El asombroso Isótopo trazador

Isótopo trazador o Trazador isotópico, nombre aplicado a un átomo de un isótopo que se utiliza para observar el movimiento de ciertos materiales en procesos químicos, biológicos o físicos. Este término se aplica comúnmente a cualquier isótopo radiactivo utilizado para seguir el curso de sustancias no radiactivas. Sin embargo, para uso científico, el término se aplica también a isótopos menos abundantes, no radiactivos o estables, que se pueden emplear en técnicas de seguimiento.

Los trazadores se pueden utilizar para seguir el movimiento de sustancias en cantidades grandes o pequeñas, y a nivel molecular o atómico. Las observaciones se pueden realizar midiendo la radiactividad en el caso de los trazadores radiactivos, o la abundancia relativa de isótopos en las aplicaciones que utilizan isótopos estables como trazadores. Los instrumentos empleados para detectar la radiación incluyen el electroscopio, el contador de centelleo y el contador Geiger. En las investigaciones que usan isótopos estables, el instrumento más utilizado es el espectrómetro de masas, que puede determinar las cantidades relativas de varios isótopos en una muestra de la sustancia a analizar. Los trazadores tienen aplicaciones importantes en muchos campos de investigación, así como en medicina, en agricultura y en la industria.

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TRAZADORES DE MATERIAL VOLUMINOSO

Aunque el movimiento de grandes masas de sólidos o fluidos puede ser estudiado por muchos métodos, incluyendo la observación visual de los tintes trazadores, el uso de isótopos trazadores radiactivos en aplicaciones de material voluminoso ofrece ciertas ventajas, como son mayor velocidad de operación, fiabilidad y conveniencia. Por ejemplo, se pueden usar trazadores radiactivos para marcar el límite entre los distintos tipos de aceite que fluyen por un oleoducto, inyectando en la confluencia de dos tipos un material radiactivo que emite rayos gamma penetrantes. Los detectores de radiación colocados en el oleoducto, detectarán los rayos gamma cuando esta zona interfacial pase por un punto dado. En ese momento, los detectores pueden poner en funcionamiento unas válvulas que canalicen los dos aceites diferentes por salidas distintas.

Los trazadores se utilizan en la industria para detectar cantidades microscópicas de desgaste. La calidad lubricante de un aceite, por ejemplo, puede ser evaluada después de un funcionamiento prolongado en un motor experimental, midiendo la cantidad de desgaste de los aros del émbolo y las paredes del cilindro, y también por la cantidad de sedimentos de acero en el aceite. Estos experimentos llevan tiempo y son difíciles de aplicar en una base rutinaria. En la técnica trazadora, se utilizan aros del émbolo que se han expuesto previamente a neutrones en un reactor nuclear, convirtiéndolos por tanto en radiactivos (véase Energía nuclear). Después de haber dejado funcionar el motor durante un periodo de tiempo relativamente corto, el material radiactivo desgastado del aro del émbolo puede ser detectado en el aceite y en las paredes del cilindro, y la cantidad de este material sirve como índice para evaluar la calidad del aceite.

Los trazadores radiactivos también se pueden utilizar para controlar la transferencia de tintes en la impresión textil multicolor. Las máquinas de impresión de color consisten en varios rodillos, cada uno provisto de un baño de tinte de un color distinto. El mismo tejido puede transportar un color de un rodillo al siguiente, produciendo así manchas de color en los tejidos. Si estas manchas no se descubren a tiempo, centenares de metros de tejido podrían dañarse. Un método para evitar esto es cambiar frecuentemente las disoluciones de tinte. Para eliminar la necesidad de este costoso procedimiento, se marca el color invasor añadiendo un fosfato radiactivo al baño de tinte. La contaminación de los baños de tinte sucesivos por el color invasor, se controla por detectores de radiación, que se introducen automáticamente en las disoluciones a intervalos frecuentes. Cuando este color alcanza una concentración crítica, el baño de tinte es sustituido por uno nuevo.

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RASTREO DE MOLÉCULAS Y ÁTOMOS

La mayoría de las sustancias son compuestos formados por moléculas, o bien son mezclas de compuestos. En una aplicación particular de rastreo, es posible que sólo sea importante un tipo de molécula. En la investigación bioquímica es especialmente importante la capacidad de distinguir dentro de un compuesto, moléculas similares derivadas de dos fuentes distintas. Esta información se puede conseguir utilizando la técnica llamada marcación isotópica.

Los trazadores se usan en investigación botánica y agrícola para estudiar la absorción de nutrientes por parte de las plantas y para trazar senderos metabólicos, especialmente los implicados en la fotosíntesis.

En la investigación biológica, las moléculas marcadas con isótopos radiactivos han sido especialmente útiles para aclarar las trayectorias metabólicas de la síntesis y degradación bioquímicas (véase Metabolismo). Las trayectorias de muchos nutrientes y toxinas a través de los ecosistemas también han sido delineadas por técnicas rastreadoras.

Los procedimientos de rastreo se usan en la diagnosis e investigación médica para medir el funcionamiento de los órganos y tejidos mientras captan hormonas, minerales, vitaminas, componentes de la sangre y fármacos. La producción orgánica de hormonas y otras proteínas, así como el desgaste, se pueden medir también con gran velocidad y precisión.

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INVESTIGACIÓN QUÍMICA

Los procedimientos de rastreo, marcación y doble marcación son muy importantes en la investigación bioquímica, y permiten al investigador seguir la trayectoria de la descomposición y la formación de los componentes normales del cuerpo. El uso de dichos procesos hizo posible rastrear el origen de cada átomo en una molécula tan complicada como la del pigmento hemo, de fórmula Fe(C₃₂H₃₀N₄)(COOH)₂, de la hemoglobina. Se ha demostrado que los átomos de carbono proceden del ácido etanoico precursor, CH₃COOH, que contiene dos grupos, cada uno con un átomo de carbono. Además, con una marcación doble es posible determinar cuál de los átomos de carbono en el pigmento hemo procede del grupo COOH de la molécula de ácido etanoico, y cuál procede del grupo CH₃. El nitrógeno de la molécula del pigmento hemo se deriva del ácido aminoetanoico, un compuesto intermedio.

