios co-

lombianos e identificar las sustancias volátiles involucradas en la atracción de R. prolixus. Para ello, la realización de experimentos comportamentales y la medición de respuestas electrofisiológi-cas a nivel del sistema nervioso periférico de las antenas de R. prolixus son nuestras principales herramientas para develar los secretos de la atracción diferencial de los humanos.

IMPLICACIONES, POSIBLES APLICACIONES Y DESARROLLOS FUTUROS

la relación huésped-bacteria-vector cada vez cobra más fuerza, y con esto se abre un gran número de posibilidades, no solo de entender a nivel básico y biológico el comportamiento de bús-queda de huésped de los insectos hematófagos, sino también de desarrollar nuevos mecanismos y estrategias que permitan pre-venir las enfermedades transmitidas por vectores (etV), como la malaria, el dengue, la leishmaniasis y la enfermedad de chagas.

a nivel básico, estos resultados permitirán confirmar si la atracción diferencial que ejercen algunos humanos en los in-

Figura 6. Rhodnius prolixus principal vector de la enfermedad de Chagas en Colombia. Sus antenas están adaptadas para detectar los volátiles emitidos por las bacterias de la cara y esta atracción diferencial ha contribuido para aumentar la posibilidad de contacto del parásito Trypanosoma cruzi con las mucosas.Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rhodnius_prolixus70-300.jpg


sectos hematófagos puede radicar en la composición y den-sidad de la microbiota cutánea. otro aspecto que esperamos pueda ser mejor explicado es la tendencia que tienen algunos insectos a picar en algunas regiones específicas del cuerpo. en este caso, las comparaciones de poblaciones bacterianas ob-tenidas de diferentes partes del cuerpo contribuirán a darnos respuestas.

estos resultados también pueden ser utilizados para desarrollar mejores trampas, con cebos más atractivos, que permitan llevar a cabo una mejor vigilancia de las etV. mezclas sintéticas de los compuestos volátiles producidos por las bacterias de la piel ya han sido evaluadas y han mostrado ser eficaces principalmente para atraer A. gambiae [13].

la identificación de bacterias que habiten en nuestra piel y que produzcan volátiles que repelan a estos insectos es otra aproxi-mación a este problema. la identificación de estas alomonas

podría lograrse estudiando la microbiota cutánea de individuos poco atractivos para los vectores y comparándola con la micro-biota de individuos altamente atractivos para los insectos.

Para el caso concreto de la enfermedad de chagas, la posi-bilidad que tienen varias especies de chinches de alimentar-se de diferentes especies de vertebrados hace pensar que las bacterias cutáneas implicadas en la producción de cairomonas utilizadas por este grupo de insectos son comunes a muchos animales, o que los volátiles producidos se obtienen a partir de una gran diversidad de bacterias. en teoría, esto podría con-tribuir a evitar la transmisión de la enfermedad, puesto que la utilización de un cebo “universal” podría permitir la captura de pitos de diferentes especies o conducir al desarrollo de trampas de distracción que impidan la llegada de estos insectos a las casas. Futuros experimentos con otras especies de pitos per-mitirán resolver algunas de las inquietudes que aún presenta la quimiorrecepción en estos insectos. •

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¿POR QUÉ PREPARAMOS

COMPUESTOS EN EL LABORATORIO

SI PODEMOS EXTRAER MOLÉCULAS ACTIVAS DE ORGANISMOS VIVOS?

LILIANA MARCELA BECERRA FIGUEROA, DIEGO ALEXANDER GAMBA SÁNCHEz

¿POR QUÉ PREPARAMOS

COMPUESTOS EN EL LABORATORIO

SI PODEMOS EXTRAER MOLÉCULAS ACTIVAS DE ORGANISMOS VIVOS?

LILIANA MARCELA BECERRA FIGUEROA, DIEGO ALEXÁNDER GAMBA SÁNCHEz

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Liliana Marcela Becerra FigueroaEstudiante de maestría en Química de la Universidad de los Andes, [email protected].

Diego Alexánder Gamba SánchezPh. D. Profesor asistente del Departamento de Química de la Universidad de los Andes,[email protected].

es bien conocida la competencia que existe entre diferentes microorganismos por los nutrientes necesarios para su subsis-tencia. esta competencia ha sido aprovechada por los químicos, biólogos, químicos farmacéuticos y médicos para diseñar nue-vos medicamentos.

las más útiles, entre estas interacciones competitivas, son las de hongo vs. bacteria, bacteria vs. bacteria y hongo vs. hongo. el ejemplo clásico y comúnmente referenciado es el descubrimiento de la penicilina en 1928 [1], cuando se observó que ciertas bacterias no podían existir en los alrededores de un hongo del género Penicillium (figura 1) [2].

a partir de entonces se ha extraído e identificado una cantidad considerable de compuestos antibac-terianos de hongos [3, 4] (figura 2), como el ácido aspergílico, obtenido de la cepa Aspergillius flavus,

¿Por qué preparamos compuestos en el laboratorio si podemos extraer moléculas activas de organismos vivos?

Figura 1. Halos de inhibición del crecimiento de bacterias con Penicillium expansum.Fuente: [2]


que combate enfermedades provocadas por bacterias patóge-nas gram positivas y gram negativas, o algunas cefalosporinas, como la cefalosporina c, derivada de un hongo obtenido a me-diados de los años cuarenta de aguas residuales de la isla de cerdeña. se debe anotar que esta cefalosporina c es la estruc-tura base de las cefalosporinas, que son un grupo ampliamente conocido de antibióticos. también se han extraído algunos con estructuras esteroidales, como el ácido fusídico, antibacterial de uso tópico extraído del Fusidium coccineum, y las penicilinas ya mencionadas.

De la misma forma, se han extraído antifúngicos de bacterias [5], como la nistatina (figura 3), el primer anifúngico poliénico usado clínicamente, aislado en 1951 de la Streptomyces nour-sei. actualmente es usado contra una amplia variedad de or-ganismos; sin embargo, es demasiado tóxico para ser usado sistémicamente.

asimismo, se han obtenido antifúngicos de hongos (figura 4) [6] y antibacterianos de bacterias (figura 5) [7]. estos últimos son, tal vez, los compuestos con mayor variedad estructural y los que han mostrado mejores y más potentes actividades biológicas. en la figura 5 se observan las estructuras de la cefamicina c, que fue aislada de un cultivo de Streptomyces clavuligerus y es la primera β-lactama aislada de bacterias.

muchos de los compuestos mencionados, y otros con estructu-ras similares, o incluso más complejas, han sido utilizados desde

la antigüedad, incluso mucho antes de que se conocieran dichas estructuras y de que existiera ese concepto. un ejemplo de esto es la utilización del moho que crece en la soya para tratar las infecciones producidas por bacterias en las heridas. Por otro lado, enfermedades como la tuberculosis, la peste bubónica y la lepra fueron tratadas con antibióticos naturales, no extraídos ni caracterizados en el siglo xix. como ya se mencionó, el primer antibiótico, descubierto en 1928 por alexander Fleming, fue la penicilina, utilizada para el tratamiento de la sífilis y de enfer-medades provocadas por bacterias espiroquetas. Por su parte, los primeros antifúngicos fueron aislados e identificados como benzimidazoles a partir de 1940.

Hoy, gracias a la tecnología, se pueden producir muchos de es-tos compuestos a gran escala, sin tener que aislarlos en canti-dades mínimas de las fuentes naturales. inicialmente, esta pro-ducción en masa representaba una gran ventaja, puesto que era posible tratar muchas de las infecciones existentes si se conocía previamente su causa. sin embargo, estos microorganismos han desarrollado mecanismos de defensa que les permiten resistir a los medicamentos usados actualmente [8].

Dicha resistencia se puede dar por varios factores, como barre-ras físicas, presencia de β-lactamasas y altos niveles de trans-peptidasas, entre otros [9]. en cualquier caso, la bacteria debe poseer la información genética necesaria para desarrollar dicha resistencia, y esta información se puede obtener de mutaciones o por transferencia de genes entre células. actualmente, el pro-

Figura 2. Algunos antibacteriales extraídos de hongosFuente: elaboración de los autores

Figura 3. Estructura de la nistatina, un antifúngico extraído de bacteriasFuente: elaboración de los autores

Figura 4. Algunos antifúngicos extraídos de hongosFuente: elaboración de los autores

Figura 5. Algunos antibacterianos extraídos de bacteriasFuente: elaboración de los autores


blema es tan grande que se estima que un 60% de las cepas de Streptococcus pneumoniae es resistente a las β-lactamas, y que un 60% de Staphylococcus aureus es resistente a la meticilina. la alternativa para el tratamiento contra el Staphylococcus es la vancomicina; sin embargo, ya se empieza a observar resistencia a este tratamiento. incluso se han visto “retornar” enfermedades que pensábamos extintas. si el problema de la resistencia a los antibióticos no se soluciona, el mundo volvería a la década de los treinta, y habría demasiado riesgo de que muchas de las intervenciones quirúrgicas que hoy se realizan desataran infec-ciones. Frecuentemente esta resistencia es el producto del uso recurrente e inadecuado de estos medicamentos, muchas veces promovido por la automedicación. una vez la resistencia se pre-senta, los microorganismos tienen la capacidad de desarrollarse y reproducirse mejor que aquellos que no la han adquirido. Por esto es importante tener conocimiento de la fuente de infección, ya sea hongo, bacteria u otro microorganismo, así como del tipo de medicamento y la dosis que deben suministrarse.

Hoy es posible producir estos medicamentos a gran escala directamente de los microorganismos que producen los ele-mentos necesarios, y si bien es cierto que podemos “entrenar”

dichos microorganismos para que produzcan cantidades apre-ciables del compuesto que nos interesa, de ninguna manera es posible obtener un compuesto con una estructura modificada según nuestra voluntad.

Por tal motivo, los químicos especialistas en compuestos orgá-nicos sintéticos tratamos de contribuir a la solución de este pro-blema diseñando nuevas rutas de síntesis que nos permitan, en primera instancia, producir el compuesto de origen natural, para luego modificar su estructura para “engañar” al microorganismo causante de la infección que ha desarrollado la capacidad de resistirse a su administración.

las antimicinas son un tipo especial de compuestos aislados desde 1949 de bacterias gram positivas del género Streptomy-ces. estas bacterias, además de antimicinas han producido cer-ca de 6.000 sustancias distintas que han sido identificadas y estudiadas por sus propiedades biológicas.

las antimicinas a3b

[10, 11] (figura 6) han mostrado actividad an-tibiótica, antifúngica e inmunosupresora, y se hace evidente que adquirir la capacidad de producir antimicinas a gran escala signi-

Figura 6. Estructura general de las antimicinasFuente: elaboración de los autores

Figura 7. Inhibición de las antimicinas sobre el mecanismo de transporte de electronesFuente: elaboración de los autores

Figura 8. Análisis retrosintético para la obtención de antimicinas A3b

Fuente: elaboración de los autores


fica no solo la posibilidad de contar con estructuras variadas para estudios posteriores de actividad, sino también la posibilidad de desarrollar un tratamiento efectivo contra las cepas de patógenos que han adquirido resistencia a los antibióticos actuales.

estructuralmente, las antimicinas cuentan con características únicas, que no solo las hacen interesantes a nivel biológico, sino que también hacen de ellas un reto para sintetizarlas, pues es-tán formadas por un anillo dilactónico de nueve miembros con cadenas laterales alquílicas en posición 7, o acilaciones en po-sición 8 (figura 6). estos grupos son responsables de otorgar el carácter antifúngico y, además, el anillo dilactónico está unido a un derivado del ácido salicílico, responsable de la inhibición del trasporte de electrones para la actividad antibiótica [12].

la cadena de transporte de electrones ocurre en la membrana plasmática de las baterías a través de unos complejos respirato-rios cuya función principal es la generación de atP (figura 7). se-gún estudios reportados por David gottlieb y Paul shaw, el efecto antibacteriano de las antimicinas se da en concentraciones de 3 x 10–6 m, y actúa sobre los citocromos b y c (complejo iii), que inhibe el bombeo de protones desde la matriz, sin tener efecto sobre la succinato deshidrogenasa o complejo ii, el cual no está presente en todos los organismos y tiene como función capturar electrones del donador naDH y transferirlos a la ubiquinona (q). Por otro lado, los autores reportan que al usar concentraciones más altas de an-timicina a se ven afectados otros sitios de la cadena de transporte electrónico. sin embargo, las antimicinas no solamente tienen un efecto inhibitorio en la respiración mitocondrial, sino que también afectan procesos fotosintéticos y la síntesis de proteínas.

