Revista Galega do Ensino Nº 28/1

0 PRESENTA.CIN
4/4/01
21:46
Página 1
0 PRESENTA.CIN
4/4/01
21:46
Página 2
0 PRESENTA.CIN
4/4/01
21:46
Página 3
Revista Galega
do Ensino
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
0 PRESENTA.CIN
4/4/01
21:46
Página 4
0 PRESENTA.CIN
4/4/01
21:46
Página 5
Revista Galega do Ensino
COMITƒ DE REDACCIîN
Ana Mar’a Platas Tasende / Direcci—n
M. del Mar Lorenzo Moledo / Subdirecci—n
Mar’a Natividad Rodr’guez L—pez / Secretar’a
Javier Vilari–o Pintos / Ilustraci—n
CONSELLO ASESOR
Antonio de Ron Pedreira
Agust’n Dosil Maceira
Constantino Garc’a Gonz‡lez
Carlos Garc’a Riestra
Xesœs P. Gonz‡lez Moreiras
Venancio Gra–a Mart’nez
JosŽ Eduardo L—pez Pereira
SenŽn Montero Feij—o
JosŽ Carlos Otero L—pez
Carlos Pajares Vales
Vicente Pe–a Saavedra
Mar’a Pilar Mar PŽrez Mars—
çngel Rebolledo Varela
Manuel Regueiro Tenreiro
Mar’a Jesœs Su‡rez Sixto
JosŽ Luis Valcarce G—mez
TRADUCCIîN E CORRECCIîN LING†êSTICA
Bego–a MŽndez V‡zquez
COLABORACIîNS, CORRESPONDENCIA, INTERCAMBIO E PEDIDOS
Conseller’a de Educaci—n e Ordenaci—n Universitaria
Direcci—n Xeral de Pol’tica LingŸ’stica
Edificio Administrativo San Caetano
15704 Santiago de Compostela
e-mail: [email protected]
0 PRESENTA.CIN
4/4/01
21:46
Página 6
0 PRESENTA.CIN
4/4/01
21:46
Página 7
Nœmero especial
Balances dun sŽculo
Volume I
CIENCIAS
COORDINADOR
Carlos Pajares Vales
0 PRESENTA.CIN
4/4/01
21:46
Página 8
O ComitŽ de Redacci—n non asume
necesariamente as opini—ns expostas
polos autores
Prohibida a reproducci—n total ou parcial
do contido sen a autorizaci—n expresa da RGE
© Xunta de Galicia
Edita: Conseller’a de Educaci—n e Ordenaci—n Universitaria
Direcci—n Xeral de Pol’tica LingŸ’stica
Imprime: Grafinova, S. A.
Dep—sito Legal: C - 818 - 96
ISSN: 1133 - 911X
0 PRESENTA.CIN
4/4/01
21:46
Página 9
êndice
Presentaci—ns
Colaboraci—ns
p Presentación
Manuel Fraga Iribarne
unha fin de século
p Para
Celso Curr‡s Fern‡ndez
p Limiar
Carlos Pajares Vales
p
p‡x. 19
p‡x. 23
A Teoría da Relatividade
Alfonso V‡zquez Ramallo
p
p‡x. 17
As Ciencias Matemáticas no século XX
Lu’s A. Cordero
p
p‡x. 15
p‡x. 45
Mecánica cuántica
J. S‡nchez GuillŽn
p‡x. 65
0 PRESENTA.CIN
4/4/01
21:46
p
p
Página 10
Núcleos e partículas
Carlos Pajares Vales
JosŽ M. Fern‡ndez de Labastida y del Olmo
p
p‡x. 157
A Xenética no século XX
çngel Carracedo çlvarez
p
p‡x. 141
A Bioquímica no final do milenio. Un século
de historia
Manuel Freire Rama
p
p‡x. 109
Química: balance dun século
M. Arturo L—pez Quintela
p
p‡x. 85
Astrofísica e Cosmoloxía
p‡x. 175
A tectónica de placas e o impacto Kt. Unha gran
revolución xeolóxica e unha gran controversia do
século XX
Federico Vilas Mart’n
p‡x. 193
0 PRESENTA.CIN
4/4/01
21:46
p
Página 11
A Medicina no século XX
Fernando Dom’nguez Puente
p Miguel Ca’nzos Fern‡ndez
computadores do século pasado
p Os
SenŽn Barro Ameneiro
p‡x. 215
A Cirurxía no século XX
p
p‡x. 293
Mente e cerebro
Carlos Acu–a Castroviejo
p
p‡x. 273
A Biotecnoloxía no século XX: ¿o inicio dunha
revolución?
Tom‡s G. Villa / Juan M. Lema Rodicio
p
p‡x. 251
Electrónica: Ciencia e Tecnoloxía
Diego Cabello Ferrer / Carlos G—mez-Reino Carnota
p
p‡x. 233
p‡x. 315
Medio ambiente
Felipe Mac’as V‡zquez
p‡x. 337
0 PRESENTA.CIN
4/4/01
21:46
Premios
Nobel
Normas para
os autores
Página 12
p
p
p
p
Fisiolox’a ou Medicina
p
ComitŽ de Redacci—n
F’sica
Qu’mica
Ciencias Econ—micas
p‡x. 361
p‡x. 367
p‡x. 374
p‡x. 381
p‡x. 385
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 13
Presentaci—ns
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 14
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 15
15
PRESENTACIÓN
C—mpre Ñe bo ser’a facelo con talante e esp’rito cr’ticosÑ un repaso ‡s evoluci—ns e variaci—ns habidas nas diferentes ‡reas do co–ecemento no que o xŽnero
humano est‡ inmerso e se desenvolve.
ƒ costume das nosas culturas occidentais facer balances peri—dicos dos logros
acadados a partir das propostas presentadas. Deste xeito aval’anse moitas veces os
resultados nas ‡reas cient’ficas e tŽcnicas nas que as posibilidades de lograr metas
est‡n supeditadas de contino ‡ metodolox’a e, sobre todo, ‡ tecnolox’a alcanzable en
cada momento.
Outra cousa Ž o pensamento, a ideolox’a, o criterio ou criterios con que se elixe
unha li–a de actuaci—n. Isto non Ž cuesti—n de menor importancia, pois sabemos que
as conductas mudaron a miœdo os rumbos da nosa historia.
Desde as ideolox’as ata as maquinarias cient’ficas e tŽcnicas, todo pode quedar
obsoleto. Adaptarse —s tempos ten moito que ver con ser capaces de co–ece-lo pasado e entende-la sœa evoluci—n nos diferentes ‡mbitos da actuaci—n humana. Este
co–ecemento e mais este entendemento poder‡n ofrecernos un punto de apoio para
seguirmos avanzando en ciencia, en tecnolox’a, en pensamento, e axudarannos
outros’ a discernirmos entre o que Ž verdadeira evoluci—n e o que Ž un simple cambio.
A Revista Galega do Ensino Ñnon pod’a ser doutra maneiraÑ sœmase a esas
reflexi—ns con este nœmero extraordinario, Balances dun sŽculo, dedicado a comproba-las evoluci—ns e pescudar nos mŽtodos baixo diferentes puntos de vista, coa calidade e o rigor —s que xa nos ten acostumados.
Manuel Fraga Iribarne
Presidente da Xunta de Galicia
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 16
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 17
17
PARA UNHA FIN DE SECULO
Os remates dos sŽculos inclinan sempre ‡ reflexi—n. Non ’a ser menos o deste,
tan axitado nos terreos da historia, da sociedade e da pol’tica coma innovador nos
eidos do pensamento, das diversas ciencias, das comunicaci—ns, do ensino, das leis
ou das artes.
A Revista Galega do Ensino, coa que esta Conseller’a, desde hai anos, quere ofrecer — profesorado v’as de expresi—n dos seus achados e de actualizaci—n dos seus
co–ecementos, compr‡cese en editar, con motivo destas datas tan singulares, un
nœmero especial no que se recollen estudios varios sobre o sŽculo XX.
As particulares visi—ns dun nutrido grupo de especialistas en diferentes disciplinas sobre os principais acontecementos, as ideas ou os descubrimentos m‡is
transcendentes deste sŽculo demostran canto houbo de inquedanzas, canto de
inventos e de poderosa forza creativa na œltima centuria, que parece se-la porta que
abre — infinito as posibilidades da nova, na que tan axi–a nos corresponde entrar.
Sen dœbida, estes Balances dun sŽculo han gozar dunha entusiasta acollida por
parte dos lectores e servir de punto de referencia para docentes e estudiosos interesados no desenvolvemento da cultura. Moito do que acadaron os nosos predecesores lŽmbrase nas seguintes p‡xinas. Algœns, por certo, nin sequera foron os nosos
predecesores: son os nosos coet‡neos, e viven e alentan canda n—s mentres lle arrincan — mundo os seus m‡is agochados segredos e nos entregan os logros finais das
sœas incontables horas de dedicaci—n. Non pode ser outra a maneira de conquistar
un futuro que xa Ž presente.
Celso Curr‡s Fern‡ndez
Conselleiro de Educaci—n
e Ordenaci—n Universitaria
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 18
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 19
19
LIMIAR
Cando o conselleiro Celso Curr‡s e maila directora da Revista Galega do Ensino,
Ana Mar’a Platas, me propuxeron coordinar un volume sobre a Ciencia e a TŽcnica
no sŽculo XX, que fose complementario doutro volume dedicado ‡s Letras e as
Ciencias Sociais, pareceume que estes libros poder’an ser de utilidade para profesores de institutos, colexios, universidades e, en xeral, para un amplo sector de lectores, sempre e cando se atinase nos enfoques e mais nos obxectivos.
Nestes œltimos anos est‡n aparecendo e aparecer‡n moitas m‡is publicaci—ns
onde se repasen de xeito exhaustivo t—dolos logros acadados e os problemas que
restan nun determinado eido do co–ecemento. Son artigos do tipo review nos que os
lectores potenciais son os expertos dese eido determinado. Non Ž isto o que se pretende no noso caso.
TamŽn est‡n sa’ndo ‡ rœa 'enciclopedias' dedicadas — sŽculo XX onde se recollen varias disciplinas e se lles aplica unha orde tal que se poida atopar calquera dato
relacionado con elas. Tampouco pretendemos facer unha obra deste tipo.
Tr‡tase simplemente de contar, dun xeito que chegue a un gran nœmero de persoas, feitos relevantes da Ciencia e da TŽcnica no sŽculo XX, cunha extensi—n razoablemente limitada, de forma que un lector poida satisface-la sœa curiosidade nun
tempo tamŽn razoable, e que ademais lles sexa de proveito sobre todo a persoas que
se moven no mundo do ensino, sen renunciar a outros lectores potenciais.
Por todo isto, a elecci—n dos temas non foi doada. Con seguridade non se atopar‡n algœns relevantes, pero a sœa inclusi—n significar’a a exclusi—n doutros notables ou a extensi—n excesiva do volume.
Existe un gran consenso en considerar que o sŽculo XX foi o sŽculo da F’sica e
da Biolox’a. Partindo delas, coidamos que hab’a que trata-las dœas revoluci—ns vividas dentro da primeira: a Relatividade e a Mec‡nica cu‡ntica; doutra banda a
XenŽtica e a Bioqu’mica maila Biolox’a molecular dentro da segunda. As dœas revoluci—ns
da F’sica ilumin‡ronnos o mundo do m‡is grande e do m‡is pequeno, Ž
*
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
1 COLABORA.CIN
20
4/4/01
21:47
Página 20
Carlos Pajares Vales
dicir, a Astrof’sica e a Cosmolox’a e mailos nœcleos e as part’culas elementais, o pulo
das correspondentes en Biolox’a, a medra da Biotecnolox’a e a dr‡stica mudanza da
Medicina. A todas estas disciplinas importantes no sŽculo XX hab’a que engadir as
ciencias b‡sicas: Matem‡ticas, Qu’mica e Xeolox’a. O volume non pod’a deixar de
inclu’-la Electr—nica e Optoelectr—nica por un lado e os ordenadores e a Tecnolox’a
da informaci—n por outro, xurdidas en gran medida da F’sica. A Cirurx’a, a mente e
o cerebro e mailo medio natural son tres grandes ramas do co–ecemento que durante o sŽculo XX experimentaron transformaci—ns radicais. Esta foi a mi–a elecci—n.
Todos estes temas son tratados por expertos destacados en cada materia, todos
investigadores en Galicia, algœns con experiencia en divulgaci—n; o resto fixeron un
esforzo para ser comprensibles.
Co volume p—dese gozar e pasar uns momentos agradables. Polo menos esa Ž
a mi–a opini—n. Sen embargo, esta opinion non Ž a importante. A importante Ž a
sœa, que desexo sexa coincidente. Neste caso os obxectivos do volume estar‡n
cumpridos.
Carlos Pajares Vales
Coordinador do volume de Ciencias
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 21
Colaboraci—ns
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 22
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 23
23
AS CIENCIAS MATEMÁTICAS NO SÉCULO XX
Lu’s A. Cordero*
Universidade de Santiago
de Compostela
ÒEntristŽceme que a xente culta nin
sequera saiba que o meu tema existeÓ
Paul R. Halmos
Resumi-la evoluci—n das Matem‡ticas — longo do sŽculo XX nunhas
poucas p‡xinas Ž unha tarefa imposible. Tanto por raz—ns obxectivas como
por raz—ns subxectivas, tendo en conta
os modos de pensamento que temos os
matem‡ticos e a nosa linguaxe tan
especial, achegarlle — lector os avances
habidos neste sŽculo no pensamento
matem‡tico sen recorrer ‡s f—rmulas
parŽceme, cando me dispo–o a comezar a escribir, algo irrealizable.
Ademais, coido que un matem‡tico, — enfronta-la tarefa de escribir un artigo como este, que se sup—n de divulgaci—n, debe ter en conta que polo
menos a metade dos seus lectores
deixar‡n de ler — que atopen nel unha
primeira ecuaci—n, e non Ž dif’cil imaxinar quŽ ocorrer‡ cos que continœen
— daren coa segunda. As’ que eu,
que comparto este punto de vista, vou
tentar escribir este traballo sen utilizar
f—rmulas, confiado en que o meu lector saber‡ desculparme polas moitas
imprecisi—ns, erros e omisi—ns que sen
dœbida hei cometer.
AS CIENCIAS MATEMÁTICAS: A NOSA CULTURA
INVISIBLE
NinguŽn cun nivel cultural medio pode nega-la existencia do pensamento matem‡tico como algo inherente — poder racional do home,
formando parte da sœa natureza e da
sœa historia.
Na proposici—n non de lei do
Congreso dos Deputados sobre o Ano
Mundial das Matem‡ticas 2000 dise:
As Matem‡ticas son unha das m‡ximas
expresi—ns da intelixencia humana e
constitœen un eixe central na historia da
cultura e das ideas. Gracias ‡ sœa universalidade apl’canse nas outras ciencias, nas ciencias da natureza, nas
* Catedrático de Xeometría e Topoloxía.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
1 COLABORA.CIN
24
4/4/01
21:47
Página 24
Luís A. Cordero
ciencias sociais, nas enxe–er’as, nas novas tecnolox’as, e nas distintas ramas do
saber mais nos diferentes tipos de actividade humana, de tal xeito que resultan
ser fundamentais no desenvolvemento e
progreso dos pobos.
O impacto e influencia das Matem‡ticas na nosa forma actual de vida
Ž indiscutible e dŽbese — seu espectacular crecemento e — aumento das
sœas aplicaci—ns, principalmene no
œltimo tercio do sŽculo XX, no que todo
se matematiza. Moitas das cousas
que forman parte da nosa vida coti‡ e
das que non poderiamos prescindir
facilmente, como a radio, o telŽfono, a
televisi—n, as calculadoras, os ordenadores, os c—digos de barras, os discos compactos, o esc‡ner ou os satŽlites
artificiais, por exemplo, non ser’an posibles sen a aplicaci—n de numerosos resultados matem‡ticos. Malia
iso, e a’nda que a sœa historia se mide
por milenios, os matem‡ticos temos
que admitir que as Matem‡ticas son,
sen dœbida, as m‡is impopulares de
t—dalas ciencias, e ocupan o œltimo posto da lista no que ‡ comunicaci—n e co–ecemento do home medio se
refire.
F. Hirzebruch sinala:
Sen Matem‡ticas non haber’a un pensamento l—xico estructurado; o pensamento matem‡tico Ž un compo–ente
fundamental do mundo moderno. Historicamente as Matem‡ticas foron a chave que abriu as portas da ilustraci—n.
Hoxe, as Matem‡ticas puras poden a’nda ser consideradas como
o garda do graal do pensamento l—xico.
O CAMBIO DE SÉCULO: DO XIX Ó XX
Ser’a imposible falar dos logros
acadados polas Matem‡ticas no sŽculo
XX sen facer referencia ‡ revoluci—n
experimentada polo pensamento matem‡tico — longo do sŽculo anterior. Non
s— a sœa linguaxe, sen—n os fundamentos l—xicos das Matem‡ticas actuais,
dependen dun xeito esencial do acontecido durante o sŽculo XIX.
Unha das caracter’sticas primordiais das Matem‡ticas Ž o seu rigor, Ž
dicir, o coidado en non admitir m‡is
que aquilo que fose probado por un
razoamento, e fixar con precisi—n as
bases de todo razoamento. Sen embargo, este coidado non existiu sempre,
como mostra a historia das Matem‡ticas nos sŽculos XVII e XVIII,
cando os continuadores da obra de
Newton e de Leibniz, a’nda que culminan as colosais creaci—ns do C‡lculo
infinitesimal e do C‡lculo integral,
inquietaban seriamente os cient’ficos e
mais os fil—sofos polas sœas ousad’as
nos esvarad’os terreos do infinito e do
infinitŽsimo, que se atopaban na base
de todo o c‡lculo, ousad’as provocadas
por unha incontrolada chamada ‡
intuici—n.
Non obstante, os r‡pidos progresos experimentados neses sŽculos fixeron que as Matem‡ticas entraran no
XIX Ñpara moitos o verdadeiro sŽculo
da Matem‡tica puraÑ nun per’odo de
axitado crecemento caracterizado por
dous feitos: 1) a cr’tica dos fundamentos, primeiro os da An‡lise, logo os da
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 25
As Ciencias Matemáticas no século XX
Xeometr’a, e por œltimo tamŽn os da
L—xica, e 2) por unha tendencia ‡ xeneralizaci—n, tentando libera-las Matem‡ticas das presunci—ns intuitivas e
lograr que fosen un obxecto de estudio
en por si, independentes da Filosof’a
natural. As melloras nos sistemas de
c‡lculo, coa elaboraci—n dun sistema
rigoroso de an‡lise, conducen, nun œltimo termo, ‡ Mec‡nica cu‡ntica e ‡
Teor’a da Relatividade, e, como consecuencia, a un co–ecemento e comprensi—n m‡is fondos da natureza da
materia e do espacio. Doutra banda, —
cuestiona-la l—xica do C‡lculo e da
Xeometr’a, desc—brese un novo mundo
para as Matem‡ticas nas teor’as dos
conxuntos infinitos e das xeometr’as
non-euclidianas, o que de feito conducir‡, — longo do primeiro tercio do
sŽculo XX, — mellor entendemento dos
seus propios fundamentos.
Estas dœas direcci—ns, unha aplicada e con influencias alleas, a outra
te—rica, introspectiva e abstracta, te–en
en realidade unhas ra’ces comœns e
mostran a simbiose existente entre Matem‡tica pura e Matem‡tica aplicada.
Dunha parte, J. Fourier (1768-1830) intœe que toda funci—n pode ser
expresada como suma de certas funci—ns b‡sicas simples que representan
as vibraci—ns peri—dicas que forman os
tons puros musicais ou as cores b‡sicas
da luz. Esta idea de Fourier, motivada
pola sœa an‡lise da calor nos corpos, Ž
unha das m‡is importantes da historia
das Matem‡ticas. Os estudios derivados deste descubrimento estŽndense —
longo de todo o sŽculo XIX e involu-
25
cran os m‡is importantes matem‡ticos
da Žpoca, como Dirichlet, Riemann,
Weierstrass ou Cantor. Eles analizan
quŽ Ž o que valida o mŽtodo (a converxencia controlada das sumas infinitas)
e quŽ Ž o que pode invalidalo. Os seus
estudios perm’tenlles —s f’sicos te—ricos
(seguindo o cami–o no que a teor’a Ž
v‡lida) transforma-la F’sica cl‡sica por
medio destes novos instrumentos
matem‡ticos. Pola sœa banda, os matem‡ticos exploran as moitas v’as nas
que o mŽtodo de Fourier non funciona.
Descobren deste xeito o amplo mundo,
ata ent—n desco–ecido, dos conxuntos
infinitos.
Prodœcese asemade un descubrimento sorprendente e desconcertante:
a Xeometr’a euclidiana non Ž o œnico
tipo de xeometr’a posible. Hoxe sabemos que este achado se debe a K. F.
Gauss (1777-1855), o matem‡tico m‡is
grande de t—dolos tempos, quen nunca
o publicou por medo — rid’culo; o creto
da primeira publicaci—n, en 1826, dŽbese atribu’r a N. Lobachevski (1792-1856) e J. B—lyai (1802-1860), que, dun
xeito independente e case simult‡neo,
deron a co–ecer o que hoxe chamamos
Xeometr’a hiperb—lica. A clave para tal
achado at—pase no feito de que un dos
postulados da Xeometr’a euclidiana, o
Postulado da Paralela ou Postulado V,
non Ž por forza certo. ƒ dicir, dos dez
axiomas da Xeometr’a euclidiana, o
Axioma da Paralela pode ser negado e,
as’ e todo, a’nda Ž posible constru’r cos
nove restantes unha Xeometr’a perfectamente consistente; ou o que Ž o
mesmo, tal axioma Ž independente dos
1 COLABORA.CIN
26
4/4/01
21:47
Página 26
Luís A. Cordero
outros nove. Este descubrimento leva
de contado ‡ pluralizaci—n das Matem‡ticas: onde antes hab’a unha xeometr’a agora temos xeometr’as e, nun œltimo termo, ‡lxebras e non s— unha
‡lxebra, sistemas numŽricos e non un
s— sistema numŽrico. O pulo definitivo
destas consideraci—ns puramente abstractas sobre as xeometr’as non-euclidianas prodœcese coa definici—n por
G. B. Riemann (1826-1866) das Òconfiguraci—ns n-dimensionaisÓ, co que se
crean os modelos matem‡ticos que lle
permitir‡n a A. Einstein (1879-1955),
anos m‡is tarde, o desenvolvemento da
Teor’a da Relatividade.
Estas dœas direcci—ns seguidas no
sŽculo XIX, se ben poden ser consideradas fundamentais, non foron certamente as œnicas. As necesidades da F’sica
matem‡tica provocaron o inicio do
desenvolvemento da An‡lise complexa, Ž dicir, do estudio das funci—ns
sobre os nœmeros complexos. Este progreso, que se leva a cabo canda o da
An‡lise de Fourier, segue a ter hoxe en
d’a aplicaci—ns constantes non s— na
F’sica matem‡tica sen—n tamŽn, por
exemplo, desempe–ando un papel central na resoluci—n de arrevesados problemas da moi abstracta e pura Teor’a
dos Nœmeros Primos. Doutra banda,
a Teor’a de Grupos, iniciada por
E. Galois (1811-1832) — tratar de resolve-lo problema, xa cl‡sico daquela, de
atopar as ra’ces dunha ecuaci—n polin—mica, a çlxebra de Boole, xermolo
da l—xica matem‡tica (G. Boole, 1815-1864), ou a çlxebra de Matrices (A.
Cayley 1821-1895), xorden como conse-
cuencia de consideraci—ns puramente
te—ricas e como resposta a necesidades
puramente intelectuais; con todo, co
andar do tempo todas elas se te–en
mostrado claramente œtiles nas sœas
aplicaci—ns.
Desta visi—n do sucedido no sŽculo XIX, incompleta e moi superficial,
p—dese extraer emporiso unha importante conclusi—n que marca o devir das
Matem‡ticas — longo do sŽculo XX:
a’nda que as Matem‡ticas est‡n moldeadas tanto pola necesidade de
comprensi—n da forma pura como pola
determinaci—n dun feito cient’fico,
‡mbolos dous moldes producen estructuras semellantes e, independentemente de se o seu desenvolvemento vŽn
motivado polo seu interese intr’nseco,
como se se realiza polo interese das
sœas aplicaci—ns, os problemas que se
xeran e as estructuras necesarias para
resolvelos comparten unha base l—xica
comœn, e s— se diferencian na forma de
seren expresados. Por iso, e dun modo
case xeral, as Matem‡ticas eran xa
aceptadas, a finais do sŽculo XIX, como
unha forma de pensamento axiomatizado.
AS CIENCIAS MATEMÁTICAS NO SÉCULO XX
O desenvolvemento experimentado polas Matem‡ticas — longo do sŽculo XX Ž, se non maior, si polo menos comparable — de calquera das
outras ciencias. O ocorrido nestes cen
anos p—dese resumir, dun xeito moi
simple, dicindo que a sœa primeira
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 27
As Ciencias Matemáticas no século XX
27
metade estivo marcada pola idea de
que Òcanta m‡is abstracci—n, mellorÓ;
este concepto foi cambiando co paso do
tempo, e semella que na segunda metade do sŽculo o principio predominante
pasou a ser que Òexisten niveis —ptimos
de abstracci—nÓ.
Postos a sinala-las influencias
m‡is relevantes que condicionan o
desenvolvemento das Matem‡ticas na
primeira metade do sŽculo, Ž obrigado
asocialas, nunha inicial aproximaci—n,
cos nomes de dous ilustres matem‡ticos: Georg Cantor (1845-1918) e David
Hilbert (1862-1943).
Cando a Matem‡tica se mov’a no
medio dun mare magnum de novos
conceptos e teor’as e dunha nova linguaxe que nac’a coa Teor’a dos
Conxuntos Infinitos de Cantor, prodœcese un feito que marca decisivamente
o seu desenvolvemento posterior —
longo de todo o sŽculo. En agosto do
ano 1900 celebrouse en Par’s o 2¼
Congreso Mundial de Matem‡ticas; na
secci—n de Bibliograf’a e Historia,
Ensino e MŽtodos, nunha sesi—n presidida precisamente por Cantor, Hilbert
pronunciaba unha conferencia titulada
ÒOs problemas futuros das Matem‡ticasÓ. Nela presentaba unha lista de
vintetrŽs problemas non resoltos que,
na sœa opini—n, eran os m‡is importantes cos que se enfrontaban as
Matem‡ticas naquel momento e que
deber’an centra-lo traballo investigador nos seguintes anos. Os problemas
propostos por Hilbert marcaron o devir
das Matem‡ticas a partir do momento
da sœa formulaci—n e ata os nosos d’as,
David Hilbert presentou na súa conferencia do ano 1900
en París, que acadou moita sona, unha lista de vintetrés
problemas matemáticos non resoltos.
nos que, por certo, algœn deles a’nda
segue sen resolver. Tal foi a importancia desa lista de problemas que os
matem‡ticos que lograron solucionar
algœn deles obtiveron un reco–ecemento un‡nime por parte de toda a comunidade matem‡tica.
Pero m‡is importante a’nda c‡
lista de problemas de Hilbert foi a sœa
proclamaci—n de fe persoal na posible
resoluci—n de todo problema matem‡tico, feita na primeira parte da conferencia e que se resume nas sœas propias
palabras como segue: Ò(Os matem‡ticos) o’mos sempre resoar esta chamada: aqu’ te-lo problema, bœscalle soluci—n. Ti podes atopala polo razoamento
1 COLABORA.CIN
28
4/4/01
21:47
Página 28
Luís A. Cordero
puro. Xamais o matem‡tico ser‡ levado
a dicir: IgnorabimusÓ.
Hilbert base‡base no convencemento de que a natureza das Matem‡ticas consiste en propo–er e resolver
problemas, polo que os instrumentos
do pensamento puro na mente dos
matem‡ticos creadores deben ser sempre suficientes para resolver calquera
problema matem‡tico que se lles propo–a. Segundo el, as esixencias e as
condici—ns xerais ‡s que debe corresponde-la soluci—n dun problema matem‡tico son dœas: 1», a exactitude da
soluci—n, que debe obterse por medio
dun nœmero finito de conclusi—ns; e 2»,
esa soluci—n debe fundamentarse sobre
un nœmero finito de hip—teses proporcionadas polo mesmo problema e formuladas, en cada caso, con precisi—n.
O mŽtodo axiom‡tico as’ propugnado por Hilbert non era algo novo, xa
que foi o utilizado por Euclides, por
exemplo; pero a Hilbert se debe que
comezara a ser co–ecido e utilizado, na
sœa forma moderna, a finais do sŽculo
XIX. Como autŽntico mestre da axiom‡tica, o esp’rito de Hilbert exerceu
unha profunda influencia no universo
matem‡tico de principios do sŽculo, e
por iso debe ser considerado como un
deses grandes homes que dominan e
caracterizan toda unha Žpoca. O rigor
da sœa linguaxe e a marabillosa perfecci—n dos seus razoamentos fixeron que
o seu traballo fose un modelo para
t—dolos matem‡ticos posteriores. O seu
libro Grundlangen der Geometrie (Fundamentos da Xeometr’a, 1» ed. 1899)
marca o inicio da axiomatizaci—n das
Matem‡ticas, ou, por sermos m‡is precisos, da utilizaci—n dos sistemas de
axiomas formais como base de cada
unha das disciplinas matem‡ticas e,
eventualmente, de t—dalas Matem‡ticas.
Non obstante, a implantaci—n
desta concepci—n hilbertiana, esencialmente formalista, non foi doada; el
mesmo co–ec’a mellor ca ninguŽn a
grande influencia exercida polas outras
dœas escolas de pensamento sobre a
fundamentaci—n das Matem‡ticas que
xurdiron nos comezos do sŽculo.
Dunha parte estaba a Escola loxicista; os seus principais impulsores
foron os ingleses B. Russell (1872-1970)
e A. N. Whitehead (1861-1947). Os
membros desta escola sosti–an que a
Matem‡tica Ž unha rama da L—xica e,
xa que logo, avogaban pola definici—n
dos conceptos matem‡ticos en termos
de noci—ns l—xicas e a proba das sœas
proposici—ns como teoremas de l—xica.
Este enfoque non era novo xa que o
principio de que as Matem‡ticas son
derivables da L—xica se remonta a
Leibniz, quen distingu’a entre verdades da raz—n, ou necesarias, e verdades
de feito, ou continxentes. En 1903, na
sœa obra Principios da Matem‡tica,
Russell escrib’a: ÒO feito de que t—dalas
Matem‡ticas son l—xica simb—lica Ž un
dos achados m‡is grandes da nosa
Žpoca...Ó
Doutra banda estaba a chamada
Escola intuicionista, fundada por L. E.
J. Brouwer (1881-1966), — que m‡is
tarde se une Hermann Weyl (1885-
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 29
As Ciencias Matemáticas no século XX
-1955). Brouwer concib’a o pensamento
matem‡tico como un proceso de
construcci—ns mentais que crea o seu
propio universo, independente da
experiencia e restrinxido s— na medida
en que debe de estar baseado na intuici—n matem‡tica fundamental. Brouwer escribia: ÒO œnico fundamento posible para as Matem‡ticas ten que
buscarse neste proceso constructivo,
limitado pola obriga de captar con reflexi—n, cultura e refinamento de esp’rito quŽ teses son aceptables ‡ intuici—n e
evidentes ‡ mente e quŽ teses non o
sonÓ. Como non reco–ec’a ningœn
principio da L—xica a priori, tampouco
non reco–ec’a a tarefa matem‡tica de
deducir conclusi—ns a partir de axiomas; para el, os paradoxos eran un
defecto da L—xica e non da verdade
matem‡tica, as’ que negaba a lexitimidade absoluta das regras aristotŽlicas
da L—xica, chegando a citar a Lei do
Tercio Excluso para conxuntos infinitos
como exemplo de principio l—xico que
se estaba a aplicar con excesiva liberdade. Hilbert, reaccionando contra esta
corrente, chegar’a a declarar, alporizado, no ano 1924: ÒDespoxa-lo matem‡tico da Lei do Tercio Excluso equivale a
negarlle o telescopio — astr—nomo, ou o
uso dos seus pu–os — boxeadorÓ.
Co fin de salva-la Matem‡tica cl‡sica da demoledora cr’tica intuicionista, as’ como tamŽn a Teor’a Conxuntista de Cantor, que se estaba a crebar
polo mal dos paradoxos, Hilbert propuxo que a Matem‡tica fose formulada
como unha teor’a axiom‡tica formal.
Impulsou deste xeito unha terceira
29
escola, a Escola formalista, baseada na
filosof’a de que todo o contido das
Matem‡ticas pode transformarse nun
sistema de f—rmulas simb—licas; xunto
a este sistema formal existe un eido
chamado Metamatem‡tica, dominio
separado que serve de xustificaci—n
para o sistema de f—rmulas, xa que o
seu obxecto de investigaci—n son as
propias demostraci—ns das Matem‡ticas ordinarias. Esta concepci—n formalista ou hilbertiana distingue os
enunciados ÔreaisÕ dos ÔideaisÕ, segundo o seu uso implique ou non a posesi—n dun significado intuitivo. Ademais, o engadido de Ôelementos ideaisÕ
a un sistema para completa-la sœa
estructura e simplificar as’ o desenvolvemento da correspondente teor’a,
resultou ser un procedemento moi proveitoso.
Hilbert e os seus seguidores cr’an
que co procedemento de edificar e formaliza-la demostraci—n matem‡tica
por medio dun sistema de postulados
non contradictorios, poder’a introducirse nas Matem‡ticas o mesmo tipo de
certeza que as Leis de Newton introduciran na Mec‡nica dous sŽculos antes.
Sen embargo, do mesmo xeito que a
Mec‡nica cu‡ntica botou por terra o
determinismo newtoniano, as’ a publicaci—n do Teorema de Incompletitude
por Kurt Gšdel (1906-1978), no ano
1931, fixo o mesmo coa certeza hilbertiana. No seu teorema Ñsen dœbida un
dos resultados m‡is profundos da historia do pensamentoÑ, Gšdel establece a sorprendente conclusi—n de que as
Matem‡ticas non poden ser encadea-
1 COLABORA.CIN
30
4/4/01
21:47
Página 30
Luís A. Cordero
das ‡ L—xica, deixando sentado que
a AritmŽtica e, a fortiori, a Ciencia
matem‡tica, Ž unha teor’a incompleta.
Isto vi–a a significa-lo seguinte: dado
un conxunto calquera de axiomas que
inclœa os da AritmŽtica, non existe ningœn proceso de demostraci—n con forza
abonda para probar que tal conxunto Ž,
— mesmo tempo, consistente e completo, xa que se fose completo ter’a que ser
contradictorio, e se non contŽn contradicci—ns ent—n sempre existen enunciados matem‡ticos verdadeiros que non
poden derivar do conxunto de axiomas
de partida. Utilizando as palabras de
Hilbert, Gšdel probou que nas Matem‡ticas sempre existe un ÒIgnorabimusÓ.
Gšdel fac’a ver as’ que as
Matem‡ticas non son unha ciencia todopoderosa e que estaban moi lonxe de
probalo todo como algœns pretend’an,
xa que nin sequera daban constatado a
sœa propia consistencia. Po–’ase as’
mesmo en evidencia que se a Teor’a de
Conxuntos non Ž contradictoria cando
se basea nun sistema de axiomas no
que non figure o Axioma da Elecci—n
(que estipula a posibilidade de elixir un
elemento en cada conxunto dunha
familia de conxuntos), ent—n tampouco
o Ž a teor’a obtida engad’ndolle — sistema o Axioma da Elecci—n e a Hip—tese
do Continuo (que di que todo conxunto non numerable de nœmeros reais ten
a potencia do continuo, entendendo
por ÔcontinuoÕ o conxunto de t—dolos
nœmeros reais). Polo tanto, non se
puido probar nin a veracidade nin a
falsidade do Axioma da Elecci—n e da
Hip—tese do Continuo, disxuntiva que
divid’a os matem‡ticos e coa que rematou no ano 1963 o americano P. J.
Cohen (1934-...) — probar no seu
Teorema de Indicibilidade que se trata
de dous axiomas independentes do
resto, e que a supresi—n dun ou de
‡mbolos dous, e mesmo a negaci—n de
calquera deles, dar’a orixe a Matem‡ticas diferentes. Por certo, Cohen
deu as’ resposta — primeiro dos problemas da lista proposta por Hilbert en
1900.
En resumo, todas estas convulsi—ns experimentadas pola axiom‡tica
primitiva — longo da dŽcada dos trinta
provocaron modificaci—ns substanciais
na forma de pensamento matem‡tico e
conduciron, en definitiva, ‡ inclusi—n
dun formalismo-clase no sistema e ‡
fusi—n dos axiomas da Teor’a de
Conxuntos cos do C‡lculo l—xico. En
todo caso, un feito predominante acabou por ser incuestionable: o triunfo
das ideas de Cantor.
A introducci—n por Cantor, nos
œltimos anos do sŽculo XIX, dos conxuntos infinitos no vocabulario das
Matem‡ticas deu orixe ‡ Teor’a de
Conxuntos, e con ela proporcionou
unha nova e rica linguaxe que permitiu
achar novas demostraci—ns de feitos xa
co–ecidos e, sobre todo, considera-las
Matem‡ticas desde unha nova perspectiva, con resultados tan afagadores
que logrou estimular enerxicamente as
xeraci—ns posteriores. A Teor’a de Conxuntos, que deixara estampada unha
impresi—n indeleble nas cuesti—ns filos—ficas m‡is fondas dos fundamentos
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 31
As Ciencias Matemáticas no século XX
das Matem‡ticas, impulsou que os problemas m‡is arrevesados das sœas principais ‡reas fosen repropostos e moitas
veces resoltos; acus‡ronse daquela os
efectos do poderoso pulo innovador
xerado por ela.
Por exemplo, cuesti—ns sobre a
estabilidade das soluci—ns das ecuaci—ns diferenciais, nas que as soluci—ns
representan traxectorias de obxectos en
movemento, foron traducidas en problemas de xeometr’a de certos conxuntos de puntos chamados superficies, o
que axudou — afianzamento dun novo
campo nacente: a Topolox’a. Dun xeito
an‡logo, cuesti—ns sobre a estructura
comœn das matrices, dos grupos e dos
conxuntos, conduciron — amplo dominio hoxe co–ecido como çlxebra abstracta. E mŽtodos similares, — seren
aplicados ‡ An‡lise do sŽculo XIX,
levaron ‡ An‡lise abstracta, na que as
integrais e derivadas do c‡lculo cl‡sico
se aplican en espacios de dimensi—n
infinita. Estas tres disciplinas, çlxebra,
An‡lise e Topolox’a, representan a cultura comœn dun matem‡tico do noso
sŽculo. As definici—ns, teor’as e mŽtodos destes tres campos conforman
hoxe o fundamento da educaci—n
matem‡tica, e ninguŽn pode ser considerado culto en Matem‡ticas se non
pode lelas e escribilas na linguaxe da
çlxebra, da An‡lise e da Topolox’a.
Partindo destes tres campos, nados nos
albores do sŽculo XX, xorde a incrible
variedade das Matem‡ticas dos nosos
d’as.
Esta r‡pida exposici—n das orixes,
art’fices e principais ‡reas que levan ‡s
31
Matem‡ticas contempor‡neas, quedar’a incompleta se non se cita a decisiva
influencia exercida, entre os anos
corenta e ata ben entrados os setenta,
pola aparici—n no mundo matem‡tico
dunha iniciativa moi singular co–ecida
baixo o nome de Nicol‡s Bourbaki.
No primeiro semestre do curso
1934-35, un grupo de matem‡ticos
franceses mozos, case todos antigos
alumnos da Escola Normal Superior de
Par’s, formado — principio por
H. Cartan (1904-...), C. Chevalley (1909-1984), J. Delsarte (1903-1968), J. DieudonnŽ (1906-1992) e A. Weil (1906-1998), decidiron escribir xuntos un
libro sobre An‡lise. Nun primeiro momento concib’rono pensando nos estudiantes das universidades francesas
e como substituto dun libro de
E. Goursat, que consideraban xa anticuado, polo que decidiron redactar un
novo texto que respondera axeitadamente ‡s necesidades das Matem‡ticas
do sŽculo XX. Con este fin, comezaron
a reunirse unha vez — mes para discutiren o seu plan. Axi–a, chegaron nesas
reuni—ns ‡ conclusi—n de que non lles
ser’a posible limitarse s— a escribir un
texto de An‡lise. A çlxebra, por exemplo, que cambiara por completo nos
œltimos anos como resultado dos impulsos vidos desde Alema–a, debidos
principalmente — traballo de Emmy
Noether (1882-1935) e dos seus estudiantes, estaba xa a muda-la cara de
toda a Matem‡tica. Doutra banda, as
distintas ramas das Matem‡ticas ti–an
acadado un desenvolvemento de tal
magnitude que a especializaci—n era xa
1 COLABORA.CIN
32
4/4/01
21:47
Página 32
Luís A. Cordero
Henri Cartan (esquerda) e Jean Dieudonné (dereita) son dous dos fundadores do grupo Bourbaki. Os dous cóntanse
entre os máis brillantes especialistas, á marxe das súas publicacións baixo o pseudónimo do matemático pantasma.
absolutamente necesaria para case
t—dolos matem‡ticos. S— aqueles da
estatura cient’fica dun David Hilbert
ou dun Henri PoincarŽ pod’an pensar
en abranguer todo o conxunto da
Matem‡tica. Para un matem‡tico medio, sen embargo, era xa pouco menos
que imposible ter unha perspectiva
completa da Matem‡tica e co–ecer
t—dalas relaci—ns existentes entre as
sœas diferentes ramas.
Todo isto fixo que o grupo comezara a decatarse do enorme que ter’a de
ser o seu traballo, polo que decidiron
que tal tarefa non pod’a facela un s—
individuo e que a sœa divisi—n entre os
distintos membros do grupo de acordo
coa especializaci—n de cadaquŽn ser’a
contraproducente para o seu obxectivo
final: expo–e-los conceptos b‡sicos
comœns a t—dalas ramas das Matem‡ticas, en primeiro lugar, e, unicamente unha vez feito isto, dedicarse a
cada unha das sœas ‡reas.
Desde o principio, Bourbaki non
dubidou en adopta-lo mŽtodo axiom‡tico, polo que ten sido criticado duramente en moitas ocasi—ns, pero el consider‡bao absolutamente necesario
para poder acada-lo seu obxectivo. A
idea, moi simple, que inspira o mŽtodo
axiom‡tico Ž a seguinte: no canto de
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 33
As Ciencias Matemáticas no século XX
defini-los obxectos que se van investigar, o que hai que facer Ž unha lista das
propiedades fundamentais dos obxectos que se van utilizar no estudio. Estas
propiedades t—manse como axiomas, e
a partir de aqu’ xa non Ž importante
c‡les son os obxectos que se estudian.
As demostraci—ns constrœense de tal
xeito que as sœas conclusi—ns poden ser
aplicadas tamŽn a calquera outro
obxecto que satisfaga eses mesmos
axiomas. ƒ case incrible que unha idea
tan sinxela, que transformou completamente as Matem‡ticas, tardara tanto
tempo en ser posta en pr‡ctica.
Esta decisi—n de Bourbaki de utiliza-lo mŽtodo axiom‡tico levouno ‡
necesidade de adoptar un novo ordenamento das diferentes ramas das Matem‡ticas, xa que non era posible
mante-la divisi—n cl‡sica en An‡lise,
C‡lculo diferencial, Xeometr’a, Teor’a
de Nœmeros, etc.; no seu lugar xurdiu a
noci—n de ÔestructuraÕ, que permitiu a
introducci—n do concepto de ÔisomorfismoÕ e, con el, unha nova clasificaci—n
das disciplinas fundamentais dentro
das Matem‡ticas.
Os primeiros fasc’culos da obra
de Bourbaki, que titulou Elementos de
Matem‡tica, apareceron no ano 1939 e
chegou a publicar arredor de cincuenta
volumes; o emprego do singular no
t’tulo, Matem‡tica e non Matem‡ticas,
plasma a idea que inspira o seu traballo, e que queda nidiamente exposta
cando sinala: ÒO tratado toma as Matem‡ticas na sœa orixe e d‡ demostraci—ns completasÓ.
33
Con partidarios entusiastas, pero
tamŽn con detractores moi importantes, ninguŽn, sen embargo, se atrever‡
a nega-la influencia da obra de
Bourbaki, sen a cal as Matem‡ticas do
sŽculo XX ser’an algo totalmente distinto do que son: unha ciencia robustecida e unificada, cimentada sobre unha
fonte œnica, a Teor’a de Conxuntos, tal
e como Hilbert preconizara. E, se ben
quedan ramas das Matem‡ticas que
deber‡n ser axiomatizadas sobre ese
fundamento, e a’nda que as Matem‡ticas seguen apuntando cara ‡ abstracci—n e a xeneralizaci—n, co paso dos
anos comezan a recordar que os seus
intereses e est’mulos m‡is importantes
sempre se atopan nas sœas aplicaci—ns.
Morris Klein sinala: ÒPretender desterrar das Matem‡ticas as sœas aplicaci—ns equivaler’a a querer concentra-la
vida dun animal unicamente nos seus
—sos, sen dedicar atenci—n —s seus mœsculos, nervios e v’scerasÓ.
MATEMÁTICA PURA E MATEMÁTICA APLICADA
Armand Borel, membro destacado do grupo Bourbaki, dixo nunha ocasi—n:
As Matem‡ticas son coma un grande iceberg; por baixo da superficie at—panse as
Matem‡ticas puras, f—ra da vista da
xente. Por riba da auga est‡ a punta do
iceberg, a parte visible que se deu en chamar Matem‡tica aplicada. A maior’a da
xente s— ve esa punta que emerxe sobre a
auga e non se decatan de que esa porci—n
que eles ven non existir’a sen a outra
porci—n, moit’simo m‡is grande, que
permanece agachada da sœa vista por
baixo da agua, a Matem‡tica pura.
1 COLABORA.CIN
34
4/4/01
21:47
Página 34
Luís A. Cordero
A Matem‡tica aplicada pode ser
considerada como aquela actividade
ou actividades nas que as Matem‡ticas
atopan a sœa aplicaci—n m‡is al‡ dos
seus propios intereses. Pola sœa mesma
natureza, a Matem‡tica aplicada Ž interdisciplinar e a ela deber’an dedicarse, en termos ideais, s— aqueles que non
te–en o principal interese nas Matem‡ticas por si mesmas. Desde este
punto de vista, por exemplo, se a outra
materia implicada fose a F’sica, ser’a
dif’cil decidir se os interesados nela son
f’sicos te—ricos ou matem‡ticos aplicados, e mesmo se estamos a falar de
F’sica te—rica ou de Matem‡tica aplicada.
ƒ indiscutible que a relaci—n entre
as Matem‡ticas e moitas das outras
ciencias leva experimentando un cambio substancial — longo das œltimas
dŽcadas, cambio que en xeral foi positivo e deu froitos claramente perceptibles. O desenvolvemento dos ordenadores, cada vez m‡is potentes, ten
moito que ver con este cambio, pero
non Ž o seu œnico responsable, a’nda
que nun nivel popular semella identificarse a Matem‡tica aplicada con aquela que utiliza os ordenadores como
ferramenta. Emporiso, este cambio non
afecta o feito de que a Matem‡tica continœa sendo unha ciencia esencialmente distinta de calquera outra.
ç Matem‡tica cham‡ronlle, algunhas veces, a Ôra’–a das cienciasÕ. Para
algœns Ž algo superior, e a sœa existencia xustif’case de seu; nesta visi—n pl‡smase un sentimento de autosuficiencia
e presunci—n, que se reafirma coa con-
sideraci—n tan estendida entre moitos
matem‡ticos de que s— necesitan deles
mesmos. Esta actitude mostra unha
especie de sentimento case divino ou
celestial, polo que a superioridade da
mente sobre a materia atopa a sœa
mellor expresi—n nas Matem‡ticas, xa
que elas son, — mesmo tempo, a m‡is
nobre e pura forma do pensamento.
Seguramente unha das m‡is apaixonadas confesi—ns, neste sentido, foi a do
matem‡tico inglŽs G. H. Hardy (1877-1947), quen afirmou que a mellor
forma de xustifica-la pr‡ctica das
Matem‡ticas Ž a de consideralas como
unha forma de arte.
Diante desta actitude extrema de
Hardy, que defendeu o estudio das
Matem‡ticas como unha forma superior do co–ecemento humano, independentemente da sœa utilidade social,
at—pase a postura oposta, que entende
que s— se deben considerar e estudiar
aqueles aspectos das Matem‡ticas que
sexan œtiles socialmente. Esta visi—n
atopou, probablemente, a sœa m‡xima
expresi—n na China, polo que Ž co–ecida como ÔMao’smo matem‡ticoÕ. Baixo
o rŽxime de Mao declarouse, nun certo
momento, unha moratoria sobre a
investigaci—n cient’fica en xeral que
afectou tamŽn as Matem‡ticas. Os investigadores foron obrigados a realiza-lo seu traballo de acordo co principio
de que Òa investigaci—n cient’fica debe
servi-la pol’tica proletaria, os traballadores, os campesi–os e os soldados, e
estar integrada totalmente no proceso
productivoÓ. Durante ese per’odo funcionaron na China comitŽs asesores
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 35
As Ciencias Matemáticas no século XX
que informaban sobre a importancia da
investigaci—n que se estaba a realizar
en Matem‡ticas, as’ como sobre a sœa
conformidade con ese principio pol’tico; Ž dicir, sempre baixo o criterio de
que a investigaci—n que se fixese deb’a
estar dirixida ‡ resoluci—n de problemas pr‡cticos, e que o seu ensino deber’a basearse en aplicaci—ns concretas.
Ata se fixo presi—n sobre os investigadores para que abandonasen o seu traballo en certas ‡reas inœtiles para tal
obxectivo, como ocorreu, por exemplo,
coa Topolox’a1 .
As Matem‡ticas tamŽn te–en sido
consideradas, durante longo tempo,
como o Òservente da CienciaÓ; Ž dicir,
como un operario cuantitativo que proporciona as ferramentas, e tamŽn moitas veces o marco axeitado, ‡s outras
ciencias. Esta consideraci—n non ten
sentido na actualidade; hoxe son xa
tantas as actividades nas que os matem‡ticos colaboran co resto dos cient’ficos que as Matem‡ticas son m‡is un
compa–eiro de viaxe ca un servente.
Unha terceira forma de concibi-las Matem‡ticas Ž consideralas como a
linguaxe da que dependen as outras
ciencias para cuantifica-lo que fan.
R. Feynmann, premio Nobel de F’sica
no ano 1965 polo seu traballo sobre a
electrodin‡mica cu‡ntica, dixo: ÒO
Universo semella ser indescritible non
sendo coa linguaxe das Matem‡ticasÓ.
Non Ž dif’cil ilustrar esta afirmaci—n, xa
35
que os exemplos — longo da historia
son innumerables. Pola sœa relevancia,
citarei s— tres.
Primeiro exemplo: Newton quer’a achar un marco te—rico que lle permitise describi-lo movemento dos
obxectos baixo a influencia da forza da
gravidade, inclu’ndo nese marco as
Leis de Kepler do movemento planetario, e logrou o seu obxectivo — enuncia-la sœa Lei de Gravitaci—n Universal.
Pero — mesmo tempo desenvolveu o
c‡lculo infinitesimal, un dos maiores
logros da ciencia — longo da historia.
Segundo exemplo: Einstein empregou moitos anos en tratar de formular dun xeito preciso o feito de que a
gravitaci—n Ž unha consecuencia da
curvatura do espacio-tempo, pero non
sab’a c—mo expresalo en termos matem‡ticos. Contan as cr—nicas que,
certo d’a, dirixiuse — seu amigo
M. Grossman e d’xolle: ÒGrossman, tes
que me axudar ou vou tolearÓ. Este
amigo faloulle ent—n a Einstein do traballo de Riemann sobre os espacios con
curvatura. Neste contexto, o da
Xeometr’a non-euclidiana, xa se desenvolvera unha inxente cantidade de
investigaci—n b‡sica ou pura, que se
atopaba en disposici—n de ser usada.
Einstein, que era ante todo un f’sico e
matem‡tico s— por necesidade, respirou ent—n aliviado e continuou co seu
traballo sobre a Teor’a da Relatividade
Xeral.
1 En 1976, unha delegación de matemáticos americanos visitou a China, e tiveron entón a oportunidade de
celebrar encontros informais con algúns matemáticos chineses. No informe que elaboraron sobre a visita recóllense descricións das súas entrevistas que permiten constata-la terrible realidade daquela situación.
1 COLABORA.CIN
36
4/4/01
21:47
Página 36
Luís A. Cordero
Esta conexi—n entre as Matem‡ticas e a F’sica, tan clara nestes dous
exemplos, ten estado presente en t—dolos tempos, xa que a motivaci—n m‡is
importante da Matem‡tica foi desde
sempre a F’sica, ou, se se prefire, o
mundo que nos rodea, motivaci—n que
segue a medrar co paso do tempo,
tanto en extensi—n coma en profundidade. S. Weinberg, tamŽn premio
Nobel de F’sica, fala da existencia de
coincidencias ÔsorprendentesÕ ou ÔfantasmaisÕ. Segundo el, sempre resulta
sorprendente para o f’sico que imaxina
un novo concepto ou idea constatar, a
posteriori, que os matem‡ticos xa estiveran antes al’. A Teor’a Abstracta de
Grupos, que ninguŽn dubidar’a en
situar dentro da Matem‡tica pura, proporciona un claro exemplo desta situaci—n.
Terceiro exemplo: en esencia, un
grupo Ž simplemente unha forma
matem‡tica de expresa-la noci—n de
simetr’a. Cando os f’sicos descobren,
na primeira metade do sŽculo, a existencia da Teor’a de Grupos, at—panse
con que iso Ž precisamente o que eles
necesitan para unifica-las grandes leis
da F’sica (da conservaci—n da enerx’a,
do momento, do spin, da carga, etc.).
Estas leis resultan ser un reflexo da
simetr’a do mundo que nos rodea, e
este sutil principio Ž un dos conceptos
fundamentais na ciencia actual. Por
exemplo, Ž ben sabido que, por raz—ns
bastante complexas, a pregunta m‡is
b‡sica que se pode facer sobre unha
part’cula elemental Ž c‡l Ž o seu grupo
de simetr’as.
O PODER DAS MATEMÁTICAS
En termos xerais, —s matem‡ticos
sempre se nos acusa de vivir nunha
torre de marfil, perdidos nun mundo
de abstracci—n formado por puntos
infinitamente pequenos, circunferencias perfectamente redondas ou li–as
infinitamente delgadas, por exemplo; Ž
dicir, obxectos ideais que son irrelevantes para o mundo que nos rodea.
Pero coido que a abstracci—n non
Ž, en absoluto, algo malo ou negativo, e
que a construcci—n de modelos ideais
do mundo — noso redor sobre unha
base matem‡tica ten resultado positiva
en innumerables ocasi—ns. LŽmbrese
que o mundo non Ž como semella ser.
Por exemplo, Àquen poder’a imaxinar,
mirando pola fiestra, que a masa se
aproxima — infinito cando un se achega
‡ velocidade da luz? Certamente,
poderiamos preguntar: Àa quen lle interesa iso? ƒ obvio que lles interesa —s
f’sicos, e supo–o que tamŽn —s matem‡ticos, e, se a historia serve para algo,
temos que admitir que tamŽn lles interesa a moitos m‡is, a’nda que a miœdo
ese interese xurda anos, ou mesmo
dŽcadas ou sŽculos, despois de que a
correspondente teor’a matem‡tica fora
desenvolvida. Por exemplo, a Xeometr’a de Riemann, que foi esencial para a
formulaci—n da Teor’a da Relatividade,
foi formulada sesenta anos antes de
que Einstein a utilizara. A Teor’a de
Grupos de Lie (S. Lie, 1842-1899), fundamental na F’sica actual, desenvolveuse polo menos trinta anos antes de
se comezar a aplicar na F’sica de
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 37
As Ciencias Matemáticas no século XX
Part’culas. A Teor’a de Galois, ferramenta indispensable na Criptograf’a
moderna, iniciou o seu cami–o hai
m‡is de cento cincuenta anos.
Doutra banda, o descubrimento
do positr—n polo f’sico P. A. M. Dirac
(1902-1984) amosa como, ‡s veces,
as Matem‡ticas chegan a ser Òm‡is
reais c‡ propia realidadeÓ. Dirac estableceu as ecuaci—ns de movemento do
electr—n base‡ndose fundamentalmente en consideraci—ns de simetr’a. Pero
sucedeu algo inesperado: as sœas ecuaci—ns predic’an a existencia dunha
certa part’cula, idŽntica — electr—n en
todo ag‡s na sœa carga. NinguŽn observara esta hipotŽtica Ôantipart’culaÕ,
pero os f’sicos experimentais confirmaron rapidamente a sœa existencia. Este
descubrimento ten sido catalogado
como un dos grandes triunfos da
F’sica, pero te–o para min que m‡is ben
foi, de feito, un gran triunfo das
Matem‡ticas.
Perm’tanme que describa outros
exemplos, m‡is recentes no tempo, que
amosan esa interrelaci—n que se produce, sempre dun xeito inesperado e sorprendente, entre as Matem‡ticas e as
outras ciencias, e que levan por medio
das Matem‡ticas a obter elegantes
soluci—ns de problemas propostos
nesoutras ciencias.
Os qu’micos xa sab’an, desde
comezos do sŽculo, que cando un fluxo
de raios X atravesa un cristal, cada un
dos seus raios sofre unha difracci—n —
bater cun ‡tomo dentro do cristal; as’, —
obte-la imaxe do cristal por medio dos
37
raios X, o que se consegue Ž unha
imaxe bidimensional na que o nivel de
escuridade var’a de acordo coa situaci—n no espacio dos distintos ‡tomos
que forman o cristal. Isto era unha
especie de xerogl’fico para os qu’micos,
pois o que eles quer’an era poder describir con precisi—n a situaci—n espacial
dos ‡tomos dentro do cristal. O problema co que topaban era o seguinte: os
raios X, o mesmo ca calquera outra
radiaci—n electromagnŽtica, p—dense
ver como ondas, ben determinadas
pola sœa amplitude e a sœa fase; pero as
imaxes bidimensionais obtidas por
medio dos raios X detectan s— as amplitudes das ondas e non as sœas fases, o
que en definitiva fac’a aparentemente
imposible a deducci—n da estructura
tridimensional do cristal.
Este problema, que durante dŽcadas intrigou —s qu’micos, non foi resolvido ata corenta anos m‡is tarde, —
redor de 1950, e a sœa soluci—n dŽbese
a un matem‡tico chamado H. Hauptman, quen se decatou de que pod’a ser
formulado en termos puramente matem‡ticos, e que para el exist’a xa unha
soluci—n moi elegante. Ata aquel momento os cristal—grafos s— pod’an
observa-lo que poderiamos pensar
como a ÔsombraÕ dun fen—meno f’sico,
pero Hauptman probou que se pod’a
reconstru’-lo fen—meno f’sico real a
partir desa ÔsombraÕ, utilizando unha
maquinaria matem‡tica xa cl‡sica e
que se atopaba a disposici—n da comunidade cient’fica desde hab’a arredor
de cen anos: as tŽcnicas da Teor’a de
1 COLABORA.CIN
38
4/4/01
21:47
Página 38
Luís A. Cordero
Fourier2 . Por certo, Hauptman recibiu
o premio Nobel de Qu’mica en 1985.
O feito certo e indiscutible Ž que a
aplicabilidade ou non aplicabilidade
dunha determinada teor’a matem‡tica
Ž algo non predicible. P. A. Griffiths,
matem‡tico e director do Instituto de
Estudios Avanzados de Princeton,
abunda nesta afirmaci—n — dicir:
ÒCanto m‡is fundamental Ž a Matem‡tica implicada tanto m‡is ampla
resulta se-la sœa aplicaci—nÓ.
Unha excelente ilustraci—n deste
feito xurdiu hai s— unhas dŽcadas,
cando o enxe–eiro A. M. Cormack
andaba ‡ busca dun mŽtodo que lle
permitise precisa-la localizaci—n e densidade dun obxecto no interior do
corpo humano sen ter que recorrer ‡
cirurx’a. Daquela os mŽdicos s— dispo–’an dos raios X que, como xa dixemos,
proporcionan informaci—n unicamente
en dœas dimensi—ns.
O problema que se prop—n Ž o
seguinte: se se fai pasar un feixe de
raios a travŽs dun obxecto de densidade variable, Ž posible medi-la cantidade de radiaci—n que sae polo outro lado
do obxecto e, polo tanto, c‡nta materia
existe no obxecto — longo da traxectoria
de cada un dos raios do feixe. A cuesti—n Ž c—mo se poden reconstru’-las distintas densidades no interior do obxec-
to a partir da informaci—n as’ obtida. A
soluci—n para este problema, desde o
punto de vista puramente matem‡tico,
era xa co–ecida desde moitos anos
atr‡s, a partir dos traballos dun matem‡tico chamado J. Radon (1887-1956).