En química orgánica, los trazadores se han utilizado para investigar muchas reacciones químicas relacionadas con la migración y redisposición de los átomos y grupos de átomos. Los procedimientos de marcación y doble marcación han mostrado el mecanismo de algunas reacciones complicadas, y han revelado que ciertas reacciones presumiblemente simples eran a menudo más complejas.

En química inorgánica, los trazadores han hecho posible el estudio de sistemas en los cuales no se producen reacciones químicas puras, sino que, por ejemplo, están presentes dos estados de oxidación del mismo elemento. Las técnicas de rastreo han demostrado que, sin mediar una reacción química pura, se produce un intercambio de átomos entre el cobalto ii y el cobalto iii. Estos intercambios, conocidos como reacciones de intercambio, son una extensión lógica del principio químico de equilibrio dinámico. Véase Física nuclear.

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ELECCIÓN DE TRAZADORES

Para los elementos que sólo poseen un isótopo estable, no es posible utilizar un trazador estable; todos los isótopos trazadores para investigar esos elementos deben ser radiactivos. Para estudiar otros elementos, los únicos isótopos radiactivos disponibles tienen una vida media tan corta que los hace inservibles; en este caso los trazadores deben ser isótopos estables de baja abundancia preparados en forma enriquecida. El rastreo de los isótopos estables se basa en observar las desviaciones de los porcentajes normales de las masas isotópicas utilizando el espectrómetro de masas. Los detectores de partículas se usan para medir trazadores radiactivos.

En algunos estudios se puede elegir entre un isótopo trazador estable y uno radiactivo; por ejemplo, en el caso del carbono, entre el isótopo estable carbono 13 y el isótopo radiactivo carbono 14, y en el caso del hidrógeno, entre el isótopo estable deuterio (hidrógeno 2) y el isótopo radiactivo tritio (hidrógeno 3). Si ambos tipos de instrumentos de medida (el espectrómetro de masas y el equipo medidor de radiación) están disponibles, la elección del trazador está determinada por el llamado factor de dilución, que es una medida de la concentración del material trazador necesario para la detección. Generalmente, los trazadores radiactivos pueden ser detectados en cantidades mucho menores que los trazadores estables. Por ejemplo, el carbono 13 constituye el 1,108% del carbono natural, y un cambio de un 0,001% en su abundancia puede ser detectado fácilmente. En otras palabras, un trazador carbono 13 puro, sería detectable después de ser diluido de 100.000 a 1 millón de veces con carbono 12 natural. Así, si una molécula de azúcar fuera marcada con un isótopo de carbono 13 puro, el trazador podría ser detectado sólo en experimentos que no contuvieran más de 100.000 a 1 millón de átomos sin marcar.

En cambio, el carbono 14 radiactivo puede ser detectado a concentraciones de unas 25 desintegraciones por minuto en una muestra de carbono de 1 gramo. Basándose en la velocidad de desintegración del carbono 14 puro, que tiene una vida media de unos 5.760 años, la cantidad de carbono 14 detectable en la muestra de carbono es de unas 0,04 partes por 1.000 millones, que corresponden a un factor de dilución de 25.000 millones. Sin embargo, al ser material radiactivo, las medidas de seguridad imponen normalmente un límite superior a la concentración que podría usarse experimentalmente. Aunque el deuterio no es radiactivo, consideraciones similares conducen a unos límites de dilución de 1 millón aproximadamente para el deuterio y 10 billones para el tritio. El deuterio afecta al tejido vivo porque es dos veces más pesado que el hidrógeno ordinario. Sin embargo, en experimentos, pequeños animales de laboratorio han sobrevivido con un 20 a un 30% de su fluido corporal formado por agua pesada (D₂O).

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PREPARACIÓN DE TRAZADORES

La disponibilidad de los isótopos trazadores estables depende de los procedimientos de separación de isótopos y de las existencias naturales. En principio, todas las separaciones de isótopos pueden ser realizadas por un instrumento que funciona según el principio del espectrómetro de masas. Ciertos isótopos se pueden separar por procesos de difusión gaseosa, como es el caso del uranio, y por diferentes procesos de destilación, como en el caso del hidrógeno. Los procedimientos de separación más prácticos suponen repetidas reacciones de intercambio de isótopo, y tienen como resultado la separación de los isótopos pesados de los ligeros. La mayoría de las preparaciones de deuterio, carbono 13 y nitrógeno 15 se realizan de esta manera.

Los trazadores radiactivos se preparan normalmente bombardeando con neutrones el elemento estable, el cual captura los neutrones para formar los isótopos más pesados que se desintegran emitiendo partículas beta. En la preparación de carbono 14, el siguiente elemento más pesado, en este caso el nitrógeno, es bombardeado con neutrones porque el neutrón capturado produce la expulsión de un protón, formando así el isótopo radiactivo del elemento con número atómico inmediatamente inferior.

viernes, 18 de febrero de 2011

El asombroso Dante Alighieri

Divina Comedia

Dante Alighieri (1265-1321), poeta, prosista, teórico de la literatura, filósofo y pensador político italiano. Está considerado como una de las figuras más sobresalientes de la literatura universal, admirado por su espiritualidad y por su profundidad intelectual.

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PRIMEROS AÑOS

Dante nació en Florencia, en los últimos días de mayo o los primeros de junio del año 1265, en el seno de una familia que pertenecía a la pequeña nobleza. Su madre murió cuando todavía era pequeño, y su padre al cumplir los 18 años. El acontecimiento más importante de la juventud de Dante Alighieri, según su propio testimonio, fue conocer, en el año 1274, a Beatriz, la mujer a quien amó y a la que exaltó como símbolo supremo de la gracia divina, primero en la Vida nueva y, más tarde, en su obra maestra, la Divina Comedia. Los especialistas han identificado a Bice di Folco como la noble florentina Bice di Folco Portinari, que murió en 1290, con apenas 20 años. Dante sólo la vio en tres ocasiones y nunca habló con ella, pero eso fue suficiente para que se convirtiera en la musa inspiradora de casi toda su obra.