Debido a que la actividad en las antimicinas está muy ligada a los sustituyentes alquílicos, acílicos y al derivado del ácido sali-cílico, es necesario obtener grandes cantidades de antimicinas con grupos distintos en estas posiciones. la estrategia común de obtención de antimicinas es el cultivo de cepas de Strep-tomyces incubadas a 27 °c en agares ricos en glucosa y pep-tonas. Habitualmente las extracciones se realizan con acetona y cloroformo, seguidas de la evaporación de los disolventes y de la purificación mediante cromatografía en columna para obtener pequeñas cantidades.

Por tal motivo, si se requiere un tipo de antimicina con sustitu-yentes específicos en posiciones 7 y/o 8 es necesario prepararla en el laboratorio. sin embargo, las síntesis descritas anterior-mente reportan bajos rendimientos en la obtención del anillo dilactónico y largas rutas sintéticas de entre 15 y 20 pasos.

con nuestra propuesta de síntesis (figura 8) pretendemos ob-tener antimicinas a

3b en un máximo de 10 pasos de síntesis

y con la posibilidad de aplicar esta ruta para la obtención de otros análogos de antimicinas con diferentes radicales alquilo y acilo en las posiciones deseadas, importantes para la actividad antibiótica y antifúngica.

Dadas las características divulgativas de este artículo, no expli-caremos en detalle la ruta de síntesis propuesta. sin embargo, se debe señalar que su novedad radica en la utilización de reac-tivos económicos de origen natural, tales como steviol, extraído de la Stevia rebaudiana, alcanfor o mentol y aminoácidos como fuentes de quiralidad.

en conclusión, se ha mostrado por qué, a pesar de que existen maneras de obtener antibióticos conocidos en grandes cantida-des, hay una necesidad creciente de lograr estructuras simila-res o modificadas en el laboratorio. Para esto, el laboratorio de síntesis orgánica bio- y organocatálisis de la universidad de los andes trabaja en nuevas rutas para la obtención de moléculas bioactivas, no solamente antibióticas, sino también antifúngicas, antitumorales, inhibidoras de diferentes enzimas y antivirales, todo esto con el apoyo económico de la Facultad de ciencias, del Departamento de química y de entidades externas, como la Fundación para la Promoción de la investigación del banco de la república. •

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“NARICES QUÍMICAS” PARA EL

DIAGNÓSTICO EFECTIVO DEL CÁNCERJESSICA ORREGO HERNÁNDEz

“NARICES QUÍMICAS” PARA EL

DIAGNÓSTICO EFECTIVO DEL CÁNCERJESSICA ORREGO HERNÁNDEz

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“Narices químicas” para el diagnóstico efectivo del cáncer*1

* La autora agradece al profesor Diego Alexánder Gamba Sánchez por su constante motivación en clase y por sus oportunos consejos durante la redacción de este artículo.

Jessica Orrego HernándezEstudiante de maestría en Química de la Universidad de los Andes,[email protected]

muchos de los pacientes con cáncer solo conocen su diag-nóstico cuando la enfermedad se encuentra localmente avanzada o metastásica, etapa en la que, por lo general, la tasa de supervivencia es baja. alrededor del 50% de los casos se logran curar, pero a menudo vuelven a desarrollar un segundo cáncer primario. Por tal razón, es importante un seguimiento continuo de los pacientes que superan esta enfermedad.

actualmente, las técnicas empleadas para la detección del cáncer van desde análisis de rayos x, ultrasonografía, resonancia magnética de imagen y pruebas de laboratorio, hasta biopsias. muchos de estos métodos de diagnóstico son dolorosos e incómodos para el paciente, pues son de carácter invasivo y es necesario el suministro de agentes de contraste que proporcionen mejor visibilidad del órgano afectado [1]. el desarrollo de dispositivos que permitan un diagnós-tico rápido y seguro de cualquier tipo de cáncer es una prioridad, ya que posibilitarían mejorar la calidad de vida y la supervivencia de los pacientes.

en la búsqueda de métodos eficientes y novedosos para la detección del cáncer, la naturaleza nos muestra cómo la habilidad olfativa de los perros sirve para la detección temprana de cáncer en humanos. Por medio de su nariz, los perros recogen compuestos químicos caracte-rísticos de la enfermedad en cantidades muy bajas, provenientes del aliento o de la orina de la persona. en la fundación Pine street, en el condado de marín, california, se ha demostrado que algunos perros adiestrados de raza pastor alemán son capaces de identificar cáncer de mama y pulmón en sus primeras etapas, con al menos un 88% de precisión. este mismo grupo de investigación está estudiando la detección de cáncer de ovario mediante el entrenamiento de dos perros labradores y tres perros de agua portugueses [2]. Del mismo modo, en la universi-dad de París Vi, Francia, se ha reportado un perro pastor belga que puede reconocer el olor del cáncer de próstata en la orina humana con una tasa de acierto del 91% [3].

Debido a la invaluable utilidad que representan las narices de los perros para diagnosticar el cáncer, y con el fin de imitar el funcionamiento de la nariz de estos animales, se han estudiado y desarrollado sistemas artificiales llamados “narices químicas”. con ellos se busca detectar compuestos mediante la simulación de etapas del sistema olfativo animal, que incluyen el muestreo y filtrado de sustancias utilizando sensores bioquímicos con los que los compuestos que se quieren analizar pueden reaccionar; a esta etapa sigue otra de generación, amplifica-


ción y tratamiento de la señal de respuesta del sensor, lo que da como resultado el reconocimiento de lo que se desea analizar (figura 1) [4].

uno de los pasos clave para el buen funcionamiento de las “na-rices químicas” es el correcto diseño de la plataforma donde se lleva a cabo la detección, cuya superficie se encuentra cubierta por sensores bioquímicos que reaccionan ante los compuestos que se desea detectar. es en este momento cuando ocurre la mayoría de los procesos biológicos de reconocimiento mediante interacciones específicas. no obstante, para simular procesos sensoriales reales, como sabor y olor, hay que tener en cuenta que la unión del sensor con los analitos debe ser de tipo dife-rencial o selectiva. la nariz humana no es específica al olor de una fruta particular, sino que es selectiva, pues ante un grupo de frutas podemos diferenciar cada una de ellas. es así como deberían funcionar las “narices químicas”: tener la capacidad de identificar entre una célula sana y una cancerígena y distinguir a qué órgano o tejido corresponde. De esta forma, cuando los analitos entran en contacto con dicha plataforma sensorial, esta debe generar un patrón único de respuesta para cada compues-to —tal como una huella digital—, para que sea un detector con capacidad de analizar una gran variedad de sustancias.

una vez aclarado cómo debe ser el funcionamiento de las “na-rices químicas”, queda un interrogante: ¿de qué material de-ben estar hechas las plataformas de detección? la respuesta la encontramos en las nanopartículas de oro (aunP), que han sido ampliamente empleadas en bionanotecnología por sus pro-piedades únicas y por permitir una fácil funcionalización de su superficie. la capacidad de este material, de tamaño nanomé-trico, de unirse con una gran variedad de moléculas biológicas, como oligonucleótidos, anticuerpos, proteínas y lípidos, las hace promisorias para el diseño de nuevos sensores que puedan de-tectar el cáncer. además, en un diagnóstico, la unión entre los compuestos que se van a estudiar y las nanopartículas de oro funcionalizadas puede alterar algunas de sus propiedades fisi-coquímicas, como el comportamiento óptico o la conductividad, lo cual generaría una señal detectable [5].

recientemente, rotello y colaboradores desarrollaron una “na-riz química” basada en nanopartículas de oro para la detección sensible y rápida, a nivel microscópico, de muchos tipos de cé-lulas cancerígenas en su estado metastásico en tejidos vivos [6]. este sensor consiste en un arreglo de nanopartículas de oro funcionalizadas que tienen unidas en su superficie unas proteí-nas llamadas green fluorescence proteins (gFP). las proteínas

Figura 1. “Narices químicas” que imitan el sistema olfativo animal. El sensor simula las diferentes etapas del sistema olfativo animal, lo que da como resultado un eficiente reconocimiento de com-puestos volátiles. Esto permite discriminar entre diferentes especies bacterianas. Fuente: [4]

Receptor olfativo

Arreglo de sensores electrónicos

Bulbo olfatorio

Preprocesador

Corteza olfativa

Patrón de reconocimiento

¿Especies bacterianas?

¿Comida contaminada?

Muestra

Cilios Nervio olfativo

Mucosa Placa cribiforme


Figura 2. A) Ilustración esquemática de la modulación de la fluorescencia por la unión competitiva entre las proteínas GFP y las proteínas de las células cancerosas con las nanopartículas de oro. B) Modelo de un patrón de fluorescencia único (huella digital) para la célula estudiada. C) Imágenes de bioluminiscencia de un ratón para la producción y selección de células y tejidos cancerígenos que son utilizados en los ensayos de detección de la “nariz química”. En el día cero se inyecta en el torrente sanguíneo del ratón el gen que sirve para generar células cancerígenas, marcado con la proteína GFP, y en diferentes días se muestra la localización de cáncer adrenal, en ovario y huesos. Fuente: [6].

A)

Arreglos de nanopartículas de oro-GFPFluorescencia "OFF"

A B C D E F G

1

2

3

4

Día 0 Día 63

Fluorescencia "ON"

Lisado

Generación de metástasis

B) C)

Día 66 Día 73


gFP normalmente emiten fluorescencia, pero cuando están in-teractuando con las nanopartículas de oro, esta fluorescencia desaparece. se dice que en este estado el sensor se encuentra apagado. cuando el sensor entra en contacto con células “en-fermas”, estas, en cuestión de minutos, desplazan las proteínas gFP que se hallaban en la superficie de las nanopartículas de oro, y estas quedan completamente libres y, por lo tanto, la fluo-rescencia se activa. se dice que en este estado el sensor se encuentra encendido (figura 2a). esta “nariz química” genera un patrón de fluorescencia único para cada célula (figura 2b) y es capaz de diferenciar entre metástasis bajas y altas, así como de discernir entre las células tumorales de sitios específicos, como las del cáncer de mama, hígado, pulmón y próstata.