Usando as tŽcnicas de Radon3 , Cormack observou que Ž posible determinar con toda precisi—n a localizaci—n e
maila forma dun obxecto no interior do
corpo humano a partir das imaxes do
obxecto obtidas por medio dos raios X
desde distintos ‡ngulos. Naceu as’ o xa
popular esc‡ner ou TAC, Ž dicir, a
tomograf’a axial computarizada. Este
mesmo principio foi estendido posteriormente para obte-las imaxes por
resonancia magnŽtica, a’nda dunha
maior precisi—n. En ‡mbalas tŽcnicas se
realiza unha gran cantidade de medidas que son esencialmente unidimensionais, e util’zase unha tŽcnica puramente matem‡tica para reconstru’r, a
partir delas, unha imaxe tridimensional. M‡is recentemente, facendo uso
das antipart’culas descubertas por
Dirac, desenvolveuse a tomograf’a por
emisi—n de positr—ns, que permite
medir non s— a anatom’a, sen—n tamŽn
o metabolismo do —rgano en cuesti—n.
A. M. Cormack, enxe–eiro, foi galardoado co premio Nobel de Medicina no
ano 1979.
2 A función densidade de electróns é unha función triplemente periódica, non negativa e con soporte moi
pequeno, e é posible determina-los valores absolutos dos seus coeficientes de Fourier a partir de medidas experimentais. A partir disto, Hauptman foi quen de deduci-las fases das ondas a partir das intensidades na placa de
raios X.
3 Existen moitas outras aplicacións da técnica de Radon, posiblemente non tan coñecidas nin de tanta repercusión popular. Por exemplo, a técnica de Radon utilízase en Oceanografía para determina-la temperatura dos
océanos, o que non é algo intranscendente, xa que esa temperatura ten unha enorme influencia sobre o clima.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 39
As Ciencias Matemáticas no século XX
39
œltimo matem‡tico do que se poder’a
dicir que ti–a un co–ecemento global
das Matem‡ticas. O inmenso desenvolvemento acadado — longo do sŽculo XX
fai imposible que ninguŽn posœa hoxe
tal co–ecemento.
ƒ un feito indiscutible que a
Segunda Guerra Mundial pode considerarse como unha fronteira no avance
da maior’a das ciencias, e podemos
falar dun antes e un despois dela, polo
menos no tocante ‡s Matem‡ticas.
Lamentablemente, a guerra foi desde
sempre unha das motivaci—ns m‡is
importantes para o desenvolvemento
de aplicaci—ns en t—dolos ‡mbitos da
ciencia, e as Matem‡ticas non son
alleas a esta influencia.
Imaxe do cerebro por resonancia magnética R.N.M. Os
estudios de Cormack deron pé ó nacemento do TAC e
posteriores modificacións.
Posiblemente unha das raz—ns
polas que as Matem‡ticas chegaron a
ser de tanta utilidade Ž que lograron
romper coas sœas barreiras internas.
TŽ–ase en conta que Henri PoincarŽ
(1854-1912) foi, probablemente, o
Nos Estados Unidos, durante a
Segunda Guerra Mundial, os matem‡ticos con m‡is talento foron recrutados
para traballar nos centros de investigaci—n do Goberno, nas industrias de
guerra, etc. Unha lista non exhaustiva
das actividades nas que eses matem‡ticos estiveron directamente implicados
inclœe, por exemplo, a aerodin‡mica, a
hidrodin‡mica, a bal’stica, o desenvolvemento do radar e do sonar, a fabricaci—n da bomba at—mica, a criptograf’a e
a intelixencia militar, a fotograf’a aŽrea,
a meteorolox’a, a investigaci—n operativa, o perfeccionamento dos ordenadores, a econometr’a, os foguetes, a
progresi—n de teor’as de control, etc.
Foron innumerables os investigadores
de sona involucrados nestas e noutras
moitas actividades, igual que moitos
dos seus disc’pulos.
1 COLABORA.CIN
40
4/4/01
21:47
Página 40
Luís A. Cordero
A explosi—n da bomba at—mica
sobre o Xap—n e a posterior invenci—n
de novas bombas m‡is potentes, fixo
que os f’sicos at—micos, que viv’an nas
sœas torres de marfil acadŽmicas, experimentaran un fondo sentimento de
culpabilidade, tamŽn estendido ‡ comunidade matem‡tica. As Matem‡ticas, que se consideraban a si mesmas
como unha doutrina arredada, allea ‡s
influencias e condicionamentos impostos ‡s outras ciencias polas realidades
do mundo e libres da sœa contaminaci—n, mostr‡ronse de sœpeto como algo
que tamŽn posu’a a capacidade de producir un enorme dano. Algœns matem‡ticos comezaron ent—n a distinguir
no seu traballo unha parte boa, a
Matem‡tica pura, e unha parte mala, a
Matem‡tica aplicada de calquera tipo
que fose. De feito, algœns matem‡ticos,
e con eles toda unha xeraci—n de disc’pulos, abandonaron para sempre o
estudio das aplicaci—ns. Por exemplo,
N. Wiener (1894-1964), que estivera
involucrado na evoluci—n de teor’as de
control, renunciou a todo apoio do
Goberno — seu traballo e dedicou o
resto da sœa vida a un Òtraballo boÓ, en
Biof’sica, e — activismo a prol dos dereitos humanos.
Despois da Segunda Guerra
Mundial chegou a Guerra Fr’a e o inicio da carreira espacial. De novo,
milleiros de matem‡ticos foron empregados nas actividades das industrias
aeroespaciais, tanto nos Estados Unidos como na Uni—n SoviŽtica; e algo
semellante est‡ pasando no momento
actual co perfeccionamento te—rico e
industrial dos ordenadores.
A implicaci—n das Matem‡ticas
nas actividades que, directa ou indirectamente, gardan algunha relaci—n coa
guerra ten acadado tal grao de importancia que xa se te–en escoitado voces
afirmando que, da mesma forma que a
Primeira Guerra Mundial foi a guerra
dos qu’micos, e a Segunda Guerra foi a
dos f’sicos, a Terceira Guerra, que confiemos nunca se chegue a producir,
ser‡ a guerra dos matem‡ticos. Quizais
este ser’a un bo momento para lembrarlles —s cient’ficos en xeral, e —s
matem‡ticos en particular, a advertencia que os alquimistas fac’an —s seus
disc’pulos: ÒApartade os poderosos
dos vosos laboratorios, pois abusan do
sagrado misterio para po–elo — servicio
do seu poder ego’staÓ.
En definitiva, por unha ou outra
raz—n, o feito certo Ž que as Matem‡ticas ve–en caracteriz‡ndose nestes
œltimos tempos por unha tendencia ‡
especializaci—n en subcampos cada vez
m‡is pequenos. Unha primeira consecuencia disto Ž que algœns destes subcampos est‡n sendo explorados moi a
fondo. Unha segunda consecuencia Ž
que os matem‡ticos temos un enorme
problema de comunicaci—n entre n—s
mesmos. ƒ innegable a persistencia
desta fragmentaci—n en pequenos subcampos4 , pero os seus efectos negativos quedan paliados polo feito de que
4 O “Mathematics Subject Classification 2000”, publicado por Math. Reviews e Zentralblatt für Math., abrangue 63 áreas, 557 subáreas e 5031 sub-subáreas.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 41
As Ciencias Matemáticas no século XX
moitos problemas especialmente interesantes poden estudiarse agora desde
unha perspectiva moito m‡is xeral.
OUTRAS APLICACIÓNS DAS MATEMÁTICAS
Do que levo dito ata agora, o meu
lector poder’a deducir que a relaci—n
das Matem‡ticas con outras ciencias s—
se produce, ou polo menos fundamentalmente, coa F’sica. Tal conclusi—n,
quizais v‡lida antano, non ser’a correcta hoxe en d’a. As Matem‡ticas est‡n a
facer numerosas contribuci—ns a moitas outras disciplinas, — tempo que
esoutras disciplinas propo–en tamŽn
novos retos ‡s Matem‡ticas, con distintos tipos de problemas que levan a
novas aplicaci—ns, e as’ sucesivamente.
Un exemplo ilustrativo disto proporci—nanolo o estudio da din‡mica
dos flu’dos. O aparello matem‡tico
deste campo xira, fundamentalmente,
— redor das chamadas ecuaci—ns de
Navier-Stokes. Actualmente estas
ecuaci—ns estanse utilizando para estudiar unha incrible cantidade de fen—menos, como por exemplo a aerodin‡mica, a formaci—n e comportamento
dos furac‡ns, o fluxo sangu’neo no
coraz—n, os fluxos a travŽs de membranas porosas, a mestura do combustible
nun carburador, a formaci—n de cristais
l’quidos, o comportamento do plasma
nun reactor de fusi—n, o movemento
das galaxias, as correntes, as nubes, os
ventos, etc. Esta lista, a’nda que incompleta, pode dar unha idea de por quŽ
41
tanta xente se interesa nestas ecuaci—ns.
En particular, o estudio das turbulencias e do caos esperta un interese
especial hoxe en d’a, tanto desde o
punto de vista te—rico como desde
o pr‡ctico. O estudio do comportamento ca—tico, Ž dicir, desas situaci—ns nas
que pequenos cambios producen grandes efectos, Ž probablemente un dos
aspectos das Matem‡ticas implicadas
que atrae unha maior atenci—n popular
(lŽmbrese o terrible efecto que unhas
poucas molŽculas de clorofluorocarbonados producen no ozono da nosa
atmosfera).
Algunhas outras ‡reas das Matem‡ticas, a’nda que non moitas, certamente, te–en sido tamŽn utilizadas no
pasado nas chamadas Ciencias da
Vida, como ocorre por exemplo coa
Estat’stica, se ben esa utilizaci—n se produc’a nun nivel non fundamental. Esta
situaci—n est‡ cambiando. Gracias ‡s
novas tŽcnicas creadas en tempos
recentes e ‡ aparici—n dos ordenadores,
a Matem‡tica pode xa traballar coa
complexidade dos organismos biol—xicos e contribœe dun xeito importante —
seu mellor co–ecemento. A capacidade
das Matem‡ticas para distinguir modelos e organizar informaci—n comeza a
penetrar sistemas tan b‡sicos como,
por exemplo, as redes de neuronas. O
desenvolvemento do esc‡ner, xunto
cos estudios sobre a din‡mica dos flu’dos, permitiu, por exemplo, a elaboraci—n de modelos por ordenador do ril,
do o’do e do p‡ncreas e os do coraz—n
1 COLABORA.CIN
42
4/4/01
21:47
Página 42
Luís A. Cordero
permitiron xa melloras no dese–o das
v‡lvulas artificiais.
Hoxe, bi—logos e matem‡ticos traballan xuntos no estudio dos mecanismos de duplicaci—n do ADN. A denominada Teor’a de N—s, que moi poucos
matem‡ticos dubidar’an en cualificar
como pura, xunto coa Teor’a de
Probabilidades e a Combinatoria, axudan a que os bi—logos comprendan
mellor a complexidade da mec‡nica tridimensional nas cadeas do ADN.
ÀE que dicir da Econom’a? As
aplicaci—ns das Matem‡ticas na Econom’a son tamŽn innumerables. O modelo do economista americano K.
Arrow, premio Nobel de Econom’a,
permite predici-lo comportamento dos
mercados libres; o Žxito deste modelo
foi tal que se est‡ producindo unha
matematizaci—n do conxunto das ciencias econ—micas.
Na industria, a modelizaci—n por
ordenador est‡ a revolucionar todo
dun xeito tal que aquelas industrias
que non se adapten — cambio corren o
risco de quedar desfasadas. As melloras, tanto no hardware como na modelizaci—n matem‡tica ou nos algoritmos
implicados no software, fan avanzar
estas aplicaci—ns dunha forma extremadamente r‡pida. Un bo exemplo
desta situaci—n proporci—nao o dese–o
dos microchips, que se realiza por mŽtodos matem‡ticos utilizando a denominada Matem‡tica discreta5 . Outra
‡rea b‡sica da Matem‡tica, a Teor’a de
Corpos Finitos, atopou numerosas e
importantes aplicaci—ns na teor’a de
ordenadores e nas comunicaci—ns6 .
¿MATEMÁTICA PURA OU MATEMÁTICA
APLICADA?
Hoxe en d’a estamos xa afeitos a
falar de que hai que elixir entre investigaci—n ÔpuraÕ ou investigaci—n ÔaplicadaÕ, dos Plans I+D, etc., e coido que tal
disxuntiva Ž puramente artificial, polo
menos en Matem‡ticas. De feito, unha
gran parte do que se adoita chamar
Matem‡tica pura ten a sœa orixe en
investigaci—n moi pr‡ctica, e reciprocamente. Nada impide que algœn d’a,
nun futuro quŽn sabe se moi pr—ximo
ou a’nda moi distante, o traballo realizado nun contexto esencialmente
ÔpuroÕ, e por xentes visceralmente tan
puras como o foi Hardy, retorne nun
contexto de importante investigaci—n
pr‡ctica. E xa que a historia debe de
5 Unha tarefa estándar para comprobar placas con circuítos integrados consiste en mover un instrumento ó
longo de centos ou milleiros de puntos no circuíto e realizar algunha tarefa ou proba en cada un deles. Cómo
levar a cabo tal test no mínimo tempo posible é un caso particular do denominado “problema do vendedor”, é
dicir, determina-lo camiño para visitar tódolos vértices dun grafo de forma que tal camiño sexa de lonxitude mínima.
6 Por exemplo, un reto para as compañías telefónicas consiste en construír sistemas que sexan ó mesmo
tempo eficientes e robustos; é dicir, que utilicen o menor número posible de liñas para conduci-las chamadas,
pero que asemade as dean reconducido con rapidez e eficacia cando o sistema sofre unha sobrecarga.
Matematicamente isto pode ser calculado mediante un grafo do que os vértices serían as centrais telefónicas
implicadas e as arestas representan as liñas telefónicas entre as distintas centrais.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 43
As Ciencias Matemáticas no século XX
servirnos sempre como gu’a, non resulta aventurado pensar que as aplicaci—ns m‡is importantes a’nda est‡n por
chegar, e farano moi probablemente en
‡reas que non poderiamos nin imaxinar neste momento.
Penso que a forma m‡s apropiada
de describi-la relaci—n entre a Matem‡tica pura e a Matem‡tica aplicada
Ž consideralas como simbi—ticas; ningunha das dœas poder’a sobrevivir sen
a outra. A Matem‡tica aplicada necesita da pura para exerce-las sœas funci—ns e acada-los seus obxectivos, e
para que a Matem‡tica pura non resulte estŽril, sen sentido e morta, necesita
da revitalizaci—n e o contacto coa realidade que s— a Matem‡tica aplicada lle
pode proporcionar.
Paul R. Halmos, matem‡tico puro
ÔmilitanteÕ, — reflexionar sobre ‡mbalas
Matem‡ticas, escribe:
Comprende-lo mundo e, quizais, cambialo, Ž a motivaci—n do matem‡tico
aplicado. Unha vez fixado un problema,
as tŽcnicas para resolvelo son elixidas e
xulgadas en funci—n da sœa efectividade;
e a satisfacci—n at—pase de acordo co
grao de coincidencia da soluci—n obtida
coa realidade e a sœa utilidade para realizar predicci—ns. Pola contra, a motivaci—n dun matem‡tico puro Ž, con frecuencia, simplemente a curiosidade. A
elecci—n da tŽcnica para resolver un problema est‡ dictada, polo menos en parte,
pola sœa harmon’a co contexto que o
rodea, e a satisfacci—n Ž maior na medida
en que a soluci—n atopada amose conexi—ns insospeitadas entre ideas ou
conceptos que parec’an moi distantes
entre si.
Moitos matem‡ticos puros consideran a sœa actividade como unha arte.
43
Os matem‡ticos aplicados parecen considera-lo seu tema, ‡s veces, como
unha simple sistematizaci—n de mŽtodos. Moitos matem‡ticos puros cren
que a Matem‡tica aplicada non Ž outra
cousa que unha bolsa chea de trucos,
sen m‡is mŽrito que o feito de que eses
trucos funcionan. Para moitos matem‡ticos aplicados a maior parte da
Matem‡tica pura merece ser descrita
como unha abstracci—n sen m‡is sentido que o seu amor por si mesma e, polo
tanto, sen mŽrito ningœn.
Este clima de tensi—n entre
Matem‡tica pura e Matem‡tica aplicada non Ž novo, nin tampouco Ž algo
polo que debamos lamentarnos. De
feito, esta tensi—n Ž unha fonte inesgotable de novas matem‡ticas; primeiro a
teor’a acada a pr‡ctica e logo a pr‡ctica
conduce a unha nova teor’a. Esta situaci—n Ž algo tan vello coma a propia
Matem‡tica.
BIBLIOGRAFÍA
Cartan, H., ÒNicolas Bourbaki and
Contemporary MathematicsÓ, The
Math. Intelligencer vol. 2 (4) 1980,
175-180.
Casacuberta, C., e M. Castellet (eds.),
Mathematica Research Today and Tomorrow, Lecture Notes in Math.
1525, Berl’n, Springer-Verlag,
1992.
Halmos, P. R., Selecta. Expository Writing, Berl’n, Springer-Verlag, 1983.
1 COLABORA.CIN
44
4/4/01
21:47
Página 44
Luís A. Cordero
Kline, M., Mathematics in the Western
Culture, Oxford, Oxford Univ.
Press, 1971.
Steen L. A. (ed.), Mathematics Today.
Twelve Informal Essays, Berl’n,
Springer-Verlag, 1978.
____Matem‡ticas. La pŽrdida de la certidumbre, Madrid, Siglo XXI de
Espa–a Eds., 1985.
____Mathematics Tomorrow,
Springer-Verlag, 1981.
Berl’n,
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 45
45
A TEORÍA DA RELATIVIDADE
Alfonso V‡zquez Ramallo*
Universidade de Santiago
de Compostela
ALBERT EINSTEIN E A TEORÍA DA RELATIVIDADE
A relatividade Ž unha teor’a sobre
o espacio e o tempo que modificou profundamente a nosa comprensi—n do
universo. A diferencia da Mec‡nica
cu‡ntica Ña outra gran revoluci—n
conceptual da F’sica do sŽculo XXÑ a
Teor’a da Relatividade foi a creaci—n
individual dunha soa persoa: Albert
Einstein. Por esta raz—n, o autor destas
li–as pensa que convŽn principiar este
pequeno resumo das ideas b‡sicas da
relatividade e das sœas consecuencias
cun pequeno resumo biogr‡fico do
creador da dita teor’a.
Albert Einstein naceu en Ulm
(Alema–a) no ano 1879. Fixo os seus
primeiros estudios en Mœnic e —s dez
anos ingresou no Gymnasium Liutpold. Considerado un mal estudiante
pola sœa indiferencia ante o ensino que
recib’a, algœns dos seus profesores
aconsell‡ronlle abandona-los estudios.
Sen embargo, Einstein ti–a unha formaci—n autodidacta en F’sica e Matem‡ticas. îs dezasete anos ingresa no
Instituto PolitŽcnico de Zœric, onde o
seu desinterese polos cursos continuou
e a piques estivo de suspende-los exames.
En 1900 rematou os seus estudios.
Gracias ‡ axuda dun amigo conseguiu
un emprego na oficina de patentes de
Berna. Este posto de traballo proporcionoulle unha certa seguridade econ—mica que lle permitiu elabora-las sœas
innovadoras ideas illado das principais
correntes da F’sica. En 1905 deu — prelo
tres artigos revolucionarios. No primeiro deles daba unha explicaci—n do efecto fotoelŽctrico, pola que recibir’a o
premio Nobel en 1921. No segundo artigo desenvolv’a unha teor’a xeral dos
movementos de axitaci—n molecular.
Finalmente, no terceiro formulaba a
Teor’a Especial da Relatividade.
Malia o seu illamento, o seu traballo comezou a ser reco–ecido, o que
fixo que lle ofreceran postos docentes
en Zœric, Praga e Berl’n. En 1915, en
plena Primeira Guerra Mundial, Einstein completou a sœa formulaci—n da
Teor’a Xeral da Relatividade. Despois
* Catedrático de Física Teórica.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
1 COLABORA.CIN
46
4/4/01
21:47
Página 46
Alfonso Vázquez Ramallo
da chegada de Hitler — poder en 1933,
emigrou —s Estados Unidos, onde ocupou un posto no Institute for Advanced
Studies en Princeton. Einstein faleceu
no ano 1955. ç marxe da F’sica, Einstein destacou polo seu pacifismo e os
seus valores morais.
No que segue imos facer un percorrido polas ideas b‡sicas da Teor’a da
Relatividade, comezando polos seus
antecedentes hist—ricos.
A Teor’a da Relatividade tivo tal
influencia na nosa percepci—n da realidade e do universo, e deu lugar a tal
cantidade de aplicaci—ns pr‡cticas e
tecnol—xicas, que Ž dif’cil facer unha
lista exhaustiva dos seus logros directos ou indirectos. Como toda teor’a
cient’fica, debe considerarse incompleta e, polo tanto, susceptible de ser
modificada. Posto que a ciencia sen feitos experimentais se converte, en œltimo termo, en especulaci—n, procuraremos na nosa exposici—n inclu’-las
experiencias realizadas co prop—sito de
verifica-las diferentes predicci—ns te—ricas. O que imos relatar Ž unha das
m‡is grandes faza–as intelectuais da
historia da humanidade con consecuencias que persistir‡n durante os
vindeiros sŽculos.
A FÍSICA A FINAIS DO SÉCULO XIX
A f’sica cl‡sica est‡ constru’da
sobre dœas columnas b‡sicas: a
Mec‡nica newtoniana e a Teor’a electromagnŽtica. Os logros destas dœas
teor’as son considerables e pode dicirse
sen esaxeraci—n que os co–ecementos
derivados delas son responsables da
maior parte do progreso tŽcnico acadado a finais do sŽculo XIX.
A mec‡nica de Newton permitiu
describir de xeito razoablemente correcto o movemento dos obxectos
materiais. A aplicaci—n das leis de
movemento de Newton deu lugar a un
gran desenvolvemento da enxe–er’a.
Por outra banda, as ecuaci—ns newtonianas explican o movemento dos planetas e outros obxectos celestes con
gran precisi—n.
A Teor’a ElectromagnŽtica de
Maxwell logrou unificar, nun mesmo
marco te—rico, os fen—menos elŽctricos,
magnŽticos e da luz. As ecuaci—ns obtidas por Maxwell constitœen a culminaci—n e a s’ntese de moitas leis e observaci—ns efectuadas desde o sŽculo XVII
sobre a luz, a electricidade e o magnetismo.
A Mec‡nica cl‡sica ten os seus alicerces nunha determinada concepci—n
do espacio e do tempo. De feito, na
Mec‡nica newtoniana adm’tese implicitamente que o espacio e o tempo son
inertes, no sentido de que o movemento dos corpos non inflœe en absoluto
neles. Deste xeito, na teor’a cl‡sica
suponse que Ž posible introducir un
tempo universal, œnico e absoluto, que
transcorre uniformemente e de igual
maneira para t—dolos corpos. Como
imos explicar m‡is adiante, estes conceptos cl‡sicos te–en que ser revisados
ante a evidencia dunha serie de feitos
experimentais que os contrad’n. O
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 47
A Teoría da Relatividade
resultado desta an‡lise Ž a Teor’a da
Relatividade, que sup—n unha intensa
revoluci—n cient’fica e filos—fica, como
consecuencia da cal a nosa comprensi—n do mundo f’sico cambia profundamente.
Tal como acontece habitualmente
na ciencia, a mesma F’sica cl‡sica contŽn o xerme das ideas relativistas. Para
po–er de manifesto este feito s— hai que
descubri-las inconsistencias e incompatibilidades entre o Electromagnetismo
e a Mec‡nica cl‡sica. Neste sentido Ž
importante resaltar que estas dœas teor’as se comportan de xeito distinto cando se cambia de sistema de
referencia.
Un sistema de referencia Ž un sistema de coordenadas que permite fixa-la posici—n dos corpos no espacio e un
sistema de reloxos que serve para
determina-lo tempo; son unha clase
destacada os chamados sistemas de
referencia inerciais, que se definen
como aqueles nos que unha part’cula
que se move libremente (Ž dicir, sobre a
cal non se exerce forza ningunha) o fai
cun movemento uniforme (ou sexa,
con velocidade constante). Desta definici—n sŽguese que o movemento relativo de dous sistemas de referencia
inerciais Ž o que corresponde a unha
velocidade relativa constante. Para
verificar este feito abonda considerar
unha part’cula libre que estea en
repouso con respecto a un sistema de
referencia inercial K. Posto que a part’cula Ž libre, o seu movemento noutro
sistema inercial K« debe ser uniforme, Ž
dicir, con velocidade constante. Dado
47
que estaba en repouso no sistema K, a
velocidade da part’cula medida no sistema K« debe se-la velocidade relativa
de K respecto de K«, o que proba a nosa
afirmaci—n.
O Principio de Relatividade de
Galileo establece que as leis da
Mec‡nica cl‡sica son as mesmas en
t—dolos sistemas de referencia inerciais.
Para verificar que a mec‡nica de
Newton satisfai este principio, Ž esencial supo–er que o tempo Ž absoluto e,
polo tanto, independente do sistema de
referencia. Unha consecuencia inmediata desta suposici—n Ž a lei cl‡sica de
composici—n de velocidades, que establece que as velocidades se compo–en
como unha simple suma ordinaria. As’,
por exemplo, se alguŽn que vai nun
tren en movemento lanza un obxecto, a
velocidade deste medida por alguŽn
que est‡ parado na estaci—n Ž a suma
da velocidade con que foi lanzado
desde o tren m‡is a velocidade do tren.
Contrariamente — que acontece na
Mec‡nica newtoniana, a Teor’a ElectromagnŽtica de Maxwell non satisfai o
Principio de Relatividade de Galileo.
Isto Ž unha consecuencia de que nas
ecuaci—ns de Maxwell intervŽn explicitamente a velocidade de propagaci—n
das ondas electromagnŽticas no baleiro. Esta velocidade coincide coa velocidade da luz no baleiro, que denotaremos por c, e Ž numericamente igual a
trescentos mil quil—metros por segundo. De feito, pens‡base que as ecuaci—ns de Maxwell s— eran v‡lidas
cando se aplicaban a un sistema de
referencia en repouso absoluto, que
1 COLABORA.CIN
48
4/4/01
21:47
Página 48
Alfonso Vázquez Ramallo
estar’a ligado a un medio hipotŽtico
denominado Žter universal. Admit’ase
que o Žter era un medio que penetraba
todo, homoxŽneo e is—tropo, que se
atopa en repouso absoluto e enchendo
todo o espacio.
No sŽculo XIX os f’sicos ti–an
varias raz—ns te—ricas para crer na existencia do Žter; a principal era a propia
natureza da interacci—n electromagnŽtica. Sab’ase que o electromagnetismo
se propaga por medio de campos e
consider‡base que eses campos necesitaban un soporte material. As’ pois, os
campos electromagnŽticos e a luz non
ser’an m‡is que vibraci—ns do Žter, da
mesma maneira que o son non Ž outra
cousa que un movemento oscilatorio
dun gas. ƒ preciso sinalar que, desde o
punto de vista da F’sica do sŽculo XIX,
esta interpretaci—n era, sen dœbida, a
m‡is natural, xa que estaba en concordancia coa mentalidade mecanicista da
Žpoca. Ademais, pens‡base que a interacci—n gravitatoria, responsable da
ca’da dos corpos e do movemento dos
astros, tamŽn ti–a o Žter como soporte
material. Deste xeito, as teor’as de campos co–ecidas daquela consider‡banse
simplemente como unha descrici—n
dos posibles movementos do Žter.
Neste contexto hist—rico xorde o
problema de demostrar experimentalmente a existencia das velocidades
absolutas. ƒ bastante doado dese–ar un
experimento ideal con este obxectivo:
supo–amos que temos un corpo que se
move con respecto — Žter inm—bil.
Imaxinemos que colocamos nel unha
fonte e un detector de luz. Segundo a
lei cl‡sica de composici—n de velocidades, se o corpo se move na mesma
direcci—n e sentido da luz, esperar’ase
que a sœa velocidade fose menor, mentres que se nos movemos na direcci—n
contraria ‡ da propagaci—n da luz, a
velocidade desta deber’a de ser maior.
Emporiso, a velocidade da luz Ž moi
grande comparada coas velocidades
que se poden acadar con corpos macrosc—picos. Isto quere dicir que, se
medimos directamente a variaci—n da
velocidade da luz, o efecto vai ser m‡is
pequeno c‡ precisi—n dos aparellos de
medida e, polo tanto, inapreciable
experimentalmente.
A soluci—n a este problema de
medici—n ach‡rona os f’sicos americanos Michelson e Morley. No canto de
medir directamente a velocidade, eles
propuxeron compara-los tempos de
percorrido da luz — longo de dœas
direcci—ns distintas. Nunha das direcci—ns o raio de luz percorr’a un cami–o
paralelo ‡ direcci—n de movemento respecto — Žter, mentres que na outra
direcci—n a luz Ž perpendicular ‡ direcci—n de movemento. Tras ser reflectidos en espellos, os raios fac’anse coincidir. Se realmente a velocidade da luz
dependera da direcci—n de movemento, o tempo de percorrido dos dous
raios ser’a distinto e producir’ase unha
figura de interferencia facilmente observable.
Michelson e Morley levaron a
cabo o seu experimento por primeira
vez en 1881. Como velocidade respecto
— Žter utilizaron a velocidade do movemento orbital da Terra. Para sorpresa
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 49
A Teoría da Relatividade
dos dous cient’ficos e dos seus contempor‡neos, non se observou interferencia ningunha e, polo tanto, non se
puido po–er de manifesto a m‡is m’nima influencia do movemento do interfer—metro na velocidade da luz. O
experimento de Michelson-Morley foi
repetido en varias ocasi—ns con instrumentos de maior precisi—n e con idŽntico resultado.
Existen outras evidencias da
constancia da velocidade da luz. En
1912, outro experimento fundamental
foi proposto polo astr—nomo holandŽs
W. de Sitter. Consist’a en observa-la luz
emitida por un sistema de estrelas
dobres pr—ximas entre si e que xiran
arredor do centro de masa comœn. De
Sitter sinalou que certas parellas destas
estrelas te–en un plano orbital case
paralelo ‡ nosa visual, de xeito que
cada estrela se afasta ou achega ‡ Terra
alternativamente mentres xira — redor
da sœa compa–eira. Se a velocidade da
luz emitida pola estrela cando se afasta
fose distinta da velocidade da luz emitida cando se achega a n—s, poderiamos
ver unha imaxe mœltiple dela. Isto non
se observa experimentalmente pois
soamente se ven as —rbitas el’pticas
regulares que as dœas estrelas describen unha — redor da outra.
Moitas outras experiencias confirmaron o resultado negativo do experimento de Michelson-Morley. Sinalemos, por exemplo, unha verificaci—n
da constancia da velocidade da luz,
realizada moi recentemente utilizando
os sinais de radio dos satŽlites artificiais do sistema de posici—n global
49
GPS. Esta an‡lise permitiu verifica-la
independencia da velocidade da luz
coa direcci—n cunha precisi—n de tres
partes en mil mill—ns.
A TEORÍA ESPECIAL DA RELATIVIDADE
Os feitos experimentais que acabamos de describir po–en de manifesto
a inexistencia do Žter e que, daquela,
Albert Einstein, o creador da Teoría da Relatividade.
1 COLABORA.CIN
50
4/4/01
21:47
Página 50
Alfonso Vázquez Ramallo
non ten sentido falar de repouso absoluto. Isto levou a Einstein a retoma-lo
Principio de Relatividade que, como xa
sabemos, na sœa versi—n cl‡sica non Ž
satisfeito pola Teor’a ElectromagnŽtica.
A reformulaci—n deste principio implica, necesariamente, un cambio das
noci—ns newtonianas absolutas do
espacio e do tempo.
Como resultado da sœa an‡lise,
Einstein formulou a Teor’a Especial da
Relatividade, baseada nos dous postulados seguintes:
1) Principio de Relatividade de
Einstein: as leis da F’sica (e non soamente as da Mec‡nica) son as mesmas
en t—dolos sistemas de referencia inerciais.
2) Existe unha velocidade l’mite
de propagaci—n das interacci—ns que Ž
a velocidade da luz no baleiro c.
O primeiro destes postulados
ind’canos claramente que a transformaci—n de coordenadas e tempo entre
dous sistemas de referencia inerciais
debe de diferir substancialmente da
transformaci—n de Galileo, pois esta
œltima, como xa foi mencionado, non
deixa invariante as ecuaci—ns do electromagnetismo.
No segundo postulado, Einstein
elevou a categor’a de principio unha
caracter’stica da electrodin‡mica de
Maxwell. Neste postulado faise a hip—tese de que a velocidade m‡xima de
propagaci—n das interacci—ns no baleiro ten un car‡cter universal, que est‡
ligada ‡s propiedades do espacio e do
tempo e non depende do tipo particular de interacci—n. En virtude do principio de relatividade, esta velocidade
m‡xima debe se-la mesma en t—dolos
sistemas de referencia inerciais, o que
est‡ en consonancia cos resultados do
experimento de Michelson-Morley.
A existencia dunha velocidade
l’mite de propagaci—n das interacci—ns
implica automaticamente que a velocidade con que se poden mover os corpos materiais non pode ser superior a
c. De feito, se unha part’cula puidese
moverse cunha velocidade maior c‡ da
luz, o intercambio desta part’cula entre
dous corpos xerar’a unha interacci—n
entre eles que se propagar’a cunha
velocidade superior ‡ da luz. Deste
xeito, o segundo postulado de Einstein
limita superiormente as posibles velocidades na natureza.
C—mpre salientar que, sen entrar
en contradicci—n coa Teor’a da Relatividade, poden atoparse puntos que se
moven cunha velocidade superior ‡ da
luz, pero que, sen embargo, non transportan un corpo ou dan lugar a unha
interacci—n. Como exemplo disto, consideremos dœas varas AB e CD, tal
como se amosa na figura 1. Supo–amos
que a vara CD rota con respecto —
punto C e que a vara AB est‡ fixa.
ConsiderŽmo-lo punto xeomŽtrico P no
cal as dœas varas se cortan. Se o ‡ngulo
a que forman as dœas varas Ž tan
pequeno como queiramos e se a lonxitude das varas Ž arbitrariamente grande, a velocidade do punto P poder ser
tan grande como se queira.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 51
A Teoría da Relatividade
Figura 1.
Sen embargo, o punto P non
corresponde a un œnico punto material
das varas e, polo tanto, o seu movemento non vai acompa–ado de transporte de enerx’a e non pode transmitir
interacci—ns.
Non Ž dif’cil convencerse de que a
constancia da velocidade da luz en
t—dolos sistemas de referencia inerciais
contrad’ a noci—n cl‡sica de tempo absoluto. Para ilustrar este feito consideremos dous sistemas de referencia K e KÕ.
Sexan XYZ e XÕYÕZÕ os eixes de coordenadas de K e KÕ respectivamente. Supo–amos que o sistema KÕ se move con
respecto a K — longo dos eixes X e XÕ, tal
como se amosa na figura 2.
Figura 2.
51
Imaxinemos que desde o punto
A, que est‡ no eixe XÕ, enviamos sinais
en sentidos opostos. Sexan B e C dous
puntos do eixe XÕ que equidistan do
punto de emisi—n A. Os puntos B e C
est‡n en repouso no sistema KÕ e, posto
que a velocidade da luz Ž a mesma en
t—dalas direcci—ns, os raios de luz chegar‡n, no sistema KÕ, no mesmo intre
—s puntos B e C. ƒ doado conclu’r que,
con todo, a chegada do raio a estes
dous puntos non pode ser simult‡nea
no sistema K. En efecto, para un observador no sistema K, o punto C vai —
encontro do raio de luz, mentres que o
punto B se afasta del. A velocidade da
luz en K vale o mesmo que en KÕ e, en
consecuencia, o raio alcanzar‡ o punto
C antes c— punto B. Deste xeito, dous
sucesos simult‡neos nun sistema de
referencia inercial non te–en por quŽ
selo noutro sistema inercial, o que
rompe a concepci—n cl‡sica do tempo
como algo absoluto e independente do
estado de movemento do observador.
Dados dous sucesos arbitrarios, a
sœa ordenaci—n temporal pode depender do sistema de referencia. Daquela,
nun sistema de referencia un suceso
pode ser anterior a outro, mentres que
Ž posible que para outro observador
inercial sexa posterior. Existe, non obstante, unha situaci—n na cal a ordenaci—n temporal Ž independente do sistema de referencia. Isto acontece cando
os dous sucesos poden conectarse por
medio dun sinal que se propaga a unha
velocidade menor ou igual ‡ da luz.
Neste caso Ž sinxelo probar que o suceso que emite o sinal precede en t—dolos
1 COLABORA.CIN
52
4/4/01
21:47
Página 52
Alfonso Vázquez Ramallo
sistemas de referencia o suceso que a
recibe. As’, no noso exemplo anterior, a
emisi—n da luz desde o punto A precede sempre no tempo, en t—dolos sistemas de referencia, a chegada da luz —s
puntos B e C.
En xeral, se dous sucesos se
poden vincular causalmente entre si, Ž
dicir, se un deles Ž a causa do outro, a
sœa ordenaci—n temporal Ž a mesma
para t—dolos observadores. Esta propiedade denom’nase principio de causalidade e resulta crucial para a consistencia da teor’a; de feito, se non se
verificase este principio ser’a imposible
constru’r teor’as cient’ficas predictivas
pois non distinguiriamos causas de
efectos. A ordenaci—n temporal de dous
sucesos depende do observador cando,
— tratar de conectalos cun sinal, este se
propaga a unha velocidade superior ‡
da luz, o que, como sabemos, non est‡
permitido polo segundo postulado de
Einstein e, en consecuencia, estes dous
sucesos non poden estar relacionados
causalmente. As’, a existencia dunha
velocidade l’mite das interacci—ns est‡
ligada — principio de causalidade e
evita que existan paradoxos.
Para constru’-lo formalismo matem‡tico da Teor’a da Relatividade,
considŽrase un espacio vectorial de
catro dimensi—ns onde o tempo Ž a
cuarta coordenada e os sucesos son
simplemente puntos. Neste espacio
vectorial def’nese unha distancia entre
puntos tal que dous puntos est‡n a distancia nula se os correspondentes sucesos poden conectarse por un raio de
luz. Este espacio de catro dimensi—ns
denom’nase espacio de Minkowski ou,
simplemente, espacio-tempo.
Para atopa-las leis de transformaci—n entre diferentes sistemas de referencia inerciais s— hai que obte-los cambios lineais de coordenadas do
espacio-tempo que deixen invariante a
mŽtrica do espacio de Minkowski. A
correspondente transformaci—n de
coordenadas denom’nase transformaci—n de Lorentz. Se temos dous sistemas de referencia como os da figura 2,
a relaci—n entre (x, y, z, t) e (xÕ, yÕ, zÕ, tÕ)
Ž a seguinte:
V
tÕ+ ÐÐÐ
xÕ
c2
t = ÐÐÐÐÐÐÐÐÐ
ÐÐÐÐÐÐ
V2
1- ÐÐÐ
c2
Î
y = yÕ
xÕ + VtÕ
x = ÐÐÐÐÐÐÐÐÐ
ÐÐÐÐÐÐ
V2
1- ÐÐÐ
c2
Î
z = zÕ
ObsŽrvese que na ecuaci—n anterior
aparece o cociente entre a velocidade V
do sistema de referencia KÕ respecto a
K e a velocidade da luz c. Se V Ž pequena con respecto a c, a ecuaci—n anterior redœcese ‡ Lei de Transformaci—n
de Galileo e, en particular, os tempos t
e tÕ son iguais. Ademais, a transformaci—n de Lorentz s— est‡ definida cando
a velocidade V Ž estrictamente menor
ca c.
ƒ sinxelo extraer algunhas consecuencias importantes da transformaci—n de Lorentz. Supo–amos, en primeiro lugar, que temos unha regra que
se atopa en repouso no sistema de
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 53
A Teoría da Relatividade
referencia K e que Ž paralela — eixe X.
Sexa L0 a lonxitude da regra medida no
sistema K. Imos determinar c‡nto vale
a lonxitude L para un observador ligado — sistema de referencia KÕ, onde a
regra se move con velocidade V. Para
iso temos que determina-las coordenadas dos dous extremos da regra no sistema KÕ nun mesmo instante tÕ. Usando
a lei de transformaci—n de Lorentz para
a coordenada x p—dese obte-la relaci—n
entre as lonxitudes en repouso (L0) e en
movemento (L):
L = L0
Î
ÐÐÐÐÐÐÐ
V2
1- ÐÐÐ
c2
A ra’z cadrada que aparece no
segundo membro desta ecuaci—n Ž
menor ca un e, polo tanto, a lonxitude
53
en repouso L0 (denominada lonxitude
propia) Ž maior c‡ lonxitude en movemento L. Este resultado da Teor’a da
Relatividade denom’nase contracci—n
de Lorentz.
A transformaci—n de Lorentz
tamŽn nos permite obte-la relaci—n
entre os tempos medidos por reloxos
de dous sistemas de referencia distintos. Supo–amos que un destes reloxos
se atopa en repouso no sistema KÕ.
Consideremos dous sucesos que ocorren no mesmo punto do espacio no
sistema KÕ e sexa t0 o tempo transcorrido entre estes dous sucesos medido
desde KÕ. A t0 denomin‡molo tempo
propio. Facendo uso da lei de transformaci—n de tempos, podemos obte-la
relaci—n entre t0 e o tempo t medido
por un observador ligado — sistema de
referencia K. Esta relaci—n Ž:
t0
t = ÐÐÐÐÐÐÐÐÐ
ÐÐÐÐÐÐ
V2
1- ÐÐÐ
c2
Î
N—tese que no sistema K os dous sucesos ocorren nun punto que se move con
velocidade V. Da ecuaci—n anterior
sŽguese que t0 Ž menor ca t, o que
quere dicir que o reloxo de KÕ atrasa
con respecto — reloxo de K.
Hendrik A. Lorentz. As ecuacións de Lorentz permitiron
a Einstein elabora-la teoría completa da relatividade.
Hai que sinalar que se consideramos intervalos de tempos entre sucesos
que ocorren no mesmo punto de K, e se
comparamos estes intervalos temporais coas medidas feitas desde o sistema KÕ, chegariamos ‡ conclusi—n de
que, contrariamente — que acontec’a
antes, os reloxos de K atrasan con
1 COLABORA.CIN
54
4/4/01
21:47
Página 54
Alfonso Vázquez Ramallo
respecto —s de KÕ. Isto non sup—n contradicci—n ningunha pois as dœas comparaci—ns das marchas dos reloxos son
completamente diferentes. De feito,
para establecer que un reloxo de KÕ
atrasa con respecto —s reloxos do sistema K hai que proceder da seguinte
maneira: supo–amos que nun certo
instante o reloxo de KÕ pasa por diante
do reloxo de K e, nese intre, as indicaci—ns dos dous reloxos coinciden. Para
comparar posteriormente os tempos
temos que cotexa-las indicaci—ns do
mesmo reloxo de KÕ coas do outro reloxo de K, que agora est‡ situado no
punto polo cal o reloxo de KÕ estea
pasando nese intre. Segundo a Teor’a
da Relatividade, como resultado desta
experiencia concluiriamos que o reloxo
de KÕ atrasa con respecto —s de K. Deste
xeito, para compara-las marchas dos
reloxos en dous sistemas de referencia
prec’sanse varios reloxos nun deles e
un reloxo no outro. Polo tanto, este proceso non Ž simŽtrico con respecto —s
dous sistemas: o reloxo que atrasa Ž
sempre aquel que se compara con
varios reloxos do outro sistema.
ƒ tamŽn interesante analiza-lo
(mal) chamado paradoxo dos xemelgos. Imaxinemos dous xemelgos: un
deles Ž astronauta e emprende unha
viaxe a unha galaxia afastada, utilizando unha nave espacial capaz de moverse a velocidades pr—ximas ‡ da luz.
Segundo a relatividade, — regreso da
sœa viaxe o astronauta ser’a m‡is novo
c— seu irm‡n.
O posible paradoxo xorde do feito
de que, desde o punto de vista do
astronauta, o que se move non Ž el
sen—n o seu irm‡n. Polo tanto, poderiamos pensar que este œltimo deber’a ter
menos idade ‡ fin da viaxe. Isto, sen
embargo, non Ž correcto pois os sistemas de referencia ligados —s dous
irm‡ns non son equivalentes. En efecto,
o astronauta regresa ‡ Terra, o que
quere dicir que describe unha traxectoria pechada e, a diferencia do seu irm‡n, un sistema de coordenadas ligado a el non Ž inercial. As’ pois, non
existe ambigŸidade e o irm‡n m‡is
vello Ž certamente aquel que ficou na
Terra.
ConvŽn observar que despois
destas viaxes espaciais Ž posible adianta-lo futuro pero nunca se pode viaxar
— pasado. Isto œltimo, que acontece en
moitas narraci—ns de ciencia ficci—n,
violar’a o principio de causalidade e
soamente se poder’a facer, no contexto
da Teor’a Especial da Relatividade, viaxando a velocidades superiores ‡ da
luz, algo que, como xa sabemos, est‡
prohibido polos postulados da teor’a.
Estas diferencias entre as indicaci—ns de dous reloxos en funci—n do
seu estado de movemento son m’nimas
cando as velocidades ‡s que se moven
son pequenas comparadas coa velocidade da luz. Isto Ž o que acontece coas
velocidades m‡ximas que a tecnolox’a
actual nos permite acadar en trens,
avi—ns, foguetes e outros medios de
transporte. Polo tanto, para poder
aprecia-las diferencias temporais predicidas pola Teor’a Especial da Relatividade nestes casos debemos dispo–er de reloxos de extraordinaria
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 55
A Teoría da Relatividade
precisi—n. Ende ben, o progreso da
F’sica proporci—nanos instrumentos de
medida do tempo coa exactitude requirida.
Todo proceso f’sico que se repite
de xeito uniforme pode ser utilizado
como reloxo. As medici—ns m‡is precisas do tempo son aquelas feitas por
medio dos denominados reloxos at—micos. O funcionamento destes reloxos
est‡ baseado no feito de que os ‡tomos
emiten radiaci—n cunha frecuencia ben
determinada. As’, por exemplo, os ‡tomos dun is—topo do cesio de peso
molecular 133 te–en un estado fundamental desdobrado en dous pola interacci—n magnŽtica entre os electr—ns e o
nœcleo. Este desdobramento co–Žcese
co nome de estructura hiperfina. A frecuencia da radiaci—n emitida na transici—n dun electr—n entre estes dous
niveis serve para defini-lo segundo
patr—n no sistema internacional de unidades.
As transici—ns entre diferentes
niveis dun ‡tomo poden utilizarse para
sintonizar un dispositivo electr—nico
con gran precisi—n e, deste xeito, constru’r un reloxo at—mico. Para facŽrmonos unha idea da exactitude que se
pode conseguir, basta mencionar que
cun reloxo constru’do cun m‡ser de
hidr—xeno (que utiliza un mecanismo
similar —s reloxos de ‡tomos de cesio)
pode chegarse ‡ fant‡stica precisi—n
dun segundo en cen mill—ns de anos,
suficiente para detecta-los efectos relativistas nos corpos que se moven en
velocidades moito m‡is pequenas c‡
da luz.
55
Nunha serie de experimentos realizados nos anos sesenta e setenta,
varios reloxos at—micos foron colocados en avi—ns durante horas para verifica-los efectos relativistas. De feito,
ademais da dilataci—n temporal que
depende da velocidade, existe un efecto gravitatorio que var’a coa altura do
voo. Estes dous efectos foron comprobados nestas experiencias cun grao
aceptable de precisi—n (1 %).
A dilataci—n relativista do tempo
pasa de ser un pequeno efecto a ser
enorme cando nos achegamos ‡ velocidade da luz. Isto non Ž posible coa tecnolox’a actual para os corpos macrosc—picos pero, sen embargo, Ž
perfectamente factible para part’culas
subat—micas. De feito, nin sequera Ž
necesario acelera-las part’culas ata
velocidades pr—ximas ‡ da luz, pois a
Terra est‡ sendo bombardeada arreo
polos raios c—smicos, que son nœcleos
at—micos que viaxan a travŽs do espacio interestelar a velocidades pr—ximas
‡ da luz. Estes nœcleos colisionan coas
molŽculas do aire das capas altas da
atmosfera e dan lugar a moitas part’culas que chegan de contino ‡ superficie
da Terra.
A maior parte das part’culas que
se orixinan na colisi—n dos raios c—smicos coas molŽculas do aire son mu—ns.
Os mu—ns son part’culas da familia do
electr—n, pero unhas duascentas seis
veces m‡is pesadas. Ademais, os
mu—ns son inestables, pois desintŽgranse en electr—ns e neutrinos. O seu
tempo de vida media en repouso Ž de
dœas millonŽsimas de segundo. Se o
1 COLABORA.CIN
56
4/4/01
21:47
Página 56
Alfonso Vázquez Ramallo
tempo de vida media dos mu—ns non
dependese da velocidade, a’nda viaxando ‡ velocidade da luz, estes percorrer’an uns seiscentos metros por
termo medio e, polo tanto, non chegar’an ‡ superficie da Terra. Tendo en
conta que os mu—ns que chegan ‡
superficie terrestre son creados a uns
quince quil—metros de altura, Ž evidente que a sœa vida media en movemento
debe de ser maior c‡ vida media en
repouso. ƒ sinxelo estima-lo valor da
vida media en movemento: basta dividi-lo espacio percorrido polos mu—ns
(quince quil—metros) pola velocidade
da luz. O resultado desta divisi—n Ž de
cincuenta millonŽsimas de segundo, Ž
dicir, unhas vintecinco veces m‡is c—s
mu—ns en repouso. Vemos que neste
caso a dilataci—n temporal relativista
non se trata dunha pequena correcci—n
sen—n, — contrario, dun efecto moi
grande.
Na actualidade os mu—ns poden
producirse artificialmente nos aceleradores de part’culas. En 1976 realizouse
unha experiencia no Laboratorio Europeo de F’sica de Part’culas (CERN)
onde se estudiou a vida media de
mu—ns que se mov’an a unha velocidade igual a 0,9994 veces a da luz.
Medindo a vida media dos mu—ns en
movemento e comparando o resultado
da medida coa f—rmula relativista
(posto que co–ecemos con exactitude a
velocidade dos mu—ns) demostrouse
que o valor experimental coincide coa
predicci—n da Teor’a da Relatividade
cunha precisi—n superior a dœas partes
por mil.
MECÁNICA RELATIVISTA
Na Mec‡nica cl‡sica, as interacci—ns entre part’culas materiais represŽntanse mediante unha enerx’a potencial, que Ž funci—n das coordenadas das
part’culas que interactœan. ƒ doado
decatarse de que este xeito de describi-las interacci—ns sup—n unha propagaci—n instant‡nea destas e, polo tanto, Ž
inconsistente co segundo postulado da
Teor’a Especial da Relatividade. Por
outra banda, as ecuaci—ns da Mec‡nica
newtoniana non son as mesmas se se
fai unha transformaci—n de Lorentz, o
que quere dicir que non satisf‡n o principio de relatividade de Einstein. Por
estas raz—ns queda claro que hai que
constru’r unha nova mec‡nica (a
Mec‡nica relativista) que sexa compatible cos dous postulados de Einstein.
Para que unha teor’a verifique o
principio de relatividade de Einstein
ten que ser posible establecer unha formulaci—n consistente dela no espacio-tempo. Isto consŽguese utilizando
magnitudes vectoriais con catro compo–entes: tres espaciais e unha temporal. Unha formulaci—n deste tipo dise
que Ž covariante relativista. A Teor’a
ElectromagnŽtica de Maxwell pode ser
formulada deste xeito, o que asegura
que as sœas leis se verifican en t—dolos
sistemas de referencia inerciais.
Para establece-las leis relativistas
do movemento dos corpos c—mpre
atopa-los vectores con catro compo–entes que conte–an a informaci—n das
propiedades mec‡nicas dun sistema.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 57
A Teoría da Relatividade
57
aumenta coa velocidade e tende a infinito cando a velocidade do corpo se
achega ‡ da luz. Isto Ž consistente coa
existencia dunha velocidade l’mite.
Imaxinemos que aplicamos unha forza
constante sobre un corpo. Na Mec‡nica
newtoniana este corpo ter’a unha aceleraci—n constante e, polo tanto, a sœa
velocidade incrementar’ase indefinidamente. O impulso dunha part’cula
relativista sobre a cal actœa unha forza
constante aumenta tamŽn cun ritmo
constante. Sen embargo, cando a part’cula acada unha velocidade pr—xima ‡
da luz, a sœa inercia tende a infinito e,
polo tanto, a’nda que o seu impulso
medra indefinidamente, a sœa velocidade aprox’mase asintoticamente ‡
velocidade da luz. Este tipo de comportamento relativista Ž hoxe en d’a
verificado a cot’o nos aceleradores de
part’culas.
James Clerk Maxwell foi quen introduciu no século XIX
o modelo estatístico no que se basea a teoría da cinética da materia.
Dœas destas propiedades son a enerx’a
e o impulso. No contexto matem‡tico
do espacio-tempo Ž doado probar que
a enerx’a e o impulso forman parte dun
mesmo vector cuadridimensional. Isto
Ž moi importante porque sup—n unha
certa equivalencia entre dœas magnitudes que son moi distintas na Mec‡nica
newtoniana.
Unha consecuencia da unificaci—n
da enerx’a e o impulso Ž o feito de que
a inercia, Ž dicir, a resistencia dun
corpo a po–erse en movemento,
Outra propiedade moi importante Ž o valor da enerx’a dunha part’cula
nun sistema de referencia no que esta
se atopa en repouso. A partir das ecuaci—ns relativistas p—dese demostrar que
a dita enerx’a Ž igual ‡ masa da part’cula multiplicada pola velocidade da
luz — cadrado. Esta afirmaci—n Ž a chamada Lei de Equivalencia entre a masa
e a enerx’a, e pode expresarse matematicamente pola ecuaci—n E=mc2, unha
das m‡is co–ecidas da F’sica.
No contexto da Mec‡nica relativista Ž posible ter part’culas de masa
nula; o exemplo m‡is comœn Ž o fot—n,
que Ž o cuanto de luz. Unha part’cula
de masa nula m—vese por forza ‡ velocidade da luz e a sœa enerx’a E est‡
1 COLABORA.CIN
58
4/4/01
21:47
Página 58
Alfonso Vázquez Ramallo
relacionada co seu momento p pola
ecuaci—n E=pc. ƒ importante subli–ar
que non existe ningœn sistema de referencia no que o fot—n se atope en
repouso. De existir ter’a que viaxar ‡
velocidade da luz, cousa que Ž imposible pois a transformaci—n de Lorentz
non est‡ definida para V=c. Por esta
raz—n non ten sentido falar dun fot—n
en repouso e, de feito, sabemos que,
segundo os postulados de Einstein, a
luz se move ‡ mesma velocidade en
t—dolos sistemas de referencia e polo
tanto a velocidade do fot—n sempre
debe ser igual a c.
Isto significa que, en particular, a masa
non ten por quŽ conservarse. De feito,
hai moitas reacci—ns en F’sica nuclear
nas que a suma das masas dos productos finais Ž menor c‡ suma das masas
das part’culas antes de se inicia-la reacci—n. Nin sequera o nœmero de part’culas ten que ser constante e, as’, existen
moitos procesos nos que se crean novas
part’culas ou nos que as part’culas iniciais se aniquilan dando lugar a outras
novas no estado final da reacci—n.
A Mec‡nica relativista desempe–ou un papel esencial na comprensi—n
da natureza cu‡ntica da luz. N—tese
que se supo–emos que a luz est‡ constitu’da por fot—ns, estamos adoptando
unha interpretaci—n corpuscular da
radiaci—n electromagnŽtica. Isto sup—n
unha certa unificaci—n entre a materia e
a radiaci—n e, de feito, a Cinem‡tica
relativista Ž esencial para entende-los
procesos de interacci—n entre a materia
e a radiaci—n, tales como, por exemplo,
o efecto Compton (dispersi—n da luz
por electr—ns) ou os procesos de aniquilaci—n de part’culas e antipart’culas,
nos que a materia se transforma en
radiaci—n.
Sempre que nun proceso haxa
unha diminuci—n da masa total, e polo
tanto das enerx’as en repouso das part’culas, necesariamente debe incrementarse a enerx’a cinŽtica. Deste xeito,
neste tipo de proceso estamos convertendo a masa en enerx’a. Este Ž precisamente o fundamento te—rico da enerx’a
nuclear. Para ter unha idea das ordes
de magnitude nesta equivalencia entre
masa e enerx’a, o m‡is apropiado Ž
facer un sinxelo c‡lculo numŽrico.
Supo–amos que convertemos un quilogramo de materia en enerx’a. Por
medio da ecuaci—n E=mc2 Ž inmediato
verificar que un quilogramo de materia
corresponde a 9 x 1016 joules. Esta enerx’a Ž equivalente ‡ que se libera na
combusti—n de quince mill—ns de barr’s
de petr—leo.
A enerx’a total dunha part’cula Ž
a suma da sœa enerx’a en repouso (que
depende da sœa masa) e da enerx’a
cinŽtica (que depende da sœa velocidade). En calquera proceso f’sico ten que
se conserva-la enerx’a total das part’culas e non necesariamente algunha destas dœas contribuci—ns por separado.
As aplicaci—ns da radioactividade
e a enerx’a nuclear son, hoxe en d’a,
moi numerosas. Ademais do seu
uso militar e das centrais nucleares,
podemos sinala-las aplicaci—ns mŽdicas (como tŽcnica de diagn—stico e tratamento) ou en Arqueolox’a (para
datar con precisi—n os restos). ƒ tamŽn
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 59
A Teoría da Relatividade
importante destacar que as reacci—ns
nucleares de fisi—n son as responsables
da radiaci—n emitida polo Sol e as
outras estrelas. Ademais, estas reacci—ns serven para sintetiza-los elementos qu’micos pesados a partir do hidr—xeno primordial e, polo tanto, son
cruciais para a existencia da materia tal
como se d‡ en toda a sœa diversidade
no noso planeta. As’ pois, se non se
puidese transformar materia en enerx’a simplemente non existiriamos nin
n—s nin o noso planeta.
A TEORÍA XERAL DA RELATIVIDADE
A Lei da Gravitaci—n Universal de
Newton describe a atracci—n gravitatoria entre dœas masas en termos dunha
interacci—n instant‡nea que, como xa
sabemos, Ž incompatible coa Teor’a da
Relatividade. Einstein era plenamente
consciente deste problema e pœxose a
traballar nel nada m‡is formula-la
Teor’a Especial da Relatividade. O seu
punto de partida foi unha caracter’stica
importante da interacci—n gravitatoria:
o principio de equivalencia.
A segunda lei de Newton establece que a aceleraci—n que experimenta
unha part’cula Ž proporcional ‡ forza
que se exerce sobre ela. A constante
de proporcionalidade Ž a chamada
masa inercial. En principio debemos
distingui-la masa inercial da masa
gravitatoria, que Ž a que aparece na
expresi—n da forza da gravidade na Lei
da Gravitaci—n Universal. Newton
supuxo que estas dœas masas son
59
iguais. Esta hip—tese estaba baseada na
observaci—n experimental (que se
remonta a Galileo Galilei no sŽculo
XVI) de que os corpos caen coa mesma
aceleraci—n con independencia da sœa
masa. No sŽculo XIX, esta igualdade
entre a masa inercial e a masa gravitatoria foi verificada con moita m‡is precisi—n polo f’sico hœngaro Eštvos, que
utilizou unha balanza de torsi—n. Na
actualidade, a igualdade entre as
masas inercial e gravitatoria est‡ comprobada experimentalmente cunha
precisi—n dunha parte en cen mil
mill—ns.
Se t—dolos corpos sofren a mesma
aceleraci—n nun campo gravitatorio
con independencia da sœa masa, Ž claro
que a interacci—n gravitatoria pode
anularse escollendo un sistema de referencia non inercial que se mova coa
aceleraci—n da gravidade. As’, por
exemplo, un observador situado nun
ascensor en ca’da libre non detectar’a a
atracci—n gravitatoria exercida pola
Terra sobre os diferentes corpos que
viaxan con el no ascensor. Existe ent—n
unha certa equivalencia entre o campo
gravitatorio e un sistema de referencia
non inercial.