Se sabe muy poco acerca de la educación de Dante, aunque sus libros reflejan una amplia erudición que comprendía casi todo el conocimiento de la época. En sus comienzos recibió una gran influencia de las obras del filósofo y retórico Brunetto Latini, que aparece, por otro lado, como personaje destacado en la Divina Comedia. Hacia 1285 se encontraba en Bolonia, y se supone que estudió en la universidad de esa ciudad. Durante las luchas políticas que tuvieron lugar en la Italia de aquellos años, se unió en un principio al bando de los güelfos, opuestos a los gibelinos (véase güelfos y gibelinos). En 1289 formaba parte del Ejército güelfo de la ciudad de Florencia que combatió en la batalla de Campaldino, en la que los güelfos vencieron a los gibelinos de Pisa y Arezzo. Por esa misma época se casó con Gemma di Manetto Donati, perteneciente a una destacada familia güelfa florentina.

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LA VIDA NUEVA

La primera obra literaria de Dante fue la Vida nueva, escrita muy poco después de la muerte de Beatriz. Se compone de poemas que responden a la estructura del soneto y de la canción o canzone, entre los que se intercalan textos en prosa. En ella se narran acontecimientos relacionados con el amor del poeta hacia Beatriz, como el sueño en el que Dante la ve muerta, la muerte real de la joven y la decisión del enamorado que, desesperado, decide escribir una obra literaria dedicada a ella, como último monumento a su amor.

La Vida nueva muestra claramente la influencia de la poesía amorosa trovadoresca (véase Trovadores y troveros) de la Provenza francesa, y supone el punto culminante del Dolce Stil Nuovo, nombre que recibe la poesía escrita en la lengua vernácula en la Florencia de aquellos años. Esta obra consigue superar la tradición provenzal, pues describe los sentimientos amorosos del poeta de una manera sublime e idealista, pero insinúa una elevada espiritualidad muy próxima al misticismo. La Vida nueva, con su contenida intensidad de sentimientos, constituye una de las grandes obras de la literatura europea. La obra probablemente fue escrita entre 1292 y 1293 o incluso 1294.

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ACTIVIDAD POLÍTICA DE DANTE

Durante cinco años, Dante participó activamente en la vida política de Florencia. Ciertos documentos fechados en 1295 le sitúan inscrito en el gremio de médicos y boticarios, ya que quienes no pertenecían a la nobleza no podían participar en el gobierno de la ciudad a no ser que fueran miembros de una corporación. En 1300 partió hacia San Gimignano al frente de una misión diplomática. Ese mismo año fue elegido como uno de los seis magistrados de Florencia, cargo en el que se mantuvo sólo dos meses. Durante su mandato se profundizó la rivalidad existente entre las dos facciones del partido güelfo florentino, los llamados negros, que veían en el Papa un interesante aliado contra el poder imperial, y los blancos, que pretendían mantenerse independientes tanto del Papa como del emperador del Sacro Imperio Romano Germánico. Con el fin de mantener la paz en la vida política florentina, se decidió desterrar a los jefes de las dos facciones enfrentadas. Sin embargo, apoyados por el papa Bonifacio VIII, los cabecillas de los güelfos negros regresaron a Florencia en 1301 y se apoderaron del gobierno de la ciudad. Dante, que se había opuesto al papa Bonifacio VIII, fue expulsado por un periodo de dos años y le impusieron una elevada multa. Al no hacerla efectiva le amenazaron con ejecutarlo si regresaba a la ciudad.

El exilio del poeta transcurrió entre Verona y otras ciudades del norte de Italia. Vivió en París entre 1307 y 1309. Durante este periodo de tiempo, sus ideas políticas sufrieron una considerable mutación y abrazó la causa de los gibelinos, que aspiraban a la unificación de Europa bajo el gobierno de un emperador culto y competente.

Durante los primeros años de exilio, el poeta escribió dos importantes obras en latín. La primera de ellas, De vulgari eloquentia (1304-1305), es un tratado sobre las ventajas que supondría el uso del italiano como lengua literaria. En él defiende la utilización de la lengua vernácula, establece criterios para su buen uso como lengua escrita y concluye con una sección dedicada a la crítica de algunas obras en lengua vernácula. La segunda de ellas, la inconclusa Convivio (1304-1307), fue concebida como una recopilación o enciclopedia, en 15 volúmenes, del conocimiento de la época. El primero de los tomos sería un volumen introductorio, mientras que los 14 restantes incluirían otros tantos comentarios en forma de poema. Sólo logró completar los 4 primeros libros.

Los anhelos políticos de Dante se vieron espoleados con la llegada a Italia de Enrique VII, rey de Alemania y cabeza del Sacro Imperio Romano Germánico. Las intenciones del emperador consistían en unificar Italia bajo su soberanía. En medio de una febril actividad, Dante escribió a numerosos príncipes y líderes políticos italianos, urgiéndoles a dar la bienvenida al emperador y apoyarlo en sus deseos de unificar la península Itálica, pues era la mejor manera de terminar con las luchas entre las distintas ciudades y en el interior de éstas. La muerte de Enrique VII en Siena, el año 1313, acabó con las esperanzas políticas del poeta. El tratado Monarchia (1310), escrito en latín probablemente durante la estancia del emperador en Italia, constituye una exposición detallada de sus ideas, entre las cuales se encuentran la necesidad de la existencia de un Sacro Imperio y la separación total de Iglesia y Estado.