Para probar el sensor se tomaron tejidos sanos y tumorales de un ratón (figura 2c), y las células cancerígenas fueron diferenciadas de los tejidos sanos en poco tiempo. el sistema proporciona, así, un medio rápido y muy general de detección e identificación de cáncer, con una sensibilidad impresionante, pues el sensor es efi-ciente en la discriminación de muestras con muy poca cantidad de tejido: tiene la capacidad de detectar alrededor de 1.000 células provenientes del tejido por cada nanopartícula de oro presente en el sensor. si se empleara en ensayos clínicos, solo se necesitarían 200 ng (0,0000002 g) de tejido, y para obtenerlos se practicaría una microbiopsia, que es una técnica mínimamente invasiva.Finalmente, la estrategia basada en una “nariz química” es una buena alternativa para la detección rápida y poco invasiva de una gran variedad de tipos de cáncer en tejidos u órganos humanos mediante la generación de un patrón único de fluo-

rescencia (“huellas dactilares”) para cada célula en diferentes estados. este tipo de sensores son prometedores para futuras aplicaciones clínicas, ya que el paciente, con una simple punción del tejido u órgano, con el fin de extraer una mínima cantidad de muestra, puede saber en cuestión de minutos si tiene o no algún tipo de cáncer. •

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EN BUSCA DE LOS COLORES OCULTOS DEL ARRECIFECATALINA RAMÍREz, FABIO CASAS, ADRIANA SARMIENTO, MARCELA VILLEGAS, ÁNGELA DELGADO, NATALIA JIMÉNEz, DAMIÁN PARDO, IVÁN CALIXTO, SUSANA SIMANCAS, JUAN ARMANDO SÁNCHEz

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Catalina Ramírez [email protected]

Fabio Casas [email protected]

Adriana Sarmiento [email protected]

Marcela Villegas [email protected] de maestría en Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes

Ángela Delgado [email protected] de Biología de la Universidad de los Andes

Natalia Jiménez [email protected]

Damián Pardo [email protected] Estudiantes de Biología y Microbiología de la Universidad de los Andes

Iván Calixto [email protected]

Susana Simancas [email protected] de doctorado en Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes

Juan Armando Sánchez M.Ph. D. Profesor titular del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes, [email protected]

en el mundo natural, la oscuridad, más que con la inac-tividad, ha sido frecuentemente asociada con el descu-brimiento de nuevos mundos y facetas. es por esto que la frase popular “se puede encontrar luz en medio de las tinieblas” no suena a invención, si esa luz se interpreta como el conocimiento que proviene de explorar “con las luces apagadas”. el mundo marino ha sido un gran ejem-plo de esto, pues la búsqueda de respuestas sumergidas más allá de nuestra zona de comodidad —mucho más allá de donde la luz llega— ha conducido a nuevos ha-llazgos biológicos, como los ecosistemas arrecifales de profundidad y las fuentes hidrotermales submarinas.

los asombrosos escenarios develados nos inducen a explorar ecosistemas tan fascinantes e importantes para el equilibrio de la biosfera como los arrecifes coralinos. Durante el día, el paisaje sumergido muestra una amplia variedad de colores y formas que intrigan e invitan a examinar más de cerca el mundo submarino. sin embargo, al caer la noche, los matices y siluetas que se hacían evidentes durante el día parecen desvanecerse. entonces es cuando surgen algunos interrogantes: ¿qué pasa en la noche?, ¿a dónde han ido esos matices y siluetas que en el día parecían tan llenos de vida?… en busca de respuestas, nos sumer-gimos en la oscuridad de las aguas del mar caribe.

LA EXPEDICIÓN

Durante el curso de ecología marina tropical surgió la idea de viajar un poco al norte en busca de arrecifes y otros ecosistemas marinos que permitieran profundizar el conocimien-to adquirido durante el semestre. el parque nacional Portobelo, ubicado en la provincia de colón, al norte del istmo de Panamá, parecía el lugar perfecto para la exploración. la gran diversidad marina que este parque alberga en sus 34.846 hectáreas de extensión, entre áreas marinas y terrestres, lo convirtieron en la locación ideal para nuestra investigación.

aprovechando la riqueza submarina y la luz del día, se examinó preliminarmente la zona y se evaluó la diversidad marina en tres arrecifes coralinos: isla Drake, salmedina y buena-ventura. Varias especies de peces, esponjas, corales, crustáceos y otros invertebrados ma-rinos nos dieron la bienvenida bajo el mar. especies representativas de peces comúnmente asociados a estos ecosistemas tropicales y especies invasoras, como el pez león (Pterois volitans), dominaron el paisaje subacuático (tabla 1). no obstante, fue la abundancia de organismos sésiles, como corales formadores de arrecife, octocorales y esponjas, lo que

En busca de los colores ocultos del arrecife


nos dejó asombrados y a la expectativa de cómo podía cambiar el panorama al caer la noche.

con los últimos rayos del sol, el acceso disponible a un arrecife somero nos motivó a realizar la expedición nocturna en bus-ca de respuestas. Para muchos, esta representaba la primera experiencia de inmersión en medio de la oscuridad, por lo cual los nervios eran evidentes. sin embargo, con el traje puesto y la cabeza bajo el agua, la ansiedad se disipó y la excitación por develar ese mundo desconocido que se extendía a nuestro alre-dedor, empezó a crecer. una vez adaptados a la oscuridad, las expectativas de lo que esperábamos encontrar se quedaron cor-tas comparadas con lo que se revelaba conforme las linternas iluminaban los alrededores del ecosistema a nuestro paso. la gran cantidad de animales que se dejan seducir por la oscuridad y la aprovechan para abandonar sus refugios diurnos nos dejó asombrados y nos demostró, una vez más, que la penumbra no es sino la puerta abierta a un mundo lleno de vida.

sin embargo, nuestra búsqueda no terminaba aún. en busca de los colores que algunos organismos esconden y solo se hacen visibles con ciertas ondas de luz, asumimos el reto de explorar otra faceta de la oscuridad, y apagamos las linternas convencio-nales para dejarnos llevar un poco más allá de lo evidente (figuras 1 y 2). cuando utilizamos una linterna modificada para inmer-siones submarinas y adaptada para proporcionar luz ultravioleta

(ver el recuadro “Hazlo tú mismo”), los organismos del arrecife nos revelaron el esplendor de sus colores fluorescentes, en con-traste con la completa oscuridad que nos rodeaba (figura 3). maravillados ante el espectáculo, localizamos los principales or-ganismos fluorescentes del arrecife, entre los cuales, algunos corales y anémonas se robaron por completo nuestra atención (figura 4). la riqueza de matices fluorescentes nos dejó impre-sionados y nos llevó a indagar qué hace que los habitantes de los arrecifes desarrollen ese tipo de pigmentos.

LA FUNCIÓN DE LOS PIGMENTOS EN UN MUNDO EN ESCALA DE GRISES

el mundo de colores observados durante la expedición nocturna reveló la complejidad de la luz en relación con el mundo sub-marino. Por su naturaleza, el agua absorbe, refleja y dispersa partículas de luz que inciden sobre sus moléculas. es por esto que basta sumergirse un poco para notar que el mundo pierde sus colores. en el mundo submarino esto no es muy diferente: a medida que aumenta la profundidad, los colores van disminu-yendo, empezando por la escala de rojos y violetas. las cosas que en la superficie parecían estar llenas de tonalidades, en el fondo no parecen tener más que un tenue color azulado.

en el mundo de los invertebrados, los pigmentos constituyen un diverso grupo de moléculas, entre las cuales, las proteínas fluo-

Tabla 1. Diversidad de peces y organismos sésiles asociados a los arrecifes coralinos del parque nacional Portobelo, Panamá

Grupo Identificación

Peces

Sparisoma spp. y Scarus spp. (pez loro)

Pomacanthus arcuatus (pez ángel)

Pseudopenaeus maculatus (pez cabra punteado)

Acanthurus bahianus (cirujano)

Heteropriacanthus sp. (pez ojo de vidrio)

Pagrus pagrus (pargo rojo)

Bodianus rufus (colombiano)

Caranx sp. (cojinúa azul)

Aulostomus maculatus (pez trompeta)

Holocentrus rufus (pez ardilla)

Corales duros formadores de arrecife

Porites astreoides

Agaricia sp.

Diploria sp.

Montastraea sp.

Micetophyllia sp.

Octocorales o corales blandos

Eunicea fusca

Pseudoplexaura sp.

Plexaura sp.

Pterogorgia anceps

Esponjas

Aplysina sp.

Niphates erecta

Neopetrosia carbonaria

Xestospongia muta

Amphimedon compressa

Fuente: fotografías de los autores


rescentes —cadenas de residuos cortos de aminoácidos— son responsables de gran parte de los colores de este grupo de ani-males que domina el paisaje de muchos ecosistemas marinos. sin embargo, la función biológica específica de estas proteínas se encuentra aún en debate [1].

en los corales formadores de arrecifes, las proteínas fluorescen-tes son las moléculas naturales que determinan gran parte del color, y constituyen casi el 14% del contenido de proteínas [2]. la presencia y producción de estos pigmentos en tejidos afectados por diferentes factores de tipo biótico —enfermedades o compe-tencia— y abiótico —temperatura, radiación o nutrientes— su-giere la posible relación de su función con el sistema de defensa primario de los corales, activado por diferentes causas de estrés [3-5]. esto se debe a que, como respuesta innata, este grupo de invertebrados cambia su coloración en zonas comprometidas y desencadena la producción de diferentes pigmentos, como la me-lanina, principalmente cuando se expone a longitudes de onda muy energéticas, como las proporcionadas por la luz azul [6].

adicionalmente, el hecho de que estas moléculas tengan la ca-pacidad de emitir luz en una longitud de onda diferente a la que absorben ha llevado a pensar en posibles funciones de fotopro-tección contra la excesiva radiación [7]. estas funciones podrían incluir actividad antioxidante —inactivación de radicales libres de oxígeno— y estímulo de la fotosíntesis realizada por los sim-biontes asociados a los corales, gracias a los cuales estos cons-truyen el arrecife [8]. este potencial rol de las proteínas fluores-centes podría ser la clave de la sobrevivencia de este grupo de invertebrados y de su capacidad de enfrentar las condiciones ambientales que continuamente cambian en nuestro planeta y que ya han llegado a afectar los océanos y sus ecosistemas.