Esta equivalencia entre un sistema de referencia acelerado e o campo
gravitatorio ten un car‡cter local. Para
ilustrar este punto imaxinŽmo-lo campo gravitatorio da Terra. Este campo
depende da distancia do punto —
centro da Terra e anœlase cando nos
afastamos infinitamente del. Escollendo un sistema de referencia acelerado,
podemos anula-lo campo gravitatorio
1 COLABORA.CIN
60
4/4/01
21:47
Página 60
Alfonso Vázquez Ramallo
nun punto arbitrario, pero non Ž posible facelo simultaneamente en t—dolos
puntos do espacio. Deste xeito, a diferencia entre un sistema non inercial e
un campo gravitatorio Ž o seu diferente comportamento global.
Cambiar de sistema de referencia
non Ž outra cousa que facer un cambio
de coordenadas no espacio-tempo e,
deste xeito, un sistema de referencia
non inercial Ž simplemente un sistema
de coordenadas curvil’neas no espacio-tempo. A situaci—n Ž similar ‡ que se
d‡ na xeometr’a ordinaria. As’, por
exemplo, un plano pode ser parametrizado en coordenadas cartesianas (en
termos de dœas distancias) ou en coordenadas polares planas (en termos
dunha distancia e un ‡ngulo). A descrici—n dun plano en coordenadas curvil’neas Ž formalmente moi similar ‡
dunha superficie curva. De feito, toda
superficie semella localmente un plano
(o seu plano tanxente). Por esta raz—n,
para un observador na superficie da
Terra non Ž obvio que esta te–a forma
esfŽrica. Evidentemente hai maneiras
de distinguir entre unha superficie
plana e outra que non o Ž por medio de
medidas efectuadas en diferentes puntos que po–an de manifesto a curvatura da superficie.
Baseado na analox’a coa teor’a de
superficies, Einstein propuxo que o
campo gravitatorio pode ser representado como unha curvatura do espacio-tempo. A presencia dunha masa distorsiona o espacio-tempo e modifica a
sœa xeometr’a. O espacio e o tempo
pasan as’ de ser un marco pasivo onde
te–en lugar os acontecementos, a converterse en participantes activos na
din‡mica. Einstein denominou a sœa
teor’a da gravitaci—n como Teor’a Xeral
da Relatividade, en contraste coa teor’a
especial que soamente se ocupa dos
sistemas inerciais e os espacio-tempos
planos.
A teor’a elaborada por Einstein Ž
de grande elegancia e simplicidade e
permite facer unha serie de predicci—ns
que poden ser verificadas experimentalmente. Unha destas predicci—ns Ž
que a luz se desv’a da sœa traxectoria
como consecuencia do campo gravitatorio. En 1915 Einstein calculou o valor
concreto da desviaci—n da luz — pasar
preto do Sol. Esta predicci—n f’xoa en
plena Primeira Guerra Mundial, o que
non foi obst‡culo para esperta-lo interese do astr—nomo brit‡nico Eddington
que, en 1919 (uns poucos meses antes
do final da guerra), organizou unha
dobre expedici—n co obxectivo de verifica-la predicci—n relativista nunha
eclipse de sol. As medidas realiz‡ronse
na illa de Pr’ncipe (fronte ‡ costa da
Guinea espa–ola) e na cidade brasileira
de Sobral, e confirmaron a predicci—n
de Einstein. Este Žxito tivo un grande
efecto na opini—n pœblica mundial e
fixo moi popular a Teor’a Xeral da
Relatividade. Estas medidas foron
repetidas con m‡is precisi—n — longo
dos anos noutras eclipses e o resultado
sempre foi concordante coa teor’a.
Na actualidade, as mellores
observaci—ns da desviaci—n gravitatoria da luz son as realizadas cos qu‡sares, aproveitando o feito de que algœns
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 61
A Teoría da Relatividade
deles se observan no ceo con ‡ngulos
moi pr—ximos e que nun per’odo moi
preciso do ano pasan por detr‡s do Sol.
Medindo ent—n a variaci—n do ‡ngulo
relativo, pode estimarse o efecto relativista de desviaci—n da luz. Os valores
observados coinciden coa predicci—n
da Teor’a Xeral da Relatividade cun
erro dun 1 %. Outra consecuencia da
atracci—n gravitatoria da materia sobre
a luz son as chamadas lentes gravitacionais, nas que a desviaci—n gravitatoria da luz produce imaxes mœltiples
dun mesmo obxecto. A primeira evidencia deste efecto obt’vose en 1979,
cando se observaron dous qu‡sares
moi pr—ximos e similares que resultaron ser unha imaxe dobre dun œnico
qu‡sar.
A Teor’a Xeral da Relatividade
resolveu un problema da Teor’a da
Gravitaci—n Universal de Newton que
levaba pendente desde a metade do
sŽculo XIX. Este problema era o do desprazamento do perihelio do planeta
Mercurio. Como Ž ben co–ecido, os planetas m—vense arredor do Sol en —rbitas el’pticas. De feito, as perturbaci—ns
producidas polos movementos dos
outros planetas producen pequenas
desviaci—ns respecto ‡s traxectorias
el’pticas, unha das cales Ž o lento desprazamento do punto da —rbita m‡is
pr—ximo — Sol (o perihelio). Estas desviaci—ns poden ser calculadas con
grande Žxito na teor’a newtoniana e,
deste xeito, Adams e Le Verrier foron
capaces de predicir no sŽculo XIX a
existencia e localizaci—n do planeta
Neptuno a partir das perturbaci—ns da
61
—rbita de Urano. Exist’a, con todo,
unha diferencia de 43 segundos de arco
por sŽculo entre os valores calculados e
observados para o desprazamento do
perihelio de Mercurio. Einstein demostrou en 1915 que a Teor’a da
Relatividade d‡ conta desta diferencia.
As medidas actuais das —rbitas dos planetas con radares de alta potencia confirman este resultado.
Outros tipos de tests experimentais da relatividade ref’rense — retardo
temporal dos sinais e — desprazamento
cara — vermello das raias espectrais.
Estes efectos foron verificados experimentalmente con gran precisi—n en
medidas realizadas no laboratorio e
con foguetes e sondas espaciais. Neste
sentido Ž interesante sinala-las medidas do retardo temporal efectuadas
coas sondas Viking na superficie de
Marte que permitiron verifica-la correcci—n relativista cun erro do un por
mil.
TamŽn Ž interesante mencionar
unha das predicci—ns m‡is espectaculares da Teor’a Xeral da Relatividade: os
buratos negros. Estes obxectos f—rmanse cando unha masa moi grande Ž comprimida nun volume moi pequeno, co
que se xera unha rexi—n do espacio-tempo que non pode comunicarse co
exterior. Existe hoxe en d’a un certo
consenso entre os astrof’sicos en que
estes obxectos existen nalgœns sistemas
binarios de estrelas, nos qu‡sares e nos
nœcleos activos das galaxias (vŽxase o
artigo de J. M. F. Labastida neste
mesmo nœmero da REVISTA GALEGA DO
ENSINO).
1 COLABORA.CIN
62
4/4/01
21:47
Página 62
Alfonso Vázquez Ramallo
En definitiva, a Teor’a Xeral da
Relatividade Ž na actualidade unha
ferramenta imprescindible para poder
interpreta-las observaci—ns do Cosmos
e para elaborar modelos que nos permitan avanzar na sœa comprensi—n.
RELATIVIDADE E MECÁNICA CUÁNTICA
A Mec‡nica cu‡ntica describe os
fen—menos f’sicos que ocorren a escalas
de distancia at—micas (para m‡is detalles consœltese o artigo de J. S‡nchez
GuillŽn neste nœmero da REVISTA
GALEGA DO ENSINO). A Teor’a Especial
da Relatividade Ž imprescindible para
poder entende-la f’sica dos procesos
nos que interve–en velocidades pr—ximas ‡ da luz. Se estes dous requisitos
sobre distancias e velocidades se satisf‡n simultaneamente Ž evidente que,
por raz—ns f’sicas de consistencia, a
teor’a relevante ten que ser cu‡ntico-relativista.
A chamada Mec‡nica cu‡ntica
relativista foi un primeiro intento de
conciliar estas dœas grandes teor’as f’sicas do sŽculo XX. O procedemento utilizado para estende-la Mec‡nica cu‡ntica — dominio relativista Ž o de
constru’r novas ecuaci—ns de onda
compatibles cos principios da relatividade especial. Particularmente interesante Ž a ecuaci—n de onda constru’da
por Dirac, que proporcionou unha teor’a relativista do electr—n. Quizais a
m‡is espectacular das predicci—ns da
ecuaci—n de Dirac foi a existencia das
antipart’culas, con propiedades moi
similares ‡s part’culas, e que se aniquilan, dando lugar a radiaci—n, cando se
po–en en contacto con elas. O descubrimento do positr—n nos raios c—smicos foi unha confirmaci—n de que as
ideas de Dirac son correctas.
A pesar dos seus Žxitos, a
Mec‡nica cu‡ntica relativista tamŽn
presentaba graves inconsistencias. Para
resolver estes problemas desenvolvŽronse as chamadas Teor’as cu‡nticas de
campos, nas que se abandona a formulaci—n de teor’a dunha part’cula en
favor dun formalismo de moitas part’culas, onde o nœmero destas non Ž
necesariamente constante. As Teor’as
cu‡nticas de campos son as utilizadas
para formula-lo chamado modelo
est‡ndar da F’sica das part’culas elementais, que describe con grande Žxito
a f’sica de t—dalas interacci—ns elementais da materia ag‡s a gravidade.
Sinalemos, a modo de exemplo, que o
principio de exclusi—n de Pauli e o tipo
de estat’stica cu‡ntica satisfeito polas
diferentes part’culas elementais son
unha consecuencia do car‡cter cu‡ntico-relativista destas teor’as. ƒ interesante lembrar neste punto que o principio de Pauli Ž un ingrediente crucial
para entende-la disposici—n dos electr—ns nos ‡tomos e, consecuentemente,
determina as propiedades qu’micas
destes.
A construcci—n dunha teor’a
cu‡ntica consistente que incorpore os
principios da relatividade xeral Ž un
problema a’nda non resolto. De feito, a
elaboraci—n dunha teor’a cu‡ntica da
gravidade Ž a meta de moitos dos
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 63
A Teoría da Relatividade
traballos m‡is actuais en F’sica te—rica.
A teor’a de supercordas Ž a m‡is cualificada candidata para constru’-la chamada Çteor’a de todoÈ que unifique
t—dalas interacci—ns da natureza sen
excepci—n.
Einstein dedicou, sen Žxito,
os œltimos anos da sœa vida a tratar
de atopar unha teor’a unificada.
Esta Ž unha tarefa para o sŽculo XXI
que, probablemente, requirir‡ algunhas revoluci—ns conceptuais e novos
mŽtodos.
63
BIBLIOGRAFÍA
[1] Einstein, Albert, Sobre la Teor’a de la
relatividad especial y general, Madrid, Alianza Editorial, 1984.
[2] Schwinger, Julian, El legado de Einstein, Biblioteca Scientific American, Barcelona, Prensa Cient’fica, 1995.
[3] S‡nchez Ron, JosŽ Manuel, El origen
y desarrollo de la Relatividad, Madrid, Alianza Editorial, 1983.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 64
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 65
65
MECÁNICA CUÁNTICA
J. S‡nchez GuillŽn*
Universidade de Santiago
de Compostela
1. NOVO SÉCULO, NOVA FÍSICA
A F’sica 'cl‡sica', baseada nas leis
de Newton da din‡mica de part’culas e
as de Maxwell para o campo electromagnŽtico, Ž o resultado de tratar de
entende-la natureza ‡ mesma escala en
que se nos amosa, con obxectos de
tama–o relativamente grande. A finais
do sŽculo XIX parec’a describir perfectamente t—dolos feitos observados;
incluso se deu un paso m‡is especulativo — explicar Boltzmann a termodin‡mica aplicando estas leis —s a’nda
'hipotŽticos' ‡tomos, que con tanto
Žxito vi–an empregando os qu’micos
durante todo o sŽculo. Inclu’u para isto
a teor’a da probabilidade e informaci—n
e, ademais, inici‡base as’ a F’sica te—rica.
A medida que se foron desenvolvendo as tŽcnicas experimentais e ’a
sendo posible observar 'realmente' os
‡tomos e os seus contitu’ntes, viuse
claro o comportamento da radiaci—n e
das part’culas pequenas que se ’an descubrindo, como o electr—n, era ‡s veces
ben diferente do observado nas experiencias habituais con obxectos do
tama–o do laboratorio. As leis da F’sica
cl‡sica non resultaban v‡lidas no
mundo at—mico e subat—mico.
En realidade non hai nada de
asombroso en que as part’culas pequenas non obedezan as leis da F’sica cl‡sica, pois esta utiliza conceptos como
os de posici—n, velocidade e traxectoria
do movemento, baseados en experimentos realizados con obxectos grandes. ƒ a nosa experiencia a que nos di,
en particular, que — medi-la posici—n x
dunha part’cula en varios intres t1, t2, ...,
a diferencia entre dœas posici—ns Dx
tende a cero cando o intervalo temporal entre as medici—ns correspondentes
Dt tende tamŽn a cero. E ‡ nosa escala
de tama–os, parŽcenos obvio que
podemos dividir tantas veces como
queiramos estes intervalos sen que
cambie nada relevante. Son estas observaci—ns emp’ricas as que nos permiten
defini-la velocidade como o l’mite
n = lim (Dx / Dt)Dt→0. Con x e n determinados en todo momento podemos falar
* Catedrático de Física Teórica.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
1 COLABORA.CIN
66
4/4/01
21:47
Página 66
J. Sánchez Guillén
de traxectoria do movemento. Pero as
extrapolaci—ns son por veces enganosas, como sucedeu — pensar que a Terra
era chaira e, en efecto, — pasar — mundo
at—mico este esquema cl‡sico resulta
problem‡tico. En primeiro lugar non
est‡ claro c—mo podemos localizar part’culas de tama–os tan pequenos e
determina-las sœas posici—ns x. Isto
p—dese resolver utilizando microscopios e feixes de luz l‡ser, como instrumentos de medici—n. Pero resulta que
se facemos outra medici—n, — cabo dun
tempo moi, moi curto Dt, atop‡monos
con que moitas veces a diferenica Dx
coa posici—n anterior xa non tende a
cero cando Dt → 0. A medida que Dt
diminœe, a diferencia Dx pode facerse
cada vez m‡is err‡tica. î repeti-lo
experimento varias veces, obtemos
valores tanto m‡is arbitrarios de Dx,
canto menor Ž Dt. Est‡ claro que — baixar a escalas moi pequenas xa non se
poden definir velocidades e traxectorias.
ƒ evidente que a propia estructura at—mica pon l’mites ‡s divisi—ns
sucesivas indefinidas da materia. Iso xa
non estaba claro para a enerx’a e tardamos moito en decatarnos, a’nda que,
como se sabe pola relatividade, materia
e enerx’a son equivalentes. Existe unha
escala dada pola constante de Planck
_
h ~ 10-34 joules (J) segundos(s) (1)
que marca a fronteira para o dominio
de aplicaci—n ou validez
da F’sica cl‡si_
ca. Como vemos, h Ž [enerx’a] x [tempo]
e representa a acci—n dun proceso, que Ž
a enerx’a cinŽtica (subtraendo a poten-
cial cando a haxa) polo tempo que este
dura, tendo en conta o seu comezo e fin
e certos detalles do seu desenvolvemento. Cando as caracter’sticas dun
sistema son tales que as sœas acci—ns
correspondentes
_ diminœen ata valores
da orde de h (o cuanto m’nimo de
acci—n), o que pasar‡ — considerar ‡tomos e part’culas soltos, o seu comportamento Ž ben distinto do previsto pola
Mec‡nica cl‡sica e debe describirse por
outras leis: as da Mec‡nica cu‡ntica.
A primeira vista pode semellar
estra–o e contra o sentido comœn:
Àcomo se pode predicir ent—n o comportamento das part’culas co tempo?,
Àque suceder‡ — ir considerando part’culas m‡is grandes e pasar — dominio
das leis da F’sica cl‡sica?... E Àpor quŽ
todo isto?
O primeiro Ž lembrar que nos
obxectos t’picos da nosa escala de
tama–os, hai polo menos 6 x 1023 ‡tomos, que Ž o inverso da masa do prot—n ou neutr—n medida en gramos, pois
son estes os que lles proporcionan
esencialmente a masa nos ‡tomos. Polo
tanto, as observaci—ns cl‡sicas son en
certo modo o resultado de extrapolaci—ns de mill—ns de millons de mill—ns
de mill—ns (24 ceros como m’nimo) de
part’culas. Por iso os valores das enerx’as, tempos e outras magnitudes das
part’culas at—micas e subat—micas
resultan tan extremadamente pequenos se os medimos nas nosas unidades
t’picas da F’sica cl‡sica (quilos, metros,
etc.), como vimos arriba coa acci—n,
que reflicte t—dalas sœas caracter’sticas.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 67
Mecánica cuántica
67
Resulta que os experimentos efectuados directamente coas part’culas
mostran que, se ben as diversas fluctuaci—ns das sœas posici—ns, Dx, parecen arbitrarias como dixemos, a sœa
media si ten certa regularidade e iso Ž
precisamente o que permite calcula-la
Mec‡nica cu‡ntica. As’, a’nda que non
poidamos defini-la velocidade instant‡nea no sentido cl‡sico, si podemos
facelo no sentido da media. M‡is a’nda,
a Mec‡nica cu‡ntica demostra c—mo
tenden a cero as Dx, ou sexa as fluctuaci—ns cu‡nticas, — iren aumentando os
valores das magnitudes caracter’sticas
dos obxectos. O mesmo ocorre con
moitas outras magnitudes ademais das
posici—ns ou coordenadas.
dual de cada part’cula e, polo tanto,
certo grao inevitable de indeterminaci—n.
A idea de que as leis cu‡nticas se
van achegando ‡s leis cl‡sicas, ata coincidiren con elas nas condici—ns macrosc—picas adecuadas, postulouse nos
comezos da Mec‡nica cu‡ntica (principio de correspondencia de Bohr) e foi
unha axuda moi importante para a sœa
construcci—n. En seguida se demostrou
rigorosamente que as medias que calcula a Mec‡nica cu‡ntica satisf‡n as leis
cl‡sicas. Quedaba por establecer c—mo
se realiza a dita transici—n cu‡ntica-cl‡sica e, sobre todo, comprobar se esta
era de natureza cu‡ntica, Ž dicir, se, en
definitiva, as leis cu‡nticas eran universais e pod’an explicar tamŽn a propia
F’sica cl‡sica de Newton, Maxwell e
Boltzmann. De feito, esta posibilidade,
tan atractiva para a maior’a, tivo
detractores como o propio Einstein
pois, como imos ver, encerra admiti-lo
azar mesmo no comportamento indivi-
A’nda que o problema Ž complexo e a’nda quede algœn aspecto menos
claro, est‡ ben entendido que — pasar a
obxectos m‡is grandes, o intervalo
temporal m’nimo para obter practicamente a media en cada medida se fai
moi pequeno, de xeito que case sempre
nos atopamos con este valor medio en
cada proceso de medici—n, como sucede na F’sica cl‡sica. ÁPara unha part’cula de 1g e 1cm a temperatura ambiente,
o tempo t’pico de desaparici—n das
fluctuaci—ns cu‡nticas Ž de 10-23s!
Dicimos 'case sempre' porque hai situaci—ns excepcionais, nas que sistemas
moi especiais como os superconductores, superflu’dos, l‡seres ou estrelas de
neutr—ns (pœlsares), mante–en a tempos
e distancias macrosc—picas as propiedades cu‡nticas, coas sœas fluctuaci—ns
caracter’sticas. Pero en xeral, para part’culas macrosc—picas esta Dt cr’tica
O paso ‡ escala cl‡sica, de tama–os grandes polo xeral, d‡se de forma
natural — considerar moitas part’culas
(Áo dif’cil Ž illalas!). Esta transici—n
denom’nase tecnicamente decoherencia
(por se chamar coherencia a propiedade detr‡s da indeterminaci—n) e resulta, como xa apuntamos, da interacci—n
das part’culas estudiadas coas outras
moitas do medio ambiente. Como Ž l—xico, sempre se d‡ nas nosas medidas,
pois os propios aparellos son xa un
medio ambiente. O proceso de medida
entra–a evidentemente interacci—ns e Ž
macrosc—pico.
1 COLABORA.CIN
68
4/4/01
21:47
Página 68
J. Sánchez Guillén
faise tan pequena que non ten ningunha importancia na pr‡ctica. Desde fai
un par de anos hai experimentos que
permiten estudiar e comproba-los tempos de desaparici—n das fluctuaci—ns
cu‡nticas, demostrando de forma espectacular as predicci—ns da F’sica
cu‡ntica, que aparece as’ como a teor’a
fundamental que o explica todo; ag‡s a
gravitaci—n, que ten en construcci—n a
sœa formulaci—n cu‡ntica, con resultados moi alentadores.
c—mo se pod’a chegar a esta f—rmula
teoricamente. Decatouse de que abondaba con facer unha soa suposici—n
ÑÁpero ben estra–a!Ñ: que a enerx’a
do campo electromagnŽtico s— pode
cambiar descontinuamente, por porci—ns ou cuantos de enerx’a, e que cada
un Ž proporcional ‡ frecuencia n
_
en = 2 p hn
(2)
_
con h a_ constante (‡s veces util’zase
h = 2ph), da que se deu o valor determinado experimentalmente en (1).
2. UN POUCO DE HISTORIA
Foi a primeira manifestaci—n clara
da nova F’sica, da fenomenolox’a cu‡ntica. Sen embargo necesit‡ronse case
outros trinta anos para chegar ‡ formulaci—n te—rica actual da F’sica cu‡ntica.
Foron moitos os f’sicos que fixeron
grandes achegas — seu desenvolvemento ademais de M. Planck. A. Einstein
creou en seguida a teor’a do efecto
fotoelŽctrico utilizando a hip—tese de
cuantizaci—n de M. Planck. Pœidose
verificar as’ directamente que a enerx’a
do campo electromagnŽtico se transmite sempre polos cuantos de Planck, non
s— na emisi—n. M‡is tarde, N. Bohr
enunciou os seus postulados de cuantizaci—n para explica-los espectros de
radiaci—n at—mica. A’nda que era un
modelo e moi sinxelo, foi unha s’ntese
xenial dos elementos b‡sicos da F’sica
cu‡ntica, como imos ver no seguinte
apartado. Ademais, acadou grandes
Žxitos experimentais, como a resoluci—n do problema dos distintos elementos (helio especialmente) nos espectros
de estrelas, que deu convencido a
Einstein da sœa validez. Precisamente
O primeiro paso cara ‡ F’sica
cu‡ntica deuno M. Planck no ano 1900.
Aconteceu buscando unha f—rmula
que interpolase dous resultados te—ricos que se obtiveran para a lei de distribuci—n da radiaci—n dun corpo negro
coa frecuencia I(n). Experimentalmente
obsŽrvase unha curva cun m‡ximo no
centro, nas frecuencias medias. Utilizando diferentes suposici—ns, puidŽrase reproducir coa F’sica cl‡sica a curva
experimental s— para as zonas inicial
(baixas frecuencias) e final (altas frecuencias), ou sexa, as sœas as’ntotas
para n → 0 e n → °. M. Planck conseguiu achar empiricamente unha f—rmula moi sinxela para toda a curva,
interpolando entre as dœas as’ntotas.
Presentouna nun primeiro artigo publicado en 1900 sen espertar un interese
especial. Pero M. Planck observou que
a sœa f—rmula coincid’a perfectamente
coa distribuci—n experimental, demasiado perfectamente para ser unha
casualidade. Tratou de comprender
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 69
Mecánica cuántica
69
Max Planck e Albert Einstein, primeiro e terceiro pola esquerda, nunha recepción en Berlín no ano 1931.
foi este quen demostrou por fin rigorosamente a propia f—rmula da radiaci—n
de Planck utilizando os principios
cu‡nticos coa idea de probabilidade de
Boltzmann, dando orixe ‡ formulaci—n
moderna cu‡ntica de campos.
Pero a F’sica cu‡ntica como teor’a
(e non como receitas para calcular
algœns casos particulares) empezou
coa idea de L. de Broglie de que a materia (part’culas) tamŽn posœe propiedades ondulatorias en analox’a co campo
electromagnŽtico, do que se acababa de
establece-lo aspecto dual corpuscular.
O seu razoamento foi moi l—xico e xa o
usamos arriba: se na relatividade son
simŽtricas (intercambiables) materia e
enerx’a, e a radiaci—n (enerx’a ondulatoria) comp—rtase tamŽn como part’cula, as part’culas (materia) deben comportarse pola sœa vez como ondas para
mante-la simetr’a. Base‡ndose nesta
idea, W. Heisenberg e E. Schršdinger
puideron formula-las bases da Mec‡nica cu‡ntica en 1925-1926.
Por se-la nova ciencia tan diferente da F’sica cl‡sica, requiriuse moito
esforzo para a sœa comprensi—n e para
o desenvolvemento do formalismo
matem‡tico adecuado. M. Born, N.
Bohr, P. Dirac e W. Pauli contribu’ron
notablemente. O problema maior de
Schršdinger foi que empezou co caso
relativista, que era, como vimos, o que
1 COLABORA.CIN
70
4/4/01
21:47
Página 70
J. Sánchez Guillén
se pod’a formular mellor seguindo
principios xerais. Pero a interpretaci—n
das soluci—ns que se obti–an parec’a
imposible. Ademais, o problema que
quer’a resolver como demostraci—n da
nova teor’a, os ‡tomos lixeiros, Ž moi
pouco relativista, pois as velocidades
dos electr—ns son centos de veces
menores c‡ da luz. Por iso, a sœa ecuaci—n e a ideolox’a b‡sica cu‡ntica son
un dos saltos creativos m‡is sorprendentes da F’sica.
Foron Dirac e Pauli, seguindo os
pasos de Einsten, os que conseguiron
interpreta-la teor’a relativista coa novidade de que describe, canda a materia,
as antipart’culas, a predicci—n m‡is
espectacular da Mec‡nica cu‡ntica
relativista. Esta teor’a, chamada tamŽn
cu‡ntica de campos, resultou de tal
complexidade que non foi resolvida ata
hoxe. Os principios e interpretaci—n
son comœns ‡ Mec‡nica cu‡ntica non
relativista de Schršdinger.
A F’sica cu‡ntica describe o comportamento de obxectos pequenos con
acci—ns da orde da constante de Planck.
ƒ dif’cil imaxina-lo que iso significa,
entre outras raz—ns porque, como dixemos, a acci—n non Ž un concepto intuitivo. VŽn a corresponder a unha suma
acumulativa do tempo pola enerx’a
cinŽtica dunha part’cula (se Ž libre) do
intre inicial — final do seu percorrido.
Na F’sica cl‡sica sŽguese unha traxectoria que a fai m’nima. En xeral, unha
acci—n pequena corresponde a moi
pouca enerx’a ou a moi pouco tempo,
como Ž o caso t’pico dos constitu’ntes
œltimos da materia. Recordemos que
nun gramo hai da orde de 6 x 10 23 ‡tomos. As’, para mover un gramo un cent’metro coas achegas enerxŽticas dun
‡tomo, necesitariamos esperar 1027
segundos (un ano ten s— 107). Son, polo
tanto, as leis da F’sica cu‡ntica as que
describen o comportamento das part’culas elementais como o electr—n, o
prot—n, o neutr—n, o neutrino e moitas
m‡is. TamŽn a F’sica at—mica, nuclear e
en parte molecular pertencen — dominio da F’sica cu‡ntica. A F’sica cu‡ntica, desde logo, non invalida a F’sica
cl‡sica: os obxectos macrosc—picos con
_
acci—ns moito maiores ca h obedecen as
leis cl‡sicas cunha gran precisi—n. De
feito, como vimos, a F’sica cu‡ntica
explica precisamente, a travŽs da decoherencia, o comportamento cl‡sico. En
moitos casos, con todo, os efectos cu‡nticos sŽntense ata a escala macrosc—pica. As’ sucede cando se consideran
fen—menos a moi baixas temperaturas
e, por conseguinte, con movemento
moi lento das part’culas, e se consegue
unha acci—n coordinada (coherente) dun
gran nœmero deles, no estado s—lido ou
na radiaci—n electromagnŽtica. S— a
F’sica cu‡ntica puido explica-lo comportamento dos electr—ns nos corpos
s—lidos, ou fen—menos como a superconductividade e a superfluidez, e conducir a inventos como o l‡ser. Polo
outro extremo, hai part’culas c—smicas
de tal enerx’a (1020 e V) que individualmente te–en un comportamento practicamente cl‡sico na sœa interacci—n —
chegar ‡ Terra.
Subli–emos finalmente que a
influencia da F’sica cu‡ntica non se
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 71
Mecánica cuántica
esgota coas posibilidades extensas das
sœas aplicaci—ns, que claramente est‡n
a marca-lo noso futuro. A F’sica cu‡ntica constitœe un paso revolucionario no
desenvolvemento da F’sica enteira
como ciencia e posiblemente ata no
desenvolvemento da mente humana e
a sœa comprensi—n do mundo.
Demostra moi claramente que o noso
co–ecemento non debe pretender
explicar sempre as novas rexi—ns de
fen—menos da natureza polos mŽtodos
antigos, empregados anteriormente.
Tampouco a ciencia debe abstraerse da
observaci—n, porque Ž unha parte da
ciencia mesma e inflœe de xeito decisivo nas cuesti—ns que poden suscitarse.
Ademais ens’nanos que os mŽtodos de
descrici—n dos fen—menos observados
poden ser moi distintos do que sabemos desde hai sŽculos, facŽndose
menos indirectos e necesitando un formalismo matem‡tico pouco comœn.
Os Žxitos da Mec‡nica cu‡ntica
fixŽronnos —s f’sicos do cambio de
milenio moito m‡is audaces e emprendedores en comparaci—n cos anteriores.
Nos anos seguintes ‡ demostracion da
teor’a cu‡ntica de campos ou relativista a mediados dos oitenta, propuxŽronse varios esquemas do universo bastante revolucionarios, que inclœen a
sœa propia orixe. Abranguen dimensi—ns adicionais ‡s tres ordinarias e as
part’culas elementais como vibraci—ns
de cordas, en vez de puntos sen dimensi—n, e as sœas xeneralizaci—ns a membranas. Ideas da Mec‡nica cu‡ntica
tales como as de indeterminaci—n (impensables antes), dŽixanse sentir nou-
71
tras ramas do co–ecemento, mesmo
alŽn das ciencias.
3. PROPIEDADES ONDULATORIAS DAS
PARTÍCULAS
A idea de que toda part’cula
posœe propiedades ondulatorias foi
publicada por L. de Broglie no ano
1923. Postulou que co movemento
dunha part’cula de momento p = mv (ou
sexa, masa x velocidade), est‡ asociada
unha onda de lonxitude
l = h/p
(3)
Hai varias observaci—ns que conducen a esta idea. Non imos segui-lo
cami–o hist—rico, sen—n que discutirŽmo-los dous fen—menos m‡is demostrativos.
Un dos feitos f’sicos que non se
pode explicar de ningunha maneira
polas leis da F’sica cl‡sica Ž a estructura do ‡tomo. Segundo os experimentos
de Rutherford, os ‡tomos son como sistemas solares en miniatura: cunha part’cula pesada no centro, o nœcleo, de
tama–o cen mil veces menor c— do
‡tomo, cargado positivamente, arredor
do cal xiran un ou varios electr—ns cargados negativamente. ConsiderarŽmo-lo caso m‡is sinxelo do ‡tomo de hidr—xeno, cun s— electr—n xirando arredor dun prot—n. A lei de Newton para
a forza F = ma, onde a Ž a aceleraci—n
centr’fuga, e a de Coulomb para a enerx’a potencial V = -e2/r, onde e Ž a carga
do prot—n, dannos en seguida o valor
da enerx’a total das —rbitas, Et = -e2/2r,
1 COLABORA.CIN
72
4/4/01
21:47
Página 72
J. Sánchez Guillén
que poden considerarse aproximadamente circulares, sendo r os seus
radios. Como vemos, pode tomar calquera valor, iso si, negativo pois o electr—n est‡ ligado — prot—n e, polo tanto,
Et diminœe canto maior sexa o seu valor
numŽrico (ou absoluto), Ž dicir, canto
menor sexa o radio r. Segundo as leis de
Maxwell ou electrodin‡mica cl‡sica,
toda part’cula cargada con aceleraci—n
emite ondas electromagnŽticas e perde
enerx’a. Polo tanto, como vimos, o
radio do electr—n ir’a diminu’ndo de
contino, Ž dicir, ir’a caendo cara — prot—n no centro. No seu cami–o o electr—n
emitir’a radiaci—n, cunha frecuencia
dada pola de rotaci—n, que evidentemente aumenta — se facer menor o
radio, pois Ž o nœmero de voltas por
segundo. O espectro de radiaci—n ser’a
un continuo con t—dalas frecuencias
maiores c‡ correspondente — radio inicial e o ‡tomo deixar’a sempre de existir — acabar o electr—n no prot—n.
As’ ser’a a imaxe do ‡tomo segundo a F’sica cl‡sica. Ten pouco que ver
co que se observa experimentalmente.
Que a sœa vida deba rematar necesariamente contrad’ rotundamente o feito
de que o ‡tomo de hidr—xeno pode
existir un tempo indefinido. O espectro
do ‡tomo de hidr—xeno tampouco Ž
nada continuo na realidade. Experimentalmente obsŽrvase un conxunto
de li–as con frecuencias discretas, que
se describen pola relaci—n emp’rica de
Balmer
v = R (1/n2 - 1/m2)
(4)
con m e n enteiros (m > n) e R a constante de Rydberg de frecuencia.
ÀComo se poder’a tratar de dar
unha explicaci—n a estes feitos experimentais? ƒ ben sabido que, para explicar (4), N. Bohr supuxo que a enerx’a
do electr—n no ‡tomo pode tomar s—
algœns valores discretos En , como xa
mostrou o efecto fotoelŽctrico. Como a
frecuencia da onda emitida — pasar o
electr—n do nivel Em — En vir‡ dada
segundo a relaci—n de Planck (2), teremos
n = (E - E ) / 2p–h
(5)
m
n
polo que evidentemente ha verificarse
que
En = -2p–h R/n2
(6)
para obte-lo resultado experimental
(4). Este valor deduciuno Bohr aplicando as leis de Newton e Coulomb, como
queda descrito, pero para cada —rbita
circular discretizada e, sobre todo, co
seu principio de correspondencia. Con
este xustificou a parte m‡is dif’cil, que
foi a relaci—n da frecuencia de radiaci—n n coa do movemento circular e que
obtivo de trata-los electr—ns como un
dipolo cl‡sico entre dœas —rbitas extremas.
A demostraci—n da hip—tese de
discretizaci—n dos niveis enerxŽticos do
electr—n nun ‡tomo proporcionouna a
Mec‡nica cu‡ntica. En realidade p—dense entender xa os valores tan particulares (6) das propiedades ondulatorias do movemento dos electr—ns, que
foi precisamente o punto de partida de
Schršdinger para a sœa formulaci—n
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 73
Mecánica cuántica
xeral e matematicamnete rigorosa. Resum’mo-lo argumento, pero podemos
crelo e saltar — par‡grafo seguinte.
En efecto, supo–amos que co electr—n estea asociada dalgœn xeito unha
onda que se propaga — longo da sœa
—rbita do mesmo modo que o fai a
onda nunha corda pechada nunha circunferencia. Sabemos que unha onda
as’ non pode ter unha lonxitude de
onda calquera, sen—n que ha de ser discreta: a sœa lonxitude ha de ser un divisor da lonxitude da —rbita e vŽn dada
por ln = l/n = 2prn/n con n un nœmero
enteiro. Utilizando a condici—n de
Broglie (3) pola que ln x pn = 2p–h, obtŽmo-la ecuaci—n (6) facilmente e co propio valor da constante (R = me4/4–h 3);
basta ter en conta que a enerx’a cinŽtica p2n/2m coincide en valor absoluto
coa enerx’a total -e2/2rn e substitu’r
pn. TamŽn se deduce axi–a que
rn x pn = 2pn–h, Ž dicir, que o momento
angular das part’culas est‡ as’ mesmo
cuantizado. Este resultado, de capital
importancia para a estructura da materia, tamŽn o descubriu Bohr como unha
consecuencia das sœas hip—teses.
A’nda que o estudio dos ‡tomos
foi moi significativo, existen probas
m‡is directas do comportamento
ondulatorio das part’culas pequenas
como o electr—n. BasŽanse no fen—meno de interferencia caracter’stico das
ondas (Átan co–ecido nas de radio!) e
ausente nas part’culas cl‡sicas. Un dos
experimentos m‡is conclusivos foi o de
Davisson e Germer no ano 1927. A’nda
que realizado despois da creaci—n da
Mec‡nica cu‡ntica, permanece ata hoxe
73
un dos indicadores m‡is claros das
manifestaci—ns cu‡nticas no movemento das part’culas, polo que merece
unha discusi—n m‡is detallada.
Estudiaron a reflexi—n dun feixe
de electr—ns incidente sobre un cristal
baixo certo ‡ngulo, seguindo o esquema usado anteriormente para a investigaci—n da natureza dos raios X.
ObsŽrvanse as’ os electr—ns reflectidos
nos diversos planos paralelos da rede
cristalina mediante un detector — que
se lle pode varia-la posici—n. Os electr—ns percorren cami–os distintos e, se
tivesen un comportamento ondulatorio, haber‡ interferencia entre eles. Esta
Louis de Broglie chegou á conclusión de que electróns
e protóns podían ter, coma a luz, propiedades ondulatorias.
1 COLABORA.CIN
74
4/4/01
21:47
Página 74
J. Sánchez Guillén
manifŽstase con m‡ximos de intensidade, para certos valores do ‡ngulo, a distancia entre os planos e a lonxitude de
onda l. ƒ o mesmo que sucede cos
raios X e moi an‡logo — arco da vella,
onde os planos son a capa de auga que
atravesa a luz solar.
Para part’culas cl‡sicas non se
esperar’a ver interferencia ningunha
nin, polo tanto, m‡ximos nin m’nimos.
Pero o experimento realizado por
Davisson e Germer deu resultados inequ’vocos: os electr—ns produciron unha
interferencia clara cos m‡ximos caracter’sticos. A lonxitude de onda de electr—ns con velocidades diferentes mostrouse tamŽn de acordo co postulado
de De Broglie (3).
Cabe subli–ar que este tipo de
experimento pode demostrar aspectos
a’nda m‡is profundos e significativos
descubr’ndonos en boa medida o que
significa a natureza ondulatoria das
part’culas. O patr—n de interferencia
dos electr—ns non depende da intensidade do feixe incidente, e as’ ata que se
chega a intensidades tan baixas como
para pensar que s— uns poucos electr—ns (ou ata un œnico electr—n) caian
sobre o cristal. ÀQue debe suceder neste
caso? De Broglie pensaba que o electr—n mesmo Ž como un paquete de
ondas. Ent—n un s— electr—n deber’a da-lo mesmo patr—n de interferencia ca
moitos deles, a’nda que cunha intensidade moi baixa, Ž dicir, a mesma imaxe
de interferencia. Pero en realidade
sucede algo ben diferente. Cada electr—n d‡ un s— punto na pantalla do
detector, isto Ž, refl’ctese cun ‡ngulo
fixo e comp—rtase, polo tanto, como
unha verdadeira part’cula, enteira e
puntual, sen se desdobrar en partes.
Aparentemente os ‡ngulos ou posici—ns dos puntos onde aparecen na
placa resultan arbitrarios. Sen embargo, — repeti-lo experimento moitas
veces os puntos vanse ordenando nun
histograma regular que tende a coincidir coa curva do patr—n de interferencia. Podemos conclu’r de a’ que o electr—n non Ž un paquete de ondas no
sentido cl‡sico, sen—n que o que proporciona a sœa onda asociada Ž m‡is
ben a probabilidade de aparecer nun
determinado lugar.
ƒ instructivo tamŽn ve-lo que ocorre cando o experimento do tipo Davisson e Germer se realiza con part’culas meirandes. Para p crecente a
lonxitude de onda l faise moi pequena.
A imaxe de interferencia amosa moitas
oscilaci—ns. Os detectores te–en a sœa
resoluci—n propia e chega un momento
no que non poden distinguir entre
m‡ximos veci–os, indicando ent—n
unha distribuci—n homoxŽnea efectiva
que resulta — face-la media sobre as
oscilaci—ns de interferencia. A imaxe Ž
logo a que corresponde ‡s part’culas na
F’sica cl‡sica. Como vemos, a transici—n da rexi—n cu‡ntica ‡ cl‡sica procede dunha maneira bastante peculiar.
Non se pode dicir que para part’culas
grandes non haxa interferencia; m‡is
ben a interferencia resulta inobservable, de modo que as part’culas grandes
poden ser descritas nos termos da
F’sica cl‡sica.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 75
Mecánica cuántica
4. MECÁNICA CUÁNTICA: FUNCIÓN DE ONDA E
OBSERVABLES
A conclusi—n que se segue dos feitos experimentais e mellor os explica Ž
que o estado dunha part’cula cu‡ntica
non vŽn caracterizado por certos
nœmeros (os valores das coordenadas e
momentos) como na cl‡sica, sen—n por
unha funci—n, chamada de onda e que
adoita designarse coa letra grega
c (t, r). Representa t—dalas posibles
propiedades (c quŽ), en todo instante
(t, c‡ndo) e lugar (r, —nde). ƒ o primeiro
principio da Mec‡nica cu‡ntica. Resulta as’ que especificar un estado
nesta require moita m‡is informaci—n
que na mec‡nica cl‡sica. Os estados
caracter’zanse agora por funci—ns. A
mec‡nica cu‡ntica basŽase en que a
funci—n de onda determina por completo o
estado dunha part’cula, o que significa
estrictamente que non fai falla engadir
ningunha outra informaci—n para saber
todo o posible da part’cula en consideraci—n.
ƒ l—xico que unha informaci—n
tan absoluta te–a un contido restrinxido. Como vimos, a funci—n de onda
non implica que a propia part’cula sexa
exactamente un paquete de ondas,
unha perturbaci—n localizada, sen—n
que a dita funci—n se refire s— ‡ probabilidade de presencia da part’cula en
calquera punto do espacio. A interpretaci—n probabilista da funci—n de onda,
que foi proposta e elaborada por
M. Born, N. Bohr e W. Heisenberg nos
anos 1926 a 1930, est‡ nos fundamentos
da Mec‡nica cu‡ntica. O seu enunciado
75
preciso di que a funci—n de onda dunha
part’cula c (t, r) representa a probabilidade, mediante o seu m—dulo — cadrado
|c (t, r)|2 de encontra-la part’cula en torno
a r do espacio no instante t.
Esta Ž a versi—n m‡is simple. A
estructura matem‡tica permite Ñe a
natureza util’zaos en efectoÑ atributos
moito m‡is sut’s c‡ posici—n, como novos tipos de cargas ou momentos angulares intr’nsecos (spins).
ƒ unha peculiaridade moi importante da F’sica cu‡ntica que unha part’cula que se encontra nun estado (con
funci—n de onda c1) poida estar ‡ vez
con certa probabilidade noutro estado
(funci—n de onda c2). Isto dŽbese a que,
dito sinxelamente, hai m‡is funci—ns de
onda diferentes ca estados independentes. Nesta situaci—n, a funci—n de
onda que ha conter t—dalas posibilidades do sistema ser‡ unha combinaci—n
de c1 e c2, o que implica interferencia
entre ambas. A probabilidade de presencia da part’cula nun punto calquera
vir‡ dada ent—n, non s— pola suma dos
seus m—dulos — cadrado, sen—n tamŽn
polo producto ou solapamento de
ambas. Esta contribuci—n adicional ‡
probabilidade, an‡loga a un termo de
interferencia, amosa que a informaci—n
probabil’stica contida nas funci—ns de
onda se diferencia das leis estat’sticas
cl‡sicas nas que a probabilidade se refire — comportamento do colectivo. Pero
na Mec‡nica cu‡ntica a probabilidade Ž
un atributo de cada part’cula: o azar
chega ata o individual.
1 COLABORA.CIN
76
4/4/01
21:47
Página 76
J. Sánchez Guillén
Un exemplo para visualizar claramente isto proporci—nao o experimento
Gedanken da dobre f’sgoa, que asigna as
funci—ns de onda c1 e c2 ‡s dœas posibilidades independentes que ten cada
electr—n de chegar —s detectores dunha
pantalla de observaci—n pasando por
unha das dœas f’sgoas. Logo de repetir
este experimento imaxinario moitas
veces, o histograma de rexistros correspondente — m—dulo — cadrado da funci—n de onda total tender’a a unha figura t’pica da difracci—n, co seu m‡ximo
principal e os secundarios.
Vexamos agora o que ocorre
cando se intentan medir valores das
coordenadas de posici—n ou momentos
dunha part’cula na mec‡nica cu‡ntica.
Como mostra o experimento, cada medici—n proporciona por si mesma un
valor aleatorio de t—dolos posibles, con
probabilidade dada a priori polos m—dulos — cadrado das funci—ns de onda
correspondentes. î repeti-las medici—ns podemos calcula-los valores medios da coordenada ou do momento cos
valores resultantes de t—dalas medidas.
Son estes valores medios os que
presentan certa regularidade, como
dixemos, e polo tanto son os que constitœen o obxecto do estudio e descrici—n
da Mec‡nica cu‡ntica; — entrar no
dominio da F’sica cl‡sica, pasan a
se-las magnitudes ordinarias desta.
Co–ecendo as probabilidades de
encontrar unha part’cula en calquera
punto do espacio ou cunha certa velocidade a travŽs das funci—ns de onda
respectivas, p—dense predicir estas
medias (ou valores esperados). Para o
seu c‡lculo, trat‡ndose de funci—ns,
non Ž estra–o que as coordenadas de
posici—n ou as velocidades ve–an
dadas polas operaci—ns sobre estas funci—ns que as ditas magnitudes representan na sœa caracterizaci—n matem‡tica. Estas operaci—ns son a
multiplicaci—n e derivaci—n respectivamente.
As magnitudes observables en
Mec‡nica cu‡ntica corresp—ndense, en
efecto, a operadores en linguaxe matem‡tica, e ind’canse adoito con letras
maiœsculas A (r, p). O m‡is importante
de todos Ž sen dœbida o que representa
a enerx’a, que se chama hamiltoniano e
se indica por H (r, p). Acostuma te-la
mesma estructura que na F’sica cl‡sica,
suma do termo cinŽtico p2/2m e potencial V (r) (como o de Coulomb -e2/r por
exemplo) s— que agora r e p son operadores, que ga–an a vida derivando e
multiplicando as funci—ns de onda.
5. A ECUCACIÓN DE SCHRÖDINGER
Ata agora discutimos c—mo se
describe unha part’cula en Mec‡nica
cu‡ntica nun instante dado t: toda a
informaci—n acerca dela est‡ inclu’da
na sœa funci—n de onda c (t, r). Agora
imos discuti-la sœa evoluci—n no
tempo. Como na F’sica cl‡sica, suponse
que se se co–ece toda a informaci—n
necesaria sobre a part’cula nun instante inicial, o seu comportamento futuro
est‡ determinado.
Isto significa en Mec‡nica cu‡ntica que, — da-la funci—n de onda no ins-
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 77
Mecánica cuántica
tante inicial, podemos calculala en calquera outro intre. Este principio real’zase aqu’ por medio dunha ecuaci—n
para c(t), an‡loga ‡s ecuaci—ns de onda
cl‡sicas pero cunha soa derivada respecto — tempo, indicada por d/dt.
Descubriuna Schršdinger no ano 1926
— tratar de reproduci-lo comportamento ondulatorio das part’culas e xeneralizalo para potenciais de calquera tipo,
dc(t, r)
Ð ÐÐÐÐÐÐÐ
ih
= H(r,p)c(t, r)
dt
(7)
Esta ecuaci—n substitœe a Lei de
Newton para as part’culas cu‡nticas.
Na forma semŽllase ‡ de difusi—n da
calor, inventada por Fourier, pero Ž
complexa (i = Î -1), involucra operadores e o importante, como levamos visto,
Ž a propia funci—n, cun m—dulo que Ž
unha probabilidade.
A forma de proceder Ž expresa-lo
hamiltoniano (ou sexa, a enerx’a cinŽtica e potencial) mediante os operadores
correspondentes e resolve-la ecuaci—n
coas condici—ns especiais que caracterizan o sistema ou proceso (‡s veces a
condici—n Ž simplemente que as propiedades relevantes son estacionarias e
non mudan no tempo). As’, obtemos
c (t, r) e con ela en principio sabemos
todo o que se pode saber. Como analizamos a continuaci—n, as medici—ns en
cu‡ntica supo–en un certo cambio
brusco a unha das posibilidades que
c (t, r) representa con probabilidade
|c (t, r)|2. Pero a evoluci—n da funci—n
de onda entre medidas, que Ž o que
representa a ecuaci—n de Schršdinger, Ž
77
continua e determinista e por iso pode
resolverse sen ambigŸidade.
A ecuaci—n de Schršdinger non se
deduce na mec‡nica cu‡ntica sen—n
que Ž un postulado derivado de observaci—ns emp’ricas. Sen embargo, p—dese xustificar a posteriori considerando as
sœas consecuencias e compar‡ndoas co
que en realidade ocorre na natureza.
Como dixemos en 1, Ž moi doado
demostrar que da ecuaci—n de
Schršdinger se segue que os valores
medios de observables satisf‡n as leis
da Mec‡nica cl‡sica (o principio de
correspondencia). Isto significa que as
part’culas de tama–o grande (ordinarias), con fluctuaci—ns moi pequenas
nas sœas variables, descr’bense pola
Mec‡nica cl‡sica cunha gran precisi—n,
de acordo coa nosa experiencia pr‡ctica. A Mec‡nica cu‡ntica Ž realmente
completa e explica incluso c‡ndo Ž
m‡is pr‡ctica a descrici—n cl‡sica.
6. INCERTEZA CUÁNTICA
Pasemos a discuti-lo que ocorre —
tratar de medir unha magnitude f’sica
calquera, como as coordenadas r,
momentos p ou combinaci—ns de
ambas que en xeral representamos por
A (r, p). InterŽsanos especialmente a
precisi—n coa que se poden determinar.
î efectuar medici—ns repetidas veces,
obtense un conxunto de valores experimentais que fluctœan arredor do valor
medio e a magnitude destas fluctuaci—ns determina a precisi—n do noso
co–ecemento de A. Canto menores
1 COLABORA.CIN
78
4/4/01
21:47
Página 78
J. Sánchez Guillén
sexan estas, tanto maior ser‡ a precisi—n do observable A. Como medida
das fluctuaci—ns ad—itase introducir na
teor’a de probabilidade a dispersi—n DA,
que non Ž m‡is que a media do cadrado das desviaci—ns das medidas individuais respecto — valor medio. DA vŽn
dada directamente pola funci—n de
onda e est‡ claro que Ž tanto maior
canto m‡is ancha sexa a expresi—n do
seu m—dulo |c (t, r)|2.
PresŽntase un problema de grande importancia: Àexisten casos nos que
a dispersi—n DA Ž igual a cero? ƒ moi
f‡cil convencerse de que si, e que para
isto a funci—n de onda non pode ser
calquera sen—n que ha satisfacer unha
relaci—n moi especial co que tratamos
de medir. A idea Ž simple: unha vez
medido, sabemos exactamente en quŽ
estado se atopa. A formulaci—n matem‡tica Ž tamŽn moi sinxela e as funci—ns que a satisf‡n ch‡manse autofunci—ns ou funci—ns propias do operador
A. Para as funci—ns propias dos operadores correspondentes ‡s magnitudes
f’sicas, as sœas medidas non fluctœan:
os seus valores coinciden sempre co
medio e ch‡manse autovalores ou
valores propios. Chegamos as’ a unha
caracterizaci—n matem‡tica do proceso
de medida:
Cando nun experimento se mide
unha magnitude caracter’stica dunha part’cula, como resultado deste, a part’cula
queda coa funci—n propia correspondente —
autovalor medido.
Significa que do cat‡logo completo
de posibilidades que representa a priori
a funci—n de onda, — medir selecci—nase unha: o resultado. Antes de medir s—
sabi‡mo-la probabilidade de obter un
certo valor; despois de medir, a funci—n
de onda queda reducida ‡ correspondente a ese valor medio exclusivamente. Sucesivas medidas desa mesma
magnitude sempre dar‡n o mesmo resultado, con certeza absoluta.
Se efectuamos en cambio a medida doutra magnitude distinta, teremos
en xeral s— certa probabilidade de
achar un valor dado. O m‡is sorprendente acontece se facemos unha terceira medici—n consecutiva, volvendo
medi-la primeira das magnitudes, a
que era certa antes da segunda medida.
Como agora a certeza xa pasou ‡
segunda magnitude, para a primeira
volvemos ter s— certa probabilidade.
Aparece as’ outra complicaci—n
moi caracter’stica da Mec‡nica cu‡ntica: Àcales son as condici—ns para que
poidamos medir varias magnitudes
f’sicas ‡ vez? Na F’sica cl‡sica sempre Ž
posible. Pola contra, na Mec‡nica cu‡ntica s— Ž posible cando esas magnitudes
poidan comparti-las mesmas funci—ns
propias e que estas o sexan ‡ vez de
t—dolos operadores que as representan.
Iso s— ocorre en casos excepcionais,
cando as magnitudes A, B, C... polas
que nos preguntamos te–en unha propiedade especial: que non importe a
orde na que facŽmo-las preguntas (as
medidas). ÁA vida coti‡ est‡ chea de
exemplos nos que a orde das preguntas
inflœe nas respostas! Na linguaxe matem‡tica, as cantidades f’sicas poden ser
medidas simultaneamente sempre que os
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 79
Mecánica cuántica
seus operadores correspondentes polos que
se representan sexan conmutables.
Volvendo ‡s caracter’sticas dunha
part’cula, resulta que as representaci—ns matem‡ticas de r e p (producto e
derivada) non son conmutables. Por
iso na Mec‡nica cu‡ntica non se pode
medir ‡ vez unha coordenada e a compo–ente do momento (ou velocidade) na
mesma direcci—n.
79
A restricci—n sobre as medici—ns
de r e p p—dese formular de forma precisa como unha cota infranqueable, dada pola constante de Planck e ch‡mase
principio de incerteza de W. Heisenberg.
_
Dr Dp $ h /2
(8)
Significa que canto maior sexa a
precisi—n da coordenada, tanto menor
ser‡ a do momento e viceversa, de
forma que o seu producto sexa sempre
De esquerda a dereita: Jan Aler, Max Steenbeck e Warner Heisenberg. O último é o pai do principio de incerteza.
1 COLABORA.CIN
80
4/4/01
21:47
Página 80
J. Sánchez Guillén
_
polo menos h /2. ObsŽrvese
condici—ns da F’sica cl‡sica,
tomarse como nula e por iso
incerteza na pr‡ctica.
que
_ nas
h pode
non hai
Cabe subli–ar que a relaci—n (8)
non Ž de seu algo completamente novo
na F’sica. Na teor’a cl‡sica do movemento ondulatorio aparece unha certa
restricci—n sobre a localizaci—n dun
paquete de ondas. Pensemos, por
exemplo, que habemos de recibir polo
menos un per’odo completo para
detectar un ton musical correspondente a unha vibraci—n.
O que trae de novo a F’sica cu‡ntica, ‡ parte da interpretaci—n, Ž que a
indeterminaci—n se aplica a toda part’cula e Ž polo tanto unha relaci—n universal. Suscitou moitas discusi—ns no
momento da creaci—n da F’sica cu‡ntica, porque parec’a non estar de acordo
coa nosa experiencia, que, a primeira
vista, permitir’a realizar unha medici—n de r e p con maior precisi—n c‡
limitada por (8). PropuxŽronse varios
experimentos que puideran contradici-las relaci—ns de incerteza (8). Todos
eles, as’ como calquera dos mœltiples
experimentos reais ou mentais
(Gedanken) para falsificala, te–en
explicaci—n clara dentro da F’sica cu‡ntica.
7. SIMETRÍAS E LEIS DE CONSERVACIÓN
A idea de simetr’a non Ž nada
novo da F’sica cu‡ntica. TamŽn no
mundo cl‡sico, como Ž ben sabido, hai
moitos casos nos que se manifesta
algunha simetr’a, que sempre conduce
a unha simplificaci—n importante do
seu tratamento. As’ sucede, por exemplo, cando o potencial no que se move
a part’cula non depende dos ‡ngulos,
sen—n s— da distancia ‡ orixe: as forzas
centrais. Ent—n o problema simplif’case
moit’simo de xeito que fai posible a sœa
resoluci—n xeral. Na F’sica cu‡ntica o
fen—meno de simetr’a ten un papel
a’nda m‡is importante. Esencialmente
dŽbese a dœas raz—ns:
¥ A propia formulaci—n do problema na Mec‡nica cu‡ntica Ž moito
m‡is conveniente para a manifestaci—n
dunha simetr’a que na Mec‡nica cl‡sica; nesta, os valores iniciais de r e p
dunha part’cula destrœen a simetr’a,
escollendo unha traxectoria de entre
t—dalas posibles, a cal en por si pode
non posu’r simetr’a ningunha. Na Mec‡nica cu‡ntica, en cambio, a funci—n
de onda non involucra nada que poida
contradici-la simetr’a. A mesma formulaci—n do problema aqu’ Ž simŽtrica e
as’ as consecuencias dunha simetr’a na
Mec‡nica cu‡ntica adoitan ser moito
m‡is claras.
¥ A F’sica cu‡ntica pretende se-la
ciencia que explica a estructura do
micro e do macrocosmos e, polo tanto,
dar unha explicaci—n ‡ existencia das
propias forzas. O feito de que, por
exemplo, un campo sexa central, para a
F’sica cu‡ntica non Ž un fen—meno
puramente emp’rico. Trata de comprender por quŽ Ž central. Como unha
posible li–a de explicaci—n (e case a
œnica) œsase precisamente a idea de
simetr’a; Ž dicir, p‡rtese da idea de que
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 81
Mecánica cuántica
o potencial debe ser central por esixencia da simetr’a. Con esixencias de simetr’a a’nda m‡is fortes soubo chegar a
poder determinar case univocamente
as propiedades das forzas fundamentais, que actœan entre as part’culas na
natureza, como ocorre coa invariancia
de fase local chamada gauge.
Esta simetr’a reflicte a posibilidade de cambia-las funci—ns de onda das
part’culas en todo o que non afecta ‡
probabilidade, dada polo seu m—dulo —
cadrado, como o signo ou, m‡is en
xeral, a fase. Se esta elecci—n se fai
dunha vez e igual en t—dalas partes, ou
sexa, globalmente, s— se consegue unha
simplificaci—n para os c‡lculos; pero se,
como Ž m‡is natural, se reivindica a
liberdade de elecci—n en calquera instante e en calquera lugar, ou sexa, para
cada r e t, sucede algo de gran transcendencia: aparecen os axentes mediadores das forzas fundamentais e con
t—dalas sœas propiedades completamente determinadas. ƒ a œnica forma
de asegura-la dita liberdade de elecci—n.
8. INTERPRETACIÓN DA MECÁNICA CUÁNTICA
Nos apartados precedentes describimos cualitativamente a ideolox’a
b‡sica da Mec‡nica cu‡ntica, utilizando unhas poucas f—rmulas para dar
unha impresi—n o menos vaga posible.
Esta xurdiu da experiencia e pasou innumerables comprobaci—ns experimentais, algunhas dese–adas especialmente para buscar calquera contra-
81
dicci—n. Ch‡maselle ‡s veces a interpretaci—n de Copenhaguen ou ortodoxa
por raz—ns hist—ricas e tamŽn porque
existen algunhas interpretaci—ns alternativas para tratar de evitar ou facer
m‡is comprensibles algœns dos seus
aspectos menos alcanzables para a
intuici—n cl‡sica. Entre as cuesti—ns que
presentaron dificultades destac‡mo-las
seguintes.
A) FORMALISMO MATEMçTICO
Como levamos visto, a Mec‡nica cu‡ntica utiliza matem‡tica moito
m‡is abstracta c‡ cl‡sica, o que non
satisfixo a algœns nos seus comezos,
pois parec’alles que a concepci—n
da realidade se evaporaba nun formalismo.
Efectivamente, a Mec‡nica cu‡ntica require unha matem‡tica m‡is
complexa, pero hai que lembrar que
estaba xa constru’da e ben entendida.
Ademais, Ž natural que problemas
m‡is complicados precisen ferramentas m‡is avanzadas. De feito, hoxe
util’zanse habitualmente as tŽcnicas
t’picas da Mec‡nica cu‡ntica para
os problemas cl‡sicos complexos,
como os de moitos corpos ou non lineais. Onde este primeiro inconveniente
si se manifesta claramente Ž na gravidade cu‡ntica, en plena eclosi—n
actualmente. Aqu’ os f’sicos temos
de constru’-la ferramenta matem‡tica,
o que est‡ resolvendo algœns problemas pendentes desta. çs veces as teor’as f’sicas nacen co cord—n umbilical
do formalismo do que logo se
desprenden — entenderse mellor,
1 COLABORA.CIN
82
4/4/01
21:47
Página 82
J. Sánchez Guillén
pero outras veces, como ocorreu co
c‡lculo diferencial de Newton e
Leibniz no nacemento da Mec‡nica, o
formalismo Ž realmente importante
e unha contribuci—n adicional da
F’sica.