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ÚLTIMOS AÑOS

En 1316 la ciudad de Florencia ofreció a Dante la posibilidad de regresar, pero las condiciones que puso para ello eran las mismas que solían imponerse a los criminales perdonados por las autoridades de la ciudad. El poeta rechazó el ofrecimiento, argumentando que jamás regresaría a menos que le fuesen restituidos por completo su dignidad y su honor. Siguió, por tanto, viviendo en el exilio, y pasó sus últimos años en Ravena, donde murió el 13 o el 14 de septiembre de 1321. Fue enterrado en esta ciudad, pero sus restos han sido reclamados durante siglos por los florentinos, que le tenían reservada una sepultura en la iglesia de la Santa Croce.

Entre las obras menores que escribió durante este periodo se encuentran Quaestio de aqua et terra y dos églogas también en latín. La primera de las tres obras es un tratado cosmológico sobre una cuestión frecuente entre los pensadores de ese momento: si la superficie de las aguas es mayor que la de la tierra. Las églogas estaban inspiradas en el modelo desarrollado por el poeta clásico romano Virgilio, a quien Dante consideraba su más importante y duradera inspiración.

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DIVINA COMEDIA

Gustave Doré: Divina Comedia

Los personajes y episodios de la Divina Comedia han inspirado a pintores e ilustradores de todos los tiempos, desde los anónimos artistas de los tiempos de Dante hasta maestros como Eugène Delacroix. Son célebres los grabados del francés Gustave Doré, como esta escena, fechada en 1861, que representa la fuga y persecución de los condenados al Infierno.

Dante debió de comenzar su obra maestra, la Divina Comedia, alrededor de 1307 y la concluyó probablemente poco antes de su muerte. Se trata de una narración alegórica en verso, de gran precisión y fuerza dramática, en la que se describe el imaginario viaje del poeta a través del Infierno, el Purgatorio y el Paraíso. Está dividida en tres grandes secciones, que reciben su título de las tres etapas del recorrido. En cada uno de estos tres mundos Dante se va encontrando con personajes mitológicos, históricos o contemporáneos suyos, cada uno de los cuales simboliza un defecto o virtud, ya sea en el terreno de la política como en el de la religión. Así, los castigos o las recompensas que reciben por sus obras ilustran un esquema universal de valores morales. Durante su periplo a través del Infierno y el Purgatorio, el guía del poeta es Virgilio, alabado por Dante como el representante máximo de la razón. Beatriz, a quien Dante consideró siempre tanto la manifestación como el instrumento de la voluntad divina, lo guía a través del Paraíso.

Cada una de las secciones incluye 33 cantos, excepto la primera, que incluye uno más y sirve como introducción. Este extenso poema está escrito en terza rima, una estructura rimada cuya distribución es la siguiente: ABA BCB CDC... etc. (véase Versificación). La intención de Dante al componer este poema era llegar al mayor número posible de lectores, y por ello lo escribió en italiano, y no en latín. Lo tituló Commedia porque tiene un final feliz, en el Paraíso, al que llega al final de su viaje. El poeta puede por fin contemplar a Dios y siente cómo su propia voluntad se funde con la divina. Este adjetivo, divina, no apareció en el título hasta la edición de 1555, llevada a cabo por Ludovico Dolce.

Infierno, Purgatorio y Paraíso dantescos

En algunas culturas, el Infierno es el lugar donde se reúnen las almas de los muertos en general. En otras, como en la tradición cristiana, es un lugar exclusivamente de castigo y privación después de la muerte para las almas de los condenados. Este grabado representa el Infierno, el Purgatorio y el Paraíso del universo dantesco.

La obra, que constituye un catálogo del pensamiento político, científico y filosófico de su tiempo, puede interpretarse en cuatro niveles: el literal, el alegórico, el moral y el místico. Ciertamente, es una impresionante dramatización de toda la teología cristiana medieval, pero, más allá de esta consideración, el viaje imaginario de Dante puede ser interpretado como una alegoría de la purificación del alma y de la consecución de la paz bajo la guía de la razón y el amor.

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INFLUENCIA E INSPIRACIÓN

Ya en el siglo XV muchas ciudades italianas habían creado agrupaciones de especialistas dedicadas al estudio de la Divina Comedia. Durante los siglos que siguieron a la invención de la imprenta aparecieron más de 400 ediciones distintas sólo en Italia. La epopeya dantesca ha inspirado, además, a numerosos artistas, hasta el punto de que han aparecido ediciones ilustradas por los maestros italianos del renacimiento Sandro Botticelli y Miguel Ángel, por los artistas ingleses John Flaxman y William Blake, y por el ilustrador francés Gustave Doré. El compositor italiano Gioacchino Antonio Rossini y el alemán Robert Schumann pusieron música a algunos fragmentos del poema, y el húngaro Franz Liszt se inspiró en él para componer un poema sinfónico. El compositor contemporáneo italiano Luciano Berio también ha utilizado versos de Dante en su composición Laborintus II.

La Divina Comedia ha sido traducida a más de 25 idiomas. La primera edición en castellano fue la de Enrique de Villena, a principios del siglo XV, hoy perdida. De 1429 data una versión catalana, en verso, de Andreu Febrer, y en 1555 Pedro Fernández de Villegas tradujo el Infierno. Entre las versiones modernas al castellano destacan la de Cayetano Rosell (1871-1872); en verso, y muy difundida en su época fue la del conde de Cheste (1879) y la del argentino Bartolomé Mitre (1894), también en verso. En catalán sobresalen la de Jacint Verdaguer (1879) y la de Sagarra (1950-1952).

La influencia de Dante en la literatura española de los siglos XV y XVI fue muy importante, a partir, sobre todo, de la obra de Juan de Mena El laberinto de Fortuna o Las trescientas, terminada en 1444.

El asombroso Homo sapiens

Homo sapiens

Homo sapiens, término latino empleado para designar a la especie humana. El nombre de ser humano se aplica a ciertas especies que fueron los antecesores evolutivos del Homo sapiens (véase Evolución humana). Los científicos consideran a todos los seres humanos actuales como miembros de una única especie.