LAS PROTEÍNAS Y LA FOTOPROTECCIÓN

los corales hermatípicos son organismos asociados a zooxan-telas, a microalgas simbiontes fotosintéticas, unicelulares y mi-croscópicas que benefician a los corales en algunos procesos nutricionales. los corales pueden tener varios millones de estas células por centímetro cuadrado de tejido, donde se alojan en vesículas intracelulares. Para que esto sea posible, los corales necesitan estar expuestos constantemente a altas intensidades de luz, pues este es un elemento fundamental para que las zooxantelas puedan realizar fotosíntesis y producir los nutrientes más accesibles para las estructuras coralinas. los tejidos de estos organismos soportan altos niveles de radiación ultravioleta (uV), que pueden alterar el funcionamiento celular ocasionando la producción de compuestos que tienen un efecto negativo so-bre el material genético de estos animales. este fenómeno ha obligado a los corales a desarrollar estrategias que les permiten aprovechar sustancialmente la luz solar sin verse perjudicados por este tipo de problemas [9].

la principal adaptación a esta problemática es la presencia de un componente acuoso, de tipo pigmento, denominado s-30, que presenta un pico de absorción máxima en 320 nm. este compuesto está constituido por aminoácidos con estructuras químicas muy particulares, que hacen que tenga propiedades de pantallas de radiación uV. estos aminoácidos, denominados maas, tienen una molécula cromófora que les confiere color, gracias a la cual presentan un rango de absorbancia entre 310-360 nm, abarcando prácticamente todo el espectro de la radiación uV, lo que garantiza la protección constante a los or-ganismos de este tipo de radiaciones [10]. su presencia está ampliamente distribuida en varios grupos taxonómicos que

Figura 1. Los colores ocultos, finalmente revelados. La exploración nocturna del arrecife revela la diversidad y variación de colores que organismos sésiles, como los corales escleractinios, pueden presentar de acuerdo con los tipos de luz disponibles. El comúnmente conocido como coral lechuga, Leptoseris cucullata, exhibe el cambio de tonalidad cuando se cambia la luz de una linterna convencional (figura 1A) por la luz UV (figura 1B). Las imágenes ponen en evidencia la presencia de las proteínas fluorescentes en los corales formadores de arrecifes, las cuales absorben diferentes longitudes de onda y determinan gran parte del color que se puede observar.Fuente: fotografías de los autores


Figura 2. El espectro de color en la vida submarina. Las diferentes longitudes de onda revelan una nueva perspectiva de la vida submarina, en la que la ausencia de algunos tipos de luz nos permite descubrir la variedad de colores que algunos habitantes del mar esconden naturalmente a nuestros ojos. Corales duros, como el Isophyllia sinuosa, develan en sus intricadas formas una diversidad de matices asombrosa, incluso ante la luz de una linterna corriente (2A). Por su parte, el Colpophyllia natans, también conocido como coral cerebro, por su peculiar conformación en laberintos extendidos en la superficie de una cúpula, nos revela sus tonos azulados gracias a la radiación proporcionada por la linterna UV (2B).Fuente: fotografías de los autores


Figura 3. Luces en la oscuridad. Anémonas de la especie Stichodactyla helianthus (3A) y Ricordea florida (3B), pertenecientes a la misma clase de organismos que los corales —Anthozoa—, deslumbran nuestra mirada al exhibir una distribución particular de las proteínas fluorescentes en la punta de los tentáculos de sus pólipos. La concentración del color en las zonas apicales, en contraste con el fondo iluminado por la luz UV, convierte el panorama en una imagen de otro mundo.Fuente: fotografías de los autores

Figura 4. Esplendor subacuático. Es asombroso pensar que más del 70% de nuestro planeta se encuentra sumergido, y que gran parte de las maravillas de la biodiversidad está allí esperando a ser descubierta. Estas imágenes son un buen ejemplo de esto, donde anémonas de las especies Phymanthus crucifer (4A) y Condylactis gigantea (4B) revelan su esplendor bajo la luz de la linterna UV. Estos organismos, considerados entre los grupos menos derivados entre los animales, se componen en gran parte de proteínas con capacidad de emitir fluorescencia al ser excitadas con una longitud de onda específica.Fuente: fotografías de los autores


habitan en ambientes acuáticos, como peces, algas, cnidarios, cianobacterias y equinodermos, entre otros.

logramos visualizar este tipo de adaptaciones cuando, en medio de la noche, alumbramos estos organismos con una linterna que emite luz ultravioleta. las ondas emitidas activan un sinnúmero de reacciones químicas que despliegan una combinación ini-maginable de formas y colores fluorescentes, demostrando, de la forma más simple, una más de todas las maravillas que se esconden bajo la superficie. llevando al máximo el iso de la cámara réflex1 fue posible capturar parcialmente los fascinantes colores que emiten estos corales bajo radiación uV. •

AGRADECIMIENTOS

Departamento de ciencias biológicas, universidad de los andesraúl de león, Panama Dive adventure (http://dive.com.pa), Panamá

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1 iso 9600, nikon D7000.Figura 5. Hazlo tú mismo (linterna UV), por Natalia Jiménez (estudiante de Biología y Microbio-logía, Universidad de los Andes)

Haz tú mismo la linterna UV

Materiales

1.

3.

4. 5.

6.

2.

Linterna normal de 15 o más leds con buen sellamiento

Desmontar cada uno de los leds (hay que fijarse en la posición de las patas de estos dentro de

la placa).

Destapar la linterna.

Leds ultravioleta Silicona Soldadura y crema para soldar

Cambiar los leds originales por los UV y soldarlos.

Antes de volver a armar todo, ponerle

al cristal de la lámpara un poco de silicona, para

asegurar así que la linterna a

profundidad no se vaya a dañar.

Cuando la linterna esté cerrada, se pueden sellar con cinta aislante los lugares de unión de la tapa, para así lograr mejores resultados; esto evitará que el agua se

filtre en el interior.

Fuente: Hari Manoharan / Stanford University

GRAFENO: FÍSICA Y APLICACIONES

TECNOLÓGICAS EN DOS DIMENSIONES

YENNY HERNÁNDEz

GRAFENO: FÍSICA Y APLICACIONES

TECNOLÓGICAS EN DOS DIMENSIONES

YENNY HERNÁNDEz


Grafeno: física y aplicaciones tecnológicas en dos dimensiones

Yenny HernándezPh. D. Profesora asistente del Departamento de Física de la Universidad de los Andes, [email protected]

cada cierto tiempo mentes curiosas nos muestran que las preconcepciones que teníamos sobre cómo funciona la naturaleza están erradas o simplemente no nos permi-ten ver fenómenos físicos interesantes a nuestro alrede-dor. en ciencias, a estas preconcepciones las llamamos paradigmas, y estos nos permiten por cierto tiempo tener un orden —o un método, si se quiere— para abordar un problema científico.

alguien alguna vez dijo que no se llegó a la bombilla eléctrica haciéndole pequeñas mejoras a una vela. se necesitó investigación básica y mentes curiosas para llegar a un desarrollo que cambió la forma como iluminamos nuestros hogares. en ciencia hay muchos ejemplos de cambios de paradigmas, incluyendo la teoría de la relatividad de einstein, y más recien-temente el descubrimiento de los cuasicristales y el grafeno.

en el caso de los cuasicristales, el científico Dan shechtman observó en el microscopio electrónico cristales ordenados no periódicos [1]. su descubrimiento le hizo merecedor de burlas de sus colegas, pues renombrados científicos, así como los libros de texto, afirmaban que este tipo de materiales no podían existir en la naturaleza. sin embargo, otros científicos en diversas partes del mundo empezaron a corroborar las observaciones de shechtman [2], lo que lo hizo merecedor del Premio nobel de química en el año 2011. cabe mencionar que la definición de qué es un material cristalino debió ser revisada y actualizada en los libros de texto para que estuviera a tono con estos materiales recientemente descubiertos.

el grafito es un material que está compuesto de capas hexagonales de carbono superpuestas. a cada una de estas capas la llamamos grafeno, y por muchos años hemos sabido aprovechar el hecho de que estas se deslizan con relativa facilidad entre sí para utilizar el grafito como material lubricante o simplemente para escribir en una hoja de papel. la posibilidad de aislar una sola capa de grafeno de un cristal de grafito era considerada imposible, pues cálculos teóricos predecían que sería termodinámicamente inestable y que rápidamente colapsaría en una estructura curva [3].

en el año 2004, los profesores andre geim y Konstantin novoselov, de la universidad de manchester, reportaron la observación de una capa de grafeno estable a temperatura am-biente [4]. el método de preparación que utilizaron para obtener grafeno se llamó de dela-minación mecánica y simplemente consiste en quitar repetidamente capas de un cristal de grafito con cinta pegante hasta llegar a una sola capa. geim y novoselov lograron identificar el grafeno utilizando un microscopio óptico, lo que también fue revolucionario, pues mate-


riales con grosores de menos de un nanómetro generalmente solo pueden observados con microscopios electrónicos o de fuerza atómica.

aunque el trabajo de geim y novoselov fue rechazado en varias ocasiones por reconocidas revistas científicas, cuando fue publi-cado no fue recibido con resistencia, como ocurrió con el trabajo de shechtman. la curiosidad que en el mundo de la física cau-só un material que puede ser aislado con cinta pegante y que puede ser observado con un microscopio óptico fue en realidad como un respiro para la ciencia experimental, cuyas técnicas de preparación y caracterización de materiales avanzados son cada vez más complejas y costosas.

Desde entonces el grafeno ha causado una revolución en la física y la ciencia de materiales por sus impresionantes pro-piedades mecánicas, ópticas y de transporte eléctrico (tabla 1). adicionalmente, el grafeno ha permitido realizar experimentos de electrodinámica cuántica y de física atómica y molecular para observar fenómenos como la paradoja de Klein [5], que consiste en que los electrones en grafeno pueden tunelar una barrera de potencial de cualquier característica con una probabilidad del 100%, o el colapso atómico [6], que consiste en que electrones cercanos a un núcleo con un número crítico de protones (carga positiva) son atraídos hacia el núcleo para luego emitir un po-sitrón. este fenómeno ha sido una pregunta abierta en física nuclear por muchos años y hasta ahora no se habián podido te-ner electrones lo suficientemente rápidos o núcleos lo suficien-temente estables que permitieran su observación experimental.

se han desarrollado métodos químicos y físicos para la produc-ción a gran escala de grafeno. la calidad (cristalinidad) de las muestras depende en gran medida del método usado (tabla 2). la exfoliación mecánica sigue siendo el método preferido por los físicos debido a la alta calidad de los cristales producidos. la exfoliación de grafeno en fase líquida a partir de grafito por métodos físicos [11] o químicos [12] permite obtener grafeno en grandes cantidades, lo que impulsó a los científicos de ma-teriales a desarrollar aplicaciones como celdas de combustible, electrodos conductores y materiales reforzados. la deposición química en fase de vapor (cVD) permite la producción de capas

Figura 1. Delaminación mecánica de grafito para obtener grafeno (© Scientific American)

Tabla 1. Algunas propiedades físicas del grafeno

Grafeno Otros materiales

Resistencia mecánicaMódulo de Young [7] Y = 1 TPaResistencia intrínseca = 1 GPa

Acero Y = 0,2 TPa

Transporte térmicoConductividad térmica [8]~5.000 WmK-1 Diamante ~2.000 WmK-1

Transporte eléctricoMovilidad de electrones a temperatura ambiente [9] μ = 2,5 x 105 cm2 V-1 s-1

Silicio μ = 1.400 cm2 V-1 s-1

Propiedades ópticasAbsorción óptica de 2,3% en un rango muy ancho de frecuencias [10]

100 capas de oro serían necesarias para tener esa absorción óptica

Tabla 2. Propiedades del grafeno obtenido por diferentes métodos [14]

Método Tamaño delcristal (μm)

Tamaño de la muestra

(mm)

Movilidad(cm2 V-1 s-1) Aplicaciones

Exfoliación mecánica

>1.000 >1 2 x 105 • Investigación

Exfoliación química

≤0,1

Puede formar grandes áreas con capas superpuestas

100

• Recubri-mientos

• Tintas con-ductoras

• Películas conductoras

• Materiales compuestos

Óxido de grafeno

~100 Puede formar grandes áreas con capas superpuestas

1

• Recubri-mientos

• Almacena-miento de energía

• Películas conductoras

• Materiales compuestos

Deposición química en fase de vapor (CVD)