B) CO„ECEMENTO LIMITADO
A restricci—n esencial sobre
o co–ecemento dun sistema ‡s probabilidades que encerra a sœa funci—n
de onda foi, como dixemos, dif’cil de
aceptar — principio, mesmo por
grandes f’sicos, como nos recorda
a famosa frase de Einstein de que o
creador non pode xogar —s dados.
Curiosa frase se se pensa que todo o
que acontece na natureza, desde a
grande explosi—n, pode considerarse
como un gran xogo, ou sexa, o resultado do azar suxeito unicamente ‡s leis
da f’sica e poucas m‡is. A cuesti—n
desde a F’sica Ž se a Mec‡nica cu‡ntica
Ž completa ou non. ƒ dicir, se existen
outras variables que non co–ecemos, ocultas, que polo tanto s—
se manifesten nunha media.
Bell elaborou sistematicamente as consecuencias desta proposta,
partindo do feito simple de que se
o nœmero de variables aumenta, Ž l—xico que a media das mesmas magnitudes non sexa igual ‡ predicida pola
cu‡ntica. TŽ–ense realizado moitos
experimentos para dilucidar esta
cuesti—n, que tamŽn comproban o
propio proceso da media discutido a
continuaci—n, coa resposta sempre favorable ‡ Mec‡nica cu‡ntica.
C) O PROCESO DA MEDIDA
Pode parecer coma se o propio
proceso de medici—n, esencial na
Mec‡nica cu‡ntica, producise o resultado. TamŽn orixinou reservas a reducci—n brusca da funci—n de onda ‡
correspondente — valor medio. Utilizando leis de conservaci—n absolutas,
como a carga elŽctrica ou similares, e
experimentos con varias medici—ns
separadas, p—dese formular como
unha aparente transmisi—n instant‡nea
de informaci—n, contra o principio de
causalidade e a relatividade.
Como ilustraci—n, supo–amos
unha funci—n de onda moi estendida
no espacio dun sistema con s— dœas
posibilidades. Se se mide nun dos
extremos, a funci—n de onda queda
colapsada ‡ opci—n obtida e xa sabemos o que non obter‡ a media no outro
extremo (que pode traducirse — que se
obter‡ con certeza se se trataba dunha
dicotom’a). Esta informaci—n Ž virtual:
non se pode facer efectiva ata que non
se comuniquen os medidores e comparen, polo que non viola a causalidade.
En calquera caso, esta realidade virtual Ž un feito comprobado e que ten
incluso moitas aplicaci—ns pr‡cticas,
sempre limitadas pola velocidade finita da comunicaci—n da informaci—n.
çs veces ch‡manlle realismo local
—s intentos de evitar estas conclusi—ns,
sobre todo coas variables ocultas,
que como dixemos nunca se manifestaron.
De t—dolos xeitos, hai que admitir que o colapso da funci—n de onda
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 83
Mecánica cuántica
aparece como algo brusco e descontrolado. O proceso de medida Ž esencial,
pero en certo modo pode considerarse
externo ‡ Mec‡nica cu‡ntica e, en definitiva, cl‡sico. Por iso algœns f’sicos
pensaron respostas a este posible problema conceptual, que pertencen m‡is
ben — terreo da epistemolox’a. M—vense entre dœas opci—ns extremas; unha Ž
recorrer ‡ consciencia dicindo que se
produce na mente. Un dos problemas
ser’a a Cosmolox’a, que est‡ tratando o
universo completo. O outro extremo Ž
dicir que en realidade non hai tal colapso. Non ser’a m‡is que un atallo para
calcular certas propiedades, que representa unha complicada superposici—n
obxecto-equipo de medida. Nesta li–a,
a an‡lise detallada da F’sica, tanto formal como experimental, da transici—n
cu‡ntica-cl‡sica (a decoherencia), como
interacci—n co medio, est‡ progresando
moito na actualidade. Isto permite explicar, como dixemos, coa mesma Mec‡nica cu‡ntica a transici—n ‡ cl‡sica e o
propio proceso de medida.
No ‡mbito m‡is filos—fico da interpretaci—n, as propostas foron desde
as m‡is conservadoras que avogan por
unha distinci—n entre os terreos cu‡ntico e cl‡sico co resultado dunha especie
de media co mesmo resultado. Ou de
forma m‡is radical, recorrer ‡ existencia de cami–os ou 'mundos' paralelos
de forma que, en cada medida, o que se
percibe como colapso non Ž outra
cousa que a evoluci—n cara a un deles.
Esta opci—n foi quizais a m‡is elaborada.
83
9. EPÍLOGO
A Mec‡nica cu‡ntica naceu co
sŽculo XX e entrando no XXI est‡ tan
firmemente establecida que debe facer
parte do noso capital cultural persoal e,
desde logo, dos contidos das ensinanzas medias, que Ž a sœa mellor fonte.
Nos nosos d’as est‡ penetrando en
terreos novos tanto nas aplicaci—ns
(por exemplo, os tan buscados ordenadores cu‡nticos) coma no b‡sico coa
cuantizaci—n da gravitaci—n, que Ž o
œltimo reducto cl‡sico. Polo de agora
esta tarefa Ž formal, pero o seu contido
Ž tan fascinante coma a orixe do univeso e a din‡mica dos buratos negros, da
existencia dos cales vaise acumulando
evidencia. Polo tanto, convŽn estarmos
atentos, o que Ž doado na era da informaci—n. Na direcci—n da rede
http://xxx.unizar.es podemos seleccionar Quantum Physics e atoparŽmo-los œltimos avances, ‡s veces de forma
alcanzable. Lembremos, para rematar,
que Balmer Ñprecursor da F’sica cu‡ntica coa sœa f—rmula (4)Ñ era profesor
de instituto en Basilea, onde catrocentos anos antes un mŽdico, Paracelso,
descubrira o hidr—xeno.
BIBLIOGRAFÍA
1 Schršdinger, Erwin, Cursos de la Universidad de Verano de Santander, 1,
Madrid, Signo, 1935, 1-73.
2 Pascual, Pedro, e Alberto Galindo,
Mec‡nica cu‡ntica, Madrid, Eude-
1 COLABORA.CIN
84
4/4/01
21:47
Página 84
J. Sánchez Guillén
ma Universidad, Manuales Eudema, 1989.
3
Yndurain, Francisco, Mec‡nica
cu‡ntica, Madrid, Alianza Universidad Textos, Alianza Editorial,
1988.
4 S‡nchez GuillŽn, Joaqu’n, e Mijail A.
Braun, F’sica cu‡ntica, Madrid, Alianza Universidad Textos, Alianza Editorial, 1993.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 85
85
NÚCLEOS E PARTÍCULAS
Carlos Pajares Vales*
Universidade de Santiago
de Compostela
INTRODUCCIÓN
Desde os tempos m‡is remotos,
nas m‡is antigas civilizaci—ns, o home
preguntouse polo interior das cousas,
furgou dentro delas e tentou co–ecer
quŽ Ž o que lles d‡ consistencia e se
existe algo subxacente e comœn a todas
elas a pesar da sœa infinita variedade.
Hai m‡is de 2500 anos, en Grecia,
Tales constatou que calquera substancia pod’a clasificarse como s—lido,
l’quido e gas; dado que a auga exist’a
nas tres formas, Ànon se pod’a da-lo
caso de que fose a auga o constitu’nte
de toda a materia? Na mesma li–a de
pensamento, Arist—teles e os seus seguidores postularon que a materia
estaba formada por terra, lume, aire e
auga. O seu mestre Plat—n elaborou a
idea da existencia de estructuras formais b‡sicas, como as figuras xeomŽtricas fundamentais a partir das cales se
ÔformabanÕ t—dalas cousas. Plat—n supo–’a que estas estructuras b‡sicas
eran tri‡ngulos. Anteriormente Leucipo e o seu disc’pulo Dem—crito
(585 a. C.) suxeriron a posibilidade de
que a materia estivese constitu’da por
pequenas part’culas indivisibles, os
‡tomos (atomos). A construcci—n de
t—dalas cousas a partir doutras pezas
elementais non Ž, desde logo, unha verdade necesaria que tarde ou cedo ti–a
que establecerse. As’, por exemplo, en
culturas orientais e tamŽn en determinados momentos do sŽculo XX pensouse que exist’a unha globalidade, de tal
xeito que todo estea composto de todo,
as’ que calquera parte inflœe e d‡ consistencia, en maior ou menor medida, a
calquera outra parte, e reciprocamente.
Neste esquema non Ž certo que uns
poucos elementos constrœan t—dalas
cousas; s— poder’a selo no sentido
dunha aproximaci—n ‡ realidade, v‡lida en determinadas condici—ns cando
se puidese despreza-la influencia da
maior parte de elementos.
O sŽculo XIX comezou co establecemento da moderna teor’a at—mica da
materia. Sab’ase que unha gran variedade de substancias pod’an obterse
combinando diferentes cantidades
* Catedrático de Física Teórica.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
1 COLABORA.CIN
86
4/4/01
21:47
Página 86
Carlos Pajares Vales
duns poucos elementos. Dalton, en
1808, propuxo que estas combinaci—ns
se entender’an se cada elemento estaba
constitu’do por ‡tomos. A combinaci—n
de ‡tomos de distintos elementos produc’a as molŽculas das substancias non
elementais. Supuxo que os ‡tomos eran
indivisibles e por iso adoptou o nome
grego. En 1869, Dimitri Mendeleev descubriu que — ordena-los elementos at—micos do m‡is lixeiro (hidr—xeno) —
m‡is pesado, as sœas propiedades se
repet’an a intervalos regulares (sistema
peri—dico dos elementos). Esta regularidade apuntaba, como se ver’a posteriormente, a que os ‡tomos non son
elementais sen—n sistemas complexos,
compostos doutros ÔelementosÕ. As
diferentes combinaci—ns destes elementos dan lugar —s distintos ‡tomos,
o que explicar’a as regularidades.
O sŽculo remata con dous descubrimentos fundamentais na busca da
elementalidade: o descubrimento do
electr—n por J. J. Thomson en 1897, premio Nobel 1906 (posteriormente
Millikan medir’a a carga, premio Nobel
1923) e o da radioactividade por
H. Becquerel, Pierre e Marie Curie (p.
N. 1903). Rutherford (p. N. de Qu’mica
1908), traballando no laboratorio
Cavendish de Cambridge que dirix’a
Thomson, demostra nos anos 1896-1900 que a radiaci—n de Becquerel ti–a
tres compo–entes diferentes: a radiaci—n a, b e g. Esta œltima resultou ser
radiaci—n electromagnŽtica de alta frecuencia, incluso superior ‡ dos raios X
descubertos por Roentgen en 1896
(p. N. 1901). A radiaci—n b consist’a en
electr—ns e a a en part’culas masivas
cargadas positivamente e que posteriormente foron identificadas como
nœcleos de ‡tomos de helio.
Co sŽculo estrŽase tamŽn a
Mec‡nica cu‡ntica. O d’a de Santa Luc’a de 1900, Planck (p. N. 1918) explica
a dependencia na frecuencia e na temperatura da densidade de enerx’a do
chamado corpo negro e introduce a
hip—tese de que a radiaci—n era absorbida ou emitida en cantidades discretas
proporcionais ‡ frecuencia da dita
radiaci—n.
E=hy
(1)
A constante de Planck h escrib’ase
e calcul‡base por primeira vez.
Einstein (p. N. 1921) retomaba en 1905
a dita hip—tese para explica-lo efecto
fotoelŽctrico, indo m‡is al— — supo–er
que a radiaci—n electromagnŽtica non
s— era absorbida ou emitida en cantidades hy, sen—n que eran part’culas de
energ’a hn. O mesmo ano 1905, Einstein tamŽn publicaba a Teor’a da Relatividade Restrinxida, coa que se transformaba radicalmente o concepto de
espacio e tempo e se contemplaban as
transformaci—ns de masa en enerx’a e
reciprocamente de enerx’a en masa.
A Mec‡nica cu‡ntica Ñconstru’da na dŽcada dos anos vinteÑ e a
Relatividade constitœen dœas grandes
revoluci—ns cient’ficas conceptuais imprescindibles para comprender multitude de fen—menos f’sicos; en concreto,
fixeron posible o avance na busca da
elementalidade.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 87
Núcleos e partículas
DESCUBRIMENTO DO NÚCLEO ATÓMICO
Na mesma primeira dŽcada,
Rutherford e Soddy descubriron que
algœns ‡tomos pod’an desintegrarse
espontaneamente, producindo outros
‡tomos. TamŽn Pierre Curie e Marie
Curi-Sklodowska descobren novos elementos radioactivos, o radio e o polonio (a Marie Curie concedŽronlle por
isto o premio Nobel de Qu’mica 1911)
nos productos de desintegraci—n do
uranio. Con todo isto empeza a sospeitarse que os ‡tomos te–en estructura
interna e que esta deber’a diferir moi
pouco duns ‡tomos a outros pr—ximos
no sistema peri—dico.
Nos anos 1909-1913, Ernest
Rutherford Ñagora en ManchesterÑ,
Ernest Marsden e Hans Geiger realizaron diversos experimentos cos que
demostraban que efectivamente os ‡tomos posu’an unha estructura interna: o
nœcleo. Os experimentos consist’an en
bombardear unha folla delgada de
ouro con part’culas a provenientes
dunha fonte de radio(1) (ver figura 1).
Fonte de radio
Colimador
L‡mina
de ouro
Figura 1. Experimento de Rutherford.
Pantalla
87
Se a distribuci—n de materia dentro do
‡tomo fose homoxŽnea, esperar’ase
que a maior parte de part’culas a sa’sen cara a adiante e moi poucas a grandes ‡ngulos. Sen embargo sa’an moitas
m‡is das esperadas a grandes ‡ngulos
e mesmo algunhas rebotaban para
atr‡s. Segundo Rutherfod Çfoi coma se
dispararas unha bala de 4 cm contra un
anaco de papel de seda e rebotara cara
a atr‡s golpe‡ndoteÈ. Dentro dos ‡tomos hab’a concentraci—ns de materia
moito m‡is pesadas c‡s part’culas. O
‡tomo est‡ composto de electr—ns situados en capas, no exterior dun
nœcleo cunha carga positiva igual
— nœmero de electr—ns exteriores.
O nœcleo ten unhas dimensi—ns duns
cantos fermi 1 fm = 10-13 cm. Como as
dimensi—ns dos ‡tomos son da orde de
amstrongs, 1 • = 10-8 cm, os nœcleos
son cen mil veces m‡is pequenos c—s
‡tomos. Isto non quere dicir que os ‡tomos estean practicamente baleiros. Os
electr—ns est‡n ligados —s nœcleos
mediante a forza atractiva (por teren
cargas opostas) coulombiana. Esta
forza elŽctrica entre cargas, responsable de que estean ligados os electr—ns —
nœcleo e que non escapen, Ž debida ‡
existencia dun campo elŽctrico que
dota de consistencia o espacio entre os
electr—ns e o nœcleo. Outra maneira de
expresa-lo mesmo, Ž dicir que entre os
electr—ns e o nœcleo se intercambian
fot—ns, os ÔcuantosÕ do campo electromagnŽtico existente. Estes fot—ns dan
consistencia e enchen o espacio entre os
electr—ns exteriores e o nœcleo.
1 COLABORA.CIN
88
4/4/01
21:47
Página 88
Carlos Pajares Vales
O experimento de Rutherford Ž
t’pico de toda unha serie de ensaios
que se sucederon — longo do sŽculo
para tratar de explora-lo interior de
obxectos cada vez m‡is pequenos. Fundamentalmente, o experimento consta dun feixe de part’culas (part’culas a no experimento anterior) aceleradas para dotalas dunha enerx’a E e
un momento p suficientemente alto,
que inciden sobre un branco. As ondas
asociadas ‡s part’culas do feixe te–en
unha lonxitude l relacionada co momento lineal p da part’cula
P=h/l
(2)
de tal maneira que se se quere explorar
un branco de tama–o caracterizado polo radio R, se verifica l # R (figura 2).
tama–os m‡is pequenos, neces’tanse
aceleradores m‡is potentes.
ESTRUCTURA DO NÚCLEO. PROTÓNS E
NEUTRÓNS
A estructura electr—nica dos ‡tomos expl’case rapidamente, primeiro
cos modelos simplificados de Bohr
(p. N. 1922) e Sommerfeld e despois
coa formulaci—n da Mec‡nica cu‡ntica
e en particular da ecuaci—n de Shršdinger (p. N. 1933), o principio de
incerteza de Heisenberg (p. N. 1932) e o
principio de Pauli (p. N. 1945). Sen
embargo, poucas cousas se sab’an
sobre o nœcleo central, ‡ parte de que
Figura 2. Lonxitude de onda menor có tamaño do
obxecto.
Ondas con lonxitude de onda maior c—
radio son insensibles — branco, non se
dan conta da sœa existencia. Canto
m‡is pequeno Ž o branco que queremos
explorar, menor Ž a lonxitude de onda
e m‡is grande debe ser p e, polo tanto,
maior a enerx’a da part’cula lanzada
como sonda. Por iso, a medida que se
quere entrar m‡is no interior e explorar
Erwin Schrödinger, premio Nobel de Física en 1933, na
súa intervención no XIV Congreso da Asociación
Española para o Progreso das Ciencias celebrado en
Santiago de Compostela no ano 1934.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 89
Núcleos e partículas
estaba cargado positivamente e que era
moi denso. Diversos experimentos
para estudia-lo nœcleo foron realizados
por Rutherford e Chadwik na dŽcada
dos vinte, no Laboratorio Cavendish
de Cambridge, — que Rutherford volvera sucedendo a Thomson no cargo de
director. TamŽn Irene Joliot-Curie e
Frederic Joliot (p. N. de Qu’mica 1935)
realizaban uns experimentos similares
en Par’s.
Rutherfod suxerira a existencia
dunha part’cula neutra, de masa practicamente igual ‡ do prot—n. Chadwick
(p. N. 1935) demostrou finalmente, en
1932, a existencia do neutr—n mediante
un experimento no que lanzaba part’culas a provenientes dunha fonte radioactiva sobre un branco de berilio. T’–ase observado nos experimentos
mencionados anteriormente que se
produc’a radiaci—n penetrante neutra.
Chadwick estudiou esta radiaci—n, facŽndoa incidir sobre parafina de cera,
substancia rica en hidr—xeno. A radiaci—n, — chocar cos nœcleos de hidr—xeno, prot—ns, fac’aos retroceder(1) (ver figura 3). Estes prot—ns eran detectados
por unha c‡mara de ionizaci—n que
contŽn gas e dous electrodos. Cando os
prot—ns entran na c‡mara, golpean os
electr—ns dos ‡tomos do gas facendo
que estes queden ionizados con carga
positiva, o que provoca unha diferencia
de potencial nos electrodos. Se estes
electrodos est‡n encaixados nun circu’to exterior, aparece unha corrente elŽctrica. Chadwick pod’a as’ medi-lo
nœmero de prot—ns e a sœa enerx’a para
deducir que deb’an de ser golpeados
Berilio
Part’culas a
Detector
Parafina
Neutr—ns
89
Prot—ns
Figura 3. Experimento de Chadwick.
por part’culas da mesma masa e neutras, neutr—ns. Un nœcleo de masa A
veces a dun prot—n ou neutr—n ten Z
prot—ns (igual nœmero c— de electr—ns)
e A - Z neutr—ns. O nœcleo dun ‡tomo
de Z electr—ns ten que ter Z protones
para ser neutro, pero pode ter diferente
nœmero de neutr—ns. îs nœcleos co
mesmo Z e diferente A ch‡maselles is—topos. A forma dun nœcleo Ž aproximadamente esfŽrica cun radio R, R = Ro
A1/3, Ro = 1.1 fm, segundo revelaron
definitivamente os experimentos de
colisi—ns de electr—ns con nœcleos iniciados no acelerador de Stanford por
Hofstadter en 1953 (p. N. 1961).
FORZAS NUCLEARES
Os prot—ns do nœcleo at—mico
experimentan a repulsi—n coulombiana; sen embargo, o feito de permaneceren unidos no nœcleo implica a existencia dunha forza atractiva moi poderosa
capaz de vence-la repulsi—n electromagnŽtica. Debido ‡ sœa intensidade
ch‡mase forza forte e Ž experimentada
polos prot—ns e neutr—ns pero non
polos electr—ns (en xeral exercerase
entre todo un conxunto de part’culas
chamadas hadr—ns e non entre outro
1 COLABORA.CIN
90
4/4/01
21:47
Página 90
Carlos Pajares Vales
conxunto de part’culas chamadas lept—ns); a forza Ž de curto alcance, uns
poucos fermis, en contraste coa forza
electromagnŽtica que ten alcance infinito. Este comportamento diferente
suxeriulle a Yukawa en 1935 (p. N.
1949) predici-la existencia do mes—n p
(en realidade son tres p+, p-, po cunha
masa de cerca de 140 Mev) que ti–a nas
interacci—ns fortes o mesmo papel c—
fot—n nas electromagnŽticas. En
efecto, se consider‡mo-lo potencial
V = exp (-mr) / r (potencial de Yukawa)
a sœa transformada de Fourier Ž
1/ (q2 + m2), que corresponde — intercambio dunha part’cula de masa m,
entre as part’culas sometidas — potencial V. No caso de interacci—n coulombiana, V (r) = 1 / r, alcance infinito e
m = 0, masa do fot—n. No caso de interacci—n forte V(r) 0 se r > 1/m 1 fermi.
Polo tanto m = 100-200 Mev. Outra
maneira equivalente de deduci-lo
mesmo resultado Ž utilizando o principio de incerteza enerx’a-tempo de
Heisenberg. En 1947 o mes—n p foi
detectado por Powell (p. N. 1950) e
outros colegas en experimentos de
raios c—smicos. Anteriormente detect‡rase o mes—n m- de masa 105 Mev que
se cr’a que era a part’cula predicida por
Yukawa. Sen embargo non o era, dado
que os mu—ns son lept—ns e non interaccionan fortemente.
Os raios c—smicos consisten en
diversas part’culas(3)(4)(5) (prot—ns, nœcleos, electr—ns, neutrinos, fot—ns) que
inciden sobre a Terra provenientes do
exterior (a orixe extraterrestre foi
demostrada por Victor Hess, p. N.
1936, mediante experiencias realizadas
nun globo en 1912) e son detectadas
mediante tŽcnicas baseadas nos trazos
que deixan as part’culas en emulsi—ns
fotogr‡ficas e na c‡mara de nŽboa de
Wilson (p. N. 1927). As tŽcnicas relacionadas con esta œltima foron desenvolvidas por Blackett (p. N. 1948) e os seus
colaboradores.
O balance entre a forza forte e a
electromagnŽtica Ž responsable da estabilidade dos nœcleos e, polo tanto, do
rango de valores permitidos para A e Z.
Nœcleos con Z > 118 non se co–ecen,
pois a medida que aumenta o nœmero
de prot—ns crece fortemente a repulsi—n electrost‡tica e Ž moi dif’cil compensala.
Para Z pequeno, os nœcleos estables te–en aproximadamente o mesmo
nœmero de neutr—ns ca de prot—ns
N < Z < A/2. Os nœcleos m‡is pesados
deben ter m‡is neutr—ns para compensa-lo aumento de interacci—ns coulombianas, ata que chega un momento en
que a dita compensaci—n xa non Ž posible. As estrelas de neutr—ns poden pensarse como nœcleos estables a’nda que
neste caso Z < O e A Ž da orde de miles
de bill—ns. Debido ‡ gran disparidade
entre o nœmero de nucle—ns (prot—ns e
neutr—ns) dos nœcleos usuais e as estrelas de neutr—ns, ultimamente especulouse coa posibilidade da existencia de
materia estable que cubrise o gran salto
en masa. Ser’a materia estra–a, na que
intervir’a conxuntamente cos quarks
ordinarios o quark estra–o do que falaremos m‡is adiante. A posibilidade de
existencia de materia estra–a en forma
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 91
Núcleos e partículas
de estrelas, as’ como a sœa posible
detecci—n, Ž un t—pico hoxe en d’a de
grande interese.
Dado un nœcleo estable, Ž necesario proporcionar enerx’a para extraer
un dos seus nucle—ns. Obviamente, esa
enerx’a ser‡ m‡is grande ou m‡is
pequena dependendo de se o nucle—n
est‡ na superficie ou no interior, pero
en calquera caso podemos falar de
enerx’a media. ƒ a enerx’a de ligadura
B, necesaria para rompe-lo nœcleo A
causa da equivalencia entre enerx’a e
masa, E = mc2, a diferencia entre a
suma da masa dos nucle—ns e a masa
do nœcleo M(A, Z) Ž B/c2.
B/c2 + M(A,Z) = Zmp + (A-Z)mn (3)
Figura 4. Enerxía de ligadura por nucleón en función
de A.
A enerx’a de ligadura por nucle—n
B/A depende de A (como se representa
na figura 4). AprŽciase que os valores
maiores de B/A est‡n no rango 50 < A
< 120, e polo tanto nœcleos con A dentro dos ditos valores Ž m‡is dif’cil rompelos.
91
Ademais da interacci—n forte, responsable entre outras cousas de que os
prot—ns e neutr—ns estean ligados formando os nœcleos, existe outra forza a
nivel nuclear, a interacci—n dŽbil
responsable da desintegraci—n b de nœcleos. Unha desintegraci—n b Ž a que
experimenta o neutr—n que se transforma nun prot—n e emite un electr—n. Se
s— fose as’, por conservaci—n de enerx’a
e momento, o electr—n sa’nte debe ter
unha enerx’a fixa. Sen embargo a enerx’a que se med’a variaba dunha maneira continua entre dous l’mites.
Igualmente, dado que o neutr—n ten
spin 1/2 non pode desintegrarse en
prot—n e electr—n s—, pois — te-las dœas
spin 1/2, — combinalas conxuntamente
co momento angular orbital que Ž
enteiro, d‡ un nœmero enteiro. Niels
Bohr, nunha carta a Pauli, expresa que
chegou a pensar que a escala nuclear
quizais non se conservaba a enerx’a.
Pauli non pod’a considerar tal hip—tese
e en 1931 propuxo a existencia dunha
misteriosa part’cula, o neutrino, que
deber’a ter spin 1/2 para que se conservase o momento angular, masa nula
ou moi pequena e carga cero, e que
interaccionase moi debilmente coa
materia. A reacci—n ser’a: n → p + eÐ + n.
A proposta foi acollida con grande escepticismo pola comunidade cient’fica, escepticismo que crec’a a medida
que pasaba o tempo sen que fose detectado o neutrino. Finalmente, en 1956,
despois de m‡is de dœas dŽcadas,
Cowan e Reines (p. N. 1985), nun experimento realizado no reactor nuclear de
Savannah River, (afluente do r’o
1 COLABORA.CIN
92
4/4/01
21:47
Página 92
Carlos Pajares Vales
Columbia nos Estados Unidos), lograban detectalo gracias a que no reactor
hai unha gran cantidade de neutr—ns,
de tal maneira que — se desintegrar pod’a alcanzarse unha estat’stica alta de
neutrinos (un bill—n por cm2 e segundo) e as’, colocando no seu cami–o
moitas toneladas dunha soluci—n de
cadmio, conseguir que algœn puidese
interaccionar ocasionalmente. î observa-los productos da interacci—n, deduciron a existencia do neutrino incidente.
Ademais do electron existe o
mu—n m- mm = 105 Mev xa mencionado
anteriormente e o tau—n t - , mt = 1.77
Gev, descuberto por M. Perl (p. N.
1995) en 1975. Ademais do neutrino ne
asociado — electr—n, L. Lederman, M.
Schwartz e J. Steinberger (p. N. 1988)
demostraron en 1964 a existencia doutras clases de neutrinos. îs membros
das tres xeraci—ns
e
m
t
ne
nm
nt
(4)
Jack Steinberger, premio Nobel de Física en 1988, durante unha conferencia na Universidade de Santiago de
Compostela.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 93
Núcleos e partículas
ch‡maselles lept—ns. A todas elas as’gnaselle-lo nœmero cu‡ntico lept—nico
+1. O nœmero cu‡ntico lept—nico Ž conservado nas reacci—ns entre part’culas.
A interacci—n dŽbil Ž de moi curto
alcance. Similarmente ‡ interacci—n
electromagnŽtica na que se realiza
intercambiando un fot—n, neste caso
interc‡mbianse as part’culas W± e Zo
que te–en unha gran masa, 80 e 91 Gev
respectivamente, responsable do curto
alcance da interacci—n(2) (tamŽn da sœa
dŽbil intensidade, dado que esta Ž
inversamente proporcional neste caso
— cadrado das masas das part’culas
intermediarias). A predicci—n da existencia das ditas part’culas pesadas realizouse dentro do contexto da teor’a
unificadora das interacci—ns dŽbiles e
fortes proposta por S. Weinberg e
A. Salam en 1967 (p. N. 1979). A teor’a
base‡base nas teor’as de campos de
gauge non abelianos proposta por
Yang e Mills en 1954, englobaba por
unha parte a descrici—n das interacci—ns dŽbiles mediante o lagrangiano
de Fermi, primeiramente proposto por
este nos anos 33 e 34 para describi-la
interacci—n b de nœcleos (foi a primeira
utilizaci—n dos campos asociados a
part’culas de spin 1/2 cuantificados)
e posteriormente mellorado por
N. Cabibbo; por outra parte, a electrodin‡mica cu‡ntica desenvolvida independentemente por R. P. Feynman,
J. Schwinger e S. Tomonaga (p. N. 1965)
que Ž a cuantificaci—n da teor’a electromagnŽtica. A teor’a de unificaci—n de
Weinberg e Salam non empezou a
tomarse en consideraci—n seriamente
93
ata que G.Õt Hooft Ñna sœa tese de
doutoramento dirixida por M.
VeltmanÑ demostrou a renormalizaci—n da teor’a, Ž dicir, que as diverxencias que aparec’an nesa teor’a de campos pod’an tratarse coherentemente.
G.Ôt Hooft e Veltman foron galardoados
por iso co p. N. 1999. A teor’a de unificaci—n electrodŽbil prediciu a existencia de correntes dŽbiles neutras que
foron observadas por primeira vez en
1973 no Centro Europeo de Part’culas
Elementais de Xenebra. No ano 83,
Carlo Rubbia, ‡ fronte dunha colaboraci—n de m‡is de douscentos f’sicos,
detectou por primeira vez as tres part’culas W± e Zo predicidas, polo que recibiu o p. N. en 1984 que compartiu con
S. Van der Meer, quen desenvolveu
unhas determinadas tŽcnicas de aceleradores (arrefriamento estoc‡stico) que
fixeron posible alcanzar nos aceleradores enerx’as necesarias para detecta-las
ditas part’culas. O Žxito do descubrimento foi unha empresa europea de
grande importancia. A modo de exemplo, citemos que o New York Times en
primeira p‡xina encabezaba a noticia
do descubrimento co t’tulo ÒEuropa 3
USA 0Ó.
FISIÓN E FUSIÓN NUCLEAR
Se un nœcleo pesado rompe en
dous m‡is lixeiros, a curva da figura 4
indica que a enerx’a de ligadura por
nucle—n Ž m‡is grande nos nœcleos
fisionados ca no nœcleo pesado orixinal
e, polo tanto, liberarase enerx’a no proceso. A fisi—n espont‡nea Ž un proceso
1 COLABORA.CIN
94
4/4/01
21:47
Página 94
Carlos Pajares Vales
moi raro; sen embargo a fisi—n pode ser
inducida bombardeando un nœcleo,
por exemplo o uranio 235, con neutr—ns. O proceso de fisi—n m‡is t’pico Ž
Figura 5. Reacción en cadea.
o debuxado na figura 5, no que: 1)
neutr—n lento, de baixa enerx’a, Ž
absorbido por un nœcleo de uranio 235;
2) o nœcleo faise inestable; 3) o nœcleo
def—rmase, divid’ndose en dous; 4)
como resultado da fisi—n aparecen os
nœcleos estables de bario e cript—n conxuntamente con dous ou tres neutr—ns.
Na reacci—n libŽrase enerx’a; 5) os neutr—ns producidos que sexan lentos
poden chocar contra outro nœcleo de
uranio 235 dando lugar de novo — proceso. ƒ a reacci—n en cadea orixe da
explosi—n nuclear, a chamada bomba
at—mica. Nun reactor nuclear esa
explosi—n contr—lase mediante ÔmoderadoresÕ que usualmente son barras de
boro ou cadmio que absorben neutr—ns
e polo tanto reducen o nœmero de
fisi—ns. A enerx’a liberada, que Ž da
orde de m‡is dun mill—n de veces a
liberada nun proceso qu’mico, util’zase
para quentar un flu’do, normalmente
auga, que pola sœa vez se dirixe a unha
turbina para a xeraci—n de corrente
elŽctrica.
A historia da fisi—n nuclear e a da
obtenci—n da bomba at—mica Ž moi
interesante. Digamos brevemente que
nos primeiros anos da dŽcada dos
trinta, E. Fermi en Italia conseguira a
tŽcnica de enlentecer neutr—ns e modifica-los nœcleos de varios ‡tomos,
logrando diversos is—topos. Irradiou
uranio en 1934 pero non interpretou correctamente o que suced’a. Por
outra parte, aproveitou a viaxe para
recolle-lo premio Nobel en 1938 para
non volver ‡ Italia de Mussolini. En
Alema–a, Otto Hahn (p. N. de Qu’mica
1944) e Lisa Meitner fixeron experimentos an‡logos e atoparon como subproducto bario, que Ž moito m‡is lixeiro c— uranio. Lisa Meitner, xud’a, tivo
que fuxir de Alema–a a Suecia, onde
contactou con Otto Frisch, quen interpretou correctamente o fen—meno
f’sico. Italia e Alema–a perderon moito
tempo elaborando a bomba at—mica, tempo que non perderon os aliados, que desenvolveron o proxecto
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 95
Núcleos e partículas
Manhattan no que precisamente Fermi
tivo un papel importante.
Na fusi—n nuclear, dous nœcleos
moi lixeiros fœndense nun m‡is pesado. De novo (de acordo coa figura 4), a
enerx’a de ligadura por nucle—n do
estado inicial (os nœcleos moi lixeiros) Ž
inferior ‡ correspondente — estado final
(o nœcleo pesado) e polo tanto libŽrase
enerx’a. O proceso de fusi—n m‡is
co–ecido Ž o que se produce no interior
das estrelas, queimando hidr—xeno,
prot—ns e liberando enerx’a que permite contrabalancea-la forza gravitatoria
que tende a aperta-la estrela. Os diversos procesos foron estudiados en detalle por H. A. Bethe (p. N. 1967). TamŽn
son os procesos de fusi—n os responsables da chamada nucleos’ntese dos elementos que sucedeu nos primeiros instantes do universo, calculada por W. A.
Fowler (p. N. 1983).
A’nda que o potencial destructivo
da fusi—n foi ensaiada inicialmente en
1952 coa bomba de hidr—xeno, experimentos liderados na Uni—n SoviŽtica
por Andrei Sakharov e nos Estados
Unidos por E. Teller, o desenvolvemento da fusi—n para producir electricidade a’nda non se conseguiu a pesar do
enorme esforzo realizado e das grandes vantaxes da fusi—n como fonte de
enerx’a. En efecto, o combustible b‡sico
Ž deuterio ou auga pesada abundante
e, polo tanto, barato. A fusi—n non produce materiais radioactivos de longa
vida. O proceso de fusi—n p‡rase instantaneamente se se cesa a subministraci—n de combustible, as’ que Ž seguro fronte a accidentes.
95
Con tantas vantaxes, Ž m‡is dram‡tica a pregunta: Àpor que Ž tan dif’cil a fusi—n controlada? As reacci—ns de
fusi—n dependen de tres par‡metros
b‡sicos(6): temperatura, densidade e
tempo de confinamento. Para que os
nœcleos de dous ‡tomos cheguen a
fusionarse, te–en que aproximarse ‡s
sœas distancias nucleares e por iso
deben estar despoxados dos electr—ns
que os rodean, polo que o combustible
ha estar en estado de plasma, Ž dicir,
gas ionizado. Un plasma no que os i—ns
deben ter enerx’a abonda como para
vence-la repulsi—n coulombiana e as’
producir numerosas reacci—ns de
fusi—n e polo tanto moita enerx’a neta.
Para dota-los i—ns do plasma de
suficiente enerx’a, este deber’a de estar
a unha temperatura de cen mill—ns de
graos. Por outra parte, tamŽn Ž necesario que haxa un nœmero m’nimo de
colisi—ns para que se produza unha
cantidade apreciable de reacci—ns de
fusi—n e polo tanto o plasma debe ter
unha densidade m’nima. Unha vez creado o plasma a alta temperatura, c—mpre mantelo ‡ dita temperatura durante un certo tempo suficiente para que se
produza enerx’a neta. Manter un plasma quente non Ž doado, pois tende a
arrefriarse por difusi—n, Ž dicir, movementos de part’culas desde onde existe
unha concentraci—n alta a outras onde
haxa unha baixa concentraci—n. O
tempo que tardar’a o plasma en arrefriarse se non se quentase constantemente, ch‡mase tempo de confinamento.
1 COLABORA.CIN
96
4/4/01
21:47
Página 96
Carlos Pajares Vales
Para conseguir que o plasma non
arrefr’e, o mŽtodo m‡is eficaz Ž o seguido no modelo Tokamak (Toroidal
Kamera Magnetik) no que se confina
mediante campos magnŽticos (ver
figura 6). Desta maneira, ev’tase que o
ci—n de enerx’a neta, antes do primeiro
cuarto de sŽculo.
MODELOS NUCLEARES. NÚMEROS MÁXICOS
A gran complexidade das interacci—ns fortes, xunta o feito de que os
nœcleos poden ter ata m‡is de 250
nucle—ns, fai que sexa moi dif’cil
desenvolver un tratamento exacto da
estructura nuclear. Por iso se desenvolveron modelos aproximados, razoablemente simples e capaces de describi-lo
comportamento dos nœcleos.
Figura 6. Esquema dun dispositivo Tokamak. (Tomado
de J. A. Tagle, La fusión nuclear, Edit. Debate, Madrid,
1995).
plasma perda enerx’a — bater coas paredes de recintos convencionais e tamŽn
a deterioraci—n destes. As part’culas do
gas ionizado xiran arredor das li–as de
campo magnŽtico e se non existise
difusi—n transversal a elas, — non as
poder atravesar quedar’an atrapadas.
En 1969, investigadores rusos conseguiron cun Tokamak un plasma a cinco
mill—ns de graos a alta densidade
durante centŽsimas de segundo. Logo
en Harwell (Reino Unido) e Princeton
obtivŽronse resultados importantes,
pero a’nda se est‡ lonxe da meta perseguida. Diversos programas internacionais apuntan a conseguir un prototipo
de reactor nuclear de fusi—n, produc-
Un dos modelos m‡is vellos Ž o
da gota l’quida, inventado por
G. Gamow. Nunha gota l’quida os
compo–entes, ‡tomos ou molŽculas,
est‡n ligados formando a gota dun
xeito que nalgœn sentido Ž similar —
que sucede no nœcleo, a’nda que a
forza sexa moi diferente en alcance e
intensidade. As’, como exemplo de
similitude, nos dous sistemas, a gota e
o nœcleo, hai na superficie unha forza
cara a adentro exercida sobre os seus
compo–entes, resultando un efecto de
tensi—n superficial que fai que tanto a
gota coma o nœcleo te–an unha forma
aproximadamente esfŽrica. O modelo
da gota l’quida, engad’ndolle a repulsi—n elŽctrica entre prot—ns, Ž capaz de
reproduci-la dependencia da enerx’a
de ligadura en A (fig. 4); sen embargo
non pode reproducir propiedades
importantes como os niveis de enerx’a
do nœcleo.
O modelo de capas Ž especialmente axeitado para isto e resulta
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 97
Núcleos e partículas
an‡logo en certo sentido a unha descrici—n do tipo niveis at—micos — nivel do
nœcleo. Considerando un neutr—n,
mentres estea no centro non experimentar‡ ningunha forza neta xa que se
compensar‡n as forzas exercidas por
t—dolos nucle—ns sobre el. Polo tanto o
potencial ser’a constante para r ~ o. Sen
embargo, se o neutr—n est‡ pr—ximo ‡
superficie do nœcleo, experimentar‡
unha forza atractiva cara — interior, que
ser‡ m‡is forte canto m‡is preto estea
da superficie (tensi—n superficial).
Finalmente, a forza e o potencial ser‡n
nulos cando o nucle—n estea f—ra do
nœcleo. O potencial ser‡ similar —
representado na figura 7. Os prot—ns
est‡n igualmente confinados nun pozo
de potencial como na figura, cunha
lixeira diferencia na superficie debido ‡
forza elŽctrica que experimentar‡n.
97
Neses pozos, os nucle—ns ocupar‡n toda unha serie de niveis de enerx’a espaciados de acordo coa soluci—n
da ecuaci—n de Schšdinger co dito
potencial. Os niveis de enerx’a est‡n
caracterizados por diversos nœmeros
cu‡nticos, da mesma maneira que os
niveis de enerx’a dun electr—n nun
‡tomo. Debido — principio de Pauli, os
neutr—ns (prot—ns), — seren part’culas
de spin 1/2, non poden dous deles te-los mesmos nœmeros cu‡nticos e isto
fai que cada nivel te–a un nœmero
m‡ximo de neutr—ns e prot—ns; cando
o alcanza dise que a capa est‡ chea. As
capas est‡n cheas no momento en que
o nœmero de prot—ns Z e o de neutrones A - Z toma os valores
Z = 2, 8, 20, 28, 50, 82
A - Z = 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126
que son os nœmeros m‡xicos.
Enerx’a potencial
Distancia
Nœcleo
Figura 7. Enerxía potencial media que sente un nucleón
nun núcleo.
Os nœcleos coas capas cheas son
m‡is estables c—s nœcleos con A e Z
pr—ximos a elas. Exemplos deles son:
helio (Z = 2 A = 4), os’xeno (Z = 8
A = 16), chumbo (Z = 82 A = 208). O
cometido que desempe–an Ž similar —
dos gases nobres cando se fala de ‡tomos. As propiedades de nœcleos cuns
poucos nucle—ns en exceso ou defecto
respecto —s que te–en as capas cheas
expl’canse facilmente en termos deses
ÔburatosÕ. Sen embargo, cando hai moitos buratos a situaci—n faise m‡is complicada e Ž m‡is apropiado o uso do
chamado modelo colectivo, desenvolvido por Aage Bohr (fillo de Niels), B.
Mottelson e J. Raiwater (p. N. 1975).
Polas sœas achegas — modelo de capas
1 COLABORA.CIN
98
4/4/01
21:47
Página 98
Carlos Pajares Vales
(o modelo de capas con encaixe jj, que
inclœe o encaixe spin-—rbita) a Mar’a
Goeppert Mayer e a Jensen foilles concedido o p. N. 1963. A traxectoria de
Mar’a Goeppert Mayer Ž un exemplo
de tenacidade e intelixencia, coas que
vence obst‡culos tradicionais que
inclœen a discriminaci—n por ser
muller. Estudiou con Max Born en
Gottingen e logo de obte-lo doutoramento casou cun americano, Joseph
Mayer, con quen foi —s Estados Unidos
en 1930 onde non conseguiu un posto
universitario debido ‡s regras discriminatorias existentes. S— moito m‡is
tarde, en 1946, cando o seu marido se
trasladou ‡ Universidade de Chicago,
ela conseguiu un posto de traballo a
tempo parcial no recentemente creado
Laboratorio Nacional de Argonne,
situado a sesenta quil—metros de
Chicago(7).
ANTIPARTÍCULAS
No ano 1930, Dirac postulou que
por cada part’cula deb’a existir outra
part’cula chamada antipart’cula, con
t—dalas propiedades intr’nsecas iguais
(masa, spin) ag‡s a carga elŽctrica e
outros nœmeros cu‡nticos considerados como cargas (nœmero bari—nico,
nœmero lept—nico, extra–eza...) que
te–en as opostas ‡s que ten a part’cula.
Entre as reacci—ns posibles, as antipart’culas poden aniquilarse — colisionar
coas part’culas, producindo fot—ns.
As’, a un electr—n corresp—ndelle
a antipart’cula chamada positr—n que
se aniquila mediante
e+ + eÐ → g + g
a
reaci—n
Dirac introduciu o seu postulado
para esquiva-la existencia de estados
con enerx’a negativa soluci—ns da ecuaci—n relativista para part’culas de spin
1/2 que el mesmo propuxera. Dirac
supuxo que t—dolos niveis de enerx’a
negativa estaban ocupados por electr—ns e que o conxunto formaba o baleiro, Ž dicir, o estado de enerx’a m‡is
baixa. Cando faltaba un electr—n (de
enerx’a negativa) dese baleiro, aparec’a
un oco que se comportaba coma se
tivese carga positiva e enerx’a positiva.
Ese ÔocoÕ Ž o positr—n e tap‡base
mediante un electr—n de enerx’a positiva, transform‡ndose a enerx’a do oco
(positr—n) e do electr—n en fot—ns.
A hip—tese de Dirac ten os seus
puntos febles e carece de autoconsistencia (o baleiro supono neutro, a’nda que
estea cheo de electr—ns de enerx’a negativa) e s— despois de que se introducira
a cuantificaci—n dos campos (segunda
cuantificaci—n) se clarificou o problema.
En calquera caso, a sœa predicci—n
espectacular da existencia de antipart’culas foi comprobada axi–a — descubrir
C. D. Andersen (p. N. 1936), en 1932,
positr—ns nas cascadas atmosfŽricas
producidas polos raios c—smicos.
Posteriormente descubr’ronse antiprot—ns, antineutr—ns e numerosas
antipart’culas. TamŽn se obtiveron, en
experimentos con aceleradores, nœcleos lixeiros de antimateria, Ž dicir,
formados por antiprot—ns e antineutr—ns.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 99
99
Núcleos e partículas
require por forza a existencia dun electr—n orixinario que emita fot—ns, sen—n
que pola contra pode darse no baleiro.
A aparente violaci—n da conservaci—n
da enerx’a non ser’a tal se se aniquilan
nun tiempo Dt que cumpra o principio
de incerteza enerx’a-tempo de
Heisenberg
DE Dt ~ h
Figura 8. Apantallamento da carga eléctrica.
Apuntemos que por primeira vez
aparece o baleiro cunha estructura. Este aparente paradoxo: o baleiro ten
ÔalgoÕ, Ž comœn nas teor’as cu‡nticas de
campos. As’, en electromagnetismo, se
colocamos unha carga negativa — seu
redor crŽanse cargas positivas e negativas debido ‡ existencia dun campo
elŽctrico producido pola carga orixinaria. As cargas positivas e negativas
oriŽntanse como se ilustra na figura 8,
de tal maneira que o medio no que
est‡n se polariza. Miscroscopicamente,
na electrodin‡mica cu‡ntica, a explicaci—n deste fen—meno Ž que unha part’cula cargada, por exemplo un electr—n,
emite fot—ns que pola sœa vez producen pares positr—n-electr—n. Estes pares
oriŽntanse de tal xeito que os positr—ns
estean m‡is cerca do electr—n orixinario
c—s electr—ns (debido ‡ interacci—n
coulombiana, cargas de signo oposto
atr‡ense e do mesmo signo repŽlense).
Desta forma o medio queda polarizado.
A creaci—n de pares electr—n-positr—n e a sœa posterior aniquilaci—n non
(5)
Desta maneira o baleiro queda
dotado de estructura.
CLASIFICACIÓN DAS PARTÍCULAS ELEMENTAIS
Con motivo do estudio das interacci—ns fortes, mediante experimentos
de aceleradores empez‡ronse a descubrir toda unha serie de part’culas (pola
sœa activa participaci—n neste proceso,
L. W. çlvarez obtivo o p. N. 1968). A
principios dos sesenta, o nœmero superaba amplamente as cen. ÀComo se
poder’a po–er orde en todo aquel zoo?
Unha situaci—n similar producirase nos diversos elementos, ‡tomos, do
sistema peri—dico, ou nos diversos
nœcleos. A orde nos ‡tomos e os nœcleos establecŽrase acudindo a un principio de simetr’a, o de Pauli, que permit’a nun caso clasificar en capas os
diversos electr—ns e noutro os prot—ns e
neutr—ns. Por iso, ante a gran variedade de part’culas busc‡base a simetr’a
que permitise entender tal diversidade
e clasifica-las part’culas.
M. Gell-Mann, Zweig e Y. NeÕeman independentemente, propuxeron
que a simetr’a buscada era SU(3)
1 COLABORA.CIN
100
4/4/01
21:47
Página 100
Carlos Pajares Vales
(o conxunto de matrices 3.x 3, unitarias
e determinante 1). ƒ dicir, as interacci—ns fortes eran invariantes fronte ‡s
transformaci—ns do dito grupo, cando
ese grupo se aplicaba ‡s part’culas elementais que senten as interacci—ns fortes (hadr—ns). En linguaxe m‡is matem‡tica, asignaron a cada part’cula un
vector que fose vector base dunha
representaci—n irreducible do grupo.
Todas estas representaci—ns p—dense
obter a partir de dœas, que se chaman
fundamentais(8) e te–en dimensi—n 3, 3
e 3*. îs tres vectores base da representaci—n 3, Gell-Mann chamoulles quarks
(nome arbitrario tomado de Finnegans
Wake de James Joyce, sen significado en
inglŽs): o quark up u, o quark down d e
o quark estra–o s. Os vectores das
representaci—ns des’gnanse polos
nœmeros cu‡nticos: hipercarga Y, isosp’n T e terceira compo–ente de isosp’n
T . O isosp’n T foi introducido por
Heisenberg para describir que o prot—n
e o neutr—n eran ÔiguaisÕ respecto ‡
interacci—n forte. Os dous ti–an o
mesmo T(T=1/2), diferenci‡ndose pola
terceira compo–ente, T = +1/2 para o
prot—n e T = -1/2 para o neutr—n.
Igualmente, a t—dolos hadr—ns se lles
asigna un T e un T . A hipercarga est‡
relacionada coa carga elŽctrica mediante a relaci—n de Gell-Mann e Nishijima
dentes —s quarks. T—dolos hadr—ns de
spin enteiro (mes—ns) obtŽ–ense a parÐ (os
tir dun quark e un antiquark qq
quarks suponse que te–en spin 1/2).
Os hadr—ns de spin semienteiro
(bari—ns) f—rmanse a partir de 3 quarks
qqq. Desta maneira, t—dolos hadr—ns
quedan clasificados e obtŽ–ense os
Ð
seus nœmeros cu‡nticos a partir de qq
ou qqq (ver, por exemplo, referencias 1,
2 e 8). Ademais de clasificar t—dolos
hadr—ns co–ecidos, tamŽn prediciu a
existencia dalgœns como a VÐ, part’cula
de spin 3/2 formada por 3 quarks s,
confirmado en 1964 en experimentos
do acelerador de Brookhaven. M. Gell-Mann recibiu o p. N. en 1969; na explicaci—n, o comitŽ Nobel tamŽn mencionaba a Y. NeÕeman. A este, o mesmo
ano, foille concedido o premio Einstein
que por primeira vez se outorgaba a
alguŽn non norteamericano.
3
3
3
3
Q = T3 + Y/2
(6)
Os quarks d, u e s te–en Q= -1/3,
2/3 e -1/3 respectivamente; u e d son
dobretes con T=1/2 e T3=-1/2 respectivamente. Os vectores da representaci—n 3* son os antiquarks, d, u e s que
te–en Q, Y e T3 opostos —s correspon-
A’nda que os quarks deran lugar
a predicci—ns espectacularmente comprobadas e ‡ clasificaci—n dos hadr—ns,
non se posu’a evidencia f’sica real da
sœa existencia. Por iso en 1969 se realizaron no acelerador lineal de Stanford
colisi—ns profundamente inel‡sticas
electr—n-prot—n. Nos choques en que o
electr—n Ž desviado a grande ‡ngulo, o
fot—n intermedio formado (ver figura
9) ten gran momento e por tanto
pequena l co que puede ÔverÕ o interior
do prot—n. O experimento (an‡logo —
de Rutherford no seu d’a) demostraba
inequivocamente que o prot—n ti–a
partes, os hipotŽticos quarks. îs tres
principais responsables do experimento, J. J. Friedman, H. W. Kendall e
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 101
Núcleos e partículas
101
R. Taylor, concedŽronlle-lo p. N. en
1990.
Figura 9. Colisión e+p → e+x (x denota particulares que
resultan da rotura do protón).
îs tres quarks d, u e s engad’ronse outros tres. Primero en 1974, S. Ting
e B. Richter (p. N. 1976) descubriron,
traballando independentemente un en
Brookhaven e outro en Stanford, a part’cula Jc de masa 3.1 Gev estado ligado
do quark encantado c e do seu antiquark cÐ. En seguida se descubriron
mes—ns e bari—ns que conti–an o quark
c ou o antiquark cÐ. En 1975, un equipo
liderado por L. Lederman descubriu a
part’cula upsilon de masa 9.45 Gev,
De esquerda a dereita, primeiro J. Cronin (premio Nobel de Física en 1980), segundo I. Prigonine (premio Nobel de
Química en 1972) e cuarto B. Richter (premio Nobel de Física en 1976), nun acto na Universidade de Santiago de
Compostela.
1 COLABORA.CIN
102
4/4/01
21:47
Página 102
Carlos Pajares Vales
traballando co acelerador do laboratorio Fermi. Esta part’cula Ž un estado
ligado dun novo quark b (bottom) e o
seu antiquark Ðb. Finalmente en 1994,
tamŽn no laboratorio Fermi, descubr’ronse sucesos que non poder’an interpretarse sen a existencia dun novo
quark t (top) e o seu antiquark. Desta
maneira temos tres xeraci—ns de
quarks:
u
c
,
d
t
,
s
(7)
b
que agrupamos en tres dobretes. ÀPor
que hai o mesmo nœmero de xeraci—ns
de quarks c— que viramos de lept—ns?
No c‡lculo da vida media de desintegraci—ns de certas part’culas aparecer’an infinitos que s— poden cancelarse
se se cumpre unha relaci—n entre as cargas dos lept—ns e a dos quarks da xeraci—n correspondente. TamŽn xorde a
pregunta: Àpor que s— tres xeraci—ns de
pares de quarks e lept—ns? Hai dœas
evidencias experimentais(9) de que non
pode haber m‡is: nos experimentos do
CERN mediuse a desintegraci—n de Zo
con gran precisi—n, estando en total
acordo coa existencia de tres xeraci—ns
de lept—ns. Por outra parte, a nucleos’ntese do deuterio e do helio efectuada
nas primeiras etapas do universo Ž moi
sensible tamŽn — nœmero de xeraci—ns
de lept—ns. A proporci—n actual dos
citados elementos exclœe case definitivamente m‡is xeraci—ns. Observemos
que, unha vez m‡is, o m‡is pequeno do
universo ten que ver co m‡is grande.
CONFINAMENTO DOS QUARKS
Os quarks existen dentro dos
hadr—ns e mesmo as’ non se viron
libres f—ra das part’culas. ÀPoderiamos
obter quarks libres e polo tanto carga
fraccionaria?, Àcomo son as forzas entre
os quarks dentro do hadr—n?
Os quarks interaccionan intercambiando unhas part’culas chamadas
glu—ns (glue en inglŽs significa pegamento). Os quarks mantŽ–ense ligados
no prot—n debido —s glu—ns que se
intercambian, que actœan como unha
especie de pegamento. Os glu—ns, a
diferencia do que suced’a na interacci—n electromagnŽtica cos fot—ns, interaccionar‡n entre eles directamente, Ž
dicir, pŽganse uns a outros. Os glu—ns
son os portadores da interacci—n forte e
a teor’a que os estudia ch‡mase
Cromodin‡mica cu‡ntica(1).
Na figura 8 ilustr‡base o fen—meno da polarizaci—n. Debido — apantallamento de carga, se med’mo-la carga
neta en valor absoluto a unha distancia
maior c— tama–o da carga orixinal, atop‡monos que esta Ž menor c‡ carga
orixinal. Se diminu’mo-la distancia, a
carga aumenta. No caso da Cromodin‡mica cu‡ntica, a constante que
desempe–a o papel da carga elŽctrica Ž
a carga de cor, pero neste caso, debido
a que os glu—ns interaccionan con eles
mesmos, o apantallamento da carga de
cor Ž completamente diferente. A carga
de cor diminœe coa distancia. Por iso, a
forza entre os quarks a moi pequenas
distancias Ž nula, o que explica por quŽ
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 103
Núcleos e partículas
os quarks se comportan coma se estivesen libres dentro do prot—n. ƒ a liberdade asint—tica.
ÀQue sucede a distancias m‡is
grandes, cando intentamos separar un
quark dos outros dous nun prot—n ou
un quark dun antiquark nun mes—n?
Crese que en condici—ns normais Ž
imposible obter quarks libres, a’nda
que no hai unha demostraci—n rigorosa
deste confinamento. O fen—meno do
confinamento dos quarks dentro dos
hadr—ns Ž moi similar — que sucede
nun material superconductor. Un
superconductor ten a susceptibilidade
magnŽtica cero m = 0 e polo tanto as
li–as do campo magnŽtico externo H
son rexeitadas e non penetran nel. A
analox’a coa situaci—n en Cromodin‡mica cu‡ntica (QCD) real’zase
cambiando o campo magnŽtico polo
campo creado polas cargas de cor dos
quarks dentro do hadr—n, o material
superconductor polo baleiro externo en
QCD e o baleiro externo en QED(m=1)
polo interior do hadr—n (ver figura 10).
Figura 10. Material superconductor (diamagnetismo
perfecto, m=0) versus o baleiro en cromodinámica
cuántica (perfecto dialéctrico de cor K=0).
103
O interior e o exterior est‡n intercambiados nos dous casos. Da mesma
maneira que as li–as de H son rexeitadas, as li–as do campo debido ‡s cargas
de cor son rexeitadas polo baleiro e
polo tanto confinadas — interior do
hadr—n. As’, os quarks non poden sa’r
do hadr—n.
LIBERACIÓN DOS QUARKS. SOPA DE QUARKS E
GLUÓNS
O confinamento dos quarks poder’a deixar de cumprirse a altas temperaturas e presi—ns. De feito, nunha
etapa da evoluci—n do universo, pr—xima ‡ orixe, arredor de 10-5 seg., debeu
de existir unha sopa de quarks e glu—ns
a moi altas temperaturas. Na busca da
elementalidade foise do complexo
— simple; de macromolŽculas pasamos
a molŽculas, ‡tomos, nœcleos, prot—ns
e neutr—ns, quarks e glu—ns. O proceso
na historia do universo foi — revŽs. Despois da etapa na que haber’a
quarks e glu—ns a moi altas temperaturas, empez‡ronse a condensar os
quarks, — se arrefria-la temperatura por
efecto da expansi—n do universo, sufrindo unha transici—n de fase,
formando os hadr—ns. Posteriormente, os prot—ns e neutr—ns empezar’an a nucleos’ntese formando nœcleos
at—micos (ata o ferro), seguindo o
proceso en dereitura ‡ complexidade.
ÀP—dense obter en laboratorio
quarks e glu—ns libres(9), verificando a
transici—n de fase? Desde a dŽcada dos
1 COLABORA.CIN
104
4/4/01
21:47
Página 104
Carlos Pajares Vales
oitenta, estanse facendo no Centro Europeo de Part’culas (CERN) de
Xenebra experimentos consistentes en
colisi—ns de nœcleos pesados a moi
alta enerx’a, contra nœcleos pesados
para intentar obter quarks e glu—ns
libres. A idea subxacente Ž a seguinte:
moitas das colisi—ns prodœcense
entre os prot—ns e neutr—ns dun nœcleo
e os doutro nœcleo. En cada colisi—n
individual, dada a alta enerx’a do
choque, poder’anse producir moitas
part’culas e, por mor da colisi—n
resultar’an tamŽn miles delas. Sen
embargo, cada part’cula ocupa un
determinado volume e, — seren moitas,
o volume dispo–ible — colisionar os
dous nœcleos, — menos durante
un certo tempo da orde de 1-2 segundos, Ž moito menor c— volume necesario para producir tal cantidade de part’culas. Durante un certo tempo s—
terŽmo-los constitu’ntes das part’culas,
os quarks e glu—ns nun volume de
arredor de pR2vt, sendo V a velocidade
do choque e t ~ 1-2 seg. Despois ese
volume aumentar‡, diminuir‡ a sœa
temperatura e os quarks e glu—ns
formar‡n os hadr—ns observados.
O feito de se produciren ou non
como etapa intermedia os quarks e
glu—ns ten diversas consecuencias
que poden verificarse experimentalmente.