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CLASIFICACIÓN

El Homo sapiens está caracterizado, desde el punto de vista taxonómico, como un animal (reino Animal), dotado de una espina dorsal (filo de los Cordados), segmentada (subfilo Vertebrados); la madre da de mamar a sus crías (clase de los Mamíferos), cuya gestación se realiza en el útero dentro de una placenta (subclase de los Euterios); está provisto de extremidades que tienen 5 dedos, posee clavícula y un único par de glándulas mamarias situadas en el pecho (orden de los Primates). Los ojos se encuentran emplazados en la parte frontal de la cabeza, lo que facilita la visión estereoscópica (capacidad de apreciar el relieve y la distancia a la que se encuentran los objetos); el cerebro es grande en relación con el tamaño del cuerpo (suborden Antropoideos). La especie pertenece a la familia de los Homínidos, cuyas características generales se describen a continuación.

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ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA

Las características del esqueleto que distinguen al Homo sapiens de sus parientes primates más próximos —el gorila, el chimpancé y el orangután— son consecuencia de una adaptación muy temprana a una postura erecta y a una forma de caminar que utiliza sólo las extremidades posteriores (bipedación). Gracias a la columna vertebral que poseen, el centro de gravedad se sitúa justo encima de la superficie de soporte que constituyen los pies, lo que proporciona la estabilidad necesaria para caminar. Hay otras modificaciones mecánicas imprescindibles para conseguir la bipedación: una pelvis ancha, una rodilla que puede doblarse en un solo sentido, un hueso del talón alargado y un pulgar largo alineado con el resto de los dedos del pie. Aunque otros antropoides presentan grados de bipedación diferentes, todos tienen en común la presencia de una columna vertebral recta o arqueada, pies prensiles, piernas arqueadas y manos utilizadas como apoyo cuando caminan.

La bipedación perfecta del ser humano conlleva la liberación de las manos, que se convierten de esta forma en instrumentos muy sensibles, capaces de manipular los objetos de forma muy precisa. El detalle estructural más importante de esta adaptación es el pulgar humano, que es alargado, puede rotar con bastante libertad y puede oponerse al resto de los dedos de la mano. Los requerimientos fisiológicos necesarios para el desarrollo de la capacidad del habla aparecieron como consecuencia de la adquisición de la postura erguida, que permitió la ubicación adecuada de las cuerdas vocales, y de la utilización más compleja de las manos. Por último, el habla se desarrolló por completo gracias al aumento de tamaño y especialización de un área determinada del cerebro (la circunvolución de Broca), lo cual es un requisito previo para conseguir el control preciso de los labios y de la lengua.

El cerebro del Homo sapiens es grande (capacidad media de 1.400 cc) y tiene más o menos el doble del tamaño que el cerebro de sus antepasados prehistóricos. Este espectacular aumento del tamaño cerebral en tan sólo 2 millones de años se consiguió en virtud de un proceso denominado neotenia, que consiste en la retención de características propias de estados juveniles durante más tiempo. El estado juvenil del cerebro y el desarrollo del cráneo se prolongan en el tiempo de forma que crecen durante un periodo de tiempo más largo que el habitualmente requerido para alcanzar la madurez sexual. A diferencia del cráneo adulto de los humanos primitivos, que tenían una frente poco prominente y una mandíbula dirigida hacia delante, el cráneo de los seres humanos —con variaciones de poca importancia desde el punto de vista biológico— conserva un tamaño grande en comparación con el resto del cuerpo, tiene una bóveda craneana redonda y elevada, una cara aplanada y una mandíbula de tamaño reducido, lo que en conjunto recuerda a las características del cráneo del chimpancé joven. El agrandamiento del cráneo requiere a su vez modificaciones anatómicas para que el feto pueda pasar a través del canal del parto; en consecuencia, la pelvis se ensancha al llegar a la madurez (con la consiguiente pérdida de velocidad en la locomoción), y el niño nace en un estado de desarrollo prematuro. La capacidad cerebral de un chimpancé al nacer es el 65% de la que posee un chimpancé adulto; el Australopithecus, un homínido que existió hace 3 millones de años, que ya caminaba en posición erecta, nacía con una capacidad cerebral del 50% de la del adulto. Por el contrario, los recién nacidos del hombre actual tienen sólo el 25% de la capacidad cerebral del adulto, lo que se traduce en un periodo más largo de dependencia del cuidado materno. El desarrollo neurológico del cerebro humano joven, que crece a gran velocidad, se produce gracias a un periodo prolongado de estimulación y dependencia de los adultos; se ha comprobado que en aquellos casos en que el ser humano carece de estos lazos externos en sus primeros años de vida, el desarrollo del cerebro es incompleto.

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COMPORTAMIENTO

Las adaptaciones fisiológicas que hicieron de los seres humanos animales más flexibles que otros primates, permitieron el desarrollo de una amplia variedad de capacidades y una versatilidad en el comportamiento que no tiene comparación en el resto del mundo animal. El gran tamaño del cerebro, su complejidad y maduración lenta, junto con el desarrollo neurológico a lo largo de los doce primeros años de vida, proporcionó la base para que el comportamiento estereotipado e instintivo pudiera ser modificado a través del aprendizaje. Los cambios en el medio se afrontaron mediante ajustes rápidos y no a través de una selección genética lenta, con lo que la supervivencia se hizo posible en condiciones extremas y en una amplia variedad de hábitats sin necesidad de una diferenciación adicional de la especie; sin embargo, cada recién nacido, que nace con pocos rasgos innatos y con una gran potencialidad de desarrollo del comportamiento, debe tener un proceso de aprendizaje para alcanzar su desarrollo completo como ser humano.

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ATRIBUTOS CULTURALES

La cultura, entendida como la capacidad de transmitir información entre generaciones por medios extragénicos, se ha desarrollado de manera notable en la especie humana proporcionando, además, identidad a la propia especie. Los modelos de comportamiento integrados requeridos para la planificación y creación de herramientas se desarrollaron hace al menos 2,5 millones de años; además, también pudo haber existido en esa época alguna forma de código avanzado para la comunicación verbal. La organización de cacerías, la utilización del fuego, el uso de ropa y los enterramientos con un cierto carácter ritual, estaban ya bien establecidos hace 350.000 años. Hay evidencias que datan desde hace 30.000 o 40.000 años algunos rituales religiosos, registros sistemáticos de datos y la existencia de un lenguaje avanzado y unas ciertas normas necesarias para la organización social. A partir de entonces, el género Homo comenzó a conformarse en el actual Homo sapiens.