1.000 ~1.000 10.000

• Fotónica• Nanoelec-

trónica• Sensores

Crecimiento sobre SiC

50 100 10.000• Transistores

de alta frecuencia


de grafeno en áreas del tamaño de una pantalla de televisión [13], lo que la convierte en uno de los métodos más promete-dores para el desarrollo de aplicaciones a base de grafeno en un futuro no muy lejano. adicionalmente, es posible evaporar átomos de carburo de silicio (sic) y obtener grafeno en áreas del tamaño de una oblea de silicio (~13 cm de diámetro) en condi-ciones de alto vacío y alta temperatura. esta técnica permite pro-ducir grafeno de alta calidad, pero su montaje experimental es costoso y poco accesible a la comunidad científica en general.

el rápido desarrollo del grafeno invita a soñar con aplicaciones que revolucionarán la tecnología (figura 2). Por esto es necesario ser realistas y críticos con respecto a los verdaderos alcances de este nuevo material. Pantallas táctiles que utilizan el grafeno como electrodo conductor han demostrado ser un fuerte com-petidor del ito (material que utilizamos en los dispositivos ac-tuales), por su flexibilidad, costo y durabilidad. la introducción de grafeno, sin embargo, en papel electrónico (e-paper ) o en diodos orgánicos (oleD) flexibles aún tiene algunos retos, como alcanzar la reducción de la resistencia de contacto con los otros materiales utilizados y un mejor recubrimiento de superficies, en el caso de los oleD. en el caso de los transistores de alta frecuencia, estos deben poder trabajar en el orden de los 1012 Hz (tHz), valor que aún no se ha alcanzado experimentalmente.estos desafíos, sin embargo, no han detenido a los científicos e in-genieros en la obtención de patentes para futuras aplicaciones. la competencia mundial es liderada por china (figura 3), aunque es importante anotar que en corea, samsung está haciendo grandes

avances para lo que ellos proyectan como un futuro de electrónica flexible (samsung posee un total de 407 patentes en grafeno). ibm, en estados unidos, un poco más centrada en el desarrollo de electrónica de alta frecuencia, tiene hasta ahora un total de 134 patentes en grafeno, lo que hace de ella el segundo competidor industrial después de samsung. ¿Permite esto suponer que apli-caciones a base de grafeno llegarán a nosotros más pronto de lo que pensábamos? muy probablemente no. en la industria, la com-petencia por las patentes es fuerte, y muchas veces improductiva. la mayoría de las patentes no traen dividendos económicos, pero el hecho de que el número sea alto significa que algunas lo harán.

esto también es muestra de la brecha que aún existe entre la academia y la industria. los efectos físicos observados en gra-feno nos seguirán asombrando por muchos años, y la industria tendrá que aprender un poco de física para explotar el verdadero potencial de este material. es sorprendente ver cómo el reino unido, país que le dio vida al grafeno en 2004, se encuentra tan rezagado en la competencia por las patentes, con 54 aplicacio-nes en total. esto quizá es una muestra de que la academia tam-bién debe aprender de la industria en términos de desarrollos tecnológicos. ideas innovadoras en el área del grafeno podrían dar a nuestros estudiantes una opción laboral en el desarrollo de productos de alto valor agregado que aproveche el potencial en ciencia básica en ingeniería disponible. el acompañamiento de las universidades a estas empresas de base tecnológica es fundamental, y en mi opinión debe ser prioridad de los gobiernos y de las agencias de financiación. •

Figura 2. Algunas aplicaciones a base de grafeno recientemente desarrolladas. Izquierda: supercapacitores impresos a gran escala en un sustrato flexible para almacenamiento de energía [15]. Derecha: transductor electrostático (parlante en miniatura) a base de grafeno, que funciona en el espectro completo de frecuencias audibles (20 Hz-20 kHz) [16].

Marco

7 mm

Diafragma de grafeno


REFERENCIAS

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ble en http://arxiv.org/abs/1303.2391; 2013.

Figura 3. Número de patentes en grafeno por país (© Cambridge IP)

2500

2000

1500

1000

500

0

Núm

ero

de p

aten

tes

en g

rafe

no

China Estados Unidos Corea Reino Unido


[ Entrevista con Laurens Ganzeveld ]

laurens ganzeveld es profesor asistente del Departamento de ciencias ambien-tales y director del grupo de investigación de ciencias del sistema terrestre de la universidad de Wageningen, en Holanda. el año pasado estuvo como profesor visitante en la universidad de los andes y dio un curso sobre cambio climático y global. el próximo mes de junio impartirá de nuevo un curso de verano sobre el sistema de la tierra: el rol de la atmósfera-océanos-biósfera-litósfera-criósfera y sus interacciones y reacciones con el clima y con el cambio climático global.

Usted ha viajado varias veces a Colombia y ha impartido algunos cursos en nuestro país. ¿Por qué es de su espe-cial interés un país como Colombia?

en primer lugar, porque mi esposa es colombiana, así que ahora también soy parte de la familia colombiana, y porque he estado varias veces allí. De hecho, en enero pasado hice mi decimoter-cera visita, y tenemos cierto interés en conformar un pequeño laboratorio allá entre los dos países, pero esto hace parte, por supuesto, de mi motivación personal. Por otra parte, también he encontrado, en los últimos años, que en colombia hay un montón de problemas de contaminación, de medioambiente y cambio climático, y, de alguna forma, tengo la sensación de que pueden existir desafíos interesantes en los que podría aprove-char toda mi experiencia y conocimientos y, tal vez, involucrar-me en algunos trabajos de investigación y con la educación en colombia. esto lo confirmé en el último curso que impartí en colombia sobre cambio climático global, cuando muchos mos-traron interés en aprender más acerca de estos temas.

¿Cómo califica la calidad del aire de una ciudad como Bogotá?

¡oh! ¡ese es un problema mayor! la calidad del aire en bogotá es terrible, y esa es una de las razones por las cuales no me gusta pasar mucho tiempo allá, porque no es saludable. sin embargo, me temo que este tema no es prioritario para la ma-yoría de los colombianos, puesto que hay otros problemas más importantes, como la seguridad social y la criminalidad; pero, para mí, la contaminación del aire de bogotá es realmente un asunto de alta prioridad, y es probable que lo sea para otras ciu-dades. lo interesante es que día tras día más personas tienden a trasladarse a bogotá, porque es allí donde se concentra toda


… quiero referirme a la educación y quiero hablar de este tema porque fui invitado recientemente a colom-bia a participar en un taller en la universidad nacional de colombia, junto con otros grupos de investigación de américa latina. la conclusión de estos grupos, de países como Perú, ecuador, colombia, argentina y bra-sil —en brasil hay un poco más de avance en calidad del aire porque tienen más dinero para la investigación y porque han establecido una muy buena red de inves-tigadores— es que en todos estos países hay algo de dinero para hacer investigación, pero no hay suficientes estudiantes que se interesen en el tema y que puedan contribuir.

la actividad. me inquieta saber si la calidad del aire va a tener un mejor futuro o si solo empeorará con el tiempo, porque entre más personas vivan allá, habrá más tráfico, más actividad y más contaminación del aire. Por esto, creo que ese es un tema que debería ser de alta prioridad para bogotá y para colombia.

¿Cuáles son las principales causas de la mala calidad del aire en la capital colombiana?

sinceramente, no estoy lo suficientemente involucrado con el tema de las emisiones en bogotá. Hay un par de buenos exper-tos de la universidad nacional y de la universidad de los andes que han estado trabajando para entender el tema de las emisio-nes en esa ciudad. sin embargo, desde mi propia experiencia puedo decir que una de las principales fuentes de contamina-ción son los buses, pues cuando se conduce detrás de ellos se ve una gran cantidad de humo negro que sale de los tubos de escape. Por lo tanto, creo que una de las principales causas de la contaminación del aire en bogotá es el tráfico. Por otra parte, discutiendo con algunos colegas, me he enterado de que hay una gran actividad industrial en torno a bogotá, que también puede estar contribuyendo al problema.

¿Qué podemos hacer al respecto y cuál es la responsa-bilidad de la academia y de la ciencia para generar solu-ciones efectivas?

esta es una muy buena pregunta, pues no se trata solo de en-señar a los estudiantes y de informar a la personas, sino que, además, se trata de desarrollar planes para reducir las emisio-nes. en primer lugar, quiero referirme a la educación y quiero hablar de este tema porque fui invitado recientemente a co-lombia a participar en un taller en la universidad nacional de colombia, junto con otros grupos de investigación de américa latina. la conclusión de estos grupos, de países como Perú, ecuador, colombia, argentina y brasil —en brasil hay un poco más de avance en calidad del aire porque tienen más dinero para la investigación y porque han establecido una muy buena red de investigadores— es que en todos estos países hay algo de dinero para hacer investigación, pero no hay suficientes es-tudiantes que se interesen en el tema y que puedan contribuir. Por eso, creo que es esencial ampliar y mejorar los programas de educación para involucrar a más estudiantes que participen en hacer frente al problema de la calidad del aire en bogotá a escala local, y también a escala global o sudamericana, relacio-nando la contaminación con el cambio climático causado por la quema de bosques, la construcción en exceso y el mal uso del suelo. entonces, lo importante es entusiasmar a más estudian-tes e introducirlos en el tema de manera que se logre organizar una comunidad más grande y más activa que pueda encontrar soluciones al problema.

en cuanto a la comunidad científica, creo que nuestro deber es, primero, encontrar cuál es la contribución que hacen los dife-

rentes tipos de emisiones a la contaminación. es decir, debemos encontrar cuáles son las fuentes o causas de la mala calidad del aire, para luego, en una siguiente etapa, encontrar cómo generar un correctivo eficaz. creo que es crucial pensar cuidadosamente en el papel de las autoridades. es claro que no es posible prohi-bir el uso de los buses, pues las personas necesitan del trans-porte público para llegar a su oficina, a los centros comerciales o a cualquier lugar, pero las autoridades pueden controlar el tipo de buses que se utilizan, descartando los que más polucionan. el papel de las autoridades es regular el transporte público y vigilar su crecimiento con respecto al aumento de la población de bogotá.

también es necesario concientizar a todos los ciudadanos afec-tados, mediante conferencias y discusiones con científicos y tec-nólogos, o con otros medios. recuerdo una vez que estaba en bogotá para una reunión. Justo ese día había una fuerte reduc-ción del tráfico, por ser uno de los días de “no carro”, y al salir al balcón con mi suegra noté el cambio y le dije: “¡ahora sí puedo ver las montañas!”. Para mí, este tipo de experimento fue una forma de demostrar la magnitud del problema de contaminación y de ver con claridad que es posible respirar aire más puro y ver las montañas. Por lo tanto, la solución sería una combinación de investigación científica, un papel más activo de las autoridades y mayor exigencia de los ciudadanos, algo que podrá ocurrir cuando caigan en cuenta de que es posible mejorar su bienestar.

¿Qué importancia tiene el estudio del sistema climático tropical en las ciencias de la tierra?

esa es una pregunta muy interesante, porque no debemos concentrarnos solo en los temas locales de contaminación, por ejemplo, el de bogotá, sino estudiar las regiones tropicales en una escala mayor. la cuestión es que el trópico es extremada-mente importante para el cambio climático por un par de razo-nes: porque los trópicos son una importante fuente de agua para la atmósfera y para el ciclo hidrológico, y porque, si se piensa en


términos químicos, es allí donde ocurre el proceso de limpieza de toda la contaminación que llega a la atmósfera, pues los con-taminantes se oxidan en las regiones tropicales.