Actualmente hai unha certa
polŽmica sobre se se obtivo ou non a
sopa de quarks e glu—ns, sobre todo
en colisi—ns centrais Pb-Pb. En calquera
caso, os experimentos do novo acelerador de Brookhaven (EUA), do
que se esperan os primeiros datos para
este mesmo ano, e os do futuro gran
colisionador de hadr—ns (LHC) do
CERN, dilucidar‡n a cuesti—n e permitirannos co–ecer c—mo foi aquela transici—n de fase pr—xima ‡ orixe do universo e c—mo son as forzas
responsables do confinamento dos
quarks.
SIMETRÍAS NAS PARTÍCULAS ELEMENTAIS
O concepto de simetr’a Ž tan vello
coma a civilizaci—n. C—mo naceu Ž un
misterio que se cadra permaneza para
sempre. Sen embargo o home sempre
se sentiu profundamente impresionado polas estructuras simŽtricas do
mundo f’sico e biol—xico. Na medida
en que a civilizaci—n humana se desenvolve, a simetr’a penetra en t—dalas
disciplinas da actividade humana: pintura, literatura, arquitectura, escultura,
mœsica. O ÇCrab CanonÈ de J. S. Bach Ž
un dueto de viol’ns no que a mœsica
dun Ž o resultado de aplica-la moviola
‡ mœsica do outro; a mœsica dun Ž o
resultado de lle aplica-la inversi—n temporal — outro(9).
O concepto de simetr’a tal como o
usamos no exemplo musical, Ž dicir,
transformaci—n baixo a cal o sistema
obtido coincide co orixinal, tivo a sœa
materializaci—n matem‡tica no sŽculo
XIX, primeiro con Galois (1811-1832), e
logo con Sophus Lie (1842-1899) que
crearon o concepto de grupo e a teor’a
de grupos continuos (grupos de Lie)
respectivamente. Sen embargo, o papel
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 105
Núcleos e partículas
105
important’simo da simetr’a en F’sica
non Ž co–ecido ata este sŽculo e xustamente son a Teor’a da Relatividade e a
Mec‡nica cu‡ntica as dœas teor’as que
revolucionan a F’sica, as que determinaron o papel decisivo das simetr’as.
Na primeira establŽcese que as leis da
F’sica son invariantes fronte ‡s transformaci—ns de Lorentz, e despois do
establecemento da Mec‡nica cu‡ntica
quedou claro que as leis de conservaci—n son unha consecuencia dunha
simetr’a (esta relaci—n poder’ase ter
establecido na Mec‡nica cl‡sica).
No dominio das part’culas elementais xa apunt‡mo-lo papel da simetr’a na introducci—n dos quarks. As
interacci—ns dŽbiles posœen unha
determinada simetr’a de gauge e as
interacci—ns fortes outra. ƒ a simetr’a a
que establece e determina a interacci—n.
Respecto ‡s simetr’as discretas,
cr’ase que t—dalas interacci—ns eran
invariantes fronte ‡ paridade P, intercambio da esquerda e a dereita, a C
conxugaci—n de carga cambio de signo
das cargas (Q, Y, T , S...) e da inversi—n
temporal. Esta crenza viuse incrementada coa demostraci—n por Pauli e
LŸders, independentemente en 1955,
de que o producto das tres deb’a ser
invariante para calquera interacci—n.
Emporiso, T. D. Lee e C. N. Yang (p. N.
1957) propuxeron en 1956 que a paridade era violada nas interacci—ns dŽbiles, indicando un experimento de
desintegraci—n b de nœcleos no que se
poder’a verifica-la sœa proposta. O
experimento foi realizado por Madame
3
C. N. Yang, premio Nobel de Física en 1957, nunha das
súas visitas a Santiago de Compostela.
Wu un ano despois e confirmou a violaci—n. Pauli non creu moito na proposta de Lee e Yang e dedicouse a po–er
papeli–os no despacho de Madame
Wu dicindo que o experimento dar’a
un resultado negativo.
1 COLABORA.CIN
106
4/4/01
21:47
Página 106
Carlos Pajares Vales
O producto de CP tampouco Ž
conservado polas interacci—ns dŽbiles
como demostraron experimentalmente
en 1964 J. Cronin, V. Fitch (p. N. 1980) e
colaboradores, estudiando as desintegraci—ns do mes—n Ko e a sœa antipart’Ð
cula Ko en 2 e 3 pi—ns. A violaci—n de
CP sup—n unha evidencia indirecta da
violaci—n da inversi—n temporal. A violaci—n de CP Ž un dos requisitos necesarios para explicar por quŽ o universo
no que que vivimos est‡ composto de
materia e non de antimateria (materia
formada por estados ligados de positr—ns con antinœcleos, Ž dicir, nœcleos
formados por antiprot—ns e antineutr—ns). De acordo coa proposta de
Andrei Sakharov (p. N. da Paz), ademais disto neces’tase que o prot—n sexa
inestable, a’nda que a sœa vida media
sexa extremadamente grande como
pred’n algunhas teor’as de unificaci—n
de t—dalas interacci—ns e que o universo tivese unha etapa inicial de rapid’sima expansi—n.
PROBLEMAS NON RESOLTOS E PERSPECTIVAS
Anteriormente xa mencionamos
unha das principais inc—gnitas: o confinamiento dos quarks.
Unha segunda inc—gnita fundamental Ž o problema das masas, Ž dicir,
c—mo adquiren as part’culas as sœas
masas e en concreto os quarks e as part’culas de gauge, como W±, Zo. O problema das masas das part’culas gauge
pœxose de relevo desde o comezo da
sœa formulaci—n. Nun seminario, en
Princeton en 1955, sobre as teor’as de
Yang-Mills, Yang foi requirido varias
veces por Pauli sobre o dito problema;
o seminario interrompeuse e s— proseguiu debido ‡ insistencia do anfitri—n
Oppenheimer. Ser’a quince anos despois cando Higgs e, independentemente, Brout e Engels, propuxeron o mecanismo de Ôrotura espont‡nea da
simetr’aÕ, introducindo a(s) part’cula(s)
de spin cero, chamada de Higgs, e o
campo asociado a ela. A busca do
Higgs Ž un dos principais obxectivos e
desaf’os que ten a F’sica de part’culas
elementais e unha das raz—ns polas que
Europa, coa colaboraci—n dos Estados
Unidos e Xap—n, aprobou adapta-lo
acelerador de 27 quil—metros de per’metro, actual LEP (gran colisionador
electr—n-positr—n) para que se puidesen acelerar hadr—ns, transform‡ndose
no LHC (gran colisionador de hadr—ns)
que colisionar‡ hadr—ns cunha enerx’a
ata 7.1012 ev contra hadr—ns coa mesma
enerx’a. ÔCazarÕ o Higgs ou demostra-la sœa non existencia pode ensinarnos a comprender quŽ Ž a masa.
Macroscopicamente, Newton estableceu quŽ Ž a resistencia (inercia) que
te–en os corpos — cambio de movemento. ÀComo se xera esta resistencia
microscopicamente? Un ministro de
investigaci—n do Reino Unido ofreceu
hai uns anos unha botella de champa–a
decente a quen, nunha p‡xina, lle
explicara quŽ Ž a part’cula Higgs e por
quŽ se quere atopar, mesmo gastando
gran cantidade de di–eiro dado que se
ti–a que constru’-lo LHC. A explicaci—n
ti–a de ser comprensible para un avogado como era el. Un dos ga–adores da
oferta, D. Miller, deu a seguinte expli-
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 107
Núcleos e partículas
caci—n de c—mo a part’cula Higgs actœa
para que as part’culas te–an masa e
c—mo o mesmo adquire masa: consideremos un c—ctel ofrecido a unha colectividade, por exemplo, membros do
partido conservador. O sal—n est‡ cheo,
coas persoas uniformemente repartidas. En cada sitio hai alguŽn. O campo
asociado ‡ part’cula Higgs ten un valor
no espacio. Neste caso Ž constante, Ž o
mesmo xa sexa nun lugar ou noutro,
posto que hai o mesmo nœmero de
xente en calquera lugar. De repente
entra Margaret Thatcher. A medida que
ela vai pasando polo sal—n, os admiradores forman unha aglomeraci—n local
arredor dela. Esta aglomeraci—n aumenta a inercia a deixar de moverse.
Ela non pode pasar porque hai moitos
que van detr‡s. Noutras palabras, ela
adquire masa. Igualmente se houbese
un rumor entre os asistentes, sen necesidade de que estivese Margaret
Thatcher, provocar’anse aglomeraci—ns
provocando resistencia a que deixase
de propagarse o rumor. O mesmo campo asociado ‡ part’cula de Higgs adquire masa.
Mediante esta analox’a simple
descr’bense dœas das ideas fundamentais: as part’culas te–en diferente masa
porque interaccionan de forma distinta
co campo asociado ‡ part’cula de
Higgs que impregna todo o espacio. A
maior interacci—n, maior masa. A segunda idea fundamental Ž a rotura
espont‡nea da simetr’a. î principio hai
a mesma densidade de persoas en calquera sitio do sal—n. ƒ unha simetr’a
perfecta. Despois, aparecen as aglome-
107
raci—ns, rompe a simetr’a. Esa rotura
d‡ lugar a que as part’culas adquiran
diferente masa. A diferenciaci—n non se
pode dar doutra maneira que rompendo a simetr’a. Unha part’cula s— pode
ser ela mesma e diferente das outras,
porque hai unha rotura da perfecci—n,
da orde da simetr’a.
Un terceiro problema na F’sica de
Part’culas Ž o desco–ecemento te—rico
que se ten sobre toda unha serie de
constantes e par‡metros, como a velocidade da luz c, a constante de Planck
h, a constante de gravitaci—n universal
G, a carta do electr—n e, etc. Incluso en
teor’as ambiciosas, como a que unifica
as interacci—ns electromagnŽticas e
dŽbiles, aparecen constantes non establecidas teoricamente e o seu valor s— Ž
determinado experimentalmente. Tense especulado que o valor desas constantes Ž ese e non outro porque se non
non poder’a haber vida intelixente na
Terra. ƒ o famoso principio antr—pico.
Non imos entrar a discutir aqu’ ese
principio. M‡is ambiciosa fisicamente Ž
a busca dunha teor’a que unifique
t—dalas interacci—ns, a electromagnŽtica-dŽbil, a forte e a gravitatoria, na que
queden determinadas t—dalas constantes e par‡metros dentro da mesma teor’a. Ser’a unha teor’a do todo. Hoxe en
d’a, unha esperanza desa teor’a constitœena as Teor’as de supercordas, que
poden engloba-la chamada supersimetr’a, simetr’a na que clasifican no
mesmo grupo fermi—ns e bos—ns.
Non cabe dœbida de que estes tres
problemas fundamentais far‡n que a
busca da elementalidade sexa no sŽcu-
1 COLABORA.CIN
108
4/4/01
21:47
Página 108
Carlos Pajares Vales
lo XXI tan apaixonante como o foi no
sŽculo XX e que estea chea de insospeitadas sorpresas como sucedeu neste
œltimo.
Algœn lector poder’a estar pensando: Àpara que serve todo isto? ƒ a
pregunta que fixo o ministro de
Facenda brit‡nico e ilustre economista
Gladstone — f’sico Michael Faraday no
sŽculo XIX. A resposta foi: ÒNon o sei,
pero seguro que os seus sucesores
cobrar‡n impostos por isoÓ. Efectivamente, Faraday acababa de descubri-la inducci—n electromagnŽtica,
clave para o funcionamiento dos motores elŽctricos, entre outras cosas.
Igualmente, no noso caso o fundamental foi o impresionante avance
no co–ecemento do m‡is pequeno.
Indirectamente tamŽn foi a orixe de
important’simos instrumentos aplicados a moi diversos campos. A busca do
elemental deu lugar historicamente a
mœltiples aplicaci—ns. A xeito de exemplo citŽmo-lo descubrimento dos raios
X, o esc‡ner, a resonancia magnŽtica
nuclear, o squid (dispositivo superconductor de interferencia cu‡ntica), a tecnolox’a de baleiro, as melloras no tratamento de datos, a arquitectura de
ordenadores, a rede www, a electr—nica
de alta velocidade e un longo etcŽtera
que sen ningunha dœbida reverteu en
beneficio da Humanidade. Sendo todo
isto importante, no Ž comparable co
feito de que a Humanidade continœe
buscando alŽn, no m‡is pequeno e no
m‡is grande, seguindo o impulso inicial que lle permitiu sa’r dos bosques
tropicais e propagarse pola Terra toda.
BIBLIOGRAFÍA
(1) Close, F., La cebolla c—smica, Barcelona, Edit. Cr’tica, 1988.
(2) Braun, M., ÒAs part’culas elementais e as sœas interacci—nsÓ,
Revista Galega do Ensino, 25, 1999,
29-44.
(3) Pajares C., ÒOs raios c—smicosÓ,
Revista Galega do Ensino, 27, 2000,
73-85.
(4) Zas, E., Revista Espa–ola de F’sica 10,
2, 1996, 4-10.
(5) Cronin, J., T. K.Gaisser e S. P. Swordy, Investigaci—n y Ciencia, marzo
1997.
(6) Tagle, J. A., La fusi—n nuclear,
Madrid, Edit. Debate, 1995.
(7) Twentieth Century Physicsc, Vol. I, II,
III, Inst. Of Physics Publishing
and American Instituye of Physics Press, Bristol e Nova York,
1995.
(8) Pajares, C., ÒÀDe que est‡n feitas as
cousas? As part’culas elementaisÓ, Revista Galega do Ensino, 16,
maio 1997, 31-48.
(9) Steinberger, J., C. N. Yang, A.
Capella, D. Fern‡ndez de Labastida e M. B‡ez, en Estructuras
del Universo, Edit. Univ. Santiago
de Compostela, 1994.
(10) Pajares, C., De lo m‡s peque–o a lo
m‡s grande del Universo, Santiago
de Compostela, Ed. Compostela,
1996.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 109
109
ASTROFÍSICA E COSMOLOXÍA
JosŽ M. Fern‡ndez de Labastida y del Olmo*
Universidade de Santiago
de Compostela
Nun balance de fin de sŽculo
como o que se presenta neste artigo Ž
natural comezar pregunt‡ndose c‡les
eran os co–ecementos que se ti–an
sobre o universo hai cen anos. A realidade Ž que daquela eran ben escasos
comparados cos que manexamos hoxe
en d’a. Nesa Žpoca a penas dispo–iamos dun co–ecemento rudimentario
da nosa galaxia e a’nda non se sab’a a
resposta a preguntas tan b‡sicas como,
por exemplo, por quŽ as estrelas brillan. O co–ecemento do universo era
moi limitado: non exist’an nin as ferramentas para observalo nin a F’sica na
que interpreta-las observaci—ns. O
sŽculo que agora d‡ cabo caracterizouse polo descubrimento de novas clases
de obxectos a medida que os instrumentos para observa-lo universo foron
evolucionando. Paralelamente, foron
descubr’ndose os fundamentos da
F’sica, o que permitiu o espectacular
desenvolvemento da Astrof’sica. Non
esquezamos que o obxectivo desta disciplina Ž interpreta-las observaci—ns
astron—micas dos obxectos que poboan
o universo, como as estrelas e as galaxias, en termos de modelos f’sicos.
A Cosmolox’a persegue os mesmos fins que a Astrof’sica pero tratando o universo dunha forma unificada,
como un todo. çmbalas dœas forman
parte da Astronom’a, que se define
como a ciencia que estudia a orixe, a
evoluci—n, a composici—n, a distribuci—n e o movemento da materia maila
radiaci—n presente no universo. No
sŽculo que agora termina experiment‡mo-la chamada terceira idade da
Cosmolox’a, froito do descubrimento
da Teor’a Xeral da Relatividade por
Albert Einstein. Fican moi atr‡s a
visi—n xeocŽntrica do universo da primeira idade, culminada por Ptolomeo
no sŽculo II, e a visi—n heliocŽntrica de
CopŽrnico no sŽculo XVI. Hoxe sabemos que vivimos nun universo que
evoluciona arreo e que contŽn miles de
mill—ns de galaxias dentro da esfera
que somos quen de observar. Ademais,
dispo–emos dun modelo, o do big bang,
o da grande explosi—n, baseado non s—
na Teor’a da Relatividade Xeral que
* Catedrático de Física Teórica.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
1 COLABORA.CIN
110
4/4/01
21:47
Página 110
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
describe a interacci—n gravitatoria, sen—n tamŽn nas teor’as f’sicas correspondentes — resto das interacci—ns fundamentais. Este modelo proporciona
unha explicaci—n cualitativa e cuantitativa da evoluci—n do universo desde
unha fracci—n de segundo despois do
seu nacemento ata o presente, uns
catorce mil mill—ns de anos m‡is tarde.
Todo este progreso no noso co–ecemento era impensable hai cen anos.
Neste artigo presentarase primeiramente un balance dos principais
avances na Astrof’sica; describirŽmo-las propiedades f’sicas da materia e a
radiaci—n que poboan o noso universo.
A continuaci—n, equipados con ese
co–ecemento, estudiarase o modelo
cosmol—xico est‡ndar, o modelo do big
bang, revisando os seus fundamentos e
limitaci—ns. Para finalizar, analizaranse
algunhas das preguntas clave que
deber‡n ser afrontadas no sŽculo que
agora comeza.
1. OS INSTRUMENTOS
A Astrof’sica diferŽnciase das
demais ciencias experimentais en que
nela non se poden preparar, modificar
ou controla-los obxectos que estudia.
Debido a isto depende profundamente
do grao de desenvolvemento dos seus
instrumentos de observaci—n para
medir aspectos dos sinais que nos chegan do espacio exterior. Estes sinais
est‡n constitu’dos fundamentalmente
por radiaci—n electromagnŽtica. S— en
contadas ocasi—ns puidemos estudiar
corpos extraterrestres nos nosos laboratorios; Ž o caso das rochas lunares e dos
meteoritos ou rochas provenientes
doutras zonas do sistema solar que
caen na Terra. Nas œltimas dŽcadas
tamŽn se estudiaron sinais vidos do
exterior, constitu’dos por neutrinos e
por raios c—smicos, termo utilizado
para as part’culas de moi alta enerx’a
que te–en a sœa orixe alŽn do sistema
solar. Sen embargo, ata o momento,
non Ž moita a informaci—n extra’da do
seu estudio. O noso co–ecemento do
universo dŽbese fundamentalmente ‡s
observaci—ns baseadas na radiaci—n
electromagnŽtica.
A radiaci—n electromagnŽtica procedente de f—ra do noso planeta chŽganos nun rango de enerx’as que cobre
gran parte do espectro electromagnŽtico, desde ondas de radio con lonxitudes de onda de metros ata raios gamma
con lonxitudes de onda de billonŽsimas
de metro. A luz visible corresponde a
unha pequena franxa deste amplo
espectro que abrangue doce ordes de
magnitude. Ata os anos trinta as nosas
observaci—ns eran puramente —pticas e
polo tanto s— se co–ec’an obxectos que
emit’an luz visible, como as estrelas, e
obxectos sobre os que a luz visible se
reflect’a, como os planetas e os satŽlites. Nas œltimas dŽcadas o uso de
novos instrumentos capaces de medir
radiaci—n electromagnŽtica proveniente do espacio exterior noutras zonas do
espectro permitiu mellorar de forma
espectacular o noso co–ecemento do
universo.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 111
Astrofísica e Cosmoloxía
A lonxitude de onda da radiaci—n
emitida por un corpo est‡ relacionada
coa sœa temperatura. Os obxectos temperados emiten radiaci—n infravermella (lonxitudes de onda de dez milŽsimas de metro) e os m‡is quentes,
radiaci—n de alta enerx’a en forma de
raios X o raios gamma. Un mesmo
obxecto presenta un aspecto moi diferente dependendo da zona do espectro
electromagnŽtico no que se estea observando. Por exemplo, no rango do
espectro visible, unha das maiores
estructuras observadas no universo, un
cœmulo de galaxias, aparece como un
conxunto de miles de mill—ns de estrelas brillantes, cunha temperatura de
aproximadamente 10.000 graos. Sen
embargo, se esa estructura Ž observada
no rango do espectro correspondente
—s raios X, o que se observa Ž un plasma intergal‡ctico a moi altas temperaturas: 10 mill—ns de graos. Por outra
parte, se a observaci—n se fai no infravermello, at—pase po tŽpedo intergal‡ctico a temperaturas duns centos de
graos. A informaci—n obtida nos distintos rangos constitœe un importante
ingrediente para entende-los fen—menos que te–en lugar nos variados
obxectos que poboan o noso universo.
A Astrof’sica necesita medi-la
posici—n, a intensidade, a lonxitude de
onda, a polarizaci—n e a variaci—n no
tempo dos sinais que nos chegan. Para
iso utiliza unha variedade de instrumentos que se centran fundamentalmente en detecta-los sinais de natureza electromagnŽtica. Sen embargo,
debido ‡ presencia da atmosfera terres-
111
tre, s— parte destes sinais chega ‡
superficie da Terra. A maior parte do
espectro electromagnŽtico da radiaci—n
proveniente do espacio exterior non
pode observarse desde a superficie
terrestre debido a que a atmosfera Ž
opaca ou moi pouco transparente f—ra
das rexi—ns do espectro visible e de
parte do de ondas de radio. A necesidade de obter informaci—n no rango
m‡is amplo posible do espectro obrigou a colocar algœns destes instrumentos en —rbita arredor da Terra.
Os instrumentos que se dese–an
para formar imaxes de obxectos moi
distantes denom’nanse telescopios. Os
primeiros foron os de tipo —ptico, que
proporcionan imaxes no rango do
espectro visible. Nesta categor’a est‡n
desde os sinxelos telescopios dese–ados por Galileo no sŽculo XVII ata o
moderno telescopio espacial Hubble.
Os telescopios para formar imaxes no
rango das ondas de radio, os radiotelescopios, comezaron a constru’rse nos
anos trinta. Hoxe dispomos de avanzados radiotelescopios como o de Arecibo en Porto Rico e o Very Large Array
(VLA) en Novo MŽxico. Existen tamŽn
telescopios infravermellos, en xeral
situados a grandes alturas para evitar
que non todo o sinal infravermello
chegado do exterior sexa absorbido
pola atmosfera. Para explorar outras
zonas do espectro electromagnŽtico
dese–‡ronse distintos tipos de telescopios que se colocaron en globos, naves
espaciais e satŽlites artificiais. Gracias a
eles dispo–emos na actualidade de
1 COLABORA.CIN
112
4/4/01
21:47
Página 112
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
informaci—n no rango do ultravioleta,
os raios X e os raios gamma.
O problema m‡is importante co
que se enfrontan os telescopios Ž que a
cantidade de enerx’a que nos chega
dunha determinada fonte Ž moi pequena. Por exemplo, a enerx’a que recibimos dalgunha das estrelas m‡is brillantes durante os œltimos mil anos Ž
aproximadamente a mesma que se
necesita para levantar este volume uns
cent’metros. Por iso os instrumentos de
detecci—n deben dese–arse de xeito que
sexan sensibles —s sinais m‡is minœsculos. Os constitu’ntes elementais da
radiaci—n electromagnŽtica son os fot—ns. Moitos dos obxectos do noso universo producen emisi—ns que supo–en
a recepci—n duns poucos fot—ns. Actualmente os telescopios contan con
sistemas electr—nicos que permiten
grava-lo impacto de case t—dolos fot—ns que lles chegan. Isto, m‡is a colocaci—n de telescopios no espacio exterior, resolveu en gran medida o
problema relacionado coas baixas
intensidades dos sinais que impactan
nos nosos instrumentos de medida.
A interacci—n electromagnŽtica
recollida nun telescopio xera unha
serie de datos que son recompilados en
forma de espectro. Un espectro Ž unha
gr‡fica na que se debuxa a intensidade
do sinal recibido en relaci—n coa sœa
lonxitude de onda nun determinado
rango, que depende do tipo de telescopio. Nos telescopios —pticos, este rango
Ž o do espectro visible e tipicamente as
gr‡ficas resultantes presentan as chamadas li–as espectrais. A presencia
destas li–as dŽbese a que os ‡tomos
sofren transici—ns de enerx’a que xeran
a emisi—n e absorci—n de fot—ns a lonxitudes de onda concretas. A cada ‡tomo
pode asociarse un conxunto de li–as
espectrais que o identifica. Por iso, a
partir das gr‡ficas xeradas por un telescopio —ptico, podemos co–ece-la natureza da fonte que orixinou o sinal recibido. Por exemplo, gracias a estes
estudios, s‡bese que as estrelas conte–en abundantes cantidades de hidr—xeno e helio. Os sinais recibidos constitœen unha firma do estado dun obxecto
pois non s— permiten obter informaci—n sobre os seus constitu’ntes, sen—n
tamŽn sobre a sœa distribuci—n a partir
das intensidades correspondentes a
cada li–a espectral. Calquera modelo
que se formule dun obxecto debe conducir a un espectro de li–as espectrais
como os observados. Na actualidade
dispo–emos de modelos que fan predicci—ns acordes coas observaci—ns.
2. OS OBXECTOS
A Astrof’sica non se limita a realizar unha descrici—n do observado;
trata de entende-lo observado de
maneira que usando as leis da F’sica Ž
posible inferir de quŽ est‡n feitos os
obxectos e c—mo evolucionan co transcurso do tempo. Isto faino propo–endo
modelos que a miœdo conducen ‡ realizaci—n de novas observaci—ns para
confirmalos. Se retom‡mo-lo exemplo
do cœmulo de galaxias discutido anteriormente, as medidas realizadas indican que as galaxias se moven a altas
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 113
Astrofísica e Cosmoloxía
velocidades. Un modelo que describa a
evoluci—n do cœmulo deber‡ explicar
se a forza gravitatoria entre galaxias Ž
suficiente para mantelas xuntas,
mesmo movŽndose a velocidades tan
extremas. Ata hoxe non se co–ece ningœn modelo satisfactorio para explicar
este fen—meno, a non ser que ‡ parte
das galaxias se introduza no sistema
unha enorme cantidade de materia adicional. Esta materia, comunmente chamada materia escura, ha supo–e-lo
90 % da materia do cœmulo para dispo–er dun modelo consistente. Nas zonas
do espectro electromagnŽtico observadas non hai rastro desta materia escura.
Tr‡tase dun dos problemas abertos
m‡is interesantes da Astrof’sica. A
soluci—n pode ser simplemente que
existan obxectos similares —s planetas
vagando entre as galaxias en enormes
cantidades, ou, pola contra, que desco–ez‡mo-la existencia de novos tipos de
materia presentes no noso universo. As
especulaci—ns relativas a esta segunda
posibilidade te–en sido numerosas nas
œltimas dŽcadas.
Os obxectos que compo–en o universo son variados en formas e tama–os. Sen embargo, todos, desde os m‡is
pequenos —s m‡is grandes, est‡n fortemente dominados pola forza da gravidade. Na evoluci—n destes obxectos a
gravidade ten un papel fundamental
impo–endo unha tendencia universal
que o obriga a facerse cada vez m‡is
pequeno. A sœa vida consiste basicamente nunha continua loita por vencer
esta tendencia, a miœdo usando as
outras interacci—ns fundamentais. Se
113
nalgœn momento da vida dun obxecto
esa tendencia universal debida ‡ gravidade non pode resistirse, este colapsa
indefinidamente e convŽrtese nun
burato negro. Un obxecto desta natureza f—rmase cando se fai tan pequeno en
relaci—n ‡ sœa masa que a gravidade no
interior dunha esfera centrada nel Ž tan
grande que nada pode escapar, nin
sequera a luz.
A forma en que os distintos
obxectos do universo vencen a tendencia universal — colapso propiciada pola
gravidade Ž variada. A forza debida
‡ gravidade nun obxecto Ž tanto m‡is
grande canto maior Ž a masa do obxecto. Diferentes tipos de forzas de presi—n
contrarrestan nos planetas e nas estrelas a forza gravitatoria orixinando
ciclos evolutivos. Estes comprenden
desde a vida tranquila dos planetas
inactivos ata as violentas conductas das
estrelas moi masivas. No caso dos
cœmulos de galaxias, a forma en que se
compensa a tendencia universal da
gravidade Ž diferente. Aqu’ os constitu’ntes interaccionan s— gravitatoriamente e o xeito de evita-lo colapso
dŽbese a que estes est‡n en —rbita.
O SISTEMA SOLAR
Despois destas consideraci—ns
xerais sobre os obxectos que poboan o
universo, principi‡mo-la sœa descrici—n. Por volta do noso planeta encontr‡monos co sistema solar. Este consta
dunha estrela, o Sol, os planetas e
outros obxectos como satŽlites, asteroides e cometas. Entre os planetas, habitamos un con caracter’sticas moi espe-
1 COLABORA.CIN
114
4/4/01
21:47
Página 114
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
ciais que permitiron a existencia da
vida.
Coma no caso de calquera outro
obxecto do universo, a evoluci—n dun
planeta est‡ dominada fundamentalmente pola gravidade. Os planetas son
corpos pequenos abondo como para
que a forza da gravidade que tende a
comprimilos sexa tan feble que non se
poida producir no seu interior a fusi—n
nuclear do hidr—xeno en helio, fen—meno omnipresente na maior parte da
vida dunha estrela. Igual c— resto dos
obxectos do universo, os planetas form‡ronse por acrecencia e a sœa evoluci—n depende fundamentalmente do
seu tama–o. Os planetas pequenos
como Mercurio ou Plut—n son corpos
que levan inactivos moito tempo.
Debido ‡ sœa masa tan pequena, a
enerx’a tŽrmica producida despois do
colapso gravitacional que orixinou a
sœa formaci—n foi moi pequena. Por
outra parte, a sœa capa rochosa externa
Ž tan fina que a pouca enerx’a tŽrmica
que houbo xacando foi expulsada
axi–a. En xeral, as superficies destes
planetas, unha vez formadas, permanecen inalteradas para sempre ag‡s
cando algœn obxecto colisiona con eles.
Amais dos planetas pequenos,
satŽlites como a Lœa, e asteroides como
os que poboan o cinto existente entre
Marte e Xœpiter, levaron unha vida
igualmente mon—tona. As condici—ns
que agora existen nestes obxectos son
practicamente as mesmas c‡s presentes
na sœa formaci—n hai 4500 mill—ns de
anos. Constitœen polo tanto un interesante conxunto de f—siles c—smicos.
Existen outros obxectos pequenos
no noso sistema solar que, a pesar de
selo, tiveron unha evoluci—n menos
mon—tona c—s que acabamos de describir. Cando un corpo pequeno se atopa
preto doutro meirande, a forza gravitatoria exercida polo grande sobre o
pequeno produce neste unha serie de
deformaci—ns, de natureza similar ‡s
mareas, que determinan totalmente a
sœa evoluci—n. Os cometas son corpos
que sofren este fen—meno. Estes obxectos son pequenos anacos de xeo (duns
dez quil—metros de lonxitude) que —
acheg‡rense — Sol segregan po e gas.
Outro exemplo de corpos sometidos a
un fen—meno similar son os aneis dos
planetas de gran tama–o, como Xœpiter
e Saturno. A enorme masa destes planetas orixina deformaci—ns nos satŽlites que a rodean producindo a sœa destrucci—n. O resultado Ž a formaci—n
dunha gran cantidade de pequenos
corpos que est‡n en —rbitas arredor dos
planetas e que vistos desde lonxe semellan formar un anel.
Os planetas de tama–o medio
como Marte, Venus ou a Terra te–en
unha capa externa o suficientemente
mesta como para que a enerx’a tŽrmica
interna sexa expedida lentamente,
durante unha gran fracci—n do tempo
transcorrido desde a sœa formaci—n. A
calor que flœe desde o interior produce
fen—menos como os volc‡ns, os movementos tect—nicos e a execci—n de gases
que xeran atmosferas.
Os outros catro planetas do noso
sistema solar, os de gran tama–o,
Xœpiter, Saturno, Urano e Neptuno,
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 115
Astrofísica e Cosmoloxía
presentan propiedades moi distintas ‡s
dos anteriores. Son fundamentalmente
gasosos, formados por hidr—xeno e
helio, cunha composici—n m‡is parecida ‡ do Sol ca ‡ da Terra. Todos eles
te–en un nœcleo rochoso. O seu aspecto exterior Ž moi cambiante e Ž nestes
planetas onde se producen os fen—menos m‡is virulentos do noso sistema
solar, tirante o Sol.
De t—dolos obxectos do noso sistema solar, o Sol ten un papel crucial. ƒ o
obxecto m‡is masivo (m‡is de 300.000
veces a masa da Terra ou unhas 1000
veces a de Xœpiter), arredor do cal
est‡n en —rbita os planetas. Tr‡tase
dunha estrela de tama–o medio da que
temos moita informaci—n debido ‡ sœa
proximidade. As sœas caracter’sticas
son comœns ‡s dos obxectos que a continuaci—n se describen.
AS ESTRELAS
O interior dun obxecto cunha
masa superior — oito por cento da do
Sol (unhas oitenta veces a masa de
Xœpiter) quece tanto que se producen
procesos de fusi—n nuclear no seu interior durante un longo per’odo de
tempo. Os obxectos que experimentan
este fen—meno denom’nanse estrelas.
î contrario c—s planetas, que s— reflicten parte da luz que reciben, as estrelas,
froito do proceso de fusi—n nuclear presente no seu interior, emiten luz propia
e brillan. Como ocorre en xeral con
t—dolos obxectos que poboan o universo, nunha estrela compiten dœas forzas,
a da gravidade e a nuclear. Esta œltima
xera unha presi—n interna que contra-
115
rresta o colapso gravitatorio. Tal proceso permanece en equilibrio durante un
longo per’odo de tempo, miles de
mill—ns de anos, emitindo pola sœa vez
enerx’a — espacio interestelar. Esa enerx’a Ž a que observamos en forma de
radiaci—n electromagnŽtica e, no caso
do Sol, Ž a responsable da nosa existencia. Na vida dunha estrela chega un
momento en que as fontes xeradoras
dos procesos de fusi—n no seu interior
se esgotan e a forza gravitatoria vence
e produce o seu colapso. Se a masa final
da estrela Ž pequena, esta termina
sendo unha anana branca ou unha
estrela de neutr—ns. Se, pola contra, a
masa Ž moi grande, a estrela sofre
colapsos indefinidamente ata se converter nun burato negro.
Incluso cando son observadas cos
telescopios m‡is potentes, as estrelas
aparecen ante n—s coma puntos de luz;
mesmo as’ Ž posible obter bastante
informaci—n sobre elas. Unha das propiedades de uso m‡is comœn Ž o brillo.
Tom‡ndoo como referencia xerouse a
noci—n de magnitude dunha estrela: as
estrelas m‡is brillantes son as de primeira magnitude. A noci—n cl‡sica de
magnitude foi evolucionando, e hoxe
en d’a responde a unha cantidade definida con precisi—n en termos do fluxo
de enerx’a nun determinado rango de
frecuencias proveniente da estrela que
atravesa a superficie dun telescopio.
Outras propiedades importantes
das estrelas son a distancia ‡ que se atopan da Terra, a temperatura, a luminosidade, a masa e o radio. Para as estrelas m‡is pr—ximas, a distancia m’dese
1 COLABORA.CIN
116
4/4/01
21:47
Página 116
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
por triangulaci—n, usando o di‡metro
da —rbita terrestre como lonxitude b‡sica e medindo o desprazamento da
posici—n dunha estrela cando se observa desde dous puntos opostos da —rbita. A distancia a estrelas m‡is afastadas
obtense a partir das estrelas chamadas
Cefeidas. Para describir c—mo se mide
a partir delas Ž preciso falar primeiro
doutras propiedades como a temperatura e a luminosidade das estrelas.
A temperatura dunha estrela
obtense a partir de medidas do seu
espectro e da sœa cor, axust‡ndoas a
modelos que describen o estado das
estrelas. A temperatura util’zase para
clasifica-las estrelas nunha secuencia
espectral; cada clase den—tase por
letras concretas do alfabeto. Percorrendo o espectro desde as m‡is quentes ‡s m‡is fr’as estas son: O, B, A, F, G,
K e M. çs veces estas letras ve–en precedidas doutras cando se trata dunha
clasificaci—n dentro dun determinado
tipo de estrelas; por exemplo, se se tratar de ananas brancas, cada letra vir’a
precedida dun D. TamŽn se utilizan
sub’ndices numŽricos para subdividi-las clases: os menores corresponden ‡s
maiores temperaturas.
As propiedades m‡is significativas na vida dunha estrela son a masa, a
luminosidade e o radio. A masa Ž dif’cil de medir; s— en situaci—ns nas que
unha estrela est‡ en —rbita arrededor
doutra Ž posible determina-la sœa masa
utilizando a terceira lei de Kepler. Esta
lei relaciona o per’odo e o radio da
—rbita coa masa do sistema. A luminosidade Ž a potencia de emisi—n total da
estrela e determ’nase a partir do fluxo
de enerx’a que esta emite e da distancia; se f Ž o fluxo e d a distancia,
a luminosidade L toma a forma:
L = 4p d 2f. Finalmente, o radio m’dese
a partir da temperatura e a luminosidade, usando a relaci—n termodin‡mica
que relaciona a emisividade e dun
corpo negro coa sœa temperatura T, e =
sT4, onde s Ž a constante de Stefan-Boltzman. Tendo en conta que a luminosidade Ž e multiplicado pola ‡rea da
superficie da estrela, 4p R2, sendo R o
seu radio, obtense para o cadrado
deste, R2 = L / 4p sT4.
As medidas que normalmente se
efectœan dunha estrela son o fluxo, a
distancia e a temperatura; a partir delas
obtense Ñmediante as relaci—ns anterioresÑ a luminosidade e o radio. Sen
embargo, en moitas ocasi—ns hai que
proceder de forma diferente. Por exemplo, o procedemento baseado na triangulaci—n para medir distancias s— Ž
factible para estrelas pr—ximas. A distancia a estrelas m‡is afastadas obtense
partindo da medida do fluxo f. O procedemento neste caso consiste en localizar unha estrela Cefeida na zona onde
se quere medi-la distancia. Estas estrelas son variables e o seu comportamento axœstase a unha relaci—n sinxela
entre o seu per’odo de variaci—n e a sœa
luminosidade; medindo este per’odo
obtense a luminosidade que permite
deduci-la distancia a partir da medida
do fluxo e a relaci—n considerada no
par‡grafo anterior, L = 4pd2f. Unha
Cefeida Ž unha œtil vara de medir para
determinar distancias no universo.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 117
Astrofísica e Cosmoloxía
Para obte-la distancia ‡ que est‡
unha galaxia remota basta atopar nela unha Cefeida e medi-lo seu per’odo
e brillo.
117
mados fundamentalmente de material
rochoso debido a que a parte interior
do disco era a que estaba m‡is quente.
Unha vez descritas as propiedades b‡sicas que observamos das estrelas, estamos en condici—ns de analiza-la sœa evoluci—n. As estrelas f—rmanse
cando as nubes de gases interestelares
resultan inestables e sofren un colapso
gravitacional. Os detalles do proceso
que orixina o nacemento dunha estrela
non se co–ecen ben porque te–en lugar
no interior dunha nube de gas que non
emite luz. A informaci—n de que dispomos conseguiuse basicamente a partir
da radioastronom’a. TŽ–ense formulado varios mecanismos para explicar c‡l
Ž a orixe da inestabilidade que causa o
colapso gravitacional. Unha das propostas sostŽn que as inestabilidades se
deben ‡s ondas de choque que produce
unha supernova achegada no medio
interestelar. As supernovas son estrelas
pr—ximas — seu estadio final que sofren
unha enorme explosi—n cando empeza
a extinguirse o proceso interno de
fusi—n.
O modelo m‡is asentado da formaci—n do sistema solar basŽase no
colapso dunha nube de gas que andaba
rotando, de xeito que parte dela non se
incorporou — Sol sen—n que formou
un disco — seu redor. O material deste
disco condensouse en materia s—lida.
Estes s—lidos colisionaron entre eles
debido ‡ forza da gravidade, e froito
dunha continua acrecencia form‡ronse
os planetas e os satŽlites. Os planetas
no interior do sistema solar est‡n for-
As estrelas fórmanse cando inmensas nubes de gas
colapsan baixo a súa propia gravidade.
Unha vez que unha estrela completou a fase de colapso gravitacional e
o seu interior quece ata unha temperatura superior —s catro mill—ns de graos,
1 COLABORA.CIN
118
4/4/01
21:47
Página 118
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
as reacci—ns de fusi—n comezan. Estas
forman unha cadea na que catro prot—ns forman un nœcleo de helio emitindo dœas part’culas cargadas positivamente: dous positr—ns. A cadea de
reacci—ns Ž exotŽrmica, e proporciona a
calor suficiente como para manter
unha estrela como o Sol no seu estado
actual durante uns 10.000 mill—ns de
anos. As estrelas m‡is masivas queiman o seu combustible nuclear moito
m‡is de prŽsa e te–en unha vida m‡is
curta. O desenvolvemento da F’sica
nuclear permitiu constru’r modelos
que describen o proceso que se produce no interior da estrela e c—mo parte
da sœa enerx’a Ž transferida — espacio
exterior. Estes modelos pred’n a temperatura, a luminosidade e o tama–o para
unha estrela dunha determinada masa.
Os resultados te—ricos concordan de
forma moi satisfactoria coas observaci—ns.
A fase da vida dunha estrela na
que queima de forma regular o seu
combustible nuclear Ž co–ecida como a
fase da secuencia principal. A orixe
desta denominaci—n radica na situaci—n que as estrelas ocupan durante
esta fase no diagrama de Hertzsprung-Russell. Neste diagrama a ordenada Ž
a luminosidade, que medra cara a arriba; a abcisa Ž a temperatura, que decrece cara ‡ dereita. As estrelas que se atopan na fase mencionada distribœense —
longo dunha franxa caracter’stica co–ecida como a secuencia principal. Cando
unha estrela comeza a ter unha idade avanzada abandona esta franxa e
sitœase noutras zonas caracter’sticas do
diagrama.
AS XIGANTES VERMELLAS
A maior’a das estrelas do universo te–en aproximadamente o mesmo
radio. Este obtense a partir da lei de
radiaci—n do corpo negro, como xa
indicamos, unha vez medidas a luminosidade e maila temperatura. En
xeral, as estrelas m‡is luminosas son as
de m‡is alta temperatura. Existen sen
embargo excepci—ns a esta regra; de
feito, algunhas poden observarse a
simple vista. Varias das estrelas m‡is
brillantes do ceo nocturno son claramente vermellas e moi luminosas. A
cor avermellada implica baixa temperatura e, polo tanto, de acordo coa
regra xeral, deber’an ser pouco luminosas. Este comportamento distinto dŽbese a que se trata de estrelas en idade
avanzada que xa abandonaron a
secuencia principal. Os seus radios son
da orde de varios centos de veces o
radio do Sol. Por esta caracter’stica, e
pola sœa cor, estas estrelas denom’nanse xigantes vermellas. O seu tama–o Ž
tan grande que se o centro dunha delas
estivese localizado no centro do Sol, a
Terra estar’a no seu interior.
Os modelos f’sicos que explican a
evoluci—n das estrelas pred’n un comportamento como o observado. Unha
estrela permanece na secuencia principal ata que esgota o seu combustible
nuclear. Cando deixan de producirse
procesos de fusi—n nuclear no seu interior, a zona central da estrela contr‡ese
e faise moi densa. A estrela deixa de ser
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 119
Astrofísica e Cosmoloxía
homoxŽnea e, debido a que o peso das
molŽculas no interior Ž maior c— das do
exterior, prodœcese un gradiente de
presi—n que expulsa unha enorme capa
de hidr—xeno para f—ra. O tama–o da
estrela medra considerablemente e as
capas externas arrefr’anse. A estrela
resultante corresponde a unha luminosidade maior c‡ que ti–a, pero cunha
temperatura inferior.
As xigantes vermellas te–en unha
vida bastante efŽmera. Nestas estrelas
seguen a producirse reacci—ns de
fusi—n do hidr—xeno nunha capa que
rodea o nœcleo central. Este nœcleo est‡
formado fundamentalmente de helio e
nel prodœcense reacci—ns nucleares que
involucran elementos m‡is pesados.
Tres nœcleos de helio fusi—nanse para
producir un nœcleo de carbono e este,
pola sœa vez, trala captura de nœcleos
de helio adicionais, produce elementos
como o os’xeno e o ferro. O ferro Ž o
elemento do sistema peri—dico cun
nœcleo mellor ligado; en t—dalas reacci—ns de fusi—n nas que participa, os
elementos resultantes son m‡is pesados c—s de partida e ent—n Ž preciso
subministrar enerx’a para que se produzan. Existen procesos de fusi—n exotŽrmicos para elementos m‡is lixeiros
c— ferro pero todos son endotŽrmicos
para os m‡is pesados. Neste œltimo
caso s— a fisi—n pode producir enerx’a.
A fisi—n, — contrario que a fusi—n, Ž un
proceso no que un nœcleo se descomp—n en nœcleos m‡is lixeiros. A fisi—n Ž
a responsable dos procesos que ocorren
na explosi—n dunha bomba at—mica ou
na xeraci—n de enerx’a dun reactor
119
nuclear. Por outra parte, a fusi—n Ž a
responsable da bomba H ou de hidr—xeno, baseada no mesmo proceso nuclear que se produce no interior das
estrelas.
Fixemos unha descrici—n das estrelas consider‡ndoas como obxectos
illados no medio interestelar. Pero a
miœdo forman os chamados sistemas
binarios nos que unha estrela est‡ en
—rbita respecto a outra, de forma semellante a como os planetas do sistema
solar est‡n en —rbita arredor do Sol.
Cando as estrelas se atopan moi preto,
a m‡is masiva delas, e que polo tanto
evoluciona m‡is de prŽsa, non se
converte nunha xigante vermella
Ñseguindo o proceso descritoÑ porque non hai espacio para a sœa enorme
capa externa. No canto de enguli-la
estrela acompa–ante, o que se produce
Ž un continuo dep—sito de masa nela. O
intercambio de masa prol—ngase polo
resto da vida combinada das estrelas,
orixinando fen—menos moi enerxŽticos
e explosivos nos estadios finais.
AS ANANAS BRANCAS
Logo duns cantos centos de
mill—ns de anos, os procesos de fusi—n
nuclear presentes nunha xigante vermella tamŽn se esgotan e a estrela sofre
un novo colapso gravitacional. Neste
colapso a estrela faise tan densa que o
seu interior se poboa da denominada
materia dexenerada. Un dos principios
fundamentais da Mec‡nica cu‡ntica, o
principio de incerteza, implica que as
posici—ns das part’culas non poden
co–ecerse con precisi—n. S— Ž posible
1 COLABORA.CIN
120
4/4/01
21:47
Página 120
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
determina-la rexi—n do espacio que
poden ocupar. ƒ coma se existise un
movemento intr’nseco de maneira que
pode considerarse que as part’culas
posœen unha presi—n propia. As’ mesmo, o principio de exclusi—n de Pauli,
tamŽn de natureza cu‡ntica, limita o
nœmero de electr—ns que poden estar
presentes nun determinado nivel at—mico (para m‡is detalles, consœltese
o artigo "Mec‡nica cu‡ntica", de
J. S‡nchez GuillŽn neste nœmero da
REVISTA GALEGA DO ENSINO). A densidades moi altas supŽrase un l’mite a partir do cal a materia posœe unha presi—n
de natureza puramente cu‡ntica. Este
tipo de presi—n, denominada presi—n
de dexeneraci—n, non depende da temperatura e, a’nda que presente, Ž desprezable a densidades ordinarias. Sen
embargo, cando a densidade Ž moi alta,
a presi—n de dexeneraci—n faise dominante. As primeiras part’culas que
sofren o efecto desta presi—n son os
electr—ns, resist’ndose a ser comprimidos polo colapso gravitatorio. Cando o
nœcleo dunha estrela chega a un estado
no que este Ž contrarrestado pola presi—n de dexeneraci—n debida —s electr—ns, a estrela convŽrtese nunha anana
branca. Este nome dŽbese a dœas propiedades. No colapso que se orixina a
estrela sofre unha notable reducci—n de
tama–o. Unha estrela cunha masa
coma a do Sol reduce o seu tama–o
unhas 1000 veces. As ananas brancas
son brancas porque inicialmente est‡n
moi quentes debido ‡ enorme compresi—n; despois dese estado inicial arrefr’an lentamente e logo duns miles de mill—ns de anos ap‡ganse.
Permanecen fr’as eternamente soportando unha densidade de m‡is de dez
toneladas por cent’metro cœbico.
AS ESTRELAS DE NEUTRÓNS
Non t—dalas estrelas terminan
convertŽndose en ananas brancas; s— as
m‡is lixeiras, aquelas que no seu estado inicial ti–an unha masa inferior a
oito veces a masa do Sol, evolucionan
da forma descrita. As estrelas m‡is
masivas chegan ‡ sœa fase final cunha
masa superior — chamado l’mite de
Chandresekhar (1,4 veces a masa do
Sol) e o colapso gravitacional correspondente condœceas a un estado distinto — dunha anana branca. Neste tipo
de estrelas a forza gravitacional resulta
tan grande que non pode ser contrarrestada pola presi—n de dexeneraci—n
debida —s electr—ns. A estrela colapsa
ata alcanzar unhas densidades tan altas
que os electr—ns e os prot—ns se combinan para formaren neutr—ns. Estes neutr—ns forman pola sœa vez materia
dexenerada, orixinando unha presi—n
abonda para contrarresta-la forza gravitacional. Isto ocorre cando a masa da
estrela no seu estado final, a’nda que
elevada, non supera tres veces a masa
do Sol. O producto deste proceso Ž a
creaci—n dunha estrela de neutr—ns. As
estrelas de neutr—ns son moi densas,
te–en un tama–o moi reducido, pode
ser tan pequeno coma o da illa de
S‡lvora, a’nda que conte–an unha
masa superior ‡ do Sol.
No colapso gravitatorio que orixina unha estrela de neutr—ns em’tese de
forma brusca unha enorme cantidade
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 121
Astrofísica e Cosmoloxía
121
de enerx’a en forma de raios X, raios
gamma e neutrinos. Esta emisi—n Ž a
responsable de que a capa externa da
estrela, enriquecida pola nucleos’ntese
previa, explote de forma violenta nunha supernova. Neste proceso expœlsanse elementos pesados — medio interestelar. O remanente despois da
explosi—n Ž un nœcleo at—mico xigante
formado por neutr—ns que se fai invisible nun curto per’odo de tempo e que
acada densidades da orde dos centos
de mill—ns de toneladas por cent’metro
cœbico. Nunha galaxia como a nosa
est’mase que se produce unha explosi—n correspondente a unha supernova
cada trinta anos. As’ e todo, non sempre Ž posible observala porque o po
interestelar a miœdo o impide. En 1987
produciuse a observaci—n dunha
supernova na Gran Nube de Magallanes, unha galaxia irregular satŽlite
da nosa, que moitos astr—nomos catalogaron como a observaci—n m‡is espectacular desde a invenci—n do telescopio. O seu estudio supuxo un notable
avance no noso co–ecemento sobre as
propiedades das supernovas.
decrecemento desta frecuencia suxiren
que a sœa orixe tivo lugar hai novecentos anos. Probablemente a orixe deste
pœlsar corresponde ‡ supernova observada polos astr—nomos chineses no
ano 1054. Observouse que os pulsos
provenientes dos pœlsares tamŽn conte–en raios gamma e raios X.
As estrelas de neutr—ns foron descubertas debido a observaci—ns astron—micas de raios X, raios gamma e
ondas de radio. Neste œltimo contexto
descubr’ronse os pœlsares, obxectos
emisores de pulsos compostos por
ondas de radio de forma regular. O
per’odo destes pulsos Ž moi estable e,
en xeral, de segundos. Un dos pœlsares
m‡is famosos Ž o da nebulosa do
Cangrexo que nos chega unhas trinta
veces por segundo. As observaci—ns no
OS BURATOS NEGROS
Os pœlsares foron identificados
como estrelas de neutr—ns en rotaci—n,
formadas despois da explosi—n correspondente a unha supernova. Para que
un obxecto rote coa frecuencia que o fai
un pœlsar este ha ser moi compacto. O
pulso de radiaci—n electromagnŽtica
que emite dŽbese ‡ emisi—n producida
por part’culas que se moven a velocidades relativistas no enorme campo
magnŽtico producido pola estrela. O
pulso varre unha zona do espacio de
forma similar a como o fai a luz do faro
da illa de S‡lvora. Debido ‡ direcci—n
da emisi—n, non sempre se observa o
pulso proveniente dun pœlsar, por iso
existen remanentes de explosi—ns debidas a supernovas das cales non se identificou o pœlsar correspondente.
As estrelas cunha masa inicial
superior a cincuenta veces a masa do
Sol chegan ‡ sœa fase final con masas
que superan o l’mite das tres masas
solares correspondente ‡s estrelas de
neutr—ns. Cando unha estrela chega ‡
sœa etapa derradeira cunha masa superior a este l’mite, o seu nœcleo colapsa
indefinidamente e crŽase un burato
negro. Os buratos negros foron propostos no contexto da Teor’a Xeral da
1 COLABORA.CIN
122
4/4/01
21:47
Página 122
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
Relatividade, en 1916, e identificados
por primeira vez en 1970. Os buratos
negros son dif’ciles de observar porque
o campo gravitacional que xeran Ž tan
intenso que a radiaci—n electromagnŽtica non pode escapar del. Isto orixinou
que a busca de buratos negros sexa un
importante campo de investigaci—n.
A’nda que a luz non pode escapar dun
burato negro, este pode formar parte
dun sistema binario de estrelas, absorbendo materia da sœa estrela compa–eira. Esta materia, antes de ser atrapada, quece e xira derredor do burato
negro emitindo enormes cantidades de
raios X. Ata o momento tŽ–ense observado varios sistemas binarios que
posœen estas caracter’sticas. Un deles Ž
Cygnus X-1 que, ‡ parte de ser unha
intensa fonte de emisi—n de raios X,
estimouse que a sœa masa Ž oito veces
Símil xeométrico dun burato negro. (Tomado de Quest
Edit. Rialp).
a masa do Sol. A masa determ’nase a
partir do per’odo e das variaci—ns na
luminosidade da estrela que a acompa–a.
A masa do burato negro est‡ concentrada nunha rexi—n moi pequena do
espacio e exerce unha forte atracci—n
gravitacional sobre as part’culas que
andan preto. ƒ tan forte que a velocidade de escape por volta del Ž superior ‡
da luz e polo tanto ningunha part’cula
situada no interior desa zona pode
escapar ‡ sœa atracci—n. A distancia —
centro do burato negro ‡ cal a velocidade de escape Ž a velocidad da luz co–Žcese como o radio do burato negro, e a
superficie esfŽrica correspondente
como o horizonte. O radio depende da
masa do burato negro e pode ser moi
pequeno; para un burato negro de
masa igual ‡ do Sol, o radio Ž duns tres
quil—metros. A estructura do interior
do burato negro Ž desco–ecida. Se s—
utiliz‡mo-la Teor’a Xeral da Relatividade, tr‡tase dun punto singular de
densidade infinita. Sen embargo, non
se pode confiar totalmente nesta teor’a
cando se describen situaci—ns con densidades tan elevadas como as que
te–en lugar nesa situaci—n. O feito
mesmo de que apareza unha singularidade Ž unha manifestaci—n de que a
teor’a Ž incompleta. C—mpre dispo–er
dunha teor’a da interacci—n gravitatoria que te–a en conta os efectos cu‡nticos para poder ter unha descrici—n
m‡is realista do interior destes obxectos.
Nos anos setenta fixŽronse progresos notables no estudio dos aspec-
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 123
Astrofísica e Cosmoloxía
tos cu‡nticos dos buratos negros. Os
traballos de Yakov B. Zel'dovich e
Stephen Hawking conduciron a predicir que os buratos negros sofren un
proceso de evaporaci—n. Estes primeiros estudios cu‡nticos indican que o
burato negro pode non ser tan negro
coma se pensaba. O fen—meno de evaporaci—n prodœcese debido ‡ emisi—n
dun tipo de radiaci—n comunmente
co–ecido hoxe como a radiaci—n de
Hawking. Para explicar en quŽ consiste, comecemos lembrando outra das
consecuencias do principio de incerteza. Segundo este principio mec‡nico-cu‡ntico, Ž posible viola-la lei de conservaci—n da enerx’a, sempre que se
faga en espacios de tempo moi curtos.
O universo Ž quen de producir masa e
enerx’a pero s— se estas desaparecen
axi–a. Noutras palabras, poden darse
fluctuaci—ns do baleiro de xeito que se
creen parellas de part’culas e antipart’culas que despois dun breve per’odo
de tempo se aniquilen. Cando unha
destas fluctuaci—ns ten lugar preto do
horizonte dun burato negro pode ocorrer que unha das part’culas caia no
seu interior e a outra escape; a que
escapa leva as’ unha enerx’a neta do
burato negro e un observador no exterior interpreta que este est‡ emitindo
part’culas. Este fen—meno ocorre seguido e o resultado Ž a emisi—n dun fluxo
de part’culas: a radiaci—n de Hawking.
A enerx’a que se emite na radiaci—n de Hawking fai que o burato
negro vaia perdendo masa. O ritmo —
que se emite esta radiaci—n Ž tanto m‡is
grande canto menor Ž a masa do bura-
123
to negro. Co transcurso do tempo o
burato negro radia cada vez con m‡is
intensidade e mingua cada vez m‡is
r‡pido. Describi-lo que ocorre nos procesos finais da evaporaci—n Ž entrar
a’nda m‡is no terreo do especulativo.
Non se descarta que simplemente se
evapore totalmente e, polo tanto, o
burato negro desapareza. TŽ–ense realizado estimaci—ns sobre o tempo que
tardar’a un burato negro en evaporarse. Para un que te–a aproximadamente
o dobre de masa que o Sol, a predicci—n
Ž duns 1070 anos (un un seguido de
setenta ceros), enorme comparada coa
idade do universo (tan s— da orde de
1010 anos). Esta cifra, unida — feito de
que ademais nas primeiras Žpocas a
emisi—n de radiaci—n de Hawking Ž a
m‡s dŽbil, implica que o efecto Ž irrelevante desde o punto de vista da
Astrof’sica. A finais dos anos setenta
apuntouse a posible existencia de buratos negros primordiais. Estes formar’anse no big bang, con masas pequenas
comparadas coa do Sol, que se ter’an
evaporado completamente na actualidade. Estes obxectos, de existiren, ter’an deixado unha pegada en termos
de radiaci—n gamma que non se observou ata hoxe. Desde un punto de vista
experimental p—dese afirmar que non
se ten evidencia da evaporaci—n de ningœn tipo de burato negro.
A VÍA LÁCTEA
As estrelas que poboan o universo aparecen agrupadas de maneira
que forman estructuras m‡is extensas. Estas estructuras clasif’canse en
1 COLABORA.CIN
124
4/4/01
21:47
Página 124
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
cœmulos de estrelas, galaxias, cœmulos
de galaxias e cu‡sares. O Sol forma
parte da galaxia denominada V’a
L‡ctea, que ten unha cantidade de
masa visible da orde de 100.000 mill—ns
de veces a masa da dita estrela. A evoluci—n destas estructuras est‡ regulada
pola interacci—n gravitatoria. Dentro
dunha galaxia, as estrelas aparecen a
miœdo agrupadas en cœmulos de estrelas. Un exemplo que quizais resulte
familiar Ž o cœmulo das Pleiades, sete
das cales poden observarse a simple
vista nas noites claras do outono cando
se elevan no leste despois do solpor.
Estas sete son parte dun cœmulo dunhas cen estrelas que se descobren
cando se mira cun telescopio. Nos
cœmulos como o das Pleiades, un conxunto de estrelas nacen xuntas e
seguen a mesma —rbita arredor da galaxia ‡ que pertencen durante uns cantos
centos de mill—ns de anos, ata que forzas similares ‡s das mareas as arredan.
Na nosa galaxia existen cœmulos de
estrelas moito maiores, con decenas de
miles de estrelas, que est‡n en —rbita
lonxe do plano que forma a galaxia.
Nesas rexi—ns as forzas separadoras
son m‡is febeles e eses cœmulos mante–en a sœa estructura durante per’odos
de tempo moito m‡is longos.
A V’a L‡ctea Ž unha galaxia de
forma espiral, co Sol situado nun dos
seus brazos, aproximadamente a dous
tercios da sœa lonxitude total. O noso
sistema solar tarda uns douscentos cincuenta mill—ns de anos en dar unha
volta arredor do seu centro. Igual c‡
maior’a das galaxias espirais, a V’a
L‡ctea Ž moi delgada e contŽn unha
gran cantidade de po e gas interestelar
(aproximadamente un dez por cento
da sœa masa total). Nela obsŽrvase un
subsistema formado por materia m‡is
antiga, estructuralmente diferente, que
se denomina halo gal‡ctico. A materia
deste halo m—vese en —rbitas el’pticas
que tenden a conducila contra o centro
da galaxia.