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OTRAS DEFINICIONES

La descripción anterior se basa en la observación anatómica (véase Anatomía) y en la actual teoría científica sobre el origen de las especies del género Homo. La humanidad en sí misma y la esencia del ser humano también puede definirse desde muchas otras perspectivas culturales, como son la religiosa, la social, la lingüística y la ética.

La asombrosa Homeostasis

Homeostasis, proceso por el cual un organismo mantiene las condiciones internas constantes necesarias para la vida. El concepto de homeostasis fue introducido por primera vez por el fisiólogo francés del siglo XIX Claude Bernard, quien subrayó que "la estabilidad del medio interno es una condición de vida libre". Para que un organismo pueda sobrevivir debe ser, en parte, independiente de su medio; esta independencia está proporcionada por la homeostasis. Este término fue acuñado por Walter Cannon en 1926 para referirse a la capacidad del cuerpo para regular la composición y volumen de la sangre, y por lo tanto, de todos los fluidos que bañan las células del organismo, el "líquido extracelular". El término homeostasis deriva de la palabra griega homeo que significa ‘igual’, y stasis que significa ‘posición’. En la actualidad, se aplica al conjunto de procesos que previenen fluctuaciones en la fisiología de un organismo, e incluso se ha aplicado a la regulación de variaciones en los diversos ecosistemas o del Universo como un todo.

En los organismos vivos la homeostasis implica un consumo de energía necesario para mantener una posición en un equilibrio dinámico. Esto significa que, aunque las condiciones externas puedan estar sujetas continuamente a variaciones, los mecanismos homeostáticos aseguran que los efectos de estos cambios sobre los organismos sean mínimos. Si el equilibrio se altera y los mecanismos homeostáticos son incapaces de recuperarlo, entonces el organismo puede enfermar y con el tiempo morir.

La homeostasis es necesaria porque los organismos metabolizan moléculas de forma continua (véase Metabolismo) y originan productos de desecho potencialmente tóxicos empleando sustancias importantes que es necesario reponer. Además de esto, los organismos precisan mantener un medio intracelular constante indiferente a los efectos que las variaciones originan en su medio externo.

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MECANISMOS HOMEOSTÁTICOS

La homeostasis requiere que el organismo sea capaz de detectar la presencia de cambios en el medio y de controlarlos. Una pequeña variación respecto al nivel establecido iniciará una respuesta homeostática que restituirá el estado deseado del medio. La cibernética, conocida también como teoría de control, es el estudio de los mecanismos homeostáticos o servomecanismos (término utilizado para describir los mecanismos análogos empleados por máquinas). En la teoría de control, se han diseñado modelos matemáticos e informáticos para describir los sistemas de control fisiológico, aunque con frecuencia estos son algo toscos e insuficientes ya que dentro de un organismo existen muchos sistemas interactivos muy complejos. Algunos de los mecanismos descritos en la teoría de control son útiles para comprender los mecanismos homeostáticos, como por ejemplo los circuitos de retroalimentación. Estos suponen que el producto de un mecanismo actúa de alguna forma para alterar la naturaleza, velocidad, o eficacia del propio mecanismo en sentido positivo o negativo. En biología, la mayoría de los circuitos de retroalimentación son negativos, es decir inhiben los mecanismos o procesos celulares de los que provienen (véase Hipófisis).

Un ejemplo simple de retroalimentación negativa es el termostato empleado para controlar el calor generado por un sistema de calefacción central. Si la temperatura del aire en una sala es inferior a la temperatura seleccionada en el termostato entonces la calefacción se encenderá, y una vez que la temperatura alcance el nivel de calor deseado se apagará de nuevo. Por lo tanto, la potencia del sistema de calefacción central está determinada y la temperatura se mantiene tan cerca como sea posible de la temperatura deseada. Sin embargo, existen ligeras variaciones a cada lado del punto establecido, y cuando se enciende el termostato hay un intervalo de tiempo durante el cual el aire de la sala no alcanza la temperatura deseada. Este control de temperatura es imperfecto y tiene limitaciones, por ejemplo en un día caluroso de verano, cuando la temperatura de la sala puede ser más elevada de lo deseado, el termostato evitará que la calefacción central funcione, pero no hará descender su temperatura. Por esta razón, para que un mecanismo homeostático pueda hacer frente a cada eventualidad debe ser más complejo.

Los circuitos de retroalimentación positivos provocan el aumento de una respuesta. Un ejemplo de un circuito de este tipo podría ser el desencadenamiento de un impulso nervioso en un nervio: la despolarización de la célula nerviosa aumenta la entrada de sodio incrementando la despolarización, que a su vez aumenta de nuevo la entrada de sodio, y así sucesivamente. Esta retroalimentación positiva se mantiene hasta que se alcanza un umbral y los canales de sodio se cierran.

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HOMEOSTASIS A NIVEL CELULAR

Todos los organismos llevan a cabo la homeostasis a nivel celular, ya que para poder vivir es necesario que los componentes de las células se mantengan en unas concentraciones más o menos uniformes. La membrana celular es responsable de controlar qué sustancias pueden entrar y cuáles deben abandonar la célula; debe existir la posibilidad de que los productos de desecho salgan de la célula para evitar que alcancen niveles tóxicos. También deben captarse sustancias esenciales para el metabolismo para ser utilizadas en la respiración. En los organismos unicelulares la homeostasis es más complicada, ya que el medio que los rodea puede cambiar de forma drástica en muchos sentidos. Por el contrario, los organismos multicelulares facilitan la función de cada célula asegurando que el medio extracelular se mantenga gracias a la homeostasis, por lo que cada célula no estará expuesta a grandes variaciones.