Por supuesto, otra razón es que el trópico tiene un alto potencial como área de cultivos, y la presión económica está llevando a un alto índice de deforestación, que va a afectar el sistema global. De hecho, uno de mis temas de investigación es analizar lo que puede ocurrir por cuenta de la deforestación en las regiones tropicales. Por lo tanto, hay muchas razones por las que es im-portante estudiar las regiones tropicales: por su incidencia en el clima global, y también por lo que podría ocurrir allí en las próximas décadas.

¿Cómo podríamos generar un cambio efectivo en la men-talidad de las personas para cuidar el medioambiente a nivel mundial, y qué se podría hacer específicamente en Colombia?

esa es una pregunta muy abierta y muy exigente, pero es inte-resante, porque una de las cosas que me gustaría estudiar, si llego a establecerme en colombia y si puedo realizar algún tipo de actividad allí, es ver cómo se pueden vincular los problemas locales —por ejemplo, lo que ocurre en bogotá con la conta-minación del aire— con los problemas globales. Y menciono esto porque creo que la personas tienen tantas prioridades de corto plazo y de tipo local, que es difícil hacerles comprender la

importancia de lo que podría ocurrir en los próximos veinticinco años con el cambio climático, pues su interés inmediato es qué pasará en los próximos meses, en la próxima semana o en los próximos días. las personas podrían estar interesadas en es-cuchar historias sobre lo que está sucediendo en otras partes del mundo, pero al final su interés primordial es cómo será el cambio climático en su patio trasero, si habrá más lluvia o más sol, y cuáles serán los rangos de temperatura.

la preocupación por el cambio climático se debe ampliar a lo que podría ocurrir en el futuro y lo que podría pasar muy lejos de nosotros. Para mí es muy importante encontrar una manera de resolver los problemas de contaminación locales con efectos a corto plazo, como las fechas de restricción al tráfico en bogotá, para demostrar que es posible mejorar la calidad del aire y res-pirar aire más limpio, pero también porque es importante reducir las emisiones de gases de efecto invernadero para el bienestar a largo plazo de toda la gente, incluso más allá de las fronteras de colombia. ese es el tipo de enlace entre lo local y lo global que me interesa generar. Y repito, al educar a más estudiantes e interesar a más ciudadanos para que sean más proactivos en buscar soluciones a los problemas de colombia, también los estaremos involucrando en los programas de más largo alcance para afrontar el cambio climático mundial. •

Por carolina Hernández


ProFesores nueVosDEPARTAMENTO DE QUÍMICA

John Jady Hurtado Belalcázar

Doctor y magíster en quí-mica inorgánica por la Pontificia universidad ca-tólica de chile, y químico por la universidad santia-go de cali, ha trabajado en temas como nuevos cata-lizadores de níquel, pala-dio, itrio y cromo activos

en polimerización de etileno, y reacciones de acoplamiento carbono-carbono y síntesis de biopolímeros. actualmente está concentrado en diseñar nuevos ligados tipo “pincel” ncn- y nnn-donores derivados de azoles que pueden actuar de forma bidentada o tridentada al coordi-narse con un centro metálico y obtener compuestos de coordinación u organometálicos de diferentes geometrías para su posterior uso en catálisis homogénea, heterogénea y bioinorgánica. los cursos que im-parte son química y química inorgánica (ii).

GEOCIENCIAS

Fabio Ferri

Doctor en ciencias de la tierra por el Departa-mento de geociencias de la università degli studi (milán, italia). Desde 2004 trabajó en la universidad de Padova como posdoc-tor y fue editor invitado del Journal of Structural Geology. su experiencia profesional incluye investigación en laborato-rios extranjeros como el etH (zurich, suiza), gFz (Potsdam, alemania), Jamstec (Kochi, Japón). sus temas de interés e investigación son la mecánica de deslizamientos en rocas y las propiedades físicas y quími-cas de rocas en fallas sismogenéticas. otras de sus actividades inclu-yen la conexión entre las propiedades físicas (p. ej., velocidad de ondas sísmicas, conductividad eléctrica) y las relaciones de fase en rocas de la corteza en condición de alta presión y alta temperatura. •

[ Noticias ]

gabriel téllez, nuevo miembro de accefyn

el profesor gabriel téllez, del Departamento de Fí-sica de la universidad de los andes, fue nombrado miembro correspondiente de la academia colombia-na de ciencias exactas, Fí-sicas y naturales (accefyn)

el 17 de octubre de 2012. la accefyn realiza este nombramiento por la destacada labor del profesor téllez en la investigación en las áreas de las ciencias exactas, físicas y naturales mediante la realización de trabajos, publicaciones y la dirección de proyectos de carácter científico.

el profesor téllez es doctor, magíster y físico por la universidad de París xi, Francia, profesor del Departamento de Física de la universidad de los andes desde 1999 y profesor titular desde 2006. su área de espe-cialización es la física teórica de la materia condensada y la mecánica estadística, y es miembro del grupo de investigación de Física teórica de la materia condensada. la ceremonia de posesión del profesor té-llez se llevó a cabo el 13 de marzo en la sede de la academia.

Premio thieme chemistry Journal 2012al profesor Diego gambael profesor Diego gamba, del Departamento de quí-mica de la universidad de los andes, fue ganador del premio thieme chemistry Journal 2012, que reco-noce a profesores e inves-tigadores en química, y en especial en síntesis orgánica, en el inicio de su carrera académica. el grupo thieme publica tres importantes revistas de química orgánica —Synthe-sis, Synlett y Synfacts—, además de libros y colecciones en la misma área, y cada año su comité editorial premia a jóvenes profesores de todo el mundo.

el profesor gamba es doctor por la école Polytechnique, de Francia, ma-gíster por la universidad de Poitiers, Francia, y químico por la universidad nacional de colombia. Desde enero de 2011 es profesor del Departa-mento de química de la universidad de los andes, y actualmente dirige el laboratorio de síntesis orgánica bio- y organocatálisis, que busca obte-ner moléculas bioactivas usando metodologías sintéticas de bajo costo, entre las que se cuentan la biocatálisis usando hortalizas, y la organocatá-lisis con productos naturales como el esteviol, alcanfor o mentol.

este premio es un reconocimiento a su gran labor como académico e investigador. •


ultra-thin Filaments revealed by the Dielectric response across the metal-insulator transition in Vo2J. G. Ramírez, R. Schmidt, A. Sharoni, M. E. Gómez, I. K. Schuller y E. J. Patiño

Applied Physics Letters 2013; 102(6): 063110

el dióxido de vanadio (Vo2) es en la ac-tualidad un material considerado de gran interés científico y tecnológico. esto se debe a las sorprendentes propiedades eléctricas que presenta. a temperatura ambiente se comporta como aislante, mientras que sobre los cincuenta grados

centígrados sufre una transición de fase, comportándose como metal (transición metal aislante). Dado este comportamiento, actualmente el Vo2 es considerado un material con gran potencial en aplicaciones tec-nológicas, tales como memorias no magnéticas y ventanas inteligentes.

a pesar de que el Vo2 ha sido ampliamente estudiado, persisten dudas sobre la naturaleza de su transición metal-aislante. la moti-vación de esta investigación fue estudiar la fase aislante y metálica muy cerca de la temperatura de transición. en particular, el objetivo fue medir los cambios en la constante dieléctica del Vo2 en función de la temperatura. esto lo pudimos medir en el laboratorio de su-perconductividad del Departamento de Física mediante la técnica de espectroscopia de impedancia. con la finalidad de realizar estas me-didas se desarrolló un montaje experimental que permite extraer los valores de resistencia, capacitancia e inductancia de este material en función de la temperatura. nuestros resultados revelaron la existencia de filamentos metálicos ultradelgados que anteceden a la transición metal-aislante. este hallazgo implica la presencia de regiones metálicas de dimensiones manométricas presentes en la fase “aislante” mucho antes de llegar a la temperatura de transición de fase.

http://dx.doi.org/10.1063/1.4792052

Determining the size of the ProtonN. G. Kelkar, F. García Daza y M. Nowakowski

Nuclear Physics B 2012; 864(3): 382-398

en la física es fundamental realizar me-didas de alta precisión y compararlas con las predicciones teóricas. en las úl-timas décadas, la física atómica ha ido en esta dirección. obtener datos precisos permite comprobar los resultados de la electrodinámica cuántica (qeD), el tama-ño del núcleo e incluso la dependencia

espacio-temporal de las constantes fundamentales. una medida del corrimiento de lamb en el hidrógeno muónico y estimaciones teóricas de los efectos de la estructura del protón fueron usadas para deducir un valor preciso, pero pequeño, del radio del protón de 0,84184(67) fm (1 fm = 10–15 m). este valor, publicado por Pohl et al. en Nature 466, 213 (2010) difiere del valor estándar, 0,8768(69) fm, lo cual implica que la constante de rydberg tiene que ser ajustada por –110 kHz/c, o existe algún efecto que no se considera a la hora de calcular las co-rrecciones por medio de la qeD. en nuestro artículo nucl. Phys. b 864, 382 (2012) usamos una nueva aproximación teórica en la teoría de campos, que incluye correcciones de tamaño finito (Fsc) en el hidróge-no muónico para deducir un radio del protón de 0,831 fm y mostrar que las diferentes aproximaciones de las Fsc introducen una incertidumbre adicional en el radio del protón.

http://dx.doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2012.06.015

[ Artículos destacados ]


generic stability, Forking, and þ-ForkingD. García, A. Onshuus y A. Usvyatsov

Transactions of the American Mathe-matical Society 2013; 365(1): 1-22

nociones abstractas de “pequeñez” son algunas de las herramientas más impor-tantes que ofrece la teoría de modelos para el análisis de estructuras. las dos nociones más útiles de este tipo son bi-furcación (que está relacionada con idea-les de medida cero) y th-bifurcación (que generaliza la noción de tamaño dada por

la topología). en general, bifurcación es la noción más fina de pequeñez, mientras th-bifurcación es la más gruesa.

se sabe que en presencia de un orden, las dos son diferentes. en el campo real, por ejemplo, un intervalo acotado es, de acuerdo con la bifurcación, más pequeño que la recta real (cualquier medida invariante bajo traslaciones que le asigne medida uno al intervalo le da medida infinita a la recta), mientras que th-bifurcación los considera del mismo tamaño (ambos tienen dimensión uno). esto es algo que no sucede en el caso del campo complejo, en donde las dos nociones coinciden, algo que parece estar relacionado con el hecho de que la dimensión de zariski coincide con la dimensión topológica.

en este trabajo estudiamos bifurcación y th-bifurcación en la clase de tipos genéricamente estables. nuestra principal conclusión es que, en este contexto, las dos nociones coinciden. exploramos algunas aplica-ciones de esta equivalencia.

http://dx.doi.org/10.1090/s0002-9947-2012-05451-1

calorimetric study of mesoporous solids at room temperatureJ. C. Moreno Piraján, L. Giraldo

Microporous and Mesoporous Mate-rials 2012; 156: 45-50

esta investigación presenta la síntesis de cuatro sólidos mesoporosos: sba-15, sba-16, mcm-41 y mcm-48. estos materiales se caracterizaron mediante di-fracción de rayos x (Drx), espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier acoplada a una celda de reflectancia di-

fusa (DriFt), isotermas de adsorción de nitrógeno a 77 K y microcalo-rimetría inmersión.