O centro da V’a L‡ctea contŽn un
obxecto de caracter’sticas singulares en
relaci—n coas do resto dos seus compo–entes. ƒ dif’cil estudia-la natureza
deste obxecto xa que os sinais que nos
chegan desa zona te–en que atravesar
rexi—ns densas en material interestelar.
A informaci—n que posu’mos dŽbese ‡
detecci—n de ondas de radio. Todo indica que no centro hai un potente emisor
destas ondas non superior en tama–o —
noso sistema solar. Moitos astr—nomos
comparten a opini—n de que quizais no
centro da nosa galaxia se atope un
burato negro cunha masa da orde dun
mill—n de veces a masa do Sol.
Os co–ecementos sobre a nosa V’a
L‡ctea revelan a existencia dun problema nos nosos modelos f’sicos. A partir
do estudio do movemento das estrelas
situadas en planos perpendiculares —
plano da galaxia, conclœese que a materia observada non Ž suficiente para
explica-las sœas traxectorias. Os c‡lculos indican que fai falta o dobre da
materia observada para dispor dunha
explicaci—n satisfactoria. A situaci—n
compl’case a’nda m‡is se se analiza o
movemento de obxectos a grandes distancias do centro da galaxia. Neste caso
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 125
Astrofísica e Cosmoloxía
c—mpre dispor de dez veces a masa
observada. Todo isto indica que a V’a
L‡ctea contŽn materia que non observamos, denominada comunmente materia escura. Non co–ecemos na actualidade c‡l Ž o seu contido, pero unha
posibilidade Ž que estea formada por
obxectos subestelares nos que as reacci—ns nucleares non desempe–an un
papel importante quentando o seu
interior. Estes obxectos, con masas
entre dez e cincuenta veces a masa de
Xœpiter, son co–ecidos como ananas
marr—ns e na œltima dŽcada tŽ–ense
observado algœns candidatos. Sen embargo, polo momento non se posœe
informaci—n sobre a sœa abundancia.
AS GALAXIAS
125
neamente e todas elas van envellecendo ‡ vez, sendo as m‡is masivas as primeiras en se converter en xigantes vermellas. No disco, sen embargo, a vida Ž
menos rutineira. Neste caso, a materia
interestelar producida cando as xigantes vermellas evolucionan a ananas
brancas e a estrelas de neutr—ns permanece no disco e xera a formaci—n de
novas estrelas. Parte da materia segregada polas xigantes vermellas Ž rica en
elementos pesados e por iso as estrelas
novas conte–en maiores cantidades de
carbono, nitr—xeno, os’xeno e ferro c‡s
estrelas de maior idade. No halo enc—ntrase unha proporci—n moito m‡is
pequena de elementos pesados ca no
disco.
A forma espiral da V’a L‡ctea non
Ž a œnica que as galaxias adquiren.
Segundo a sœa feitura, as galaxias clasif’canse en espirais, el’pticas e irregulares. Estas formas te–en que ver coas
sœas propiedades: as galaxias espirais
con brazos m‡is soltos e as irregulares
conte–en un maior nœmero de estrelas
novas e m‡is cantidade de gas interestelar. Pola contra, nas galaxias el’pticas
o gas interestelar est‡ ausente e as sœas
estrelas te–en unha avanzada idade
comœn. Estas peculiaridades fan que as
galaxias espirais sexan m‡is azuladas
c‡s el’pticas.
As galaxias conte–en en xeral os
dous tipos de poboaci—ns de estrelas:
halo e disco. As el’pticas non adoitan
conter disco e nas espirais cos brazos
moi soltos o halo acostuma estar ausente. A evoluci—n das galaxias el’pticas Ž
moi sinxela: t—dalas estrelas envellecen
— tempo e abandonan a secuencia principal en momentos distintos dependendo da sœa masa inicial. Nas
galaxias espirais as estrelas m‡is antigas expulsan materia interestelar que
se recicla para formar novas estrelas.
Nalgunhas estrelas espirais observouse
que a poboaci—n de estrelas novas Ž
moi elevada.
A caracter’stica que lle atribu’mos
‡ V’a L‡ctea de posu’r dœas poboaci—ns
de estrelas, unha no halo e outra no
disco, Ž compartida por moitas outras
galaxias. A evoluci—n do halo Ž sinxela:
t—dalas estrelas se formaron simulta-
No que respecta ‡ formaci—n das
galaxias, todo parece indicar que hai
dous factores predominantes: as propiedades intr’nsecas da galaxia e o contorno no que se encontran. Respecto —
primeiro, Ž natural que a masa e o
1 COLABORA.CIN
126
4/4/01
21:47
Página 126
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
OS CÚMULOS DE GALAXIAS
Dúas vistas de galaxias espirais. Arriba a NGC 2997 e
debaixo un `perfil´da NGC 4565 onde se mostra con
claridade a protuberancia central e o fino bordo externo
do disco. A nosa galaxia, a Vía Lactea, é deste tipo.
momento angular inicial desempe–en
un papel importante. As galaxias cunha velocidade angular elevada te–en
unha maior tendencia a seren espirais.
Unha velocidade angular pequena
favorece en cambio a formaci—n dunha
galaxia el’ptica sen disco. O contorno
tamŽn Ž determinante no proceso de
formaci—n. Observouse que as galaxias
que forman un grupo de galaxias non
moi grande tenden a ser el’pticas. As
galaxias el’pticas de gran tama–o
enc—ntranse xeralmente no nœcleo de
cœmulos de galaxias moi poboados.
Coma as estrelas, as galaxias aparecen agrupadas. Sen embargo, contrariamente — caso das estrelas, a distancia
entre galaxias dun mesmo cœmulo Ž s—
un factor entre dez e trinta veces a
dimensi—n lineal das galaxias. Os
cœmulos de galaxias observados presentan un enorme rango no que respecta — nœmero de galaxias que conte–en.
Algœns est‡n formados por un conxunto pequeno de galaxias, como Ž o caso
do Grupo Local — que pertence a V’a
L‡ctea, consistente en tres galaxias
espirais de gran tama–o (unha delas a
V’a L‡ctea) e m‡is dunha ducia de
galaxias m‡is pequenas. Outros chegan
a conter miles de galaxias enormes e
infinidade de galaxias m‡is pequenas.
Xeralmente, nestes cœmulos o centro
est‡ poboado de galaxias el’pticas de
gran tama–o, con masas de ata cen
veces a da V’a L‡ctea. Nos cœmulos
m‡is poboados observouse a existencia
de materia intercumular que sup—n
aproximadamente o dez por cento da
masa total.
Os cœmulos de galaxias aparecen
pola sœa vez agrupados nos denominados supercœmulos, con forma de acio.
Entre estes acios aparecen enormes
zonas baleiras onde a penas se atopan
unhas poucas galaxias illadas. Esta
estructura parece producirse en t—dalas
direcci—ns e pŽnsase que Ž universal.
Os estudios realizados sobre a din‡mica dos cœmulos e supercœmulos de
galaxias conducen a conclu’r que a
materia que se observa neles Ž insuficiente para mantelos ligados gravita-
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 127
Astrofísica e Cosmoloxía
cionalmente. O mesmo ca no caso das
galaxias, destes estudios dedœcese que
unha gran parte da materia do universo non foi observada. Esta materia
escura constitœe o noventa por cento
da masa total dun cœmulo ou supercœmulo. A natureza desta materia non
observada Ž un dos grandes problemas
con que se enfrontan hoxe en d’a a
Astrof’sica e a Cosmolox’a.
OS CUÁSARES
A principios dos anos sesenta descubr’ronse uns obxectos que non encaixaban en ningunha das estructuras
estudiadas ata aquel momento. Trat‡base de obxectos de tama–o reducido
situados a enormes distancias, que brillaban tanto coma galaxias pr—ximas
completas. A gran distancia asociada a
estes obxectos deb’ase — alto desprazamento cara — vermello que presentaba
o seu espectro electromagnŽtico. Como
se describe polo miœdo na pr—xima secci—n, existe unha relaci—n entre a distancia dun obxecto e o desprazamento
cara — vermello do seu espectro; canto
m‡is arredado, maior Ž o dito desprazamento. Por outra parte, a escala de
tempo en que estes obxectos presentaban variaci—ns indicaba que se trataba
dunha estructura de tama–o reducido,
segundo observaci—ns recentes, do
tama–o do sistema solar. Para unha
distancia tan grande, o brillo observado implicaba que estes obxectos
ti–an unha luminosidade da orde dun
mill—n de veces a do Sol.
Desde o seu descubrimento, barall‡ronse diversos modelos para expli-
127
ca-los cu‡sares. Hoxe en d’a adquiriu
solidez o modelo que asocia os cu‡sares a nœcleos de galaxias moi activos.
Os cu‡sares semellan m‡is unha estrela
ca unha galaxia porque a emisi—n proveniente do seu nœcleo Ž tan grande
que ensombrece calquera outra procedente das sœas estrelas veci–as. As
observaci—ns apuntan a que a fonte de
enerx’a fundamental deste nœcleo Ž un
burato negro xigante de — pŽ de mil
mill—ns de veces a masa do Sol. Cando
se produce acrecencia de materia por
este burato negro xigante, xŽranse chorros de part’culas a altas enerx’as con
efectos que se te–en observado cos
radiotelescopios.
Os cu‡sares posœen unha luminosidade tan grande que poden ser detectados a enormes distancias. O cu‡sar
m‡is distante que se observou est‡
situado a uns 14.000 mill—ns de anos-luz. Cando observamos un obxecto
tan remoto estamos mirando cara a
atr‡s no tempo xa que a luz procedente
del tardou 14.000 mill—ns de anos en
chegar ata n—s. O estudio destes obxectos achega polo tanto informaci—n
sobre c—mo era o universo daquela. As
observaci—ns indican que nesa Žpoca os
cu‡sares eran moito m‡is abundantes
ca en tempos m‡s pr—ximos. O feito de
non atopar cu‡sares a distancias maiores —s 14.000 mill—ns de anos fai pensar
que estes, e posiblemente tamŽn as
galaxias, non se formaran anteriormente. Tales datos conducen a conclu’r que
o noso universo evolucionou moito
desde a sœa existencia e que o seguir‡
facendo no futuro. O estudio desta
1 COLABORA.CIN
128
4/4/01
21:47
Página 128
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
evoluci—n desde un punto de vista global Ž o obxectivo principal da Cosmolox’a, que ser‡ o tema central da
seguinte secci—n.
3. A VISIÓN GLOBAL
Unha vez descritos os obxectos
que poboan o universo, podemos
facernos preguntas sobre o universo
como un todo. Cuesti—ns deste tipo
levan sendo unha constante — longo da
historia. Desde tempos moi remotos o
home interrogouse sobre c‡l Ž a orixe
do universo, c—mo evoluciona (ou m‡is
ben se evoluciona ou non) e quŽ pasar‡
con el no futuro. Unha simple ollada —
ceo nunha noite clara transmite a sensaci—n de estarmos contemplando
unha enorme cantidade de obxectos
inm—biles. Unha observaci—n perseverante — longo dunha vida humana indica que a posici—n dos obxectos no ceo Ž
basicamente constante. A idea de que o
universo evoluciona como un todo Ž
moi recente, propœxose neste sŽculo
hai uns oitenta anos. A dispo–ibilidade
nesa Žpoca de novos telescopios e
espectr—grafos moito mellores c—s seus
predecesores (a’nda que moi primitivos se os comparamos co est‡ndar
actual) permitiu obter informaci—n ata
ent—n desco–ecida sobre os obxectos
que ocupan o noso universo.
Astr—nomos como Edwin Hubble
obtiveron o espectro da radiaci—n electromagnŽtica emitida desde galaxias moi distantes. A sorpresa das
medidas efectuadas foi que os
espectros aparec’an desprazados cara a
lonxitudes de ondas m‡is longas. Este
fen—meno co–Žcese como o desprazamento — vermello. Tr‡tase dunha manifestaci—n do chamado efecto Doppler,
aplicable a calquera fonte de radiaci—n
(ben sexa acœstica ou electromagnŽtica)
en movemento. A miœdo temos experimentado nas rœas da nosa cidade c—mo
o ton da sirena dunha ambulancia cambia cando pasa preto de n—s. As ondas
acœsticas que recibimos son emitidas
primeiro por unha fonte que se achega
a n—s e despois por unha que se arreda.
Este fen—meno ocorre cos obxectos do
universo en movemento respecto a
n—s. A lonxitude de onda da radiaci—n
que nos chega Ž superior ‡ esperada, o
que indica que a fonte correspondente
se aparta de n—s.
Se unha estrela en repouso con
respecto — noso telescopio emite luz, a
distancia entre as frontes de ondas que
lle chegan Ž a mesma c‡ lonxitude de
onda da luz emitida pola estrela. Se a
estrela se esta aproximando a n—s, a
distancia entre as frontes de onda Ž
m‡is pequena (a luz viaxa sempre ‡
mesma velocidade nun determinado
medio) e o noso telescopio mide unha
lonxitude de onda inferior ‡ da luz
emitida. Prodœcese nese caso un desprazamento no espectro cara — azul.
Pola contra, se a estrela emisora se est‡
afastando do telescopio, as frontes de
onda chŽgannos m‡is distanciadas e a
lonxitude de onda que medimos Ž
superior ‡ da luz emitida. Prodœcese
ent—n un desprazamento — vermello. A
partir da diferencia en lonxitude de
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 129
Astrofísica e Cosmoloxía
onda obtense facilmente a velocidade
da fonte emisora respecto — telescopio.
A LEI DE HUBBLE
Nos anos vinte observouse que os
espectros da radiaci—n electromagnŽtica emitida polos obxectos que poboaban o noso universo se achaban sempre
desprazados cara — vermello. Edwin
Hubble descubriu que ademais exist’a
unha relaci—n sinxela entre a velocidade respecto ‡ Terra da fonte emisora e a
distancia ‡ que esta se encontraba.
Concretamente, se v Ž a velocidade e d
a distancia, os datos obtidos axust‡banse ‡ relaci—n v = H d, onde H Ž unha
constante, denominada constante de
Hubble en honor — seu descubridor.
A lei de Hubble foi confirmada
experimentalmente — longo dos setenta
anos transcorridos des que foi proposta. O seu descubrimento demostra que
o universo se expande. A sœa forma
funcional non implica que a Terra sexa
o centro do universo. O universo en
expansi—n no que vivimos Ž coma un
biscoito de froitas que se est‡ a expandir no forno. Cada un dos anacos de
froita observa c—mo os m‡is se separan
del. Para cada galaxia, t—dalas demais
se est‡n apartando respecto a ela.
A constante de Hubble est‡ relacionada coa idade do universo. Se
supo–emos que a velocidade de expansi—n do universo non cambiou (hip—tese bastante razoable segundo o noso
co–ecemento actual), o tempo t que lle
levou expandirse, de tal maneira que
unha galaxia concreta estea situada a
129
unha distancia d da Terra, vŽn determinada pola ecuaci—n (tan familiar) que
relaciona distancia, velocidade e
tempo: d = v t. Combinando esta relaci—n coa lei de Hubble obtense que
t = 1/H, Ž dicir, o inverso da constante
de Hubble Ž a idade do universo. O
valor da constante de Hubble non se
co–ece moi ben porque Ž unha cantidade dif’cil de medir. Por unha parte, as
galaxias que conducen a unha medici—n m‡is exacta de H son as que est‡n
m‡is arredadas pois o movemento aleatorio destas respecto ‡ Terra resulta
desprezable. Por outra, precisamente
para esas galaxias a medici—n da distancia Ž m‡is complicada.
Durante moitos anos a idade do
universo estivo cifrada entre 10.000 e
20.000 mill—ns de anos. As observaci—ns realizadas nos œltimos anos polo
telescopio espacial Hubble permitiron
reducir notablemente a incerteza neste
valor. Os œltimos resultados publicados froito da an‡lise dos datos obtidos
con este telescopio calculan que a idade
do universo Ž de 14.000 mill—ns de
anos, cunha incerteza de 1.000 mill—ns
de anos arriba ou abaixo. Isto constitœe
unha significativa mellora respecto —s
acoutamentos anteriores, que s— foi
posible gracias ‡ colocaci—n dun telescopio no espacio.
O BIG BANG
A explicaci—n m‡is sinxela da lei
de Hubble consiste en postular que inicialmente todo o universo estaba concentrado a moi alta densidade. A explosi—n desa configuraci—n tan densa
1 COLABORA.CIN
130
4/4/01
21:47
Página 130
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
produciu a expansi—n do espacio e que
cada un dos obxectos no universo se
estea separando de t—dolos demais.
Este modelo, co–ecido como do big
bang ou da grande explosi—n, pred’ que
a evoluci—n do universo comezou hai
aproximadamente 14.000 mill—ns de
anos. A idea de que o universo ten un
principio orixina moitas preguntas de
car‡cter filos—fico. A m‡is obvia Ž quŽ
hab’a antes do big bang. Os nosos co–ecementos actuais non te–en resposta a
esta pregunta pero o feito de que se
puidera expresar en relaci—n co modelo do big bang inquietou a moitos cient’ficos. Ata os anos sesenta, cando a lei
de Hubble era a œnica de car‡cter cosmol—xico que se co–ec’a, formul‡ronse
unha variedade de modelos onde o
universo non evolucionaba. Esta situaci—n cambiou nos anos sesenta co descubrimento dunha serie de pegadas do
big bang que fac’an este modelo cada
vez menos incuestionable.
O rastro do big bang m‡is importante atopado ata agora Ž a radiaci—n
de fondo de microondas. Coma en
moitas outras ocasi—ns, o descubrimento produciuse no marco da realizaci—n
dun proxecto de investigaci—n que non
espertaba moito interese. En 1965,
Arno Penzias e Robert Wilson andaban
embarcados nun proxecto dos laboratorios Bell, tratando de identificar t—dalas fontes de ru’do de fondo nunha
antena con calibraci—n de alta resoluci—n. O obxectivo era que unha vez realizada a identificaci—n puideran co–ecer con precisi—n o fluxo recibido pola
antena procedente dunha fonte de
microondas. Penzias e Wilson non
deron identificado certa cantidade de
ru’do de fondo. Pouco despois descubriuse que ese ru’do era o eco da grande explosi—n inherente — modelo do big
bang. O sinal detectado resultou se-lo
mesmo en t—dalas direcci—ns nas que
se mediu, e axi–a se observou que se
axustaba — espectro de emisi—n dun
corpo negro a unha temperatura duns
2,7 K. Un corpo negro Ž un obxecto que
absorbe toda a radiaci—n que lle chega.
Nos œltimos anos mediuse a radiaci—n
de fondo de microondas con gran precisi—n. As observaci—ns recentes realizadas polo espectr—metro FIRAS do
COBE (Cosmic Background Explorer)
indican que as desviaci—ns do espectro
dun corpo negro son menores a 300
partes por mill—n, e que a temperatura
Ž 2,727 ± 0,002 K. Ademais, observouse
que esta temperatura Ž basicamente a
mesma, independentemente da direcci—n na que se mida. Isto dinos que o
universo Ž is—tropo.
O significado da radiaci—n de
fondo de microondas descuberta por
Penzias e Wilson entendeuse rapidamente gracias a Robert Dicke, a’nda
que a existencia dun fen—meno desa
natureza fora predicida con anterioridade por George Gamow. Nas Žpocas
m‡is temper‡s do universo, este estaba
moi quente e polo tanto era moi rico en
fot—ns. Cando o universo acadou a
idade dun mill—n de anos arrefriara
abondo como para que a materia deixase de estar ionizada, produc’ndose o
desencaixamento da radiaci—n e a
materia. A radiaci—n presente nese
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 131
Astrofísica e Cosmoloxía
momento observ‡mola hoxe moi fr’a,
co espectro t’pico dun corpo negro que
alcanza a sœa maior intensidade no
rango das microondas. Se observasŽmo-la radiaci—n de fondo cara a atr‡s
no tempo, veriamos c—mo a sœa temperatura aumenta. A medida que nos
achegasemos a Žpocas m‡is temper‡s,
observari‡mo-la radiaci—n cada vez
m‡is quente e o universo m‡is denso,
ata llegar un intre no que puidese
crearse materia. Nese momento estariamos no estado no que a radiaci—n e a
materia comezaban a acercarse a unha
situaci—n de equilibrio.
A validez da lei de Hubble e a
detecci—n da radiaci—n de fondo de
microondas demostran que o universo
estivo expand’ndose durante un longo
per’odo de tempo. Outro dato importante en favor da teor’a do big bang Ž a
observaci—n dunha abundancia dos
elementos m‡is lixeiros do universo
consistente coas predicci—ns baseadas
na nucleos’ntese da teor’a do big bang.
Cando o universo ti–a unha idade de
aproximadamente uns minutos, a temperatura era tan alta que se produciron
elementos lixeiros como o helio e o litio
por medio de reacci—ns nucleares. A
teor’a pred’ que arredor de 1/4 da
masa do universo deber’a corresponder — helio, que concorda coas observaci—ns experimentais.
A HOMOXENEIDADE E A ISOTROPÍA
Ademais de is—tropo Ñcomo
demostran as observaci—ns da radiaci—n de fondo de microondasÑ, o universo Ž tamŽn homoxŽneo. Un univer-
131
so homoxŽneo Ž aquel no que as sœas
propiedades son as mesmas en calquera punto. Isto s— Ž certo de forma aproximada para o noso universo, pero Ž
unha aproximaci—n excelente cando se
estudian grandes rexi—ns. Isotrop’a e
homoxeneidade son dous dos puntos
de partida do modelo do big bang. A
descrici—n matem‡tica deste modelo
asenta na soluci—n ‡s ecuaci—ns da relatividade xeral de Einstein que se obte–en — impo–e-las ditas propiedades.
Estas ecuaci—ns relacionan a xeometr’a
do espacio-tempo co seu contido de
materia (para m‡is detalles, consœltese
o artigo "A teor’a da relatividade", de
A. V‡zquez Ramallo neste nœmero da
REVISTA GALEGA DO ENSINO). A soluci—n, co–ecida como a soluci—n de
Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker, vŽn dada en termos dun factor
de escala c—smico que contŽn a informaci—n de c—mo evolucionan t—dalas
lonxitudes f’sicas do universo (distancias entre galaxias, lonxitudes de onda
dos fot—ns, etc.) co transcorrer do
tempo. En realidade, existen tres tipos
de soluci—ns ‡s ecuaci—ns da relatividade xeral de Einstein coas hip—teses
mencionadas. No primeiro tipo, o universo exp‡ndese tan de vagar que a
atracci—n gravitatoria ser’a capaz de
frea-la expansi—n e chegar’a un momento a partir do cal as galaxias empezar’an a achegarse unhas ‡s outras. O
universo sufrir’a un colapso e ter’a un
final. No segundo tipo, a expansi—n Ž
tan r‡pida que a atracci—n gravitatoria
non poder’a parala, as galaxias estar’an separ‡ndose constantemente. Por
œltimo, no terceiro tipo, o universo
1 COLABORA.CIN
132
4/4/01
21:47
Página 132
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
exp‡ndese coa velocidade xusta para
evita-lo colapso. No primeiro tipo de
modelo o universo non Ž infinito no
espacio, tr‡tase dun universo pechado.
A gravidade Ž forte abondo como para
curva-lo espacio, que se pechar’a sobre
si mesmo. Nos outros dous tipos o
espacio Ž infinito e o universo non ten
fin, tr‡tase de universos abertos, o primeiro curvado e o segundo plano.
Que o noso universo poida ser
pechado non quere dicir que puidera
ter un bordo onde remata. Para imaxinarmos quŽ se quere dicir por un espacio finito no primeiro tipo de soluci—ns,
debemos considerar unha analox’a
cunha dimensi—n menor. A superficie
da Terra Ž bidimensional e finita, sen
bordos. Por moito que viaxemos pola
superficie da Terra nunca chegaremos
a un punto onde esta termine; de feito,
Ž posible que topemos co punto de partida. O mesmo ocorre nas soluci—ns do
primeiro tipo pero nunha dimensi—n
superior. Tr‡tase dun universo tridimensional, finito e sen bordos. Coma
na Terra, poderiamos viaxar e chegar —
punto de partida. Sen embargo, xa que
a velocidade ‡ que podemos facelo non
pode ser superior ‡ da luz, tardariamos
tanto que lle dar’a tempo — universo a
se comprimir de novo e dar cabo.
ƒ importante salienta-lo feito de
que a’nda que inicialmente as hip—teses de isotrop’a e homoxeneidade
foron introducidas por Einstein para
simplifica-lo problema matem‡tico,
resultou que proporcionan unha descrici—n do universo bastante atinada
tanto a tempos temper‡ns coma na
actualidade cando se calcula a media
sobre distancias suficientemente grandes. Pero dos tres tipos de soluci—ns
posibles s— un corresponde — noso universo. Para saber c‡l, c—mpre co–ece-la
sœa densidade media. Se a densidade Ž
inferior a un certo valor cr’tico, a gravidade ser‡ insuficiente para frea-la
expansi—n. Se a densidade Ž superior —
valor cr’tico, a gravidade parar‡ a
expansi—n nalgœn momento futuro e
comezar‡ o colapso do universo. Medi-la densidade do universo Ž dif’cil porque hai que inclu’-la materia escura da
cal se sabe moi pouco. As estimaci—ns
realizadas nas œltimas dŽcadas indican
unha densidade inferior ‡ cr’tica e
favorecen unha soluci—n do segundo
ou terceiro tipo.
En calquera dos tres tipos de soluci—ns existe un comezo do universo no
que a densidade de materia era moi
alta, infinita. Nese momento tivo lugar
a grande explosi—n, o big bang, e desde
ent—n ata os nosos d’as o universo
exp‡ndese. En xeral, na F’sica, cando
existe unha situaci—n na que unha cantidade f’sica se fai infinita, dise que se
ten unha singularidade. A presencia de
singularidades constitœe unha limitaci—n: ind’canos que a teor’a non Ž aplicable nesa situaci—n e que para describila correctamente debemos inclu’r
aspectos que non estamos considerando. Desde o descubrimento destas
soluci—ns, os f’sicos tŽ–ense preguntado se a Teor’a da Relatividade Xeral
pred’ a existencia da singularidade inicial ou se trata simplemente dunha
propiedade particular da soluci—n
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 133
Astrofísica e Cosmoloxía
encontrada. Os teoremas sobre a existencia de singularidades de Stephen
Hawking e Roger Penrose dos anos
setenta responderon a esta pregunta de
forma positiva. Isto indica que unha
descrici—n baseada s— na relatividade
xeral Ž incompleta cando se te–en densidades demasiado altas. ƒ razoable
que as’ sexa; nesas situaci—ns os efectos
da mec‡nica cu‡ntica son importantes
e c—mpre combina-la f’sica do m‡is
grande, a relatividade xeral, coa f’sica
do m‡is pequeno, a Mec‡nica cu‡ntica,
para obter unha descrici—n coherente.
Polo momento non se sabe c—mo facelo, a construcci—n dunha teor’a da gravidade cu‡ntica Ž un dos grandes problemas con que a F’sica se enfronta no
sŽculo que agora comeza.
A EVOLUCIÓN DO UNIVERSO
Nas œltimas dŽcadas avanzouse
considerablemente na creaci—n dun
modelo que describa a evoluci—n do
universo. Hoxe en d’a, facendo uso das
leis correspondentes ‡s catro interacci—ns fundamentais, disponse dun que
resulta moi satisfactorio a partir dun
momento moi pr—ximo ‡ grande explosi—n inicial. A medida que nos achegamos — momento inicial, t = 0, o universo faise tan denso que Ž necesario
utiliza-la teor’a cu‡ntica da gravidade.
Polo momento non se disp—n dunha
teor’a deste tipo e por iso o modelo non
Ž v‡lido para tempos anteriores a 10-43
segundos. Este tempo, denominado
tempo de Planck, Ž extremadamente
pequeno, tr‡tase dunha fracci—n decimal con 43 ceros. Toda a materia que
133
agora vemos no universo, miles de
mill—ns de galaxias, estaba daquela
comprimida no tama–o dun nœcleo
at—mico. A densidade tan extrema que
se acadaba nese intre era de 1092 gramos por cent’metro cœbico, enorme
comparada coa densidade da auga (1
gramo por cent’metro cœbico) e inimaxinable comparada coa densidade
media do universo actual (un ‡tomo de
hidr—xeno por cent’metro cœbico).
Para tempos posteriores — tempo
de Planck, disponse dun modelo que
describe o estado do universo ata os
nosos d’as, con predicci—ns atinadas en
xeral cando se comparan cos fen—menos observados. çs altas densidades
nas que se encontraba o universo en
tempos posteriores — de Planck, a sœa
temperatura era enorme. A temperatura ind’cano-la velocidade media ‡ que
se moven as part’culas. Nesa Žpoca as
sœas velocidades eran tan elevadas que
pod’an vence-las forzas entre elas.
Produc’anse moitas colisi—ns moi enerxŽticas que daban como resultado a
producci—n doutras part’culas en pares
part’cula-antipart’cula. As part’culas e
antipart’culas interaccionan pola sœa
vez e aniqu’lanse. Nese estado do universo primordial ti–a lugar unha cadea
de procesos cu‡nticos cunha estructura
que ’a variando a medida que se produc’a a expansi—n e o universo arrefriaba. Se a temperatura baixa, a velocidade das part’culas diminœe e non se
producen os procesos de creaci—n de
pares; dominan ent—n as aniquilaci—ns
e os agrupamentos das part’culas.
1 COLABORA.CIN
134
4/4/01
21:47
Página 134
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
Evolución do universo. As distintas épocas da evolución do universo, segundo o modelo do big bang ou grande explosión, represéntanse ó longo da liña
do tempo. Paralelas a esta represéntanse liñas que indican a temperatura, a enerxía cinética media das partículas e a densidade do universo. Así mesmo,
inclúese información sobre o tamaño do universo tomando como unidade o seu tamaño actual.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 135
Astrofísica e Cosmoloxía
Estes fen—menos dan lugar — que se
co–ece como big bang nucleos’ntese.
Desde o tempo de Planck ata que
transcorreu o primeiro segundo, o universo expandiuse de tal forma que a
sœa densidade pasou dos 1092 gramos
por cent’metro cœbico a s— 500.000 gramos por cent’metro cœbico. Durante
este per’odo o universo consist’a
nunha mestura en equilibrio tŽrmico
das part’culas elementais caracter’sticas das altas enerx’as. Entre estas part’culas encontr‡banse as tres familias de
quarks e lept—ns que hoxe constitœen o
piar do chamado modelo est‡ndar das
part’culas elementais e as interacci—ns
fundamentais. Os detalles do que ocorreu en gran parte desta Žpoca son bastante especulativos, xa que cos aceleradores de part’culas m‡is potentes de
que se disp—n (por exemplo, o LEP no
CERN ou Centro Europeo de Investigaci—ns Nucleares) non se alcanzou a enerx’a suficiente. Mesmo nas
enerx’as acadadas se estudiaron m‡is
colisi—ns de part’culas illadas c— comportamento de agregados destas, a’nda
que nos œltimos anos se progresou considerablemente neste œltimo aspecto
(para m‡is detalles consœltese o artigo
"Nœcleos e part’culas", de C. Pajares
Vales neste nœmero da REVISTA GALEGA
DO ENSINO). Na ilustraci—n da evoluci—n do universo pode verse c—mo o
novo acelerador en construcci—n do
CERN, o LHC, supor‡ unha mellora,
pero, as’ e todo, encontrarŽmonos moi
lonxe das enerx’as propias das part’culas nas Žpocas m‡is temper‡s do universo.
135
O modelo est‡ndar das interacci—ns fundamentais (verificado hoxe
con gran precisi—n ata as enerx’as
alcanzadas no acelerador LEP) Ž froito
da rotura de simetr’a dun modelo m‡is
fundamental. Os fen—menos de rotura
de simetr’a prodœcense cando o sistema baixo consideraci—n se configura
nun estado que posœe unha simetr’a
inferior ‡ da teor’a f’sica que goberna o
seu comportamento. Conforme vai
arrefriando, o universo evoluciona en
estados que cada vez corresponden a
unha simetr’a menor. O modelo mormente aceptado Ž o chamado modelo
de grande unificaci—n onde a interacci—n forte aparece unificada coa electrodŽbil. Na etapa inmediatamente posterior — tempo de Planck atop‡monos
cun universo formado por materia e
antimateria en equilibrio no que tres
das interacci—ns que agora co–ecemos
se encontran unificadas nunha. A
medida que o universo arrefr’a, a enorme simetr’a dos modelos de grande
unificaci—n rompe e as interacci—ns
fundamentais comezan a diferenciarse.
Antes de se cumpri-la primeira
millonŽsima de segundo, a interacci—n
forte xa se diferenciara da electrodŽbil e
produc’ase a asimetr’a entre materia e
antimateria. ƒ ent—n cando comeza a
rompe-la interacci—n electrodŽbil en
dŽbil e electromagnŽtica, e cando os
quarks empezan a confinarse en prot—ns e neutr—ns. ChŽgase as’ —s albores
do primeiro segundo, cun universo
unhas dez mil veces m‡is pequeno c—
actual con t—dalas interacci—ns fundamentais diferenciadas. ƒ importante
1 COLABORA.CIN
136
4/4/01
21:47
Página 136
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
remarcar que o co–ecemento de gran
parte deste per’odo da evoluci—n do
universo Ž bastante especulativo.
Existen modelos alternativos e seguir‡n propo–Žndose outros no futuro, ata
que algœn quede marcado por ir acompa–ado dalgunha pegada clara que
permanecera ata os nosos d’as e sexa
observada.
Un segundo despois do big bang, a
temperatura do universo era de 10.000
mill—ns de graos e estaba composto por
fot—ns, electr—ns, positr—ns, neutrinos,
antineutrinos, prot—ns e neutr—ns.
Segundo vai descendendo a temperatura, a creaci—n de pares de electr—ns e
positr—ns deixa de ser posible e estes
aniqu’lanse entre si deixando un remanente de electr—ns debido ‡ mencionada asimetr’a materia-antimateria. Os
neutrinos e os antineutrinos, en virtude
do car‡cter tan feble da forza con que
interaccionan, non se aniquilan e quedan poboando o universo de forma
similar —s fot—ns que forman a radiaci—n de fondo de microondas. Este
remanente desa Žpoca Ž dif’cil de
observar debido ‡ enorme dificultade
que entra–a a detecci—n de neutrinos, e
ata hoxe non se te–en indicios experimentais da sœa existencia.
Aproximadamente cen segundos
despois do big bang, a temperatura era
de 1.000 mill—ns de graos. A esta temperatura os prot—ns e os neutr—ns
comezan a combinarse en nœcleos de
deuterio que pola sœa vez se combinan
con m‡is prot—ns e neutr—ns para formaren nœcleos de helio e outros menos
lixeiros como os de litio e berilio. Os
modelos actuais que describen as interacci—ns fundamentais fan unha predicci—n para a producci—n de helio
nesta Žpoca que, como xa se indicou, Ž
consistente coa observada experimentalmente. ƒ importante destacar que,
nestas predicci—ns, un ingrediente
importante Ž o nœmero de especies de
neutrinos. Sabemos a partir dos experimentos realizados no CERN nesta œltima dŽcada que s— existen tres especies,
valor que concorda perfectamente coa
abundancia de helio observada.
A producci—n de helio e dos
demais elementos lixeiros tivo lugar
durante as primeiras horas posteriores
— big bang. Despois, — longo dos cen mil
anos seguintes, o universo seguiu expand’ndose ata que a temperatura descendeu a uns poucos miles de graos,
temperatura ‡ cal os electr—ns non dispo–’an de enerx’a suficiente para
vence-la interacci—n electromagnŽtica,
combin‡ndose consecuentemente en
‡tomos. Cando este proceso se completou xa non exist’an part’culas cargadas
e a interacci—n entre fot—ns e materia
reduciuse considerablemente. Prodœcese ent—n o desencaixamento da materia e da radiaci—n, non existe o equilibrio tŽrmico entre elas. A radiaci—n
evoluciona en equilibrio tŽrmico por si
mesma ata os nosos d’as deixando
unha pegada clara na radiaci—n de
fondo de microondas.
A partir dos cen mil anos comezan a aparecer no universo pequenas
variaci—ns da densidade na distribuci—n da materia que conducen ‡ formaci—n de galaxias. Conforme transcorre
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 137
Astrofísica e Cosmoloxía
o tempo, o gas de hidr—xeno e helio das
galaxias disgrŽgase en nubes m‡is
pequenas que comezan a colapsarse e a
xerar estrelas. Hai uns 10.000 mill—ns
de anos produciuse o colapso dunha
nube de gas que deu lugar a unha
insignificante estrela nun dos brazos
dunha galaxia. Esta estrela ti–a un planeta no que despois de transcorridos
uns cantos centos de mill—ns de anos
empezaron a producirse reacci—ns qu’micas nos seus ocŽanos que induciron
un fen—meno co–ecido como a vida.
Correron 5.000 mill—ns de anos, e logo
de produc’rense complexos procesos
de natureza biol—xica, apareceron criaturas intelixentes nese planeta. Estas
criaturas puxŽronlle o nome Sol ‡ estrela e V’a L‡ctea ‡ galaxia, e nun per’odo
relativamente curto de tempo foron
quen de descubrir c—mo evolucionara
o universo do que fac’an parte.
A INFLACIÓN
O modelo est‡ndar cosmol—xico
que describimos ten algœns problemas
inherentes. Podemos preguntarnos por
exemplo por quŽ o universo Ž tan uniforme como se nos presenta. Observamos zonas do universo que semellan basicamente iguais, tan separadas
unha doutra que a luz non tivo tempo
para viaxar entre elas. Non foi posible
que a luz puidera flu’r para iguala-las
sœas respectivas densidades e temperaturas. Como consecuencia, a uniformidade observada tivo que precede-la
expansi—n. Outra pregunta que pon en
dificultades o modelo est‡ndar cosmol—xico Ž por quŽ a velocidade de expan-
137
si—n do universo Ž a que Ž, xusto a suficiente para contrarresta-lo efecto de
atracci—n exercido pola forza gravitatoria conxunta de toda a materia presente no universo. ƒ preciso facer un axuste moi fino nas condici—ns temper‡s do
universo para que este, despois do
longo per’odo de tempo transcorrido,
non terminara nun enorme colapso ou
nunha expansi—n tan r‡pida que non
deixar’a que se orixinaran as estrelas e
as galaxias. O mesmo ca no caso das
fluctuaci—ns, Ž moito m‡is satisfactorio
dispo–er dun modelo que non precise
duns axustes tan finos para poder predici-la situaci—n actual, un modelo no
que o universo observado sexa un producto natural baixo unha ampla banda
de condici—ns nun pasado remoto.
As limitaci—ns descritas non invalidan o modelo est‡ndar cosmol—xico
pero si apuntan a sœa inconclusi—n. Co
obxectivo de completalo, nos anos
oitenta propœxose a teor’a da inflaci—n.
Esta teor’a postula que o universo atravesou nas sœas Žpocas m‡is temper‡s
un estado de expansi—n moi r‡pida, de
a’ o nome de inflaci—n. Contrariamente
— caso est‡ndar no que a expansi—n se
deceleraba co tempo, segundo a nova
teor’a a expansi—n aceler‡base durante
un certo per’odo de tempo, inducindo
un distanciamento entre os obxectos
cada vez m‡is r‡pido. O propio espacio
se expand’a m‡is r‡pido c‡ velocidade
da luz, estando os obxectos quietos respecto — espacio e, polo tanto, sen entrar
en contradicci—n coa relatividade. Debido a esa expansi—n primordial, as
part’culas puideron estar nalgœn
1 COLABORA.CIN
138
4/4/01
21:47
Página 138
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
momento tan preto unhas doutras que
nese estado ti–an densidades e temperaturas comœns. M‡is tarde, durante a
inflaci—n, algunhas partes do universo
perderon contacto. O modelo pred’ as’
mesmo un universo plano, do tipo terceiro entre os tres descritos anteriormente. Desde os oitenta ten habido
observaci—ns que parec’an desbota-la
posibilidade dun universo plano, e a
teor’a da inflaci—n sufriu diversas
modificaci—ns. Na actualidade, gran
parte da comunidade cient’fica opina
que dunha ou doutra forma houbo un
per’odo de inflaci—n que de forma
natural explica por quŽ o universo
onde vivimos Ž o que Ž no contexto do
modelo est‡ndar cosmol—xico. Por
outra parte, observaci—ns moi recentes
apuntan a confirmaci—n de que, en
efecto, o universo Ž plano.
4. AS PREGUNTAS
No comezo dun sŽculo como no
que estamos inmersos, despois do
balance do progreso acontecido no que
agora remata, Ž natural preguntarse
c‡les son as grandes cuesti—ns pendentes. Emprender unha tarefa deste tipo
entra–a grandes riscos. Practicamente
t—dalas preguntas que nos fixeramos
no ano 1900 ser’an consideradas como
irrelevantes uns anos despois. Sen
embargo, a situaci—n non Ž a mesma. O
avance da ciencia que se produciu no
sŽculo XX supera de sobra o de t—dolos
sŽculos anteriores xuntos. Estamos
polo tanto nunha posici—n vantaxosa
para atrevernos a facer preguntas sen
que estas queden f—ra de lugar nuns
poucos anos. ÀSaberemos facer uso
desta vantaxe?
Un dos problemas fundamentais
— que habemos de enfrontarnos Ž o da
materia escura. As observaci—ns indican que practicamente o noventa por
cento da materia do universo non se
manifesta nunha forma que deramos
detectado experimentalmente. Ten habido moitas especulaci—ns sobre a
natureza deste tipo de materia pero
ningunha resultou conclu’nte. Este
problema aparece mesturado co da
constante cosmol—xica que agora brevemente describimos.
As ecuaci—ns da relatividade
xeral poden inclu’r un termo adicional
caracterizado por unha constante que
se denomina constante cosmol—xica.
Este termo introduciuno Einstein para
que estas ecuaci—ns puideran ter soluci—ns con universos est‡ticos, acorde co
que se cr’a na sœa Žpoca. Unha vez que
se fixo firme a lei de Hubble, que favorec’a un universo en expansi—n, esta
constante resultou inc—moda e intentouse durante moitos anos encontrar
algunha explicaci—n para que sexa tan
pequena, consonte se segue das observaci—ns experimentais. Todo parece
indicar que a resposta a preguntas
como as da materia escura e a da constante cosmol—xica poden estar encerradas en problemas de ’ndole m‡is formal ou fundamental como Ž o da
gravidade cu‡ntica.
A Teor’a Xeral da Relatividade
que describe a interacci—n gravitatoria
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 139
Astrofísica e Cosmoloxía
mostrouse intransixente coa Mec‡nica
cu‡ntica, ag‡s nos t’midos avances que
se fixeron sobre os aspectos cu‡nticos
dos buratos negros. Non se disp—n
polo de agora dunha teor’a cu‡ntica da
gravidade completa pero si existe unha
candidata moi notable: a teor’a de cordas. Esta teor’a, amais de cumprir esa
funci—n, tamŽn proporciona un marco
no que as catro interacci—ns fundamentais se encontran unificadas, unha das
metas m‡is perseguidas nas œltimas
dŽcadas polos f’sicos te—ricos. Na teor’a de cordas, os obxectos b‡sicos non
son part’culas puntuais sen—n obxectos
que posœen unha lonxitude intr’nseca,
similares a anacos infinitamente delgados de cordas. Os modos de vibraci—n
destas cordas, semellantes ‡s notas que
emite unha corda de viol’n, son as part’culas elementais. As cordas te–en
polo tanto unha infinidade de part’culas; sen embargo, s— unhas poucas
te–en masas lixeiras, que ser’an as relacionadas m‡is directamente coas part’culas que co–ecemos. A teor’a de cordas pode albergar no seu seo o modelo
est‡ndar das part’culas elementais, que
con tanta precisi—n se verificou experimentalmente. Isto Ž unha propiedade
importante desta teor’a pero a fundamental Ž que tamŽn contŽn a Teor’a da
Relatividade Xeral. Polo momento non
sabemos moito da teor’a de cordas, se
ben na œltima dŽcada lŽvanse feito
importantes progresos. Esta teor’a foi
capaz de ofrecer unha descrici—n
microsc—pica dalgœns tipos de buratos
negros, feito que non se lograra anteriormente. Queda moito que avanzar
no desenvolvemento da teor’a de cor-
139
das, e con seguridade ha ser un dos
campos de estudio m‡is importante
dos f’sicos te—ricos en gran parte do
sŽculo que agora comeza. Dela pode
nacer unha explicaci—n do que ocorreu
no noso universo en tempos da orde do
tempo de Planck que evite a singularidade e que, a’nda que non resolva a
pregunta de quŽ hab’a antes do big
bang, te–a como consecuencia, por
exemplo, a irrelevancia desta. O novo
modelo desa etapa tan temper‡ que
poder’a emerxer ter‡ que afronta-la
resoluci—n doutras preguntas que est‡n
a’nda sen contestar, desde a orixe da
materia escura ou a descrici—n da
Žpoca de inflaci—n, ata a explicaci—n da
asimetr’a entre a materia e a antimateria.
Desde un punto de vista de observaci—n, os retos son tamŽn enormes.
Discernir se o noso universo Ž pechado
ou aberto Ž un deles. Recentemente
acheg‡ronse novos datos, os do proxecto Boomerang, que favorecer’an un
universo plano. ƒ dicir, parece que a
densidade do noso universo Ž aproximadamente a densidade cr’tica que fai
que o universo se expanda indefinidamente pero — ritmo m‡is lento posible.
Estes resultados est‡n de acordo cos
modelos de inflaci—n m‡is pioneiros.
Outro reto importante Ž observa-la distribuci—n de neutrinos de fondo remanentes das primeiras Žpocas da evoluci—n do noso universo.
Un campo importante que merece
a atenci—n de f’sicos experimentais e
te—ricos, no que sen dœbida se far‡ un
notable esforzo nos anos vindeiros, Ž o
1 COLABORA.CIN
140
4/4/01
21:47
Página 140
José M. Fernández de Labastida y del Olmo
dos raios c—smicos. Por este nome
co–Žcense os fen—menos producidos
por part’culas a moi altas enerx’as que
penetran a atmosfera terrestre. A’nda
que non son moitas, o fluxo destas part’culas Ž elevado abondo como para
poder ser observadas experimentalmente. O seu estudio Ž moi importante
porque se trata de procesos de moi
altas enerx’as, hoxe por hoxe irreproducibles nos aceleradores dos laboratorios de f’sica de altas enerx’as.
Por œltimo, enlazando cos aspectos m‡is especulativos, podemos preguntarnos se, tal e como parece predicir unha descrici—n do comezo do
universo baseado na teor’a de cordas, o
universo constaba inicialmente de m‡is
das catro dimensi—ns, tres espaciais e
unha temporal, que agora co–ecemos.
Se esta teor’a Ž a apropiada, esa propiedade Ž inevitable. Un universo cunha
dimensi—n espacial superior a tres Ž
dif’cil de imaxinar. Se tivesemos que
acepta-la sœa existencia, o importante
ser’a ser capaces de estudia-la teor’a
ata o punto de que puidesemos identifica-las pegadas que disto deber’an
permanecer hoxe. A sœa observaci—n,
as’ como a doutros posibles tipos de
rastros relacionados coa teor’a de cordas, constituir’an uns dos grandes
retos experimentais nas pr—ximas dŽcadas. Pero primeiro hai que predicilas.
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA
Bowers, Richard L., e Terry Deeming,
Astrophysics, Boston, Jones and
Bartlett, 1984.
Hawking, Stephen, Historia del tiempo:
del big bang a los agujeros negros,
Madrid, Alianza, D. L. 1994.
Silk, Joseph, The Big Bang, Nova York,
W. H. Freeman and Company,
1988.
Thorne, Kip S., Agujeros negros y tiempo
curvo: el escandaloso legado de
Einstein, Nova York, W. W.
Norton and Company, 1994.
Wald, Robert M., Space, Time and
Gravity, Chicago, The Chicago
University Press, 1992.
Weinberg, Steven, Los Tres primeros
minutos del universo, Madrid,
Alianza, D. L. 1996, (1977).
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 141
141
QUÍMICA: BALANCE DUN SÉCULO
M. Arturo L—pez Quintela*
Universidade de Santiago
de Compostela
A nosa maneira de vivir, pero
tamŽn Ñe m‡is importanteÑ a nosa
filosof’a e maila nosa concepci—n da
vida, mudaron por completo neste œltimo sŽculo. A nosa actual concepci—n do
mundo (no que por suposto nos inclu’mos) Ž dif’cil de entender sen ter en
conta os recursos tecnol—xicos e os
avances cient’ficos tan extraordinarios
que se te–en dado nos œltimos cen
anos. ÀComo se pode entende-la nosa
forma de vida sen estes cada vez m‡is
r‡pidos e ÔmemoriadosÕ ordenadores,
a’nda que sigan sendo sumamente
ÔtontosÕ?, Àcomo se pode concibi-la
vida actual sen t—dolos medios de
transporte?, Àcomo se entende a existencia sen te-la oportunidade de vibrar
coa nosa mœsica m‡is querida almacenada dixitalmente nestes planos CD?, e
Àque poderiamos facer sen os materiais
que utilizamos decote para vestirnos,
sentarnos, calzarnos, para gozar das
nosas afecci—ns, para facer e illa-las
nosas casas, etc.? Sen os grandes avances das ciencias e m‡is concretamente
da Qu’mica, que tiveron lugar neste
œltimo sŽculo, nada disto ter’a sido
posible.
A Qu’mica era, a principios de
sŽculo, pouco m‡is que unha serie de
leis e receitas emp’ricas obtidas a partir
de experimentos realizados en precarias condici—ns. As leis cl‡sicas da
F’sica impo–’an un marco extremadamente r’xido ‡ posible interpretaci—n
dos experimentos que comezaron a
realizarse ent—n. Axi–a se observou
que aquelas leis cl‡sicas Ñpensadas
como inmutablesÑ non s— non permit’an explica-los feitos experimentais da
Qu’mica sen—n que, a’nda peor, moitas
veces parec’an estar en franca contradicci—n con eles. En poucos anos, a presi—n dos feitos experimentais en contra
das leis cl‡sicas foi tan grande que
unha enorme explosi—n de novas ideas
comezou a aparecer por t—dalas partes
deitando o novo zume que hab’a cambiar por completo a nosa concepci—n
da Qu’mica, das Ciencias Naturais e,
en definitiva, a nosa concepci—n do
mundo.
* Catedrático de Química-Física.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
1 COLABORA.CIN
142
4/4/01
21:47
Página 142
M. Arturo López Quintela
Ocupar’anos moito tempo e espacio realizar unha descrici—n pormenorizada de t—dolos avances importantes
que se deron na Qu’mica durante este
sŽculo. Por iso ofreceremos neste artigo
unha visi—n moi personalizada Ña’nda
que xeralÑ do que consideramos que
foi crucial no desenvolvemento desta
fermosa ciencia. E ’molo facer esquematizando estes avances por ‡reas
tem‡ticas segundo unha certa orde cronol—xica.
Primeiramente comentarŽmo-los
pasos m‡is decisivos que houbo que
dar para senta-las bases da Qu’mica
cu‡ntica. Era dif’cil, a principios do
sŽculo XX, atopar unha explicaci—n
razoable Ñpartindo dos postulados da
Mec‡nica cl‡sicaÑ para un nœmero
cada vez m‡is importante de experimentos que se foran realizando — longo
deses primeiros anos. Max Planck
soubo dar un paso esencial Ñe arriscado para o seu tempoÑ — considerar
que a enerx’a era unha variable non
continua: a enerx’a est‡ cuantizada en
paquetes (cuantos) de valor hn, sendo n
a frecuencia da onda de enerx’a e h
unha constante que recibir’a por iso o
nome de constante de Planck. En seguida se observa que a idea de Planck Ž
excelente e comeza a aclararse o escuro
e desesperanzador panorama que a
Mec‡nica cl‡sica deixara no seu intento
de explica-lo mundo dos ‡tomos e as
molŽculas. Einstein aplica con notable
Žxito as ideas de Planck para explica-lo
efecto fotoelŽctrico e a capacidade calor’fica dos s—lidos, e Bohr desenvolve
unha primeira Ña’nda que err—neaÑ
idea moi intuitiva de c—mo poder’a ser
o ‡tomo. Sen embargo, as cousas non
eran tan doadas. O pensamento cl‡sico
lineal estaba moi arraigado e nesas condici—ns era moi dif’cil avanzar. Cr’ase
que no mundo at—mico un poder’a atopar unha ecuaci—n (igual ca no mundo
cl‡sico) a partir da cal obteri‡mo-la
informaci—n
que
procurabamos.
Heisenberg foi o encargado de botar
abaixo esta idea — impo–er certas condici—ns: existen variables conxugadas
non compatibles (por exemplo, posici—n e momento; enerx’a e tempo, etc.),
de xeito que se co–ecemos unha desas
variables con suficiente precisi—n, automaticamente perdemos toda a informaci—n precisa respecto da outra variable. Houbo ent—n que renunciar —
concepto do ÔprecisoÕ e o ÔdeterminadoÕ, e substitu’los polo ÔindeterminadoÕ
e ÔimprecisoÕ introducindo para isto a
ÔprobabilidadeÕ. Xa non poderiamos
falar dunha ecuaci—n que predixera
—nde se atopa un determinado electr—n
dun ‡tomo nun intre particular, sen—n
que deberiamos conformarnos con
co–ece-la probabilidade de encontrar
ese electr—n nunha rexi—n determinada
do espacio. Este importante aspecto
non se pode pasar por alto, pois sup—n
un reco–ecemento impl’cito da nosa
limitaci—n respecto — co–ecemento que
podemos posu’r das partes m‡is pequenas da materia. Era dif’cil aceptar
esta idea, mesmo para aqueles que contribu’ran dun xeito ou doutro ‡ sœa
concepci—n, como por exemplo Einstein, que sempre se rebelar’a contra as
consecuencias das sœas propias teor’as.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 143
Química: balance dun século
Por se isto non abondase, un novo
feito, ligado coa natureza das cousas
(entŽndase, por exemplo, a natureza
dun electr—n ou dun neutr—n ou dun
fot—n de radiaci—n) vir’a complicar
a’nda m‡is o problema. Moitos experimentos realizados cos ‡tomos e molŽculas daban a entender que os electr—ns eran corpœsculos moi pequenos
cunha masa determinada (e polo tanto
localizada xalundes no espacio). Pero,
por outra parte, outros experimentos
requir’an, sorprendentemente, para a
sœa explicaci—n que os electr—ns foran
tratados como ondas. Cando se pensa
nunha onda, automaticamente se lle
asocia unha extensi—n espacial porque
as ondas ve–en determinadas pola sœa
frecuencia, que representa a repetici—n
dun per’odo espacial na unidade de
tempo. Pero ent—n, Àcomo encaixar esta
idea de onda coa da part’cula (algo moi
concreto e localizado no espacio)?
De Broglie deu o primeiro paso na
busca dunha explicaci—n introducindo
a hip—tese Ñm‡is tarde confirmadaÑ
de que a toda part’cula se lle pode asociar unha onda cunha frecuencia caracter’stica. Con todo, isto non aclara a
dœbida anterior pois non se trata de
que unha entidade (a part’cula) leve
consigo outra entidade (onda). Nese
caso, tratar’ase de dœas entidades conxuntas. Non Ž as’: s— existe unha œnica
entidade e por iso, anos m‡is tarde,
acu–ar’ase para ela a inimaxinable
(polo menos para min) expresi—n: Ôentidade onda-corpœsculoÕ.
Logo de andar manexando este
concepto durante o resto deste sŽculo e
143
ver que si interpreta adecuadamente os
feitos experimentais, seguimos (Áe, moi
probablemente, seguiremos!) pregunt‡ndonos quŽ pode ser algo que reœna
como esencia do seu ser dous conceptos aparentemente contrarios. Pero deixemos este dif’cil interrogante nunha
parte da nosa mente (para pensar quizais niso, de vez en cando) e sigamos
co noso breve percorrido polo mundo
at—mico-molecular.
E. Schršdinger ser’a o encargado
de introducir, en xaneiro de 1926, a
ecuaci—n que os qu’micos vi–an buscando desde moito tempo atr‡s: unha
ecuaci—n a partir da cal se puidera
co–ecer todo acerca dese ‡tomo ou
molŽcula, ben Ž certo que coas limitaci—ns que mencionamos, Ž dicir, Ž unha
ecuaci—n de probabilidades e non conduce m‡is que ‡ obtenci—n de funci—ns
de onda, e o seu cadrado d‡nos probabilidades de encontra-los electr—ns
(orbitais). Felices coa ecuaci—n de
Schršdinger debaixo do brazo, os qu’micos ti–an por primeira vez unha
ferramenta coa cal se poder’an non s—
interpretar t—dolos feitos experimentais co–ecidos ata ent—n, sen—n Ñe
m‡is importanteÑ predicir outros novos desde a nosa mesa de despacho sen
necesidade de ir — laboratorio. ÀNon
era isto como o descubrimento da
pedra filosofal coa que moitos so–aran? Con todo, a euforia inicial pouco
hab’a durar de novo.
En primeiro lugar, a ecuaci—n de
Schršdinger non permite explicar
determinados fen—menos relativistas.
Isto non obstante foi resolvido por
1 COLABORA.CIN
144
4/4/01
21:47
Página 144
M. Arturo López Quintela
P. A. M. Dirac quen, en 1928, descubriu
a ecuaci—n relativista mecanocu‡ntica
que lle permitiu predici-la existencia
do spin do electr—n. Este concepto fora
anteriormente proposto por Uhlenbeck
e Goudsmit para explicar algunhas
observaci—ns realizadas en espectros
at—micos. E, outra volta, aparece unha
interrogante: Àque Ž realmente ese
spin? Certamente podemos dicir que o
spin Ž un momento angular intr’nseco
que posœen as ondas-part’culas elementais. Dunha forma non moi precisa, poder’ase pensar nel como nun
momento angular debido — xiro da part’cula sobre o seu propio eixe, pero esta
imaxe non Ž correcta pois o spin non Ž
un efecto cl‡sico. De novo debemos
asumi-la nosa limitaci—n respecto ‡
representaci—n ou imaxe que este concepto representa.
Posteriormente observar’ase tamŽn que aquelas part’culas que posœen
spin enteiro (en unidades da constante
reducida de Planck) obedecen ‡ estat’stica de Bose-Einstein (vŽxase m‡is
adiante) e non hai restricci—n en canto —
nœmero de part’culas que poden existir
nun determinado nivel enerxŽtico,
mentres aquelas que posœen spins
semienteiros (electr—ns, por exemplo)
responden ‡ estat’stica de Fermi-Dirac,
sen que poida haber m‡is dunha part’cula por nivel cu‡ntico de enerx’a
(Principio de exclusi—n de Pauli).
Por outra parte, pronto se viu que,
a’nda que se dispo–’a dunha ecuaci—n
para dar resposta ‡s nosas preguntas, s— eramos capaces de resolve-la
ecuaci—n para situaci—ns sumamente
sinxelas. Para sermos m‡is precisos, a
ecuaci—n de Schršdinger s— se pode
resolver de forma exacta para o ‡tomo
de hidr—xeno ou i—ns hidroxenoides
(aqueles que posœen unicamente un s—
electr—n), pois a presencia de termos
correspondentes ‡s interacci—ns interelectr—nicas fai inviable a sœa resoluci—n
anal’tica. ƒ necesario ent—n introducir
aproximaci—ns para a aplicaci—n da
ecuaci—n de Schršdinger a casos concretos. D. R. Hartree e V. Fock idearon
un mŽtodo iterativo (mŽtodo de campo
autoconsistente) para resolver de
forma aproximada a ecuaci—n e poder
as’ ser aplicada a casos m‡is complexos. A aproximaci—n Hartree-Fock
(H-F) transformaba a ecuaci—n irresoluble de Schršdinger para n electr—ns
en n ecuaci—ns resolubles, unha para
cada electr—n. En 1951 Roothaan
demostrou que a maneira m‡is conveniente de expresa-los orbitais utilizados na aproximaci—n H-F Ž en forma de
combinaci—n lineal dun conxunto de
funci—ns, denominadas Ôfunci—ns baseÕ.