Se ha demostrado que los circuitos de retroalimentación negativa juegan un papel importante en la regulación de la tasa a la que los enzimas actúan sobre una célula. Supongamos que un enzima actúa sobre una proteína A, rompiéndola en las moléculas B y C; si la molécula C tiene un efecto inhibidor sobre esta enzima, entonces cuando los niveles de B y de C decaigan, aumentará su síntesis a partir de A; pero si los niveles de C son elevados, entonces el enzima será inhibido y no continuará la síntesis de B y C.

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HOMEOSTASIS EN EL SER HUMANO

La homeostasis se produce en todos los organismos, pero se ha estudiado con más detenimiento en la especie humana y en otros mamíferos superiores. En estos animales complejos la homeostasis opera tanto en las células aisladas como en las integradas —fluidos corporales, tejidos y órganos. Puesto que se mantienen condiciones constantes dentro del tejido, cada célula está sometida a variaciones más pequeñas en su propio medio externo. Existe un intercambio constante de moléculas entre la sangre y el líquido extracelular que baña cada célula; es la composición estable de la sangre la que hace posible que se mantenga la invariabilidad del líquido extracelular. La composición constante del líquido extracelular protege a cada célula de los cambios que se producen en el medio externo. Por ejemplo, si una persona se introduce en un baño caliente, la temperatura de las células en el hígado, el corazón, el intestino y en el páncreas no se altera.

El aparato circulatorio (sangre, arterias, venas, etc.) es vital para el mantenimiento de la homeostasis. Es responsable de proporcionar metabolitos a los tejidos y de eliminar los productos de desecho, así como de participar en la regulación de la temperatura y en el sistema inmune. Sin embargo, los niveles de sustancias dentro de la sangre se encuentran bajo el control de otros órganos: el aparato respiratorio (pulmones) y el sistema nervioso regulan el nivel de dióxido de carbono que existe en la sangre y en el líquido extracelular; el hígado y el páncreas controlan la producción, el consumo y las reservas de glucosa; los riñones son responsables de la concentración de hidrógeno, sodio, potasio, e iones fosfato del organismo; y las glándulas endocrinas controlan los niveles de hormonas en la sangre. El hipotálamo desempeña un papel decisivo en la homeostasis: recibe información del cerebro, del sistema nervioso y del endocrino, y la integración de todas estas señales hace posible que sea capaz de controlar la termorregulación, el balance de energía y la regulación de los fluidos corporales, influyendo sobre la conducta (por ejemplo, el hipotálamo es responsable de la sensación de hambre), y exteriorizando su respuesta a través del sistema endocrino y del sistema nervioso.

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MANTENIMIENTO DE LOS NIVELES DE GLUCOSA EN LA SANGRE

Para el estado de salud del ser humano es muy importante que los niveles de glucosa en la sangre se mantengan. La glucosa es utilizada por todas las células del organismo como "combustible", y la proporción de glucosa que emplea cada célula varía y depende de su actividad (la mayoría de las células también utilizan derivados grasos, si bien el cerebro sólo metaboliza glucosa). La glucosa penetra en el torrente sanguíneo procedente del intestino, donde se absorbe durante la digestión o a partir de las reservas de glucógeno que se localizan en su mayoría en el hígado. El sistema homeostático más complejo que se conoce es el control de los niveles sanguíneos de glucosa.

Los niveles de glucosa en sangre varían entre 110 y –120 mg de glucosa por cada 100 ml de sangre después de una comida, y entre 70 y 80 mg por 100 ml después de un ayuno. Cuando los niveles son elevados, la glucosa se transforma en glucógeno y se almacena. Los niveles sanguíneos de glucosa están controlados por seis hormonas: la insulina, la hormona del crecimiento, el glucagón, los glucocorticoides, la adrenalina y la tiroxina.

La glucogenolisis, la obtención de glucosa a partir de las reservas de glucógeno, está estimulada por todas estas hormonas con excepción de la insulina, que la inhibe; la insulina estimula la glucogénesis, la producción de glucógeno en la sangre a partir de glucosa. El páncreas genera insulina cuando los niveles de glucosa son elevados, lo que origina un descenso de los niveles de glucosa en la sangre —un ejemplo de retroalimentación negativa. Algunos tejidos sólo pueden captar glucosa de la sangre en presencia de insulina, si sus niveles sanguíneos son bajos y no existe insulina, estos tejidos no pueden disponer de glucosa y tienen que recurrir a la utilización de derivados grasos para obtener energía. (véase Diabetes mellitus).

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EJEMPLOS DE HOMEOSTASIS EN OTROS ORGANISMOS

Para los organismos que no cuentan con una superficie cutánea hermética, uno de los procesos de regulación más importantes es el control de la cantidad de agua que se gana o se pierde por ósmosis o evaporación. Las bacterias se encuentran entre los organismos más pequeños que tienen gran superficie respecto a su volumen, de modo que son propensos a la deshidratación. Tratan de compensar esta predisposición mediante una presión osmótica interna superior a la del medio externo, reduciendo así la pérdida de agua.

Los organismos unicelulares como los protozoos, en especial aquellos que viven en agua dulce, obtienen continuamente agua de su medio por ósmosis. Este agua se bombea hacia una vacuola contráctil que se llena de líquido y que libera su contenido hacia el exterior de forma periódica. Por lo tanto, debido a la ósmosis, la cantidad de agua que se transporta de forma activa fuera de la célula es igual a la que penetra en ella, y no se producen variaciones en la tonicidad de la célula. Este hecho constituye una forma muy simple de homeostasis. Sin la vacuola contráctil los protozoos absorberían agua de forma continua hasta que sus contenidos citoplasmáticos se diluyeran de tal forma que se detendría el metabolismo y el organismo moriría.