los resultados muestran que el proceso de síntesis de la sílicas mesoporosas sba-16 y mcm-48 en este trabajo generaron morfologías cristalinas únicas durante el proceso de cristalización y, por otra parte, las sílicas mesoporosas sba-15 y mcmc-41 presentan una morfología hexagonal.

el aporte novedoso en esta área de investigación resulta en la aplica-ción de la microcalorimetría de inmersión, que permitió caracterizar los diferentes sólidos mesoporosos sintetizados en términos de su porosi-dad. las entalpías de inmersión en disolventes polares y no polares son una función de la zona accesible de cada uno de los sólidos mesopo-rosos. el microcalorímetro de inmersión fue construido por el grupo de investigación.

http://dx.doi.org/10.1016/j.micromeso.2012.02.007

Presence of organochlorine Pesticides in breast milk samples from colombian WomenX. Rojas Squella , L. Santos, W. Baumann, D. Landaeta, A. Jaimes, J. C. Correa, O. L. Sarmiento, J. P. Ramos-Bonilla

Chemosphere 2013; 91(6): 733-739.

el Dr. Juan Pablo ramos-bonilla, profe-sor del Departamento de ingeniería civil y ambiental de la universidad de los an-des, junto con su estudiante de maestría ximena rojas squella, fue el investigador principal del proyecto, y bajo su lideraz-go los autores desarrollaron el presente

proyecto interdisciplinar. los resultados del estudio son novedosos para colombia: hasta ahora no había información que caracterizara la exposición histórica a pesticidas organoclorados en la población co-lombiana, y en este estudio se utilizó la leche materna como biomarca-dor para esta caracterización. en el promedio de las concentraciones de 4,4’-DDe, el pesticida que más se encontró en un grupo de 32 madres lactantes de bogotá es bajo en comparación con el de otros países del mundo, aunque hubo una mujer que presentó concentracio-nes extremadamente altas. en el proyecto también participaron el Dr. Wolfram baumann, del Departamento de química, y la Dra. olga lucía sarmiento, de la Facultad de medicina, así como adriana Jaimes, del Departamento de ingeniería civil y ambiental, todos de la universidad de los andes. Por la Fundación santafé participaron el Dr. Juan carlos correa y la Dra. Diana landaeta.

http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.02.026


Carnívoraes una representación conceptual que no corresponde a una planta carnívora; en realidad, se trata de la flor Masdevallia coccinea.autor: andrés giovanni rozo samer, profesor de la universidad autóno-ma de occidente ([email protected])lugar: cali, exposición en orquideoramaFecha: 27 de febrero de 2009

[ Concurso de fotografía e imágenes ]

en cada uno de sus números, Hipótesis realiza un concurso de fotografía e imá-genes sobre ciencias naturales y exac-tas, para exponer la belleza manifiesta en los diferentes aspectos de la natu-raleza.

en la 14.ª versión del concurso, el comité editorial de Hipótesis selec-cionó Cuna de cristal como la fotografía ganadora entre las 182 recibi-das. colaboraron en la selección annelie Franke de Vergara, profesora del Departamento de Diseño, y Juan gabriel sutachán, diseñador de la Facultad de ciencias.

a continuación se reseñan las fotografías finalistas.

En el fin del mundoel estruendo del agua al caer, la niebla creada por la espuma y la vista de la caída causan en el espectador la sensación de encontrarse en el fin del mundo, en el borde del universo. una extraña sensación de asombro, curiosidad y miedo se apoderan de él, y los misterios corren en el agua.autor: Juan manuel murillo noguera, estudiante de la universidad de los andes ([email protected])lugar: cataratas de iguazú, brasilFecha: 2011

Retrato de una araña amazónicaFotografía de una araña proveniente del amazonas, lograda con un mi-croscopio electrónico a 50 aumentos. revela de manera maravillosa algo cotidiano y, para algunos, desagradable: un arácnido.autor: sonia melisa castiblanco santos, estudiante de la universidad de los andes ([email protected])lugar: laboratorio de caracterización meb, universidad de los andesFecha: noviembre de 2012

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TranslúcidaCorresponde a una oruga que puede parecer poco atractiva, pero que en poco tiempo, tanto como un mes, se convertirá en uno de los seres más hermosos de la naturaleza. Esta es una larva de los insectos del orden Lepidóptera.Autor: Andrés Giovanni Rozo Samer, profesor de la Uni-versidad Autónoma de Occidente ([email protected])Lugar: Cali, parque del barrio Las VegasFecha: 12 de junio de 2007


graduandos de posgrado*

Facultad de ciencias / universidad de los andes

GRADUANDO TÍTULO TÍTULO DE LA TESIS DIRECTOR FECHA DE GRADO

Nathalia Giraldo Herrera Doctor en Ciencias - BiologíaSpeciation in Heliconius Butterflies: H. timareta, an Evolutionary Enigma. Behavioral, Phylogenetic and Genomic Approach

Mauricio LinaresDiciembre de 2012

Ana María Santos Granados Doctor en Ciencias - BiologíaPolimorfismos del HLA-B15 en pacientes con espon-diloartritis indiferenciada del Hospital Militar Central

Carlos Jaramillo Abril de 2013

Juan David Ramírez González Doctor en Ciencias - BiologíaMolecular Eco-Epidemiology and Genetic Diversity of Trypanosoma cruzi in Colombia: Biological, Clinical and Evolutionary Implications

Felipe Guhl Abril de 2013

Lucía Cristina Lozano Ardila Doctor en Ciencias - BiologíaLysinibacillus sphaericus Heavy Metal Tolerance and Mosquito Biological Control: From Function to Genome. l

Jenny Dussán Abril de 2013

Álvaro Calvache Archila Doctor en MatemáticasStochastic Model for Systems Failures: Reliability and Warranty Analysis

Arunachalam ViswanathanSeptiembre de 2012

Manuel Alberto Flórez Torres Magíster en Ciencias - Física Earthquake Relocation in the Bucaramanga Nest Germán Andrés PrietoSeptiembre de 2012

Carlos Andrés Díaz López Magíster en Ciencias - QuímicaHacia la síntesis de compuestos biomiméticos funcionales de la níquel superóxido dismutasa

James Weston Febrero de 2013

Óscar Genaro García Bautista Magíster en Ciencias - QuímicaHacia el entendimiento del mecanismo de la superóxido dismutasa de manganeso

James Weston Febrero de 2013

Ana María Ibarra Ruiz Magíster en Ciencias - Química

Síntesis de compuestos de coordinación con algunos lantánidos y ligandos terpiridínicos con potencial uso como monómeros en polímeros de coordinación

Andreas Reiber Abril de 2013

Diana Carolina Riveros Santoya Magíster en Ciencias - QuímicaEstudio de las propiedades termodinámicas de alquilresorcin[4]arenos en solventes no acuosos en función de la concentración y temperatura

Edgar Vargas Abril de 2013

Juanita González Aguilar Magíster en Ciencias - QuímicaEstudio de la esfera interna de coordinación de la superóxido dismutasa de níquel

James Weston Abril de 2013

Mariana Alarcón Correa Magíster en Ciencias - QuímicaSíntesis, caracterización y recubrimiento de nano-partículas magnéticas de neodimio, hierro y boro con posibles aplicaciones biológicas

Andreas Reiber Abril de 2013

Farides del Carmen Lamadrid FerisMagíster en Ciencias Biológicas - Área Biología

Evolución acoplada de emisores y receptores en la comunicación acústica de ranas: ¿mito o realidad? El caso de Ranitomeya bombetes (anura: Dendrobatidae)

Adolfo AmézquitaSeptiembre de 2012

José Alfredo Hernández DíazMagíster en Ciencias Biológicas - Área Biología

Beauty does not always Denote Danger: Apose-matic Syndrome in the Polymorphic Poison Frog Dendrobates

Adolfo Amézquita Octubre de 2012

Abelardo Rodríguez BolañosMagíster en Ciencias Biológicas - Área Biología

Modelos predictivos de distribución para los micos Atelinos (Lagothrix y Ateles) en Colombia

Pablo StevensonNoviembre de 2012

Carolina Esquivel DoblesMagíster en Ciencias Biológicas - Área Biología

Dietary Specialization in Two Co-Occurring Genera of Dendrobatid Frogs: Does the Paradigm Hold?

Adolfo Amézquita Febrero de 2013



Javier Méndez NarváezMagíster en Ciencias Biológicas - Área Biología

Recolonizando la tierra: clinas de terrestrialidad y función termorregulatoria de los nidos de espuma en ranas de la familia Leptodactylidae

Adolfo Amézquita Febrero de 2013

Rocío Juliana Acuña PosadaMagíster en Ciencias Biológicas - Área Biología

Conectividad genética a fina escala en el Caribe colombiano: dinámica poblacional del coral Mon-tastraea faveolata

Juan Armando Sánchez Febrero de 2013

Camilo Andrés Correa CárdenasMagíster en Ciencias Biológicas - Área Biología

Temporal Genetic Structure and Mix Stock Analysis of Green-Black Turtle (Chelonia mydas/Chelonia agassizii) foraging in Gorgona NNP (Colombian Pacific Ocean) and its Relationship to Ocean Environmental Features

Susana Caballero Abril de 2013

David Alejandro García VillamilMagíster en Ciencias Biológicas - Área Biología

Molecular Systematics of the Freshwater Stingrays (Myliobatiformes: Potamotrygonidae) of the Amazon, Orinoco, Magdalena, Esequibo, Caribe and Mara-caibo Basins (Colombia-Venezuela): Evidence from Mitochondrial Genes

Susana Caballero Abril de 2013

Luis Francisco Henao DíazMagíster en Ciencias Biológicas - Área Biología

Diversidad genética, relaciones de parentesco y pa-trones de dispersión de monos churucos (Lagothrix lagotricha) en un bosque alto andino y un bosque fragmentado de tierras bajas

Pablo Stevenson Abril de 2013

Maritza Torres MorenoMagíster en Ciencias Biológicas - Área Biología

Siphonaptera (Pulicidae) Associated to Papular Urti-caria in Children under 6 Years Old in Bogotá D. C.