O qu’mico desexar’a, sen embargo, poder aplica-la ecuaci—n de
Schršdinger a molŽculas, e para iso
c—mpre introducir novas aproximaci—ns. A aproximaci—n de Born-Oppenheimer considera de forma
correcta que os electr—ns se moven
moito m‡is de prŽsa c—s nœcleos, o que
permite resolve-la ecuaci—n de ondas
para os electr—ns mantendo fixas as
posici—ns dos nœcleos. Emporiso, dentro desta aproximaci—n Ž necesario realizar a’nda outras para poder levar a bo
termo o estudio de molŽculas.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 145
Química: balance dun século
Un paso importante foi a aplicaci—n a molŽculas do mŽtodo autoconsistente H-F; pero isto s— foi posible a
partir dos anos sesenta mediante o uso
de ordenadores. Como as molŽculas
est‡n compostas por ‡tomos enlazados, util’zanse orbitais at—micos (OA)
como funci—ns base e cada orbital
molecular (OM) exprŽsase ent—n como
unha combinaci—n lineal de OA (aproximaci—n CLOA). Esta aproximaci—n
introducida por Mulliken e Hund ser’a
de grande importancia para o co–ecemento do enlace qu’mico. A contribuci—n de cada OA na combinaci—n
CLOA calcœlase ent—n resolvendo as
ecuaci—ns H-F. Neste campo hai que
reco–ece-lo gran labor levado a cabo
por J. A. Pople, que desenvolveu a
maior parte dos mŽtodos computacionais utilizando funci—ns gaussianas
(Programas GAUSSIAN) como funci—ns base, m‡is doados de integrar c—s
m‡is precisos orbitais at—micos (funci—ns de Slater). A’nda que con estes
procedementos se necesita utilizar un
maior nœmero de funci—ns base para
Ôconstru’rÕ a molŽcula, redœcense en
cambio de forma moi notable os tempos de c‡lculo.
Os estudios te—ricos de molŽculas
realizados nos termos descritos denom’nanse c‡lculos ab initio e son os m‡is
usados na actualidade, gracias — desenvolvemento dos cada vez m‡is r‡pidos
ordenadores. Sen embargo, polas dificultades de c‡lculo, sobre todo cando
as molŽculas posœen moitos ‡tomos ou
estes te–en un peso at—mico alto (posœen polo tanto un elevado nœmero de
145
electr—ns), faise necesario realizar aproximaci—ns para resolver algunhas das
integrais m‡is dif’ciles que aparecen no
c‡lculo. Algunhas destas integrais
poden ser avaliadas experimentalmente (por exemplo, mediante mŽtodos
espectrosc—picos) e outras poden ser
introducidas como par‡metros axustables, evitando as’ o seu custoso c‡lculo.
Os mŽtodos que realizan estas aproximaci—ns denom’nanse mŽtodos semi-emp’ricos e foron os m‡is usados
durante a primeira metade do sŽculo
XX. Debemos destacar aqu’, dentro
destes mŽtodos, unha aproximaci—n
que conseguiu notables Žxitos no estudio de molŽculas con enlaces pi, desenvolvida por E. HŸckel a principios dos
anos trinta e que se co–ece como aproximaci—n HŸckel, consistente en tratar
de forma independente os electr—ns
sigma e pi das molŽculas.
Antes de finalizar esta r‡pida
visi—n das orixes da Qu’mica cu‡ntica
debemos destaca-la aparici—n, nos
derradeiros anos do sŽculo, da tŽcnica
do funcional de densidade Ñdebido
fundamentalmente a W. KohnÑ que
permitiu dar un salto cuantitativo
importante no tama–o dos sistemas
estudiados e abriu as portas — estudio
cuantitativo dos s—lidos nanoestructurados que, por posu’ren un nœmero
elevado de ‡tomos (normalmente pesados) eran dif’ciles de abordar polos
mŽtodos antes mencionados.
Fixemos referencia ‡s dificultades
que ten a resoluci—n da ecuaci—n de
ondas para un sistema tan ÔsimpleÕ
como unha molŽcula de varios ‡tomos.
1 COLABORA.CIN
146
4/4/01
21:47
Página 146
M. Arturo López Quintela
Pero o qu’mico ten que enfrontarse
normalmente co comportamento, non
dunha molŽcula, sen—n dun nœmero
moi elevado delas (da orde dun mol, Ž
dicir, aproximadamente 1024 molŽculas). Ben Ž certo que ser’a totalmente
absurdo resolver unha ecuaci—n de
ondas que contivese a informaci—n de
todo ese elevado nœmero de molŽculas.
A’nda que puidesemos resolve-la dita
ecuaci—n, de pouco nos hab’a servir,
pois far’anos falta m‡is tempo c‡ idade
actual estimada do universo para
imprimir toda a informaci—n. ÁCanto
tempo necesitariamos despois para
procesala no noso finito cerebro! Por
iso, desde principios de sŽculo desenvolveuse unha disciplina coa intenci—n
de uni-las propiedades dun ‡tomo ou
Enrico Fermi no laboratorio da Universidade de Roma.
molŽcula (obxectivo da Qu’mica cu‡ntica que acabamos de sinalar) coas dos
sistemas macrosc—picos e que se denomina Mec‡nica estat’stica. Sen esta
extraordinaria ferramenta pouco poder’a dicir hoxe en d’a a Qu’mica verbo
dos seus compostos e das reacci—ns
entre eles. Os nomes de Maxwell,
Boltzmann e Gibbs est‡n ligados ‡ evoluci—n desta ‡rea. Ser’a Boltzmann o
encargado de desenvolve-la estat’stica
que leva o seu nome e que permite
estudia-lo comportamento dun sistema
formado por un nœmero elevado de
part’culas distinguibles, co–ecido o
comportamento das part’culas individuais. Esta estat’stica haber’a ser
ampliada por Fermi e Dirac (para a
sœa aplicaci—n a fermi—ns, como por
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 147
Química: balance dun século
exemplo os electr—ns) e por Bose e
Einstein (para a sœa aplicaci—n a
bos—ns, como por exemplo os fot—ns).
Os primeiros Žxitos da Mec‡nica estat’stica foron impresionantes. As’, a
modo de exemplo, a entrop’a est‡ndar
do He calculada a partir da Mec‡nica
estat’stica (30.11 u. e.), coincid’a de
forma case exacta coa determinada
experimentalmente (30.13 u. e.). Mediante sinxelos modelos utilizados
para describi-las molŽculas individuais
(como o rotor r’xido ou o oscilador harm—nico), a Mec‡nica estat’stica puido,
en poucos anos, abordar con suma elegancia o c‡lculo de magnitudes tan
complexas e variadas como constantes
de equilibrio en fase gasosa ou capacidades calor’ficas (e a sœa dependencia
coa temperatura) de s—lidos cristalinos.
Neste œltimo cap’tulo son destacables
as achegas de Einstein e Debye con
cadansœa teor’a que levan os seus respectivos nomes.
A pesar dese Žxito, as limitaci—ns
da Mec‡nica estat’stica fixŽronse notar
axi–a polas mesmas raz—ns c‡s aludidas para a Qu’mica cu‡ntica. Co–Žcense perfectamente hoxe en d’a as
ecuaci—ns que hai que utilizar para
obte-lo comportamento estat’stico
dunha cantidade elevada (por exemplo, un mol) de calquera substancia en
equilibrio. Sen embargo, o problema
reside de novo no c‡lculo. Este c‡lculo
p—dese levar a cabo de forma relativamente simple cando o sistema Ž ideal, Ž
dicir, cando non existen interacci—ns
entre as molŽculas (ou ‡tomos, i—ns,
etc.) do sistema. Sen embargo, cando
147
existen interacci—ns (como sucede nun
gas real ou nun l’quido) resulta imposible resolve-las integrais que aparecen
(integral de configuraci—n). Ornstein e
Zernicke, no ano 1914, desenvolveron
un mŽtodo aproximado para ter en
conta estas interacci—ns, que resultar’a
importante para o co–ecemento non s—
de l’quidos sinxelos e as sœas mesturas,
sen—n tamŽn para disoluci—ns m‡is
complexas, como poden se-las disoluci—ns de pol’meros e coloides.
Unha das aplicaci—ns m‡is importantes da Mec‡nica estat’stica foi o
estudio de disoluci—ns de electr—litos,
de extraordinaria importancia para o
desenvolvemento te—rico da electroqu’mica. Debye e HŸckel, introducindo
diferentes simplificaci—ns, deron resolvido a ecuaci—n non lineal que
Boltzmann derivara a partir da ecuaci—n de Poisson para o estudio dunha
disoluci—n de i—ns. A teor’a de Debye-HŸckel Ž capaz de describir de forma
correcta as propiedades termodin‡micas de calquera disoluci—n de electr—lito fortes, a’nda que Ž exacta s— no l’mite de concentraci—ns moi dilu’das dos
i—ns.
Ata aqu’ falamos unicamente de
sistemas (molŽculas, ‡tomos, i—ns,
disoluci—ns...) que est‡n en equilibrio,
pero o qu’mico est‡ moito m‡is interesado nas transformaci—ns das substancias, Ž dicir, nas reacci—ns qu’micas e,
xa que logo, en sistemas que non se
atopan en equilibrio. O formidable problema co que se enfrontaron os nosos
proxenitores do sŽculo pasado era
tratar de obter uns postulados (e por
1 COLABORA.CIN
148
4/4/01
21:47
Página 148
M. Arturo López Quintela
conseguinte unhas ecuaci—ns) que
permitiran aborda-los sistemas en
desequilibrio, da mesma forma que xa
se fixera para os sistemas en equilibrio
(como se acaba de comentar). Isto
resultar’a moito m‡is dif’cil. Tanto Ž as’
que a’nda hoxe en d’a est‡ por resolver
de forma definitiva esta cuesti—n e non
existe un tratamento œnico — respecto.
Logo habemos volver sobre isto.
Polo momento diremos que
Ñcomo ten pasado moitas veces na
cienciaÑ tivo que xurdir unha idea
ÔsimpleÕ e extraordinariamente intuitiva para que a ciencia das reacci—ns qu’micas (CinŽtica qu’mica) puidera avanzar como o fixeron as outras ramas da
Qu’mica durante o sŽculo XX. î non
existir unha ecuaci—n minimamente
manexable que se puidera aplicar a
partir duns poucos postulados como se
fixera na Qu’mica cu‡ntica e na
Mec‡nica estat’stica, Eyring introduciu
a xenial idea da existencia dun case-equilibrio entre reactivos e productos
e unha ÔespecieÕ intermedia denominada complexo activado ou estado de
transici—n. Habendo xa un equilibrio
polo medio, poder’ase ent—n utilizar
toda a maquinaria desenvolvida pola
Mec‡nica estat’stica — estudio das reacci—ns qu’micas. Desde aquela houbo
moit’simos estudios tendentes a explicar por quŽ esta sinxela idea daba Ñe
d‡Ñ na pr‡ctica tan bos resultados. O
achado orixinal de Eyring pode considerarse como a pedra fundamental na
que se basea practicamente todo o
co–ecemento actual das reacci—ns qu’micas.
A idea da existencia deste complexo activado (ou estado de transici—n) foi comprobada teoricamente
mediante c‡lculos rigorosos realizados
en reacci—ns sinxelas. Como reacci—n
b‡sica de estudio pode tomarse a formaci—n da molŽcula de H2 a partir dos
seus ‡tomos, que non Ž m‡is que o problema da formaci—n do enlace entre
dous ‡tomos de hidr—xeno. Normalmente faise estudiando a reacci—n:
H + H2 → H2 + H
(colisi—n dun ‡tomo de hidr—xeno
cunha molŽcula para intercambiar un
‡tomo de hidr—xeno). O problema
p—dese descompo–er en dœas partes:
primeiro ab—rdase o estudio da superficie de enerx’a potencial resolvendo a
ecuaci—n de Schršdinger para distintas
posici—ns dos ‡tomos, cuesti—n que
pode ser acometida polos procedementos que vimos na Qu’mica cu‡ntica.
Despois estœdiase o movemento dos
‡tomos (nœcleos) nesa superficie de
enerx’a potencial creada pola densidade dos electr—ns. Para ese movemento
p—dese supo–er que os ‡tomos seguen
as leis cl‡sicas (os efectos cu‡nticos son
desprezables ag‡s en casos moi concretos a baixas temperaturas). Pode
comprenderse a dificultade enorme
que sup—n este procedemento: 1¼) a
dificultade de resolver por algœn procedemento ab initio toda a curva de
enerx’a potencial do sistema (Ánon s— o
m’nimo de enerx’a!); isto leva consigo
dificultades como a determinaci—n do
Ôpunto cadeiraÕ (que representa
un m’nimo dentro dun m‡ximo),
co que complica adicionalmente a
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 149
Química: balance dun século
converxencia dos mŽtodos autoconsistentes utilizados; 2¼) a dificultade de
realizar sobre esta superficie un c‡lculo
do movemento dos ‡tomos para obter
inicialmente as colisi—ns entre eles e
Ñachando a media das colisi—ns mediante os procedementos da Mec‡nica
estat’sticaÑ obter finalmente a constante de velocidade. London e o propio
Eyring, entre outros, desenvolveron
mŽtodos semiemp’ricos para simplifica-los c‡lculos. Un avance importante
neste campo, que poderiamos denominar Qu’mica te—rica das reacci—ns qu’micas, produciuse co desenvolvemento
experimental dos feixes moleculares,
que permitiu estudiar reacci—ns con
molŽculas en determinados estados
enerxŽticos (de translaci—n, electr—nicos, de vibraci—n e mesmo de rotaci—n)
realiz‡ndose colisi—ns a ‡ngulos fixados e determinando os productos (con
resoluci—n enerxŽtica) que se obte–en
tamŽn en funci—n do ‡ngulo. Polas dificultades comentadas, o estudio da
reacci—n qu’mica tivo que centrarse
case exclusivamente no marco da teor’a do estado de transici—n, desenvolvŽndose diferentes aproximaci—ns
segundo o tipo de reacci—ns involucradas. Iso constitu’u un pequeno problema pola atomizaci—n dos mŽtodos
utilizados. Non obstante, existen algunhas aproximaci—ns que demostraron
ter unha validez bastante xeral e que
son as que brevemente comentaremos.
En primeiro lugar, debemos destaca-los traballos de R. B. Woodward
que, xunto con R. Hoffman, desenvolveu a Teor’a da Conservaci—n da
149
Simetr’a Orbital, de extraordinaria
importancia para comprende-la reacci—n qu’mica. Esta teor’a desenvolveuse sobre a base da Teor’a de OM, introducindo a idea de que nas reacci—ns
concertadas ha conservarse a simetr’a
orbital. Este, en principio, simple postulado foi un punto de apoio para comprende-los mecanismos de reacci—n na
Qu’mica org‡nica e abriu na metade do
sŽculo pasado un cami–o racional e elegante para sintetizar novos compostos.
A Qu’mica org‡nica pasaba as’ de ser
unha ciencia case exclusivamente
emp’rica a ser unha ciencia na que se
pod’a planificar e executa-la s’ntese
dunha molŽcula en termos concretos
baseados en mecanismos de reacci—n.
A combinaci—n da teor’a do estado de
transici—n e a teor’a de OM iniciada por
Ingold nos anos trinta, xunto coa conservaci—n da simetr’a orbital conduciron a un esquema de traballo no que
Woodward foi un verdadeiro mestre
que abriu o cami–o para chegar ‡s
complexas s’nteses que hoxe somos
capaces de apreciar nos laboratorios
org‡nicos de todo o mundo e que
podemos definir como autŽntica arquitectura molecular.
Dentro do cap’tulo de reacci—ns
en disoluci—n debemos destaca-los traballos de P. Debye, J. N. Bronsted e
N. Bjerrum, que introduciron a teor’a
de Debye-HŸckel dos coeficientes de
actividade de disoluci—ns de electr—litos na estimaci—n dos cambios entr—picos que te–en lugar durante a formaci—n do complexo activado (estado de
transici—n). Estes traballos foron de
1 COLABORA.CIN
150
4/4/01
21:47
Página 150
M. Arturo López Quintela
grande importancia para comprende-la
cat‡lise ‡cido-base, tan importante en
qu’mica.
L. Michaelis e M. L. Menten, no
temper‡n ano de 1913, introduciron un
esquema moi sinxelo para explica-la
cat‡lise enzim‡tica. Este esquema, que
se baseaba na formaci—n dun complexo
enzima-substrato como paso previo
para a formaci—n dos productos, resultou se-la base da maior’a dos mecanismos de reacci—n desenvolvidos para
comprender este importante cap’tulo
da Bioqu’mica moderna. Un esquema
similar a este ser’a o estudiado algœns
anos m‡is tarde por I. Langmuir para
explica-la cat‡lise heteroxŽnea, engadindo a idea de que agora o nœmero de
molŽculas de reactivo que se poden
unir — catalizador para forma-lo complexo de adsorci—n pode ser maior ca
un e vŽn limitado unicamente pola
superficie do catalizador. Con isto,
Langmuir dar’a a primeira explicaci—n
satisfactoria das isotermas de adsorci—n.
Dentro das reacci—ns de transferencia electr—nica, o simple concepto
acu–ado por R. A. Marcus acerca das
curvas de enerx’a potencial, encadrado
na Teor’a do Estado de Transici—n, foi
decisivo para comprender reacci—ns
tan variadas como: reacci—ns redox,
reacci—ns de transferencia electr—nica
en procesos biol—xicos, reacci—ns electroqu’micas, etc.
Antes de abandona-lo extenso
cap’tulo da cinŽtica qu’mica, debemos
destacar dous feitos moi importantes
que tiveron lugar neste sŽculo: por
unha parte, o descubrimento das tŽcnicas de relaxaci—n por M. Eigen, nos
anos cincuenta, conduciu — desenvolvemento dun gran nœmero de tŽcnicas
experimentais para o estudio de reacci—ns r‡pidas (reacci—ns que transcorren en tempos inferiores — milisegundo, Ž dicir, inferiores — tempo de
mestura dos reactivos). Reacci—ns moi
r‡pidas, como as de transferencia prot—nica ou electr—nica, de tanta importancia nos organismos vivos, foron
desta forma estudiadas en detalle e
contribu’ron de maneira decisiva —
avance dos nosos co–ecementos sobre
a qu’mica da materia viva.
En segundo lugar, B. B. Belousov
e A. M. Zhabotinski descubriron Ñnon
sen pasar, o primeiro, longas penas
para que os seus resultados foran aceptados pola comunidade cient’ficaÑ,
tamŽn arredor dos anos cincuenta, as
reacci—ns oscilantes (figura 1). Estas
reacci—ns, que parecen a primeira vista
contradici-las leis da termodin‡mica,
foron a base para comprender c—mo a
materia pode autoorganizarse formando estructuras, sen que por iso haxa
que cuestiona-la termodin‡mica. Este
aspecto l’ganos, de forma inmediata,
coa termodin‡mica dos procesos irreversibles. Foi Onsager quen desenvolveu nos anos trinta a teor’a fenomenol—xica deses procesos (sistemas en
rŽxime de non equilibrio). Onsager
predixo que para sistemas non moi
lonxe do equilibrio, deber’a existir
unha relaci—n lineal entre as forzas que
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 151
Química: balance dun século
151
Figura 1. (a) Oscilacións observadas na concentración (proporcional ó potencial electroquímico) na reacción de 0.05M
KBr03, 0.2M ácido malónico, 1.0M ácido sulfúrico en presencia de dous catalizadores diferentes (curvas 1 e 2).
(b) Ondas espaciais observadas para a reacción anterior en presencia de ferroína.
Transici—n, que posœe unha base te—rica m‡is s—lida. Sen embargo, houbo
que botar man dos avances realizados
no campo dos fen—menos irreversibles
para explica-la orixe das reacci—ns oscilantes. Neste campo, I. Prigogine
desenvolveu modelos sinxelos que
explicaban de forma precisa a formaci—n de estructuras coherentes (estructuras disipativas) en campos tan
diferentes como a F’sica (l‡seres, convecci—n, etc.), a Qu’mica (reacci—ns oscilantes, precipitaci—n Ñaneis de
LiesegangÑ, etc.), a Biolox’a (estructuras organizadas en insectos, estructura
de cunchas, etc.), a Ecolox’a, etc.
levan o sistema f—ra do equilibrio e a
resposta do sistema (fluxos).
Esta teor’a aplicar’ase tamŽn —
estudio das reacci—ns qu’micas, pois
estas representan unha forma particular de sistemas en non equilibrio. Ser’a
axi–a abandonada polos Žxitos conseguidos coa Teor’a do Estado de
Se ben a comprensi—n de todos
estes sistemas a partir dos primeiros
principios Ž unha cuesti—n a’nda por
resolver, quedou sen embargo clara a
conexi—n entre este gran nœmero de
fen—menos en campos tan diversos e
establecŽronse modelos comœns para
todos eles. TamŽn quedou clara a raz—n
1 COLABORA.CIN
152
4/4/01
21:47
Página 152
M. Arturo López Quintela
da formaci—n destas estructuras coherentes: os sistemas reaccionan fronte a
un estado de non equilibrio (perturbaci—n) da forma m‡is ÔeficienteÕ posible e
isto leva ‡ formaci—n de estructuras
cando a perturbaci—n aparta o sistema
do equilibrio suficientemente como
para levalo f—ra da rexi—n de resposta
lineal (teor’a de Onsager). A palabra
ÔeficienteÕ non est‡ sempre asociada,
polo tanto, a que a producci—n da
entrop’a sexa m’nima (principio que s—
Ž v‡lido para sistemas pouco apartados
do equilibrio). Cando o sistema est‡
apartado abondo do equilibrio poder’a
ÔreaccionarÕ ‡ perturbaci—n sen acudir a
ese principio, procurando disipa-la
enerx’a do sistema da forma m‡is eficiente, o cal, como se dixo, pode levar ‡
formaci—n de estructuras organizadas.
Nos œltimos anos desta centuria viuse
que as estructuras que se orixinan nos
sistemas de non equilibrio son sensibles ‡s condici—ns ambientais (condici—ns termodin‡micas nas que se atopa
o sistema), de modo que poden aparecer novas estructuras mediante un
cambio nesas condici—ns (un mecanismo deste tipo poder’a explica-la evoluci—n das especies). M‡is a’nda, viuse
que, en determinadas condici—ns, o sistema pode evolucionar cara — caos.
Neste estado, o comportamento do sistema faise tan extraordinariamente
sensible ‡s condici—ns iniciais que
resulta totalmente impredicible o seu
comportamento (Ásalvo que puidesemos dispor dunha precisi—n infinita na
determinaci—n das condici—ns termodin‡micas do sistema!). A’nda que se
leva avanzado enormemente no estu-
dio destes sistemas non lineais, Ž este
un campo a’nda por explorar, sobre
todo no das reacci—ns qu’micas axustadas que ocorren nos organismos vivos.
O estudio das interfases foi un
dos que m‡is progresou durante o
sŽculo pasado e contribu’u de forma
decisiva — avance en ‡reas tan importantes como a electroqu’mica, os coloides, a cat‡lise heteroxŽnea e os pol’meros en disoluci—n. Dentro desta ‡rea
debemos destaca-los importantes traballos levados acabo por G. Gouy, D. L.
Chapman e O. Stern, que desenvolveron modelos da dobre capa elŽctrica.
Estes modelos serviron de base para a
Teor’a de Debye-HŸckel (xa comentada) as’ como para obte-lo potencial de
interacci—n en dispersi—ns coloidais e
disoluci—ns de polielectr—litos, un dos
cales, o potencial DLVO (debido a
Derjauin, Landau, Verwey e Oberweek), resultou se-lo que lograr’a un
maior ‡mbito de aplicaci—n.
Desde que W. Nernst, a principios
de sŽculo, deduciu termodinamicamente a relaci—n lineal (que leva o seu
nome) existente entre o potencial de
equilibrio e o logaritmo da concentraci—n nunha interfase Mn+/M, M=metal,
a electroqu’mica tivo un avance m‡is
ben lento debido —s escasos co–ecementos que se ti–an tanto das interfases como da propia reacci—n qu’mica.
Houbo que agarda-lo desenvolvemento da Teor’a do Estado de Transici—n e
a Teor’a de Debye-HŸckel dos electr—litos para que esta importante ‡rea
comezara a deixar de ser unha ciencia
con certos aires de ÔalquimiaÕ. A
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 153
Química: balance dun século
proporcionalidade existente entre a
densidade de corrente e a concentraci—n serviu de base para que Heyrovsky ideara nos anos vinte unha das
primeiras tŽcnicas electroanal’ticas: a
polarograf’a, baseada nun electrodo de
gotas de mercurio. O grande auxe que
tivo esta tŽcnica nos anos posteriores
serviu ademais para estudia-los procesos cinŽticos que te–en lugar nos electrodos e estableceu as’ o paso a outros
mŽtodos electroqu’micos amplamente
utilizados hoxe en d’a (como a voltammetr’a, a cronoamperometr’a, etc.).
A importancia de dispor de electrodos selectivos a unha determinada
especie qu’mica como mŽtodo electroanal’tico selectivo foi posta de manifesto
no desenvolvemento temper‡n do,
hoxe moi popular, pHmetro, baseado
nunha membrana sensible —s i—ns de
H+. Nas œltimas dŽcadas deste sŽculo
asistimos — gran desenvolvemento de
electrodos sensibles a un bo nœmero de
especies (molŽculas contaminantes,
i—ns met‡licos pesados, gases, etc.),
cada vez m‡is espec’ficos, m‡is sensibles e de menor tama–o; de forma que
deron paso, nestes œltimos anos, ‡s
matrices sensoras (narices e linguas
electr—nicos) formadas por unha
ensamblaxe, de dimensi—ns reducidas,
de diferentes electrodos sensibles a
diversas especies.
ConvŽn resaltar agora as tŽcnicas
de microscop’a de forzas, desenvolvidas na œltima dŽcada do sŽculo que nos
ocupa, a ra’z do importante descubrimento da microscop’a de efecto tœnel
levada a cabo por H. Rohrer e
153
G. Binning. Estas tŽcnicas supuxeron
un extraordinario avance no co–ecemento das superficies, en xeral, e das
interfaces electrizadas nos procesos
electroqu’micos, en particular. As posibilidades que abren estas innovadoras
tŽcnicas, que permiten ver realmente os
‡tomos (figura 2) nos seus medios
naturais, son extraordinarias. As’,
a modo de exemplo, demostrouse
Figura 2. Imaxe da superficie dun cristal de silicio obtida por microscopía de efecto túnel. As esferas azuis
representan os átomos de silicio situados sobre a
superficie do cristal.
a posibilidade de realizar unha oxidaci—n controlada dun s— ‡tomo na superficie dun s—lido. Isto quere dicir que
este sŽculo pasado, que comezou
cunha serie de descubrimentos de fundamental transcendencia, non quixo
abandonarnos sen antes lanzarnos cara
a unha nova dimensi—n nas reacci—ns
qu’micas: a posibilidade de levar a cabo, de forma sinxela, reacci—ns entre
unicamente dous ‡tomos ou dœas molŽculas (Áimaxinemos por un momento
a enorme densidade de informaci—n
1 COLABORA.CIN
154
4/4/01
21:47
Página 154
M. Arturo López Quintela
que poderiamos almacenar nunha
superficie mediante unha tŽcnica deste
tipo!). Sen dœbida, a nosa idea da reacci—n qu’mica, tanto desde un punto de
vista experimental coma te—rico, cambiar‡ drasticamente nos vindeiros anos
con estes nanolaboratorios, e estas tŽcnicas constituir‡n unha verdadeira
enxe–er’a at—mico-molecular. Con ela
poderase estudia-lo comportamento de
‡tomos e molŽculas individualmente,
as’ como tamŽn a sœa manipulaci—n, o
que po–er‡ a proba os nosos modelos e
teor’as at—mico-moleculares.
Un campo de extraordinaria
importancia, que quizais sexa o que
m‡is ten influ’do nas nosas vidas, Ž o
dos pol’meros. Desenvolvidos fundamentalmente a ra’z das explotaci—ns
petrol’feras, unha inxente cantidade de
pol’meros foron sintetizados durante
este sŽculo, con propiedades que van
desde os pl‡sticos de grande elasticidade (cauchos, etc.) ata pol’meros de
dureza comparable —s aceiros m‡is
resistentes (fibras de carbono). Estas
propiedades p—dense cambiar controlando adecuadamente a estructura do
pol’mero durante a sœa s’ntese.
Un pol’mero p—dese definir como
unha molŽcula de elevada masa molecular. A’nda que hoxe en d’a a idea da
existencia de molŽculas con masas
moleculares elevadas (macromolŽculas) nos parece perfectamente aceptable, pois que convivimos con elas (pl‡sticos), non era as’ a principios de
sŽculo. Corr’an xa os anos vinte cando
o qu’mico org‡nico alem‡n Herman
Staudinger recib’a esta cr’tica dos seus
colegas, refer’ndose ‡ posibilidade de
existencia das macromolŽculas: ÒdŽixeme advertilo do seu erro acerca das
molŽculas grandes; non hai molŽculas
org‡nicas de masas moleculares superiores a 5.000. RecomŽndolle que purifique os seus productos adecuadamente e ver‡ que o que vostede chama
macromolŽculas non son m‡is que
agregados de molŽculas pequenas...Ó.
Nas seguintes dŽcadas, non s— se comprobar’a que o erro era da comunidade
cient’fica da Žpoca que estaba de acordo con esas palabras, sen—n que o
nœmero de molŽculas de pol’meros
descubertas (a maior’a sintetizadas no
laboratorio) aumentar’a de forma tan
dr‡stica que cambiar’a totalmente a
nosa forma de vida. As posibilidades
de formar pol’meros con diferentes
estructuras pero da mesma composici—n (homopol’meros), ou de composici—ns diferentes (heteropol’meros),
as’ como de diferentes masas moleculares, abr’a de tal forma o abano de posibilidades que far’an desta ‡rea unha
das de maior riqueza en canto ‡ posibilidade de dispo–er duns materiais cunhas propiedades determinadas. Se a
isto engad’mo-la posibilidade de mesturar diferentes pol’meros no producto
final (como por exemplo nos materiais
compostos formados pola mestura de
resinas epox’dicas con fibra de carbono
que se caracterizan pola sœa extraordinaria combinaci—n de propiedades:
dureza e lixeireza), teremos unha case
ilimitada fonte de novos productos.
Dous fitos importantes podemos
destacar no avance desta fermosa ‡rea
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 155
Química: balance dun século
cient’fica, que se produciron arredor
dos anos cincuenta. Por unha parte, o
descubrimento realizado por Ziegler
de que a co–ecida s’ntese de polietileno
de baixa cristalinidade e altamente
ramificado realizada a altas presi—ns,
pod’a levarse a cabo a temperatura
ambiente e a presi—n atmosfŽrica mediante un catalizador preparado a partir dun alquilo de aluminio e un haluro
dun metal de transici—n. Pero o que
resultou m‡is importante foi que a
reacci—n non s— era m‡is f‡cil, sen—n as
novas caracter’sticas do polietileno
obtido: era un pol’mero lineal altamente cristalino e dunha gran densidade.
G. Natta desenvolver’a nos seguintes
anos outros catalizadores, hoxe co–ecidos como catalizadores Ziegler-Natta,
que permiten controla-la estereorregularidade dos pol’meros obtidos. Dous
anos antes de que lles concederan a
ambos o Nobel (1963) polo descubrimento destes importantes catalizadores, escrib’a Natta un artigo en Scientific
American co suxestivo e descritivo t’tulo ÒPol’meros constru’dos de forma
precisaÓ (algo as’ como pol’meros
constru’do Ô‡ cartaÕ), que daba conta do
importante salto cualitativo que se producira na s’ntese de pol’meros — poder
regula-la sœa estereoqu’mica. Por outra
parte, tamŽn nos anos cincuenta,
P. J. Flory, en colaboraci—n con
M. L. Huggins, introduc’a a sœa teor’a
estat’stica das disoluci—ns de pol’meros. Abr’ase a explicaci—n do comportamento quimicof’sico das macromolŽculas en disoluci—n. Flory refinar’a Ñnos
anos cincuenta e sesentaÑ a sœa teor’a
na forma que se considera actualmente.
155
Iso, xunto coas ideas das leis de escalado que incorporou P.-G. de Genes (procedentes dos fen—menos cr’ticos) nos
anos sesenta e setenta, constitœe a base
s—lida na que se fundamentan as ideas
actuais das disoluci—ns de pol’meros.
Tocante —s fen—menos cr’ticos,
cabe destacar que a sœa interpretaci—n
foi un campo, en principio, vedado ‡
maior’a das teor’as desenvolvidas
desde principios de sŽculo, debido
sobre todo ‡ existencia de grandes fluctuaci—ns das magnitudes termodin‡micas existentes nos sistemas pr—ximos
a un punto cr’tico. O œnico que se co–ec’a ata o derradeiro tercio do sŽculo
pasado era a existencia de leis de escala: estas leis experimentais pred’n que,
— se aproximar — punto cr’tico, a maior
parte das magnitudes fisicoqu’micas
ou ben se anulan ou ben diverxen
mediante unha lei de potencias (exemplo: g-tensi—n interfacial- a ex, representando e a distancia — punto cr’tico e
x un expo–ente cr’tico universal). H. E.
Stanley introduciu a primeira explicaci—n das leis de escala encontradas nas
rexi—ns cr’ticas base‡ndose na Teor’a
do Grupo de Renormalizaci—n desenvolvida por K. Wilson. Con isto cheg‡base a comprender e a calcular de
forma cuantitativa propiedades quimicof’sicas en sistemas con fluctuaci—ns
importantes nas magnitudes termodin‡micas.
ƒ evidente que neste curto espacio non podemos cubrir t—dolos aspectos da qu’mica que desexariamos.
Existe un monte deles que fican no tinteiro. Por exemplo, os mŽtodos de
1 COLABORA.CIN
156
4/4/01
21:47
Página 156
M. Arturo López Quintela
simulaci—n por ordenador que conformaron un novo e poderoso vŽrtice no
tri‡ngulo que agora forma coa teor’a e
os experimentos. Os mŽtodos espectrosc—picos (microondas, infravermello, UV-Vis, fluorescencia e fosforescencia, resonancias de spin e nuclear, etc.)
que viron o seu nacemento, crecemento e consolidaci—n neste sŽculo e deron
lugar a unha morea de tŽcnicas anal’ticas tanto de aplicaci—n xeral como de
investigaci—n. As tŽcnicas de difracci—n
(de electr—ns, raios X, neutr—ns e luz
l‡ser) que viron a aparici—n de novas
e potentes fontes de radiaci—n, aproveitando a radiaci—n da freada (Bremsstrahlung) nas instalaci—ns dos aceleradores de part’culas (sincrotr—n). A
qu’mica dos compostos inorg‡nicos,
entre os que deberiamos resalta-los
compostos organomet‡licos de tanta
utilidade na cat‡lise homoxŽnea e a
s’ntese de pol’meros antes mencionada; a qu’mica dos compostos de coordinaci—n; os compostos deficientes de
electr—ns; a qu’mica do silicio e os
semiconductores, que supuxeron o
nacemento da industria electr—nica,
quizais a m‡is representativa deste
sŽculo pasado; os superconductores de
alta temperatura que nos deixan ante o
novo sŽculo co reto de entendermos
c—mo e por quŽ os electr—ns (recordemos, de spin semienteiro) poden api–arse formando entidades de spin
enteiro e, polo tanto, moverse xuntos
de forma coherente (como o poden
facer os fot—ns) sen resistencia elŽctrica.
As bater’as, cŽlulas de combustible e a
fotoelectroqu’mica, que constitœen as
bases dos novos mŽtodos de producci—n, conversi—n e almacenamento de
enerx’as limpas (enerx’as sen combusti—n); etc.
Quixemos amosar aqu’ algœns
dos aspectos m‡is relevantes das diversas ‡reas que tiveron unha grande
importancia no desenvolvemento da
Qu’mica do sŽculo XX. Moitos outros,
tamŽn importantes, non viron a luz
neste Ñnecesariamente curtoÑ artigo,
xa non s— por falta de espacio, sen—n
pola necesidade de co–ecementos
espec’ficos nas diversas ‡reas implicadas1 .
1 Agradecementos: quixera agradecer a Saulo Vázquez, M. Carmen Blanco e Enrique Guitián os seus
valiosos comentarios e a revisión dalgunhas partes deste artigo, asumindo que a responsabilidade última dos erros que nel se poidan atopar é unicamente do autor.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 157
157
A BIOQUÍMICA NO FINAL DO MILENIO.
UN SÉCULO DE HISTORIA
Manuel Freire Rama*
Universidade de Santiago
de Compostela
PREÁMBULO
En poucos casos a traxectoria
dunha ciencia pode asignarse a un
per’odo tan curto coma no caso da
Bioqu’mica: o sŽculo XX comprende o
per’odo do seu nacemento e tamŽn o
da sœa consolidaci—n a un moi elevado
nivel.
Estamos, ent—n, diante da m‡is
nova pero se cadra a m‡is desenvolvida rama das ciencias da vida. A sœa
competencia na caracterizaci—n das
reacci—ns que experimentan as molŽculas que compo–en as cŽlulas para dar
lugar ‡ sœa actividade biol—xica e, polo
tanto, ‡ de t—dolos seres vivos, fai que
se constitœa nunha ciencia b‡sica ‡ que
hai que recorrer para explica-lo fundamento do crecemento, o desenvolvemento e ata a enfermidade e morte dos
organismos. Entroncan nela outras ramas das ciencias da vida, especialmente a Microbiolox’a, a XenŽtica e a
Fisiolox’a.
Pola transcendencia dos seus
obxectivos, entŽndese a sœa importancia e tamŽn a raz—n do seu espectacular
desenvolvemento, especialmente nos
œltimos lustros deste sŽculo. A influencia que o co–ecemento dos procesos
biol—xicos ten na nosa sociedade, — permitir incidir neles para a producci—n de
alimentos, de f‡rmacos e para remedia-las sœas patolox’as, proporciona importantes argumentos para xustifica-la
relevancia dos estudios bioqu’micos.
Neste artigo ’monos introducir,
coa s’ntese que isto require, nas vicisitudes desta ciencia — longo do sŽculo
XX, que coincide coa sœa propia historia. A’nda que foron moitos os implicados Ñcunha morea de achegas que
contribu’ron ‡ promoci—n do desenvolvemento cient’fico da Bioqu’micaÑ
referirŽmonos, en prol da s’ntese antes
apuntada, —s personaxes e fitos cient’ficos m‡is relevantes. O que, de xeito
ningœn, pode significar un menosprezo
dos centenares de cient’ficos e descubrimentos que marcan a historia da
Bioqu’mica.
* Catedrático de Bioquímica e Bioloxía Molecular.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
1 COLABORA.CIN
158
4/4/01
21:47
Página 158
Manuel Freire Rama
AS ORIXES
A Bioqu’mica ten a sœa xŽnese na
adecuaci—n da Qu’mica org‡nica —s
procesos biol—xicos, — estudio das funci—ns do organismo vivo. Segundo isto,
a Bioqu’mica aparece como unha ciencia confluente cos estudios qu’micos e
fisiol—xicos dos seres vivos. O preludio
desta xŽnese lŽvanos contra mediados
da segunda metade do sŽculo XIX,
tempo no que o co–ecemento dos constitu’ntes qu’micos da materia viva xa
acadaban un certo nivel. ƒ a partir
deste incipiente co–ecemento cando, xa
no ocaso do sŽculo XIX, se sentar’an as
bases para consolida-lo nacemento da
Bioqu’mica.
As’, o termo Bioqu’mica foi introducido por primeira vez en 1903 polo
alem‡n Carl Neuberg (que, como veremos m‡is adiante, foi o creador dunha
formidable escola de investigadores
bioqu’micos) para designa-las sœas
achegas, e mailas doutros, no eido da
caracterizaci—n das estructuras dos
compo–entes das cŽlulas e a sœa funci—n dentro delas.
Por todo isto, Ž importante facer
unha breve recapitulaci—n do estadio
no que, a finais do sŽculo XIX, se atopaba o co–ecemento da composici—n
qu’mica da materia viva e en estudios
que tiveran a sœa orixe na an‡lise qu’mica dos alimentos, no estudio dos
compo–entes do corpo humano, dos
microorganismos e nos mŽtodos da
s’ntese qu’mica.
O co–ecemento da composici—n
qu’mica dos seres vivos nace co propio
sŽculo XIX. As’, cos traballos de Gay
Lussac e ThŽnard, arredor de 1811, nos
que se determina a composici—n elemental do azucre de cana, in’ciase o
estudio dos hidratos de carbono como
compo–entes da materia viva. Case
dœas dŽcadas m‡is tarde, en 1827, os
traballos do mŽdico inglŽs Willian
Prout permitiron progresar neste co–ecemento — establecer que os alimentos
conti–an, amais de hidratos de carbono, graxas e uns compo–entes que se
denominar’an, unha dŽcada m‡is tarde
(1838), prote’nas; as’ que xa na primeira metade do sŽculo XIX, as prote’nas
consider‡banse molŽculas primordiais
dos seres vivos. Mulder, en 1838, descr’be as Ôprote’nasÕ como Ôos primeirosÕ
dos compo–entes do sangue, ovos e
queixo.
Os ‡cidos nucleicos non foron
descubertos ata avanzada a segunda
metade do sŽculo XIX. Miescher illou
por primeira vez o ADN en 1869.
Quedaba un longo cami–o por percorrer ata chegar a establece-las estructuras dos principais compo–entes qu’micos da materia viva, as prote’nas e os
‡cidos nucleicos, o que non se lograr’a
ata as primeiras dŽcadas do sŽculo XX.
ƒ, polo tanto, comprensible que a
Bioqu’mica non acadara un desenvolvemento importante ata eses anos.
Sen embargo, a idea de relaciona-la composici—n da materia viva coa
actividade biol—xica xa aparece incipientemente no mesmo sŽculo XIX,
cando a’nda estaban a aflora-los
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 159
A Bioquímica no final do milenio. Un século de historia
co–ecementos dos tipos moleculares
presentes nela. A isto contribu’a a propia observaci—n da natureza, que
diversos e importantes cient’ficos fixeron cos precarios medios daquela dispo–ibles. As’, o estudio de procesos
como a combusti—n, a respiraci—n, a
nutrici—n, constitu’ron fontes de importante promoci—n do co–ecemento: o
ciclo do carbono en animais e plantas,
establecido por Justus Von Liebig; a
relaci—n entre combusti—n e respiraci—n, co desprendemento de CO2, descuberto por Lavaiser; o proceso de
acci—n dos zumes g‡stricos, que levou
a Berzelius, en 1835, a introduci-lo
termo Ôcat‡liseÕ para designa-lo proceso de degradaci—n dos alimentos.
O estudio da cat‡lise promoveu o
desenvolvemento da teor’a da acci—n
das enzimas, — co–ecemento das cales
contribuir’an de xeito determinante os
estudios de Emil Fischer en 1852, pioneiros en reco–ece-los catalizadores
como prote’nas que exercen a sœa
acci—n por unha adecuada interacci—n
das enzimas cos substratos que se catalizan: a teor’a da chave-pechadura. O
termo enzima, para referirse a estes
catalizadores biol—xicos, foi m‡is tarde
introducido por KŸhne, en 1878.
Outra das achegas que, no sŽculo
XIX, axudaron a consolida-las bases
sobre as que se fundamentar’a o desenvolvemento da Bioqu’mica e da propia
Biolox’a no sŽculo XX, foi a teor’a da
organizacion celular, que Schwann presentou en 1836: os Ôgr‡nulos celularesÕ
como contedores unitarios dos procesos qu’micos da materia viva. O
159
mesmo Schwann, tres anos m‡is tarde,
aplicar’a o termo Ôforza metab—licaÕ
para designa-los procesos nas cŽlulas:
introduc’ase o termo ÔmetabolismoÕ co
sentido actual. Con todo isto, o sistema
biol—xico sobre o que, de forma extraordinaria, recaer’a a atenci—n bioqu’mica naqueles anos foi a fermentaci—n; tal
vez pola transcendencia social que ti–a
Ñe segue tendoÑ a preparaci—n de
productos tan importantes para os
nosos h‡bitos nutricionais como son o
pan, o vi–o, o queixo, etc.
Desde finais do sŽculo XVI, cando
o belga Jan Baptiste Van Helmot, disc’pulo de Paracelso, descubriu o desprendemento de CO2 na fermentaci—n
da uva e da malta, ata ben entrado o
sŽculo XX, a fermentaci—n de extractos
e zumes biol—xicos ocupou a dedicaci—n de decenas de investigadores,
mesmo nos anos Ñespecialmente do
sŽculo XIXÑ nos que, a pesar do apreciable avance no co–ecemento dos
compo–entes qu’micos dos seres vivos
a’nda se andaba lonxe de establece-las
sœas relaci—ns coa actividade biol—xica.
O estudio do proceso da fermentaci—n do extracto de uva por Pasteur,
Schwann e outros, levou a mediados
do sŽculo XIX a establecer que a fermentaci—n estaba ligada ‡ presencia
dos lŽvedos; os ÔfermentosÕ eran estes
microorganismos que se multiplicaban
como causa da fermentaci—n. Estas
observaci—ns significaban un soporte
para a teor’a vitalista (a vida como
resultado dunha forza vital ÔsobrenaturalÕ presente dentro dos organismos)
inoperante na primeira metade do
1 COLABORA.CIN
160
4/4/01
21:47
Página 160
Manuel Freire Rama
sŽculo XIX. Sen embargo, a conclusi—n
‡ que Liebig e Berzelius chegan no seu
estudio Ñxa entrada a segunda meta-
de do sŽculo XIXÑ, de que a fermentaci—n era un proceso qu’mico, alentaba a
rotura do vitalismo.
Pasteur no seu Laboratorio. Gravado de The Graphic, 1885.
A investigaci—n da fermentaci—n
non s— ’a romper de vez co modelo
vitalista na Biolox’a sen—n que, no œltimo lustro do sŽculo XIX, ’a revoluciona-lo propio estudio desta ciencia; a
isto contribu’u o experimento de
Eduard Buchner, que conseguiu (1897)
reproduci-la transformaci—n da glicosa
en alcohol utilizando extractos de lŽvedos. Demostr‡base que a ÔvidaÕ pod’a
sa’r das cŽlulas. Pod’anse reconstru’r in
vitro os procesos que as cŽlulas realizaban in vivo, dentro delas.
O extracto de lŽvedos de Buchner,
denominado ent—n ÔzimasaÕ, foi obxecto de intensa investigaci—n nos
primeiros anos do sŽculo XX.
Investigaci—n diversificada na caracterizaci—n dos compo–entes da zimasa e
da propia fermentacion, as’ como da
sœa funci—n no proceso: nac’a a
Bioqu’mica.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 161
A Bioquímica no final do milenio. Un século de historia
A CONSOLIDACIÓN. A PRIMEIRA METADE DO
SÉCULO XX
A Bioqu’mica consol’dase como
importante ciencia da vida nos primeiros cincuenta anos dos sŽculo XX. A
resoluci—n de varios retos que na
Biolox’a se consideraban importantes,
prioritarios, a xu’zo das achegas debidas ‡s investigaci—ns biol—xicas do
sŽculo XIX: a caracterizaci—n das reacci—ns enzim‡ticas e das estructuras das
prote’nas, as’ como a resoluci—n do
proceso da fermentaci—n, foron logros
que consolidaron a sœa posici—n.
DA REACCIÓN ENZIMÁTICA ÁS RUTAS METABÓLICAS
Cronoloxicamente, a caracterizaci—n da reacci—n enzim‡tica foi o primeiro dos importantes retos resoltos
pola investigaci—n bioqu’mica; foron
b‡sicos os traballos pioneiros de
Berzelius e Emil Fischer. De maneira
que, o que hoxe co–ecemos como
mecanismos cinŽticos Ñtransformaci—n dos substratos por interacci—n
espec’fica coa enzima, a travŽs de complexos enzima-substratos dos que se
xeran os productos das reacci—ns bioqu’micasÑ e como ecuaci—ns e constantes cinŽticas Ñque permiten a r‡pida e f‡cil caracterizaci—n das
posibilidades catal’ticas e regulatorias
das enzimasÑ foron establecidos na
primeira dŽcada do sŽculo XX.
Diversas li–as de traballo, de diferentes grupos, contribu’ron a todo isto.
A purificaci—n de enzimas, iniciada por
Richard WillstŠtter; a caracterizaci—n
161
do complexo enzima-substrato para a
cat‡lise por Henry e Brown; a teor’a do
estado estacionario e o desenvolvemento das ecuaci—ns cinŽticas achegadas por Biggs, Haldane, Menten e
Michaelis, entre outros, fixeron que xa
en 1913 se chegara a un elevado grao
de co–ecemento da reacci—n bioqu’mica.
As constantes achegas que, a partir destes anos, se fixeron sobre a base
do illamento e purificaci—n de moitas
enzimas Ñinclu’da a cristalizaci—n
dunha delas por Summer en 1926, a
ureasaÑ permitiron afondar no co–ecemento dos procesos metab—licos;
estableceuse que estes non eran m‡is
que unha concatenaci—n de reacci—ns
enzim‡ticas que compart’an substratos
e productos, e que os datos obtidos nos
laboratorios eran perfectamente extrapolables ‡s reacci—ns metab—licas in
vivo. O paradigma do estudio do metabolismo Ñnon pod’a ser doutro
xeitoÑ constitu’uno a investigaci—n da
fermentaci—n, que foi a primeira ruta
metab—lica estudiada. Era todo un
desaf’o ‡ habilidade investigadora o
establecer c—mo aquel extracto conseguido — triturar levaduras nun morteiro e suspendido nun medio acuoso, Ž
dicir, a ÔzimasaÕ de Buchner, era quen
de transforma-la glicosa en etanol. O
alem‡n Carl Neuberg e os seus disc’pulos Embden, Mayerhof e Parnas
levaron a cabo os primeiros traballos
de dilucidaci—n das reacci—ns polas
diferentes enzimas contidas na zimasa
capaces de transforma-la glicosa en
dœas molŽculas de etanol e dœas de
1 COLABORA.CIN
162
4/4/01
21:47
Página 162
Manuel Freire Rama
anh’drido carb—nico. Esta ruta denominouse glic—lise.
nos Estados Unidos) e algunhas por
Knoop e Szent-Gyšrgyi.
O completo co–ecemento das
reacci—ns bioqu’micas desta ruta esencial para t—dolos seres vivos non se tivo
ata ben entrados os anos corenta. A isto
tamŽn contribu’ron bioqu’micos das
escolas alemanas. Alema–a lideraba
daquela a maior parte das diferentes
ramas da ciencia, como Ž sabido. As’,
Warburg Kalchar, Lipman, —s que
se uniu Ochoa (foi disc’pulo de
Meyerhof), contribu’ron a completa-lo
moi importante aspecto enerxŽtico da
glic—lise, concretada na s’ntese da
molŽcula enerxŽtica por excelencia: o
ATP (descuberto en 1929 por Fiske e
Subbarow). Estableceuse, ademais, que
a s’ntese de ATP era a finalidade primordial da glic—lise e diferenciouse a
eficiencia deste proceso en distintos
organismos aerobios e anaerobios.
Canda os estudios da glic—lise, nas primeiras dŽcadas do sŽculo XX, progresaron de xeito notable os estudios doutras facetas do metabolismo das cŽlulas
tales como o metabolismo do glic—xeno, brillantemente descuberto por Carl
e Grety Cori no seu laboratorio de St.
Louis; o estudio das transformaci—ns
das graxas e dos ‡cidos graxos, de
Knoop, Lypman e Lynen; dos amino‡cidos por Embden e Knoop; do ciclo da
urea por Krebs e Henseleit; e do ciclo
do ‡cido c’trico, bautizado como ciclo
Krebs, que na sœa Alema–a de orixe e
logo en Inglaterra, lograra establece-la
degradacion c’clica do acetil-coenzima
A, a’nda que as sœas principais reacci—ns foran descubertas por Ochoa (xa
Xunta o estudio das transformaci—ns metab—licas dos compo–entes
celulares menos complexos (azucres,
graxa, amino‡cidos), ou o que se denominou metabolismo intermediario,
unha intensa actividade investigadora
foi tamŽn despregada na primeira
metade do sŽculo no estudio da fotos’ntese. As’ os traballos pioneiros de
Hill, Warburg, Ochoa, Horecker, Calvin
e Arnon, principalmente, chegaron a
establece-los mecanismos polos que as
cŽlulas vexetais, nas reacci—ns localizadas nos seus cloroplastos, eran capaces
de, co simple recurso externo da auga,
do anh’drido carb—nico, de compo–entes minerais e da luz, producir enerx’a
biol—xica (ATP) para xera-la s’ntese de
azucres, graxas, amino‡cidos, etc., Ž
dicir, t—dolos nutrientes. A f‡brica biotecnol—xica m‡is formidable e barata.
Debemos apuntar que hoxe en d’a —
home abondar’alle con conservala conforme nola deu a natureza, m‡is que
incidir na manipulaci—n de procesos
dos que se consegue un rendemento e
eficaz aproveitamento co simple coidado e prevenci—n da agresi—n e a contaminaci—n ambiental.
A ESTRUCTURA DAS PROTEÍNAS
Unha faceta da investigaci—n bioqu’mica que debemos salientar pola
sœa especial transcendencia, e que se
desenvolveu paralelamente — estudio
do metabolismo na primeira metade
do sŽculo XX, Ž o estudio estructural
das prote’nas. A sœa importancia
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 163
A Bioquímica no final do milenio. Un século de historia
queda claramente resaltada — ser estes
compo–entes celulares os responsables
das diferentes reacci—ns bioqu’micas,
por constitu’rense nas estructuras das
propias enzimas.
A complexidade estructural das
prote’nas Ž facilmente deducible por
estar formadas por vinte amino‡cidos
diferentes que, en distinta proporci—n e
orde, se concatenan por centos nas prote’nas. A isto hai que engadi-la presencia de decenas de miles de especies
moleculares de prote’nas diferentes nas
cŽlulas. ƒ f‡cil acredita-lo mŽrito que
tiveron, a teor dos medios dispo–ibles,
as achegas sobre a estructura das prote’nas aparecidas nas primeiras dŽcadas do sŽculo XX.
O estudio das estructuras das prote’nas iniciouse nos primeiros anos do
sŽculo XX (1905-1920); partindo da
an‡lise dos seus hidrolizados Ñlevados a cabo por Haberman, SchŸtzenberg e FischerÑ estableceuse a sœa
composici—n por amino‡cidos. O propio Fischer e mais Hofmeister propuxeron a teor’a da concatenaci—n pept’dica da estructura das prote’nas (os
amino‡cidos ligar’anse por enlaces
similares —s das peptonas, de a’ o seu
nome de estructura pept’dica). A consideraci—n das prote’nas como macromolŽculas, con tama–os superiores ‡
vintena de amino‡cidos concatenados,
foi introducida por Standinger e
Swedberg; a teor’a foi moi controvertida naqueles anos, tanto que Standinger
recibiu o premio Nobel en 1953, trinta e
tres anos m‡is tarde da sœa proposta.
163
Rematando a primeira metade do
sŽculo XX, a aplicaci—n das tŽcnicas de
difracci—n de raios X a prote’nas cristalizadas propiciar’a un espectacular
avance no co–ecemento da estructura
das prote’nas. De acordo coa distancia
entre os ‡tomos e grupos de ‡tomos
destas molŽculas, obtidas por raios X, e
apoi‡ndose na construcci—n de modelos moleculares a escala das distancias
at—micas, o americano Linus Pauling
propuxo os modelos de distribuci—n
espacial da cadea de prote’nas: as hŽlices a. A forma que adoptar’an as concatenaci—ns de amino‡cidos Ž a dunha
hŽlice, coma unha escaleira de caracol.
Este modelo demostrouse, co tempo,
xeneralizado ‡ maior’a das prote’nas,
a’nda que agora sabemos que estas
conformaci—ns en hŽlice a coexisten
con outras menos abundantes, descubertas naqueles anos, correspondentes
a interacci—ns entre cadeas de prote’nas
de disposici—n lineal: l‡mina b (ou b-queratina) e as distribuci—ns espaciais
irregulares sen unha figura xeomŽtrica
definida.
Os relevantes traballos pioneiros
de Pauling sobre as estructuras das
prote’nas, non s— abriron o cami–o
para a an‡lise estructural das prote’nas,
cada vez m‡is de actualidade, sen—n
que foron referencia clave para a determinaci—n da estructura do ADN, que
m‡is adiante veremos.
Sen embargo, o co–ecemento da
distribuci—n espacial dos ‡tomos
dunha prote’na Ž s— unha parte da
cuesti—n referida ‡ estructura da molŽcula. A outra, e moi importante, Ž o
1 COLABORA.CIN
164
4/4/01
21:47
Página 164
Manuel Freire Rama
co–ecemento da sœa estructura primaria: o nœmero e a orde en que os amino‡cidos se dispo–en na cadea que
constitœe a prote’na. Coa secuenciaci—n
da primeira prote’na, a insulina, por
Sanger, no ano 1951, consolidar’ase a
laboriosa metodolox’a para co–ece-la
estructura primaria das prote’nas.
Nas primeiras dŽcadas do sŽculo
XX, prodœcese unha importante consolidaci—n da Bioqu’mica; o co–ecemento
do funcionamento das prote’nas, os
hidratos de carbono, l’pidos, amino‡cidos e outras molŽculas pequenas dentro das cŽlulas acadou un importante
nivel. A progresi—n no esclarecemento
das estructuras de moitas das prote’nas
celulares e o descubrimento das estructuras e funci—n dos ‡cidos nucleicos,
que se producir’a nos primeiros anos
da segunda metade do sŽculo XX, propiciar’an un espectacular progreso no
co–ecemento non s— do resultado de
moitas rutas metab—licas, sen—n dos
detalles dos seus mecanismos moleculares.
O GRAN DESENVOLVEMENTO. A SEGUNDA
METADE DO SÉCULO XX
Malia o nivel de co–ecemento do
metabolismo alcanzado na primeira
metade do sŽculo XX, era completamente desco–ecida a orixe molecular
das prote’nas, as’ como a estructura e a
funci—n celular dos ‡cidos nucleicos.
Desde os experimentos de
Mendel, en 1866, nos que se apuntaba
unha relaci—n entre determinados
factores xenŽticos e os trazos hereditarios dos individuos, ata os traballos de
Beadle e Tatum en 1940, que establec’an unha directa relaci—n entre unha
estructura xenŽtica b‡sica: un xene, e a
producci—n dunha enzima, pouco se
avanzara no co–ecemento de estructuras dos ‡cidos nucleicos e no esclarecemento da sœa funci—n celular ou a producci—n de enzimas.
As observaci—ns de Linus Pauling
a finais dos anos corenta sobre a estructura das globinas dos individuos coa
anemia falciforme, que confirmaban
unha relaci—n entre mutaci—n xenŽtica
e alteraci—ns da secuencia de amino‡cidos das prote’nas, e o co–ecemento de
que o ADN Ñdescuberto por Miescher
en 1869Ñ estaba constitu’do por cadeas de nucle—tidos, permitiron establecer, entrado o ano 1950, a colinearidade
entre secuencia de nucle—tidos do
ADN e secuencia de amino‡cidos das
prote’nas.
A DOBRE HÉLICE
No ano 1953 presentar’ase un
resultado que ’a propiciar unha espectacular aceleraci—n na investigaci—n
bioqu’mica dos ‡cidos nucleicos e as
prote’nas. Nese ano, James D. Watson e
Francisc Crick publicaron na revista
Nature as conclusi—ns do seu traballo
sobre o modelo estructural do ADN: a
dobre hŽlice.
Base‡ndose nos datos de difracci—n de raios X de cristais de ADN bacteriano obtidos por Wilkins e Franklin,
e seguindo unha metodolox’a de
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 165
A Bioquímica no final do milenio. Un século de historia
165
Os doutores James Dewey Watson e Francis Harry Compton Crick pasan xunta un modelo a escala da estructura do
DNA descuberta por eles.
construcci—n de modelos a escala, tal
como fixera Pauling para establece-los
modelos estructurais das prote’nas, nos
laboratorios da Universidade de
Cambridge, propuxeron unha estructura para o ADN consistente nunha
dobre cadea enfrontada, en direcci—n
antiparalela, e mantida como unha
dobre hŽlice por emparellamento de
bases A-T e G-C mediante enlaces de
pontes de hidr—xeno.
O modelo permit’a explica-la
reproducci—n celular, na cal os caracteres xenŽticos, os xenes do ADN, eran
transmitidos fielmente pola sœa duplicaci—n semiconservativa. Un cromosoma era fielmente copiado, de maneira
que cada un dos cromosomas xerados
conservaba unha febra do orixinal,
pasando cada copia a cada unha das
cŽlulas nacentes. Esta situaci—n reproduc’ase tanto na xeraci—n de organismos unicelulares coma nos embri—ns
dos organismos superiores. Precisamente, como se foi co–ecendo —
longo dos seguintes anos, un dos Žxitos
do modelo de Watson e Crick era a sœa
universalidade, que respond’a ‡s
caracter’sticas estructurais do ADN
presente en todo tipo de cŽlulas. Da
mesma maneira, os estudios da s’ntese
de ADN, a replicaci—n, iniciados por
Arthur Kornberg uns anos m‡is tarde,
vi–eron a demostra-la universalidade
1 COLABORA.CIN
166
4/4/01
21:47
Página 166
Manuel Freire Rama
relaci—n bioqu’mica entre o ADN, os
xenes e as prote’nas. A asignaci—n do
papel biol—xico do ARN, xa entrados os
anos sesenta, ’a esclarece-los mecanismos moleculares desta relaci—n.
Visión coloreada no ordenador dunha cadea de DNA
enroscada en dobre hélice.
das reaccions bioqu’micas b‡sicas
implicadas neste proceso nos diferentes tipos celulares. De novo, como ocorr’a co metabolismo da glicosa ou
outros nutrientes, constat‡base a universalidade dos principios b‡sicos de
igualdade da estructuraci—n e actividade das molŽculas dos seres vivos.