Los peces poseen mecanismos complejos para controlar el contenido corporal de agua. La sangre de los peces dulceacuícolas posee una concentración de sales mayor que la del agua, por lo que el agua tiende a entrar osmóticamente en sus cuerpos. Como consecuencia, estos peces tienen que captar sales de forma activa del agua que pasa a través de sus branquias, y producen grandes cantidades de orina diluida (originan cada día el equivalente a un 20% de su peso corporal) para eliminar el exceso de agua. Por el contrario, los peces marinos habitan aguas que tienen una concentración salina más elevada que su líquido extracelular y su sangre, por lo que tienden a perder agua y obtener sales mediante ósmosis. Para mantener la composición sanguínea correcta estos peces beben agua de mar para reemplazar el agua que pierden por ósmosis hacia el medio externo hipersalino. El exceso de sales lo excretan por las branquias y producen cantidades muy pequeñas de orina isotónica (cerca del 4% de su peso corporal por día). En los peces que emigran desde aguas saladas a aguas dulces, como el salmón, los mecanismos que controlan el volumen de agua que penetra y sale del cuerpo son aún más complejos.

La asombrosa Histeria

Histeria, trastorno mental que se caracteriza por la manifestación de conflictos emocionales reprimidos en forma de síntomas físicos (denominados reacciones de conversión), o como grave disociación mental.

El diagnóstico psiquiátrico de la histeria depende del reconocimiento de un conflicto mental y de las conexiones inconscientes entre síntomas y conflicto. El término histeria colectiva se aplica a las situaciones en que un grupo humano muestra los mismos síntomas físicos sin causa orgánica que los motive. Un incidente de histeria colectiva tuvo lugar en Estados Unidos en 1977 cuando 57 miembros de la banda de un grupo escolar experimentaron dolores de cabeza, náuseas, vértigos y desfallecimientos tras un acontecimiento deportivo. Después de buscar sin éxito causas orgánicas, los investigadores concluyeron que había sido la reacción al calor de algunos miembros de la banda que se había extendido, por sugestión, a otros miembros. No obstante, hay que tener en cuenta que tal conclusión pudo deberse a que los miembros de la banda eran mujeres, sexo al que se solía relacionar con esta enfermedad. Hoy se prefiere la expresión reacción de ansiedad colectiva para denominar aquellas situaciones que se suelen dar durante las aglomeraciones de gente.

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HISTERIA DE CONVERSIÓN

Sometidos a la ansiedad que conllevan los conflictos emocionales, todos podemos reaccionar con síntomas físicos que incluso produzcan patologías orgánicas reales (de origen psicosomático, como las úlceras o algunas alergias), pero en las reacciones de conversión, son los conflictos mentales inconscientes los convertidos en síntomas con apariencia física sin fundamento fisiológico real. Entre los síntomas comunes están las parálisis musculares, la ceguera, la sordera y los temblores. Aunque este tipo de síntomas parecía ser habitual a comienzos de siglo, caracterizando incluso un tipo de personalidad (dramatizadora, histriónica, extravagante, absorbente, egocéntrica, neurótica y manipuladora), su frecuencia en la actualidad es escasa, habiendo aumentado por el contrario otras manifestaciones de conflictos neuróticos, como las somatizaciones, los estados depresivos, o las obsesiones-compulsiones.

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REACCIONES DISOCIATIVAS

Los pacientes que sufren reacciones histéricas de conversión pueden atravesar periodos de intensa emoción y falta de autoobservación. Los síntomas extremos de estos trastornos de la personalidad son las fugas o el sonambulismo. En las fugas, se abandona repentinamente el hogar, se asume una nueva identidad y no se recuerda en absoluto el pasado (su “otra vida”). En el sonambulismo, un estado restringido de la conciencia, más frecuente en la adolescencia, el paciente puede intentar resolver una situación antes dolorosa, pero sin tener en cuenta los condicionantes actuales.

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ESTUDIO Y TRATAMIENTO

Entre los trastornos mentales más controvertidos por su significación ideológica estaba la histeria, clásicamente definida como trastorno propio de las mujeres. Desde el punto de vista de la etimología es una enfermedad ligada a este sexo, que ya los antiguos griegos definieron para referise a la inestabilidad y movilidad de los síntomas físicos y a los accesos de desequilibrio emocional propios de las mujeres, según la teoría de que el útero se situaba en posiciones distintas (en griego, útero es hystera). Este término designó cualquier trastorno caracterizado por un comportamiento muy emotivo. Durante la edad media, la histeria se atribuía a la posesión demoníaca y a los hechizos, lo que justificaba, al mismo tiempo, la persecución de algunas mujeres.

Con el desarrollo de la anatomía y la fisiología en el siglo XIX, se tendió a interpretar todos los fenómenos mentales como anomalías del cerebro, pese a lo cual, a finales de siglo, el neurólogo francés Jean Martin Charcot demostró que las ideas mórbidas podían producir manifestaciones físicas, sin que hubiera en el paciente alteraciones estructurales orgánicas, ni cerebrales ni de otro tipo. Más tarde, uno de sus discípulos, Pierre Janet, describió la histeria como un trastorno psicológico. Otro antiguo discípulo de Charcot, el austriaco Sigmund Freud, desarrolló la teoría de que los síntomas histéricos eran el resultado del conflicto entre las exigencias morales, sociales, que se hacían sobre el paciente, y los deseos reprimidos, que retornaban. Era por tanto una teoría psicogenética del origen de la enfermedad, que sin embargo no impidió que siguiera asociada al género femenino, siendo muy poco frecuente que a un hombre le diagnosticaran esta enfermedad. Este trastorno ha sido uno de los que con más frecuencia se han diagnosticado erróneamente; hoy no se cree que sea un trastorno único, sino un síndrome más complejo y no muy bien definido.

No obstante, los pacientes (por lo general mujeres) que sufren esta enfermedad se tratan por lo general con algún tipo de psicoterapia y, en algunos casos, formas prolongadas de terapia analítica, o psicoanálisis. En los casos de crisis histéricas agudas asociadas con ansiedad, también se prescriben tranquilizantes.