Jorge Molina Abril de 2013

Óscar Javier Mahecha JiménezMagíster en Ciencias Biológicas - Área Biología

Biogeografía de los géneros Corades Doubleday (1849), Lymanopoda Westwood (1851), Pronophila Doubleday (1849), Daedalma Hewitson (1858) y Manerebia (1897) (Nymphalidae: Satyrinae, Pronophilina) en los Andes colombianos: áreas de endemismos y patrones de distribución

Tomasz W. Pyrcz Abril de 2013

Claudia Johanna Sandoval LozanoMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

Remoción de hidrocarburos por hongos filamen-tosos

Martha Vives Octubre de 2012

Diana Carolina Mazo MolinaMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

GGDEF and EAL Domains Regulate Multicelular Behavior in Mycobacterium tuberculosis Juan Germán Rodríguez Castillo Octubre de 2012

Ana María Páez HurtadoMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

Prevalence of Respiratory Viral Infections in a Selec-ted Population of Children with Asthma Exacerbation

María del Pilar Delgado Abril de 2013

Andrés Felipe Vásquez JiménezMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

Identification of New Potential Non-Classical Lipophilic Dihydrofolate Reductase Inhibitors with Potential Antitumorla Activity on Melanoma cell Lines a375 and b16

Diego Mauricio Riaño Abril de 2013

Cristina Poveda CuevasMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

El papel de las citoquinas como biomarcadores de la infección por Trypanosoma cruzi Felipe Guhl Abril de 2013

Daniela Osorio RodríguezMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

Determination of the genetic and functional diversity of TAL effectors from Xantomonas axonopodis pv. manihotis

Adriana Bernal Abril de 2013

David Alejandro Urbina GómezMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

An Analysis Pipeline for FAIRE-seq Data Diego Mauricio Riaño Abril de 2013

David Octavio Botero RozoMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

Towards a Draft of the Coffee Rust Genome Sequence

Silvia Restrepo Abril de 2013



Diana Fabiola Rojas RengifoMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

Detección del virus de la influenza y del virus de la parainfluenza en una población seleccionada de niños con exacerbación de asma

María del Pilar Delgado Abril de 2013

Fiorella Bianchi JassirMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

Caracterización molecular de Trypanosoma cruzi y diagnóstico de la enfermedad de Chagas en una población de escolares tratados con Nifurtimox (Lampit®) en una zona endémica de Colombia

Felipe Guhl Abril de 2013

Guillermo Andrés Rangel PiñerosMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

Caracterización de fagos líticos nativos específicos para Pseudomonas aeruginosa: determinación del rango infectivo de F1, F2, F3 y secuenciación del genoma de F1

Martha Vives Abril de 2013

Katherine Paola Peña GonzálezMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

Heterogeneidad genética del trastorno del espectro autista

María Claudia Lattig Abril de 2013

María Camila Orozco MartínezMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

Caracterización de la actividad ligninolítica en el patógeno oportunista Scedosporium apiospermum implicada en la degradación de hidrocarburos del petróleo

Martha Vives Abril de 2013

Mariana Restrepo BenavidesMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

Characterization of Gene Cluster rpf/DSF of Xanthomonas axonopodis pv. manihotis Involved in Quorum-Sensing


Natalia María Pacheco FernándezMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

Enzymatic Analysis of Biomakers for the Monitoring of Gaucher Patients in Colombia

Jesús Alfredo Uribe Abril de 2013

Paola Andrea Reyes CaldasMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

Plant Defense Suppression Mediated by Xanthomo-nas axonopodis pv. manihotis Type III Effectors


Valentina Hurtado McCormickMagíster en Ciencias Biológicas - Área Microbiología

The Importance of Cassava Proteins as Putative Pathogenicity Targets of HpaF from Xanthomonas axonopodis pv. manihotis


Yuliet Liliana Rosero LassoMagíster en Ciencias Biológicas -, Área Microbiología

Detección, caracterización del gen cagA y determinación de resistencia a claritromicina de Helicobacter pylori en niños y adolescentes con enfermedad gastroduodenal

Carlos Jaramillo Abril de 2013

Betty Angélica Rincón Aguilera Magíster en Matemáticas Ejemplos en cálculo de variaciones René Meziat Octubre de 2012

Jonathan Pérez Recuero Magíster en MatemáticasAbsence of Singular Continuous Spectrum of Self-Adjoint Operators

Monika WinklmeierNoviembre de 2012

Sergio Libardo Chaves Ramírez Magíster en Matemáticas Cobordism and Groups of Homotopy Spheres Jairo Andrés Ángel Febrero de 2013

Andrés Felipe Perico Valcárcel Magíster en Matemáticas Haces foliados y clases características de foliaciones Mikhail Malakhaltsev Abril de 2013

Fabián Agudelo Ávila Magíster en MatemáticasThe Cartan Method Applied to Sub-Riemannian Geometry

Mikhail Malakhaltsev Abril de 2013

Jairo Iván Peña Hidalgo Magíster en MatemáticasPropuestas para el problema de dos muestras con datos funcionales

Adolfo Quiroz Abril de 2013

Juan Camilo Fiallo Rodríguez Magíster en MatemáticasTopometric Ample Generics of the Isometry Groups of Some Lp Spaces

Alexander Berenstein Abril de 2013

* Septiembre de 2012 a 5 de abril de 2012.


la Facultad de ciencias de la universidad de los andes se ha esforzado por ofrecer nuevos espacios para divulgar los avances científicos en las áreas de ciencias biológicas, Física, química, matemáticas y geociencias. la revista ciencias biológicas, Fí-sica, química, matemáticas y geociencias. la revista Hipótesis nació en 2003 como resultado de este esfuerzo y se ha for-talecido dentro de la comunidad académica como una revista de divulgación que tiene por objetivo comunicar los adelantos científicos en un lenguaje claro y sencillo al alcance tanto de los lectores especializados como de los no especializados.

Hipótesis está dirigida a estudiantes, profesores, investigadores e interesados que busquen enriquecer su bagaje intelectual so-bre temas de actualidad científica. la revista se publica semes-tralmente en los meses de mayo y noviembre, y acepta artículos y notas inéditos de autores nacionales y extranjeros. los artícu-los recibidos son evaluados por el comité editorial, que verifica la calidad temática y editorial del contenido. las notas deben estar escritas, preferiblemente, por estudiantes de pregrado y posgrado. se publican artículos y notas en español, inglés, francés, portugués e italiano, y se permite su reproducción para fines académicos, citando la fuente; para reproducciones con otros fines se debe solicitar la autorización de la revista.

Hipótesis incluye en cada número un concurso de fotografía e imágenes sobre ciencias naturales y exactas, abierto al público general de la revista. la fotografía ganadora se publica en la revista y en la página web, citando al autor.

INDICACIONES PARA LOS AUTORES

Hipótesis acepta artículos y notas inéditas de autores nacionales y extranjeros. los artículos y notas deben estar escritos con un estilo de redacción sencillo y claro, que los haga accesibles a un público no especializado, y deben tener como propósito general destacar información de gran interés de las ciencias básicas. en la sección de notas se dará preferencia a aquellas escritas por estudiantes de pregrado y posgrado.

Presentación y extensión

los artículos y notas, junto con las imágenes, deben ser en-viados por correo electrónico a [email protected], o mediante el formulario en línea de la página web de la revista. además, deben estar escritos en Word, a espacio sencillo, con fuente times new roman de 12 puntos.

la extensión de los artículos debe estar entre las 1.500 y 3.000 palabras. las notas no deben superar las 1.000 palabras.

Para el envío de los archivos se deben adjuntar los textos y las imágenes en una carpeta comprimida con el nombre del autor seguido por un guion bajo y el título del texto. se debe incluir la información completa de todos los autores: nombre completo, teléfono, correo electrónico, dirección, último título académico y afiliación y cargo actual.

Estilo y edición

se recomienda el uso de notas a pie de página solo en los casos en que se requiera una explicación más detallada. las citas dentro del texto deben estar numeradas entre corchetes y debidamente relacionadas en detalle en la sección de referen-cias, al final. De igual forma, se deben numerar las referencias entre corchetes según el orden en que se citaron en el texto. a continuación se presentan algunos ejemplos de referencias bibliográficas.

Libro

[1] marco D, ed. metagenomics. theory, methods and aplications.

norfolk: caister academic Press; 2010.

Capítulo de libro

[2] charles t. the potential for investigation of plant-microbe inte-

ractions using metagenomics methods. in: marco D, ed. me-

tagenomics. theory, methods and aplications. norfolk: caister

academic Press; 2010.

Artículo de revista

[3] Viaud m, Pasquier a, brygoo Y. Diversity of soil fungi studied by

Pcr-rFlP of its. mycological research 2000; 104(9): 1027-

1032.

Imágenes

se recomienda el uso de imágenes para dinamizar el texto. De cada una de las imágenes, cuadros, gráficos o fotografías debe citarse la fuente, y el autor debe gestionar el permiso de repro-ducción, si fuera necesario. •

[ hipótesis. POLÍTICA EDITORIAL ]

Comité editorialSilvia Restrepo RestrepoDecana

Adriana RosilloCoordinadora de Investigaciones

Catalina GonzálezProfesora Departamento de Ciencias Biológicas

James WestonProfesor Departamento de Química

Alexander CardonaProfesor Departamento de Matemáticas

Juan Manuel PedrazaProfesor Departamento de Física

Juan Pablo Rincón PabónEstudiante de Posgrado

Indexada en:Ulrich’s Periodicals DirectoryDialnet

FotografíasJuan Gabriel Sutachán

Corrección de estiloEdgar Hernán Ordóñez Nates

DiagramaciónAndrés Leonardo Cuéllar V.

Foto de la carátula: Rhodnius prolixus. Fotografía microscópica a x6 aumentos. Tomada por Dery Corredor en el Laboratorio de Microscopía de la Vicerrectoría de Investigaciones de la Universidad de los Andes

Edición de imagen: Natalia Ardila Torres

Núm. 14, mayo de 2013 / 3.000 ejemplares

ISSN 1962-729XISSN ONLINE 1794-354X© Universidad de los Andes

Para la reproducción total o parcial de esta obra solicitar la autorización de la Revista.

EditorHernando Echeverri DávilaProfesor asociado, Departamento de Matemáticas

Coordinadora editorialCarolina Hernández

Universidad de los AndesFacultad de CienciasCarrera 1.a núm. 18A-10 / Apartado aéreo: 4976, Bogotá, D. C., ColombiaTeléfonos: (571) 332 4533, 339 4949, 339 4999, ext. [email protected]

Ediciones UniandesCarrera 1.a núm. 19-27, edificio AU 6, Bogotá, D. C., ColombiaTeléfonos: (571) 339 4949, 339 4999, ext. 2181, 2071, [email protected]

Precio de venta: $12.000

Entrevista con Laurens Ganzeveld

Laurens Ganzeveld es profesor asistente del Departamento de Cien-cias Ambientales y director del Grupo de Investigación de Ciencias del Sistema Terrestre de la Universidad de Wageningen, en Holanda. El año pasado estuvo como profesor visitante en la Universidad de los Andes y dio un curso sobre cambio climático y global. El próximo mes de junio impartirá de nuevo un curso de verano sobre el sistema de la Tierra: el rol de la atmósfera-océanos-biósfera-litósfera-criós-fera y sus interacciones y reacciones con el clima y con el cambio climático global.

Apuntes científicos uniandinos

ISSN 1692-729X • Núm. 14 • Mayo del 2013 • Universidad de los Andes • Facultad de Ciencias

CONTENIDO

3 Editorial Diez años de Hipótesis

4 Notas


26 Visitantes del espacio Santiago Vargas Domínguez

37 Insectos chupadores de sangre y bacterias que habitan en la piel: una relación peligrosa Mario Iván Ortiz, Marcela Tabares, Martha Vives, Jorge Molina

47 ¿Por qué preparamos compuestos en el laboratorio si podemos extraer moléculas activas de organismos vivos? Liliana Marcela Becerra Figueroa, Diego AlexÁnder Gamba Sánchez

52 “Narices químicas” para el diagnóstico efectivo del cáncer Jessica Orrego Hernández

58 En busca de los colores ocultos del arrecife Catalina Ramírez, Fabio Casas, Adriana Sarmiento, Marcela Villegas, Ángela Delgado, Natalia Jiménez, Damián Pardo, Iván Calixto, Susana Simancas, Juan Armando Sánchez

67 Grafeno: física y aplicaciones tecnológicas en dos dimensiones Yenny Hernández

72 Entrevista con Laurens Ganzeveld 75 Noticias 76 Artículos destacados78 Concurso de fotografía e imágenes79 Graduandos de posgrado82 Política editorial

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Precio de venta $12.000

Insectos chupadores de sangre y bacterias que habitan en la piel:

una relación peligrosa

hipÓtesis 14

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