A EXPRESIÓN XÉNICA
Quedaba por resolver, sen embargo, unha importante cuesti—n: a
Os ‡cidos ribonucleicos (ARN),
descubertos nas primeiras dŽcadas do
sŽculo XX, non foron caracterizados
nos diferentes tipos que hoxe co–ecemos: ARN mensaxeiro (ARNm), ARN
ribos—mico (ARNr) e ARN transferente
(ARNt) ata mediados os anos sesenta.
O descubrimento en 1956 do ARNm
por Volkin e Astrachan, como unha
molŽcula que conti–a unha secuencia
fiel a unha febra do ADN, marcou o inicio da caracterizaci—n da expresi—n
xŽnica, proceso que foi totalmente
determinado en menos dunha dŽcada.
A expresi—n xŽnica, a capacidade dun
xene para ordena-la s’ntese dunha prote’na era o resultado da producci—n
dun ARNm por unha das febras do
ADN cunha secuencia de nucle—tidos
que era traducida, a continuaci—n,
nunha secuencia concreta de amino‡cidos dunha prote’na, mediante unha
ruta metab—lica realizada nos ribosomas, coa participaci—n do ARNt e do
ARNr e cun mecanismo esencialmente
idŽntico en t—dolos seres vivos.
ƒ admirable que a dilucidaci—n da
concatenaci—n de reacci—ns bioqu’micas, moi complexas, que dan lugar ‡
expresi—n dun xene, se resolvera en tan
curto per’odo de tempo, polo menos
nos seus aspectos moleculares m‡is
esenciais. O m‡is notorio das achegas
que permitiron establece-la relaci—n
funcional do ADN coa s’ntese de
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 167
A Bioquímica no final do milenio. Un século de historia
prote’nas, poderiamos resumilo en tres
grandes li–as experimentais: a presentaci—n do mecanismo molecular da
expresi—n dun xene nunha bacteria, o
establecemento do c—digo xenŽtico e o
descubrimento da ruta metab—lica para
a s’ntese das prote’nas nos ribosomas.
A descrici—n da expresi—n xŽnica
da b-Galactosidasa publicada por
Francois Jacob e Jacques Monod, en
1961, na que se delineaba a s’ntese
intermedia dun ARNm e a producci—n
da prote’na codificada por el, marcou
un fito na demostraci—n das v’as metab—licas que conduc’an ‡ relaci—n do
ADN coa s’ntese dunha prote’na.
Canto — c—digo xenŽtico, a relaci—n das secuencias de nucle—tidos do
ADN capaces de codificar, de dirixir, a
presencia dun amino‡cido determinado na secuencia dunha prote’na, foi
establecido entre 1962 e 1966 nunha
carreira vertixinosa e competitiva de
experimentaci—n dos grupos de Niremberg e Ochoa. A experimentaci—n
converxeu na conclusi—n dun c—digo
de transmisi—n xenŽtica, na que se establec’a que cada amino‡cido dunha prote’na resultaba codificado por un
triplete universal de nucle—tidos, resultado da combinaci—n de tres dos
catro nucle—tidos diferentes presentes
no ADN, coas bases: adenina, citosina,
guanina e timina, de todos co–ecidas.
Os traballos de s’ntese qu’mica de
Khorana e de an‡lises xenŽticas de
Crick contribu’ron a corrobora-los
resultados de Niremberg e Ochoa.
167
A ruta metab—lica para a s’ntese
de prote’nas implica a culminaci—n do
proceso da expresi—n dun xene, no que
se produce a traducci—n da ÔmensaxeÕ
impl’cita na secuencia de nucle—tidos
dun ARNm nunha secuencia de amino‡cidos dunha prote’na, pola mediaci—n dos ARNt (transportadores de
amino‡cidos e ÔadaptadoresÕ da secuencia do ARNm ‡ da prote’na que
vai ser sintetizada) e dos ARNr presentes nos ribosomas, org‡nulos que constitœen a Ômesa de traballoÕ na que se
realiza a s’ntese de prote’nas. Varios
son os grupos de investigadores que,
cos seus traballos, favoreceron o esclarecemento dos mecanismos moleculares desta ruta metab—lica, a principios
dos setenta. O grupo de Severo Ochoa
foi o m‡is notable deles.
O FINAL DO MILENIO E O FUTURO
Chegado o derradeiro cuarto do
sŽculo, establecŽrase a forma na que os
‡cidos nucleicos se implicaban na actividade celular completando o que poderiamos denominar Ôcadro metab—lico
das cŽlulasÕ, de forma que se daba resposta, a nivel molecular, ‡ antes denominada forza vital dos seres vivos,
inclu’da a sœa capacidade para transmitir e conserva-los seus caracteres xenŽticos. Pero o avance do estudio bioqu’mico ti–a por diante a resoluci—n de
varias cuesti—ns a’nda moi transcendentes. Era co–ecida a replicaci—n do
cromosoma, pero, Àque eventos moleculares gobernan a sœa regulaci—n e o
proceso da divisi—n das cŽlulas, b‡sico
1 COLABORA.CIN
168
4/4/01
21:47
Página 168
Manuel Freire Rama
na reproducci—n e mesmo no mantemento dos organismos?, Àpor que morren e envellecen as cŽlulas?, Àcal Ž a
orixe molecular das enfermidades?
Moitas preguntas para ser completamente resolvidas na œltima vintena do
milenio. A pesar disto, logrouse afondar en varias delas de xeito notable
durante eses anos. TamŽn o derradeiro
cuarto de sŽculo foi especialmente
xeneroso na incorporaci—n de novas
metodolox’as que foron decisivas para
dar un gran pulo ‡ investigaci—n bioqu’mica. En resumo, poderiamos sinala-la introducci—n das tŽcnicas inmunol—xicas, o uso de anticorpos dirixidos
contra as estructuras das diferentes
prote’nas purificadas das cŽlulas, que
constitœen un excelente instrumento
para caracteriza-los mecanismos da
sœa actividade bioqu’mica. O mŽtodo
basŽase na alta e selectiva especificidade que os anticorpos posœen para reco–ece-las prote’nas das que derivan.
Mencionemos, de pasada, a utilidade
dos anticorpos con finalidades terapŽuticas no control de infecci—ns.
Sen embargo, a metodolox’a do
ADN recombinante Ž, sen dœbida, a
estrela no referente ‡ achega de forza
innovadora ‡ investigaci—n bioqu’mica. Utilizando enzimas e substratos
implicados no metabolismo dos ‡cidos
nucleicos, e incorporando ademais as
enzimas de restricci—n (descubertas
por Arber en 1962 e purificadas por
Nathaus e Smith unha dŽcada m‡is
tarde), as’ como a transfecci—n e crecemento de pl‡smidos bacterianos,
os grupos de Boyer, Cohen e Berg
desenvolven as tŽcnicas de clonaci—n
do ADN nos seus laboratorios nos
Estados Unidos a mediados dos anos
setenta.
En s’ntese, a clonaci—n do ADN
permite a multiplicaci—n selectiva de
parte de cromosomas da cŽlula, especificamente œtiles, como os que corresponden ‡s estructuras dos xenes que
posœen a informaci—n para a bios’ntese
dunha determinada prote’na. A isto hai
que engadir que, paralelamente —
desenvolvemento das tŽcnicas de clonaci—n do ADN, o inglŽs F. Sanger (que
secuenciara por primeira vez unha prote’na, a insulina, unha vintena de anos
antes) e os americanos Maxan e Gilbert,
desenvolveron a metodolox’a para a
secuenciaci—n do ADN. Con todo isto
propiciouse a r‡pida selecci—n e
secuenciaci—n dun xene e dispœxose
ent—n dun formidable medio para
caracterizar non s— os xenes, sen—n as
secuencias das prote’nas que estes
codifican. Temos que advertir que a
secuenciaci—n autom‡tica dunha prote’na completa, a’nda hoxe en d’a, Ž
inaccesible en per’odos de tempo inferiores a varios anos. A secuenciaci—n de
fragmentos de prote’nas, da orde da
vintena de amino‡cidos, nos secuenciadores autom‡ticos, Ž posible en poucas
horas. Esta posibilidade Ž suficiente
referencia, sen entrar en detalles, para
deduci-la sœa completa estructura primaria a partir dos datos de secuenciaci—n do ADN do seu xene.
O uso da metodolox’a do ADN
recombinante non s— acelerou o co–ecemento das estructuras das prote’nas
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 169
A Bioquímica no final do milenio. Un século de historia
e os xenes, sen—n que permitiu incidir
de forma determinante na expresi—n
xŽnica, chegando ‡ sœa manipulaci—n
in vivo. A producci—n de ADN recombinado en vectores (virus ou pl‡smidos)
que poden ser introducidos nas cŽlulas
para inhibir ou activar nelas a expresi—n dunha prote’na concreta ou integrarse — xenoma celular abriu un
abano de posibilidades para perfecciona-lo co–ecemento das actividades bioqu’micas das prote’nas. A sœa utilidade
chegou a posibilita-la Ôreparaci—nÕ de
disfunci—ns en diversas patolox’as, ou
‡ xeraci—n de individuos transxŽnicos,
pola alteraci—n dirixida dun xene en
cŽlulas xerminais. O que nos conduce —
mundo, xa popularizado, da Ôterapia
xŽnicaÕ, a’nda nun incipiente grao de
experiencia.
A metodolox’a da reacci—n en
cadea da polimerasa (PCR), introducida por K. Mullis en 1985, e coa que, en
esencia, se consegue a r‡pida multiplicaci—n selectiva de fragmentos de
ADN, veu a enriquece-las posibilidades de an‡lise e manipulaci—n do propio ADN.
Coas novas e as cl‡sicas metodolox’as avanzouse significativamente no
co–ecemento dos procesos bioqu’micos que permiten e controlan a divisi—n
das cŽlulas, e tamŽn a sœa morte. De
maneira que se demostrou que tanto a
divisi—n das cŽlulas como a sœa morte
biol—xica (co–ecida como ap—ptose)
son procesos nos que interve–en centenares de prote’nas, moitas delas xa
co–ecidas, e constitœense en actividades metab—licas localizadas en diferen-
169
tes partes das cŽlulas que se coordinan
e regulan de acordo con sinais moleculares espec’ficos; Ž dicir, coma calquera
outra ruta metab—lica, a’nda que a sœa
complexidade sexa grande.
Por outra parte, os procesos de
comunicaci—n celular revel‡ronse na
œltima dŽcada do milenio como rutas
metab—licas b‡sicas en todo tipo de
cŽlulas. O concepto cl‡sico de regulaci—n hormonal substitu’use polo de
sinalizaci—n celular, xa que a diversidade de sinais, de tipos moleculares, que
participan na comunicaci—n entre cŽlulas, incluso dentro dos mesmos tecidos,
supera, con moito, a cl‡sica proposta
das co–ecidas hormonas, afectando a
todo tipo de procesos desde o metabolismo das pequenas biomolŽculas ata a
expresi—n xŽnica, pasando pola divisi—n e a morte das cŽlulas.
As’ mesmo, a capacidade de
avanzar no co–ecemento dos mecanismos moleculares da actividade celular
levou a moderna Bioqu’mica a implicarse no estudio dos procesos de diferenciaci—n celular, de especial interese
en animais; tamŽn na caracterizaci—n
da orixe molecular das enfermidades,
de forma que o cl‡sico co–ecemento
das doenzas ligadas a anomal’as xenŽticas, co uso das novas tecnolox’as, expandiuse ‡ investigaci—n dos acontecementos que, derivados ou non do
envellecemento, conducen a patolox’as
como o cancro (a m‡is notoria), as
inmunodeficiencias ou patolox’as neurol—xicas como o Alzheimer, nas que se
acadou un importante progreso.
1 COLABORA.CIN
170
4/4/01
21:47
Página 170
Manuel Freire Rama
A XEITO DE EPÍLOGO
Acabamos de ver, nunha sucinta
presentaci—n
da
evoluci—n da
Bioqu’mica no sŽculo que conclu’u,
c—mo o esforzo de decenas de xeraci—ns de investigadores de todo o
mundo, especialmente da vella Europa
e a nova AmŽrica, permitiu engarzar
miles de contribuci—ns na cadea do
co–ecemento da Bioqu’mica, que
desde os tatexos dos primeiros anos
desta centuria, alcanza, nos seus tempos postremeiros, unhas cotas que
asombrar’an os pioneiros das escolas
alemanas.
O que semellaban retos dificilmente alcanzables a curto prazo, super‡ronse notablemente, non s— no referido — esclarecemento das diferentes
rutas metab—licas dentro das cŽlulas,
sen—n na sœa regulaci—n e influencia
polo contorno celular. Alcanzouse, ademais, un importante nivel no co–ecemento da orixe molecular das enfermidades. Este aspecto e mailos progresos
na manipulaci—n da expresi—n xŽnica
Ñligada — ADN recombinante e ‡
metodolox’a del derivada, inclu’da a
amplificaci—n por PCRÑ permitiron
ademais achega-los estudios bioqu’micos a aplicaci—ns sanitarias e biotecnol—xicas (producci—n dirixida de f‡rmacos, de alimentos, etc.) de indubidable
e concreto proveito socioecon—mico.
Queda moito cami–o a’nda por
andar, pero ‡ vista do actual desenvolvemento da investigaci—n bioqu’mica,
non Ž aventurado predicir que en
poucos anos se te–a un importante e
minucioso co–ecemento dos aspectos
da Biolox’a dos seres vivos arriba
apuntados.
ESPAÑA NA HISTORIA DA BIOQUÍMICA
Non Ž omisi—n, pola mi–a parte, a
falta de menci—n de bioqu’micos espa–ois participantes no nacemento ou
nos anos decisivos de crecemento da
Bioqu’mica, coa excepci—n de Severo
Ochoa. A investigaci—n nesta e nas
demais ramas da ciencia en Espa–a
(sacando o milagre cient’fico de Ram—n
y Cajal) foi absolutamente precaria nos
pasados anos. O noso atraso cient’fico,
cimentado nas propias patolox’as
sociais do noso pa’s, nos sŽculos XVIII
e XIX (no que non imos entrar), fixo
pouco posible o afloramento e consolidaci—n de escolas cient’ficas nas que o
traballo formativo sistem‡tico e continuado cristalizara na formaci—n de
investigadores. Desgraciadamente, e
como consecuencia disto, a situaci—n
prolongouse excesivamente no propio
sŽculo XX.
O caso de Ochoa, coma o do propio Cajal, que el tanto admiraba, son
notabil’simas excepci—ns. Polo que respecta a Ochoa, a sœa consolidaci—n
como cient’fico produciuse na sœa
longa estancia nos Estados Unidos de
AmŽrica, desde o ano 1939.
Evidentemente, neste artigo s— se
fai referencia —s nomes m‡is significativos, con algunha inevitable omisi—n, se
cadra inxustificada. Pero mesmo as’, na
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 171
A Bioquímica no final do milenio. Un século de historia
171
Clase de anatomía de Ramón y Cajal. Santiago Ramón y Cajal foi o milagre científico dos primeros anos do século XX
en España. No ano 1919 concedéuselle o premio Nobel de Medicina e Fisioloxía.
ciencia bioqu’mica espa–ola non aparecen cient’ficos relevantes ata entrados
os anos sesenta. O que se pode denominar nucleo orixinario, do que ’an
deriva-las principais escolas de formaci—n de bioqu’micos, in’ciase arredor
do grupo de cient’ficos que en 1963
fundan a Sociedade Espa–ola de
Bioqu’mica, cun aglutinador clave que
foi Severo Ochoa.
O acto de fundaci—n tivo lugar
precisamente en Galicia e concretamente en Santiago de Compostela.
Trat‡base dun grupo pequeno, unha
vintena na que destacaba a presencia
de Alberto Sols. Este cient’fico valen-
ciano foi o bioqu’mico espa–ol m‡is
importante. Formado a finais dos anos
cincuenta na magn’fica escola de Carl
Cori nos Estados Unidos, o seu laboratorio do Consello Superior de Investigaci—ns Cient’ficas de Madrid foi a
escola de toda unha xeraci—n de bioqu’micos, —s que se lles abriron as portas — mundo da caracterizaci—n das
reacci—ns enzim‡ticas do metabolismo,
especialmente de hidratos de carbono,
— que Sols fixo notables achegas.
Nos anos sesenta e setenta consolid‡ronse outros grupos, tanto no
Consello de Investigaci—ns Cient’ficas
como na Universidade. Refer’ndonos
1 COLABORA.CIN
172
4/4/01
21:47
Página 172
Manuel Freire Rama
que nos anos oitenta o elenco de bioqu’micos espa–ois acadou un nivel
extraordinario en nœmero e categor’a
cient’fica. A calidade dos seus traballos,
realizados en Espa–a e f—ra dela, contribu’u apreciablemente —s progresos
sinalados na Bioqu’mica deses anos. A
medida de todo isto d‡a o feito de que
a investigaci—n bioqu’mica espa–ola,
en producci—n cient’fica, se atopa en
sexto lugar no nivel internacional.
Por outra parte, a xeraci—n dos
oitenta foi o motor das xa importantes
e diversas escolas de Bioqu’mica que
cooperaron — desenvolvemento cient’fico das universidades espa–olas, f—ra
do foco central de Madrid.
No ano 1959 o bioquímico Severo Ochoa obtivo o premio Nobel de Medicina e Fisioloxía polos seus traballos
sobre o código xenético.
—s m‡is significativos, debemos menciona-las escolas de Margarita Salas,
Eladio Vi–uela, Julio Rodr’guez
Villanueva, Manuel Losada e David
V‡zquez. Estas escolas de bioqu’micos
espa–ois tiveron, ademais, a peculiaridade de fomenta-la formaci—n posterior — doutoramento dos seus disc’pulos nos m‡is prominentes laboratorios
americanos e europeos. De maneira
Nos œltimos anos deste milenio,
sen embargo, a Bioqu’mica, e tal vez
moitas outras ‡reas da ciencia en
Espa–a, at—pase nunha encrucillada
desde a que se albisca un futuro sombrizo. Resaltar’a uns aspectos que, —
meu entender, son determinantes: a
organizaci—n cient’fica, o financiamento e a participaci—n da iniciativa privada.
Os centros do Consello de
Investigaci—ns Cient’ficas (CSIC) e,
mormente, as universidades, acaparan
a iniciativa investigadora espa–ola, co
cal nos atopamos cun dese–o de organizaci—n absolutamente polarizado nos
centros pœblicos. Se ben o CSIC conta
cunha organizaci—n exclusivamente
dedicada ‡ investigaci—n, non ocorre o
mesmo coas universidades, onde a
organizaci—n das actividades investigadoras est‡ desprazada pola dependen-
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 173
A Bioquímica no final do milenio. Un século de historia
cia da actividade docente, cuns claros
problemas como son o desequilibrio
nos graos de dedicaci—n docente-investigadora e a falta dunha clara e espec’fica regulamentaci—n da actividades
investigadoras. De maneira que no
referente ‡ organizaci—n cient’fica, para
a nosa desgracia, o elemento humano
do problema segue coma nos anos
setenta: dependencia absoluta da iniciativa persoal, sen que se te–an desenvolvido as infraestructuras organizativas de apoio e selecci—n da calidade
das investigaci—ns. î tempo, as desproporci—ns entre dedicaci—n docente e
investigadora agr‡vanse coa ampliaci—n esaxerada de universidades e titulaci—ns nos anos noventa. A docencia
acapara gran parte dos horarios, non se
produciu un adecuado e proporcional
aumento do persoal que tenda a asemella-la dedicaci—n docente espa–ola
coa media dos demais pa’ses desenvolvidos. A anŽcdota tirada das memorias
de Ochoa ilustra esta situaci—n: comentaba Ochoa que Carl Cori tivo que
paraliza-las sœas investigaci—ns cando na Facultade de Medicina de
Washington tivo que dar durante o ano
corenta clases a estudiantes de Medici-
173
na, cando hoxe en d’a o labor docente
dun profesor universitario espa–ol
anda polos dous centenares de horas
anuais.
O financiamento, sen embargo,
mellorou sensiblemente tanto no
Estado como nos gobernos auton—micos. Isto encerra unha certa contradiccion porque as precarias condici—ns de
traballo dos investigadores destinatarios non propician un axeitado aproveitamento dos recursos.
Por œltimo, Ž lamentable a escas’sima incidencia da iniciativa privada
no financiamento e participaci—n na
actividade investigadora. Nin no referente a contrataci—n nin na achega
financeira, en xeral, se asoma ‡ metade
da media dos pa’ses europeos. Partidas
orzamentarias dedicadas ‡ actividade
investigadora que, no remate deste
milenio, escasamente alcanzan o 1 %
do PIB (menos da metade da media
europea), con participaci—ns privadas
que non chegan — 10 % do investimento pœblico, xustifican a impresi—n antes
apuntada dunha perspectiva desalentadora. Un pa’s sen ciencia ten moi
comprometido o seu futuro benestar.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 174
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 175
175
A XENÉTICA NO SÉCULO XX
çngel Carracedo*
Universidade de Santiago
de Compostela
A XenŽtica pode ser considerada
plenamente unha ciencia deste sŽculo.
E isto Ž a’nda m‡is certo se lembramos
que o xenial descubrimento de Mendel
pasou desapercibido ata que foi redescuberto no ano 1900. A esta ciencia
a’nda moza chegoulle un s— sŽculo
para producir unha autŽntica revoluci—n no reino da Biolox’a e da Medicina. Pero foi nos œltimos quince anos
cando tal revoluci—n se fixo patente.
Faremos neste cap’tulo un breve
percorrido pola historia da XenŽtica
neste sŽculo e remataremos cos espectaculares descubrimentos dos œltimos
anos que culminaron co desciframento
completo do mapa do xenoma humano, o que abre novas perspectivas para
o co–ecemento e tratamento das enfermidades.
O COMEZO DA XENÉTICA COMO CIENCIA:
GREGOR JOHANN MENDEL
A herdanza dos caracteres f’sicos
ten sido obxecto de curiosidade e inte-
rese desde hai ben tempo. Os antigos
hebreos, os gregos, os exipcios, os chineses e os eruditos da Alta Idade
Media (particularmente a Medicina
‡rabe), describiron moitos fen—menos
xenŽticos e propuxeron numerosas teor’as procurando a sœa explicaci—n, a
maior’a delas err—neas. Foi no sŽculo
XIX cando a Biolox’a se liberou da sœa
actitude especulativa e se transformou
nunha ciencia verdadeiramente experimental.
A herdanza de caracteres iniciou o
seu estudio coa hibridaci—n de plantas,
pero resultaba de imposible explicaci—n para os cient’ficos por mor da
complexidade dos fen—menos xenŽticos nos modelos que se usaban. Eran os
bot‡nicos ent—n os que intentaban
entende-la herdanza.
î mesmo tempo, os zo—logos
estudiaban e debat’an con paix—n as
ideas evolutivas. En 1859, Charles
Darwin publicou a sœa obra fundamental Sobre el origen de las especies,
resultado de vintecinco anos de estudio
e baseada nunha enorme cantidade de
* Catedrático de Medicina Legal.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
1 COLABORA.CIN
176
4/4/01
21:47
Página 176
Ángel Carracedo
datos. A obra de Darwin supuxo unha
autŽntica revoluci—n que non se limitou — campo biol—xico pois implicou
tamŽn problemas relixiosos e filos—ficos fundamentais.
Segundo a teor’a da evoluci—n
biol—xica de Darwin, as formas org‡nicas agora existentes proceden doutras
distintas que existiron no pasado, a travŽs dun proceso de descendencia con
modificaci—n. Darwin reuniu unha evidencia proveniente de moi diversas
disciplinas de investigaci—n biol—xica a
prol do feito evolutivo e logrou que
esas disciplinas converxeran no ‡mbito
da explicaci—n nun proceso natural: a
selecci—n natural. Co obxecto de impo–er estas dœas revolucionarias concepci—ns, Darwin introduce unha nova e
radical perspectiva: o pensamento
poboacional. En contraste coa visi—n
esencialista dominante no seu tempo, a
variaci—n individual, lonxe de ser trivial, Ž para el a pedra angular do proceso evolutivo. Son as diferencias existentes entre os organismos no seo
dunha poboaci—n as que, — se magnificar no espacio e no tempo, constitœen a
evoluci—n biol—xica. A teor’a da evoluci—n foi case inmediatamente aceptada
pola comunidade cient’fica, pero a da
selecci—n natural tivo que agardar ata a
terceira dŽcada do sŽculo XX para a sœa
aceptaci—n xeral.
O esquema de Darwin carec’a
dunha explicaci—n para a orixe e o
mantemento da variaci—n xenŽtica
sobre a que opera a selecci—n. Anos
despois de Origen de las Especies, en
1868, Darwin intenta explica-lo fen—-
meno da herdanza a travŽs da hip—tese
provisional da panxŽnese, resultado
dun intenso traballo de recompilaci—n
e interpretaci—n conceptual dun gran
nœmero de observaci—ns e experimentos, que se recollen nun tratado de
dous volumes (The variation of animals
under domestication). Nela postula a
existencia de part’culas hereditarias ou
de reproducci—n, que chamou xŽmulas.
Contrariamente ‡s conclusiones de
Origen de las Especies, a sœa hip—tese da
herdanza resultou err—nea, como
demostrou, entre outros, o seu sobri–o
Francis Galton. De calquera xeito, o seu
traballo estimulou o pensamento xenŽtico.
A enorme controversia sobre
as teor’as evolucionistas, que se
Figura 1. Gregor Mendel (1822-1884).
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 177
A Xenética no século XX
prolongou — longo de boa parte do
sŽculo, encerraba a dificultade engadida do ent—n desco–ecido mecanismo
da herdanza dos caracteres. ƒ neste
contexto onde se desenvolve a obra de
Mendel (figura 1), xustamente considerado pai da XenŽtica.
Gregor Johann Mendel naceu en
Heizendorf (Austria) o 22 de xullo de
1822. Logo de graduarse, ingresou na
orde de Santo Agosti–o en 1843, e ordenouse sacerdote en 1847 co nome de
Gregorio. En 1853 regresou — mosterio
de BrŸnn e finalmente foi nomeado
profesor de F’sica e Historia Natural.
En 1854 comezou a sœa famosa
serie planeada de investigaci—ns verbo
da herdanza dos h’bridos vexetais, que
deu a co–ecer ante a Sociedade dos
Naturalistas de BrŸnn no artigo
ÒVersuche Ÿber PflanzenhybridenÓ,
que practicamente pasou inadvertido.
177
experimentaci—ns realizou uns dez mil
cruzamentos.
A an‡lise matem‡tica dos datos
obtidos levouno a tres conclusi—ns
b‡sicas, hoxe co–ecidas como as leis de
dominancia, segregaci—n e independencia e que constitœen os piares sobre
os que — longo deste sŽculo se edificou
a XenŽtica.
Antes do redescubrimento da
obra de Mendel, no espectacular
desenvolvemento cient’fico de finais
do sŽculo XIX, outros achados contribu’ron — avance da nova ciencia; cabe
cita-lo dos cromosomas e os seus
movementos na divisi—n celular, descritos por Flemming (1879-1881), a
hip—tese do seu papel na herdanza
(Rabl, 1884), a mitose (Van Beneden,
1884) e a diferenciaci—n das li–as celulares xerminal e som‡tica (Weismann,
1882).
Despois de ser elixido en 1868
abade do mosterio de BrŸnn e de toda
a orde en Austria, Mendel faleceu nese
convento o 6 de xaneiro de 1884.
No ano 1900, experimentando en
h’bridos vexetais, tres cient’ficos, De
Vries, Correns e Tschermak chegaron a
un tempo, pero independentemente, a
redescubri-lo traballo de Mendel.
O Žxito de Mendel debeuse, por
unha parte, ‡ sœa extraordinaria planificaci—n dos experimentos, a sœa meticulosidade na aplicaci—n do mŽtodo
cient’fico e os seus co–ecementos, pero
tamŽn ‡ elecci—n dunha especie sinxela, moi apta para a sœa investigaci—n
(Pisum sativum) e ‡ selecci—n de caracteres obxectivos e simples. Outra das
claves do Žxito de Mendel foi a aplicaci—n racional do mŽtodo cuantitativo.
Nos oito anos que duraron as sœas
Hugo de Vries experimentou con
pr’mulas as leis de Mendel e comprobou a sœa veracidade, atribu’ulle a
Mendel a lei da segregaci—n e demostrou a existencia de mutaci—ns que se
herdaban ‡ descendencia. De Vries chamoulles ‡s mutaci—ns Ôcambios — chou
nos xenesÕ. Carl Correns comprendeu o
alcance dos postulados de Mendel e
chamoulles —s principios da herdanza
Leis de Mendel e enunciounas como
hoxe as co–ecemos. Pola sœa banda,
1 COLABORA.CIN
178
4/4/01
21:47
Página 178
Ángel Carracedo
A XENÉTICA COMO CIENCIA: A TEORÍA DO XENE
Johansen, en 1905, corroborou as
Leis de Mendel e demostrou o compo–ente xenŽtico e ambiental da variaci—n
fenot’pica; conclu’u ademais que o
compo–ente ambiental non se herda.
Introduciu outros’ os termos xene,
alelo, fenotipo e xenotipo.
En 1906, Bateson bautizou a nova
ciencia que estudiaba, a herdanza dos
caracteres, como XenŽtica.
A’nda que a finais da primeira
dŽcada do sŽculo xa se co–ec’a bastante dos cromosomas, era moi dif’cil relacionalos cos xenes. TamŽn era dif’cil
relacionar cos cromosomas os caracteres claramente herdables que se co–ec’an. Karl Landsteiner descubrira o
grupo ABO no ano 1900 (se ben a sœa
herdanza non foi demostrada ata algœn
tempo despois), Archibald Garrod descubriu en 1909 que a alcaptonuria se
deb’a — fallo dunha enzima. ÀSer’an os
xenes enzimas?
Cada cromosoma mide uns 2 cm de longo. Axéitanse
nos diminutos núcleos ó envolverse sobre si mesmos.
(Tomado de Quest. Edit. Rialp).
Erich von Tschermak logrou que volvera editarse a obra de Mendel nas series
de Ostwald, Klassiker der exakten
Wissenschaften.
A soluci—n a todos estes enigmas
proporcionouna Thomas Hunt Morgan, que comezou o seu traballo na
Universidade de Columbia en 1909.
Morgan elixiu como ferramenta de traballo a mosca do vinagre, Drosophila
melanogaster, que ti–a como vantaxe a
sœa morfolox’a simple e r‡pida reproducci—n, xa que cada dez d’as se produce unha nova xeraci—n. Xa en 1910,
Morgan puido determina-la herdanza
ligada — cromosoma X da cor dos ollos
na Drosophila. Iso significaba que os
xenes ti–an que estar nos cromosomas.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 179
A Xenética no século XX
Seguindo con experimentos en
Drosophila, o grupo de Morgan
demostrou que os xenes estaban contidos nos cromosomas nunha disposici—n lineal e que polo menos unha serie
de caracteres dependentes do cromosoma X se transmit’an ligados. Daquela, a
lei da independencia de Mendel non se
cumpr’a para algœns caracteres, se ben
mesmo nos caracteres ligados empezaron a atoparse excepci—ns — mecanismo
de ligamento.
En 1913, A. H. Sturtevant escribiu
un artigo revolucionario na XenŽtica e
que marcou o seu desenvolvemento
neste sŽculo ÒThe linear arrangement
of six sex-linked factors in Drosophila,
as shown by their mode of associationÓ. Sturtevant puido comprobar que
os xenes que se trasmit’an xuntos se
encontraban no mesmo cromosoma e
que os que se comportaban independentemente estaban en cromosomas
distintos. Mendel tivera fortuna no seu
experimento pois os xenes que estudiou estaban en cromosomas distintos
ou moi distantes dentro do mesmo cromosoma.
Lentamente Sturtevant e os seus
sucesores foron constru’ndo un mapa
de ligamento para a Drosophila e axi–a
moitos dos seus caracteres f’sicos transmisibles puideron ser localizados de
forma precisa.
Sturtevant demostrou tamŽn en
1925 a ocorrencia de mutaci—ns que
prognosticara De Vries. O estudio da
mutaci—n foi desenvolvido a fondo por
H. J. Muller, quen, en 1927, demostrou
179
a acci—n mutaxŽnica dos raios X, inaugurando as’ a longa lista de xenetistas
laureados polo premio Nobel (recibido
en 1946).
OS PROBLEMAS POLÍTICOS DO DESENVOLVEMENTO DA XENÉTICA
A XenŽtica foi obxecto desde os
seus comezos dunha utilizaci—n ideol—xica que moitas veces supuxo unha
limitaci—n — seu progreso. Este foi o
caso do evolucionismo tan fortemente
contestado por extremismos relixiosos
durante boa parte deste sŽculo, pero
tamŽn os novos co–ecementos crearon
problemas.
Sir Francis Galton, primo de
Darwin e que ti–a en comœn con
Mendel nacer o mesmo ano e a sœa paix—n polas matem‡ticas, foi o precursor
da biometr’a moderna, o primeiro en
desenvolver estudios con xemelgos
pero tamŽn o fundador da euxenesia.
Galton, coma a maior’a dos cient’ficos victorianos, era inmensamente
rico e interesouse na herdanza das calidades, especialmente na calidade de
xenio (un exemplo para el eran as familias de xu’ces). En 1908 creou a
Eugenics Education Society. En 1911
finou sen descendencia e deixoulle
toda a sœa fortuna — Laboratory for
National Eugenics da Universidade de
Londres. En 1920, este laboratorio dividiuse en dous, o laboratorio Galton da
Universidade de Londres, que desde
ent—n se dedicou ‡ investigaci—n xenŽtica, e a Sociedade de Euxenesia, que
1 COLABORA.CIN
180
4/4/01
21:47
Página 180
Ángel Carracedo
ti–a a misi—n, perseguida durante moitos anos, de mellora-la raza humana.
Simultaneamente, Lombroso enunciaba a sœa teor’a, non refutada ata
moitos anos despois, sobre o determinismo f’sico da criminalidade, a par
que un movemento euxenŽsico cruzou
o mundo culminando cos horrores da
Alema–a nazi.
buscar un material de experimentaci—n
m‡is axeitado c‡ Drosophila e elixiu o
xŽnero Neurospora que Ž un sistema
biol—xico m‡is simple a’nda c‡ Drosophila e cun tempo de reproducci—n
m‡s reducido. En 1941, mediante a
Do extremo determinismo f’sico e
xenŽtico pasouse — extremo determinismo cultural. A Stalin non lle agradaba a idea de que algo, a’nda que s— fose
a cor dos ollos da mosca do vinagre,
puidese estar determinado pola Biolox’a. Marx insistira en que cambiando
o ambiente era posible cambialo todo.
Por forza o mendelismo e o morganismo Áti–an que ser un complot capitalistaÁ
O ministro de agricultura de
Stalin, Trofim Denisovitch Lysenko,
comezou unha campa–a contra xenes e
cromosomas. Varios xenetistas foron
arrestados, entre eles Vasilov, un dos
mellores, quen foi condenado en 1940
por sabotaxe contra a agricultura polas
sœas ideas sobre a xenŽtica e morreu
nun campo de prisioneiros en 1943.
A XENÉTICA MOLECULAR
Un momento decisivo na evoluci—n da XenŽtica veu da man da
Bioqu’mica e levou — co–ecemento
molecular do xene.
Quizais este momento se iniciou
contra 1940, cando Beadle decidiu
Desdobramento dunha cadea (Tomado de Quest. Edit.
Rialp).
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 181
A Xenética no século XX
inducci—n de mutaci—ns, Beadle e
Tatum demostraron que a funci—n
dos xenes era a de controla-la producci—n de determinadas enzimas, e estableceron o aforismo de Òun xene-unha
enzimaÓ, polo que se determinaba
en gran medida a funci—n real dos
xenes.
Despois dos fungos foron as bacterias as escollidas como material de
investigaci—n. En 1944, Avery, McLeod
e McCarthy, traballando con dœas estirpes de pneumococo (que como os guisantes de Mendel eran lisos ou rugosos), demostraron que o material
xenŽtico non era unha prote’na sen—n
os ‡cidos nucleicos. Quedaba por probar se isto, ademais de nas bacterias,
ocorr’a no resto dos organismos vivos.
Precis‡ronse case dez anos para
que Hershey e Chase (1952) demostraran que tamŽn en virus o ‡cido desoxirribonucleico (ADN) era o axente
responsable da herdanza. Coa demostraci—n, pouco tempo despois, de que
isto tamŽn suced’a en animais superiores, todo se concentrou no ADN.
Estaba claro que era o œnico material
que se transmit’a de feito de xeraci—n
en xeraci—n.
Pero Àcomo unha substancia tan
simple pod’a copiarse a si mesma,
codificar unha informaci—n tan enorme
e pasa-la informaci—n dunha a outra
xeraci—n? Hab’a s— unha fonte de
variaci—n no ADN, as catro bases nitroxenadas: adenina, guanina, timina e
citosina. O nœmero de bases variaba de
181
especie a especie pero hab’a sempre a
mesma proporci—n de A a T e de G a C.
A principios da dŽcada dos cincuenta, un bi—logo americano, James
Watson, foi a Cambridge onde lle encomendaron traballar na bioqu’mica dos
‡cidos nucleicos, tema que a el non lle
gustaba. Pronto co–eceu a Francis
Crick, un f’sico graduado na Universidade de Londres. Ambos estaban
interesados na estructura das molŽculas biol—xicas e acudiron a modelos
cristalogr‡ficos desenvolvidos por outros investigadores e principalmente
por Wilkins. Watson e Crick estudiaron
o patr—n de difracci—n de raios X da
molŽcula de ADN e publicaron en
Nature, no ano 1953, unha nota curta de
s— unha p‡xina na que se ofrec’a un
modelo moi simple e claro da estructura molecular do ADN: unha dobre hŽlice, algo as’ como unha escaleira de
caracol (figura 2). De repente todo
comezaba a encaixar: emparell‡banse
as adeninas coas timinas e as guaninas
Figura 2. Modelo de Crick e Watson do ADN da dobre
hélice.
1 COLABORA.CIN
182
4/4/01
21:47
Página 182
Ángel Carracedo
coas citosinas. A autoduplicaci—n era
adiantada no propio artigo de Nature
(posteriormente Kornberg demostrou
in vitro a autoduplicaci—n), pero quedaba unha cuesti—n: Àcomo estaba codificada a informaci—n xenŽtica no ADN?
Todo o mundo asum’a que o
ADN cromos—mico era coma un libro
con letras (as catro bases) que conti–a
as instrucci—ns para facer unha mosca
ou un ser humano. O seguinte reto era
descifra-lo c—digo.
Pero en seguida se suceden os
descubrimentos. En 1958 Matthew
Meselson e Franklin Stahl demostraron
que o ADN se replicaba semiconservativamente. O problema de c—mo a
secuencia do ARN se traduce en
secuencia proteica empezaba a resolverse.
Outra volta Watson e Crick, traballando con mut‡xenos qu’micos en
ADN de bacteri—fagos, observaron que
se se inser’an unha ou dœas bases (A, T,
C, G) no ADN dos fagos, estes non crec’an, pero cando si se inser’an, tres
medraban case normalmente. Suxeriron que o c—digo xenŽtico se l’a en
grupos de tres letras, de tal modo que
se se inser’an unha ou dœas toda a
mensaxe quedaba distorsionada.
Toda a informaci—n xenŽtica,
codificada nunha linguaxe simple con
palabras de tres letras e un alfabeto de
catro letras, alberg‡bana os cromosomas do nœcleo e as prote’nas sintetiz‡banse no resto da cŽlula, pero Àcomo se
transfer’a a informaci—n a’?
De contado se comprendeu c—mo
era o fluxo da informaci—n xenŽtica
(figura 3), o que Watson chamou o
dogma central da Biolox’a: o ADN
transcr’bese a outro ‡cido nucleico
ARN que Ž o que pasa — citoplasma
para fabrica-las prote’nas.
Figura 3. Conversión da información xenética.
Ese mesmo ano, 1958, Arthur
Kornberg illa a polimerasa do ADN e
un ano despois Severo Ochoa illa a
ARN polimerasa, descubrimento fundamental co que se inicia a elucidaci—n
do c—digo. En 1961, Sidney Brenner,
Fran•ois Jacob e Meselson descubriron o ARN mensaxeiro e finalmente,
en 1966, Marshall Nirenberg e Har
Gobind Khorana terminan de desvela-lo c—digo xenŽtico.
Simultaneamente a estes descubrimientos, Seymour Benzer publica en
1955 o seu primeiro traballo sobre a
estructura fina do locus rII no fago T4.
En 1961 Jacob e Jacques Monod propo–en o modelo do oper—n como mecanismo de regulaci—n da expresi—n xŽnica en procariotas.
O c—digo xenŽtico era sorprendentemente universal, case o mesmo
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 183
A Xenética no século XX
desde bacterias a seres humanos.
Ademais, como demostraron Charles
Yanofsky e o seu equipo en 1964, era
colineal: os xenes estaban ali–ados un
xunta outros, a mensaxe do ADN era
lida directamente — ARN e isto determinaba a orde dos amino‡cidos nunha
prote’na.
Os setenta presencian a chegada
das tŽcnicas de manipulaci—n do ADN.
En 1970 ’llanse as primeiras endonucleasas de restricci—n, e H. Temin e D.
Baltimore descobren a transcriptasa
inversa. En 1972 constrœese no laboratorio de Paul Berg o primeiro ADN
recombinante in vitro. En 1975, Ed
Southern descobre o Southern blotting
e a tecnolox’a de an‡lise electroforŽtica
de fragmentos pequenos de ADN. O
ano 1977 foi pr—digo: publ’canse as tŽcnicas de secuenciaci—n do ADN de
Walter Gilbert e de Frederick Sanger e
ese mesmo ano varios autores descobren que os xenes eucariotas se encontran interrompidos (intrones) e que o
ADN da maior parte dos xenomas Ž
ADN non codificante.
Pero o m‡is espectacular estaba
por chegar cos descubrimentos da
dŽcada dos oitenta que culminaron co
Proxecto Xenoma Humano.
183
para a Medicina e a Biolox’a supo–’a a
xenŽtica molecular.
Ser’a imposible enumerar t—dolos
logros cient’ficos destes œltimos vinte
anos que correron paralelos —s avances
tecnol—xicos. LimitarŽmonos a sinala-los que, na nosa opini—n, tiveron
maior repercusi—n.
O primero de todos foi un gran
descubrimento te—rico, realizado en
1985 polo equipo de Alec Jeffreys da
Universidade de Leicester. Este grupo,
analizando o ADN de secuencias intr—nicas (non codificante), descubriu que
estaba organizado de forma repetitiva
e que esas secuencias repetidas eran
extraordinariamente polim—rficas, isto
Ž, que o nœmero de repetici—ns de cada
secuencia repetitiva variaba enormemente entre as persoas. Este feito,
xunto co descubrimento posterior da
variaci—n en secuencias repetitivas
pequenas (microsatŽlites), posibilitou a
realizaci—n de mapas xenŽticos e o descubrimento do locus xŽnico (Ž dicir, do
lugar do cromosoma) do que depend’an numerosas enfermidades e caracter’sticas xenŽticas.
O DESENVOLVEMENTO DAS ÚLTIMAS DÉCADAS:
O PROXECTO XENOMA HUMANO
Sen embargo, malia estes descubrimentos, a an‡lise da variaci—n xenŽtica e a an‡lise de ADN en xeral segu’a
sendo lenta e tediosa e base‡base nos
mŽtodos descritos por Southern
empregando sondas marcadas con is—topos radioactivos.
Os esforzos econ—micos e cient’ficos multiplic‡ronse nas œltimas dŽcadas ante a evidencia da revoluci—n que
Os cient’ficos buscaban ent—n un
mŽtodo para replicar anacos de ADN
mill—ns de veces, de modo que a sœa
an‡lise se simplificase. As polimerasas
1 COLABORA.CIN
184
4/4/01
21:47
Página 184
Ángel Carracedo
de ADN pod’an facer ese papel, pero o
problema era que unha etapa intermedia para a replicaci—n do ADN consiste
en separa-las dœas febras do ADN (que
Ž unha cadea dobre) e isto hab’a que
facelo con calor, de modo que as polimerasas animais se desnaturalizaban.
Un investigador da compa–’a Cetus,
Kary Mullis, tivo unha idea xenial:
Àcomo solucionaban o problema da
replicaci—n de ADN as bacterias que
viv’an en augas termais a elevad’simas
temperaturas? En 1986, el mailo seu
equipo conseguiron illar unha polimerasa termoestable derivada da bacteria
Thermus aquaticus e conseguiron automatiza-la tŽcnica de reacci—n en cadea
da polimerasa (PCR).
tecnol—xico de tal magnitude que afectar‡ a toda a XenŽtica do novo milenio.
O Proxecto Xenoma Humano
naceu da innovaci—n tecnol—xica a’nda
que finalmente o investimento realizado nel posibilitou o desenvolvemento
desta innovaci—n.
En 1984 e 1985, Robert Sinsheimer
e Renato Dulbecco expuxeron a sœa
idea do importante que ser’a secuenciar todo o Xenoma Humano. Ambos
chegaron ‡ mesma conclusi—n a travŽs
de cami–os ben distintos e tendo en
comœn, unicamente, a sœa proximidade no tempo e que os dous resid’an en
California.
A PCR supuxo unha gran revoluci—n tecnol—xica en t—dolos campos da
XenŽtica. Paralelamente, os avances
tecnol—xicos foron considerables, destacando a aplicaci—n ‡ secuenciaci—n de
ADN da tecnolox’a de fluorocromos
(que permitiu substitu’-lo uso de is—topos), o descubrimento da electroforese
capilar e a rob—tica. Todo iso permitiu
finalmente a fabricaci—n de secuenciadores autom‡ticos de gran fiabilidade e
rapidez con capacidade de secuenciar
miles e miles de bases por d’a.
A finais de 1985 ocorrŽuselle a
mesma idea a Charles Delisi, que traballaba para o Departamento de
Enerx’a dos Estados Unidos (DOE), se
ben se encontraba nunha situaci—n que
lle permitiu convertelo nun programa
de investigaci—n gobernamental. En
efecto, os laboratorios do DOE estaban
en crise, motivada en gran parte porque o seu traballo ti–a menos interese
ante a ca’da econ—mica e militar do bloque soviŽtico e era unha oportunidade
para relanzalos.
Os avances tecnol—xicos culminaron co descubrimento recente dos chips
de ADN (DNA microarrays) que permiten a inmobilizaci—n ou a s’ntese in situ
de decenas de miles de sondas nunha
pequena superficie, o que posibilita
estudios de expresi—n ou de secuencia
a grande escala. Isto sup—n un adianto
Unha vez emprendido o programa do DOE, a rivalidade entre este
e os institutos nacionais de saœde estadounidenses (NIH) conduciu o Proxecto Xenoma ‡s primeiras p‡xinas de
Science, Nature e as principais revistas,
convertŽndoo en obxecto dunha controversia aparentemente interminable.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 185
A Xenética no século XX
A idea inicial era secuencia-lo
xenoma humano, pero iso esix’a unha
serie de logros previos, como distintos
mapas xenŽticos, inclu’ndo os dos
organismos dos que mellor se compred’a a sœa xenŽtica e era m‡is accesible
—s experimentos c‡s dos seres humanos.
O Proxecto Xenoma redefiniuse
entre 1986 e 1988 para englobar tres
obxectivos tŽcnicos: o primeiro, obter
un mapa de ligamento (en 1995 xa dispo–iamos de mapas de ligamento de
certa densidade); o segundo, obter un
mapa f’sico para facilita-lo exame
directo do ADN producindo colecci—ns
ordenadas de fragmentos clonados de
ADN, e o terceiro, que era o obxectivo
final do proxecto, obte-la secuencia
completa do ADN humano.
Desde o principio estaba claro
que, para acadar estes obxectivos tŽcnicos, o Proxecto Xenoma necesitaba
recursos. Se ben o esforzo de financiamento pœblico foi principalmente norteamericano (que o custean desde
1990), tamŽn foi secundado por algœns
pa’ses europeos, a propia Uni—n
Europea, Xap—n e Canad‡.
î principio da dŽcada dos noventa o progreso era lento, pero antes de
1996 xa se lograra secuencia-lo xenoma
de Saccaromyces cerevisae e Escherichia
coli. A primeira secuencia completa do
xenoma dun organismo multicelular, o
Caenorhabditis elegans, foi completada a
finais de 1998.
A data prevista para secuencia-los
arredor de tres mil mill—ns de bases do
185
xenoma humano e completa-lo proxecto era o ano 2025 en 1990, que pasou —
2010 en 1995, pero todo foi m‡is de
prŽsa do esperado, e non s— polos
avances tecnol—xicos.
En 1997, a posibilidade aberta
pola oficina de patentes americana de
permiti-la patente de xenes ou parte de
xenes, e o impacto que isto ’a ter na
industria biomŽdica e farmacŽutica,
conduciu a un consorcio privado, a
compa–’a Celera Genomics, a entrar na
carreira pola secuencia do xenoma.
Este grupo utilizou unha estratexia distinta de an‡lise da do consorcio pœblico, e nunha carreira trepidante chegaron de forma simult‡nea ‡ conclusi—n
do proxecto.
O 26 de xu–o do ano 2000, o presidente dos Estados Unidos, Bill
Clinton, o primeiro ministro brit‡nico,
Tony Blair, o presidente de Celera
Genomics, Craig Venter e mailo director do Proxecto Xenoma Humano,
Francis Collins, anunciaron a consecuci—n da secuencia completa do xenoma
humano e a chegada dunha nova era
para a Medicina.
O DESENVOLVEMENTO DAS DISTINTAS ESPECIALIDADES DA XENÉTICA
XENÉTICA DE POBOACIÓNS
î longo deste sŽculo non s— a
XenŽtica cl’nica se beneficiou dos avances na XenŽtica; moitas outras disciplinas e aplicaci—ns desta ciencia foron
xurdindo — longo destes anos. Entre
1 COLABORA.CIN
186
4/4/01
21:47
Página 186
Ángel Carracedo
elas cabe sinala-la XenŽtica de poboaci—ns, a Antropolox’a, a XenŽtica mŽdica, a ImmunoxenŽtica e a XenŽtica
forense. Imos dar conta da sœa evoluci—n hist—rica brevemente.
Os individuos que pertencen a
unha mesma especie difiren nunha
multitude de caracter’sticas, moitas das
cales son hereditarias. A finalidade
m‡is importante da XenŽtica de poboaci—ns consiste en comprende-la natureza e orixe desas diferencias hereditarias.
Canda o redescubrimento do
mendelismo, a principios de sŽculo,
desenvolveuse a teor’a matem‡tica
da evoluci—n, baseada na XenŽtica
mendeliana, debida principalmente a
R. A. Fisher, J. B. S. Haldane e Sewall
Wright. Unha gran cantidade de traballos posteriores base‡ronse nos principios establecidos por eses tres eminentes cient’ficos. A XenŽtica de
poboaci—ns experimental, iniciada por
S. S. Chetverikov Ñquen, traballando
con Drosophila foi o primeiro que
identificou grandes fontes de variabilidade xenŽticaÑ e continuada por
Theodosius Dobzhansky e E. B. Ford
entre outros, proporcionou observaci—ns b‡sicas realizadas en poboaci—ns
humanas e de laboratorio, que permitiron comproba-la validez das teor’as
evolutivas.
Neste sentido, a XenŽtica de
poboaci—ns permitiu aclarar un conflicto que xurdira con Darwin: o da natureza da variaci—n sobre a que se produce a evoluci—n. Mentres que Darwin
puxo Žnfase na evoluci—n gradual e
continua que transforma a variaci—n
dentro das poboaci—ns en variaci—n
entre poboaci—ns, outros, como Thomas Huxley e, inicialmente, Galton,
cr’an que a evoluci—n proced’a de
forma r‡pida e descontinua, polo que a
selecci—n usaba primariamente variaci—n descontinua, e non ti–a ningœn
valor evolutivo a variaci—n continua.
Co mendelismo, este antagonismo
acentuouse ata se converter en conflicto entre os mendelianos por un lado,
que apoiaban a evoluci—n descontinua,
e os biomŽtricos polo outro, que estudiaban cuantitativamente a variaci—n
nos caracteres f’sicos e cr’an na evoluci—n darwiniana. Os primeiros estaban
capitaneados por Bateson, Morgan e
Hugo de Vries, mentres que Karl
Pearson e W. F. R. Weldom (xunto con
Galton, que se uniu a eles ideoloxicamente despois) foron os principais biomŽtricos.
En 1908 formœlase a lei de Hardy-Weinberg que relaciona as frecuencias
xŽnicas coas xenot’picas en poboaci—ns
panm’cticas e que Ž a verdadeira pedra
angular da XenŽtica de poboaci—ns.
Entre 1918 e 1932, a longa polŽmica
entre biomŽtricos e mendelianos res—lvese finalmente: Ronald Fisher, Sewal
Wright e J. B. S. Haldane levaron a cabo
a s’ntese do darwinismo, o mendelismo e a biometr’a e fundan a Teor’a da
XenŽtica de Poboaci—ns. Fisher demostra en 1918 que a variaci—n cuantitativa
Ž unha consecuencia natural da herdanza mendeliana.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 187
A Xenética no século XX
A integraci—n da XenŽtica de
poboaci—ns con outros programas de
investigaci—n evolutiva, tales como a
Biolox’a de poboaci—ns experimental, a
sistem‡tica, a Paleontolox’a, a Zoolox’a
e a Bot‡nica, produciron durante o
per’odo de 1937-1950 a Teor’a SintŽtica
ou Neodarwinista da evoluci—n. Nela
prodœcese a maior integraci—n de disciplinas, nunca antes alcanzada, dunha
teor’a evolutiva.
O descubrimento dos polimorfismos electroforŽticos e a sœa aplicaci—n
en 1966 por R. Lewontin, J. L. Hubby e
H. Harris — estudio da variaci—n aloz’mica das poboaci—ns naturais, permitiu
obte-las primeiras estimaci—ns da
variaci—n xenŽtica de infinidade de
especies.
Dœas teor’as contrapostas intentan explica-lo mantemento dos polimorfismos moleculares nas poboaci—ns
e, en xeral, a evoluci—n molecular: a
teor’a neutralista da evoluci—n molecular e a teor’a seleccionista. A primeira
mantŽn que a maior parte da evoluci—n
molecular Ž neutra, Ž dicir, que a maior’a das variantes moleculares son selectivamente equivalentes e non afectan a
capacidade reproductiva dos organismos (Kimura 1968, 1983). Desde o
punto de vista seleccionista, suponse
que a maior’a dos polimorfismos est‡n
mantidos nas poboaci—ns pola acci—n
da selecci—n natural equilibradora e a
evoluci—n molecular ser’a o froito da
fixaci—n de mutantes vantaxosos pola
acci—n da selecci—n positiva (Lewontin,
1974).
187
Sen embargo, o debate entre
seleccionistas e neutralistas durante as
œltimas dŽcadas non conseguiu esclarecer de forma definitiva o significado
evolutivo da variabilidade xenŽtica
molecular, se ben Ž certo que se produciu unha certa aproximaci—n entre as
dœas escolas.
Hoxe en d’a adm’tese que unha
certa parte (seguramente a maior’a)
dos cambios moleculares son neutros e
o seu destino est‡ gobernado nas poboaci—ns naturais pola mutaci—n e a
deriva xenŽtica, pero que existen tamŽn
evidencias experimentais da acci—n da
selecci—n natural sobre a variabilidade
molecular.
Xa na œltima dŽcada, o descubrimento dos polimorfismos de ADN
nuclear e de ADN mitocondrial produciron unha revoluci—n na xenŽtica de
poboaci—ns humanas e est‡ permitindo
trazar cunha precisi—n antes inimaxinable modelos de migraci—ns desde os
albores da humanidade ata tempos
recentes.
O estudio de polimorfismos xenŽticos est‡ permitindo clarifica-la historia evolutiva das poboaci—ns humanas.
T—dolos datos de polimorfismos xenŽtico-moleculares apoian a hip—tese de
que a poboaci—n africana constitœe a
poboaci—n humana m‡is antiga — igual
c‡s an‡lises de ADN mitocondrial
(hip—tese da Eva africana) que Ž unha
molŽcula que se herda exclusivamente
pola v’a materna, moi apropiada para
este tipo de an‡lise e tamŽn para a de
restos —seos antigos.
1 COLABORA.CIN
188
4/4/01
21:47
Página 188
Ángel Carracedo
A orixe do home e a posici—n que
ocupa na natureza Ž un problema que
ten recibido a atenci—n de pensadores e
cient’ficos durante longo tempo. Os
avances en xenŽtica que se sucederon
durante a œltima centuria estannos
achegando progresivamente ‡ sœa
resoluci—n.
A XENÉTICA NA MEDICINA
A’nda que o interese polas enfermidades xenŽticas data de antigo, a
XenŽtica mŽdica desenvolveuse desde
o punto de vista cient’fico enteiramente no sŽculo XX e p—dese dicir que
comezou con el vinculada ‡ Inmunohematolox’a co descubrimento
do grupo ABO por Karl Landsteiner en
1900 e a demostraci—n da sœa herdanza
mendeliana un tempo despois, e co
descubrimento da herdanza da alcaptonuria por Archibald Garrod en 1901.
Se ben a Inmunohematolox’a, e
mais unha especialidade derivada
dela, a XenŽtica forense, tiveron un
auxe importante ata a primeira metade
do sŽculo, o seguinte paso importante
na XenŽtica mŽdica propiamente dita
produciuse en 1956, cando Tjio e Levan
por unha parte e, de forma independente, Ford e Hamerton, demostraron
con claridade e por primeira vez que o
nœmero de cromosomas no home era
de 46 e non de 48 como se crera ata
ent—n. Tres anos despois Lejeune en
Par’s e Ford e Jacobs no Reino Unido
demostraron que en pacientes co s’ndrome de Down hab’a alteraci—ns cromos—micas claras e reco–ecibles.
A XenŽtica mŽdica estivo ligada ‡
CitoxenŽtica ata finais deste sŽculo,
cando o co–ecemento do xenoma produciu unha revoluci—n de tal natureza
nela que afectou non s— a XenŽtica,
sen—n toda a Medicina.
A cuesti—n Ž que a CitoxenŽtica
pasou a ter unha importancia cuantitativamente menor no diagn—stico da
enfermidade xenŽtica comparado coa
an‡lise de diferencias sut’s no ADN
por tŽcnicas moleculares. O outro gran
cambio Ž que a XenŽtica se interesou
non s— pola enfermidade puramente
xenŽtica, sen—n pola enfermidade cun
compo–ente xenŽtico e outro ambiental, como por exemplo o cancro, que ‡s
veces ten un compo–ente hereditario,
pero que, sobre todo, Ž un chorro de
acontecementos en xenes cunha an‡lise
que ten grande importancia para o seu
diagn—stico, progn—stico e mesmo o
seu tratamento.
Pero — mesmo tempo cambiou o
espectro da enfermidade e o impacto
cl’nico da doenza xenŽtica incrementouse de contino — longo deste sŽculo, e
Ž previsible que se siga incrementando
no vindeiro. Est’mase que nos pa’ses
occidentais a porcentaxe de mortes en
idade pedi‡trica atribu’ble a causas
xenŽticas pasou do 10 % a principios de
sŽculo a m‡is do 40 % na actualidade.
Entre o 3 % e o 7 % dos acabados de
nacer sofren un trastorno xenŽtico; destes, o 0,4 % son cromosomopat’as, o
1,1 % enfermidades monoxenŽticas e o
resto enfermidades multixŽnicas.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 189
A Xenética no século XX
Daquela, o espectro da enfermidade xenŽtica cambiou tamŽn notablemente e os trastornos cromos—micos
pasaron a ser menos importantes c—s
cambios xenŽticos m‡is sut’s (mutaci—ns), que actualmente representan o
80 % dos diagn—sticos xenŽticos. Esta
porcentaxe incrementarase m‡is como
consecuencia do co–ecemento do xenoma humano: actualmente co–Žcense
uns oito mil xenes susceptibles de
mutaci—ns que orixinen trastornos
monoxŽnicos. Hoxe en d’a poden analizarse molecularmente m‡is de mil
destas enfermidades pero Ž de esperar
que nesta dŽcada case t—dolos trastornos xenŽticos poidan ser analizados.
A segura introducci—n de mŽtodos m‡is r‡pidos e baratos de screening
da man dos chips de ADN far‡ m‡is
r‡pido e factible o estudio xenŽtico
naquelas afecci—ns nas que os beneficios en termos de prevenci—n sexan
importantes.
O avance dos nosos co–ecementos sobre os compo–entes moleculares
que constitœen a base dos diferentes
procesos biol—xicos e a sœa aplicaci—n ‡
enfermidade deu lugar ‡ creaci—n do
termo Medicina molecular e a XenŽtica
mŽdica estase integrando neste novo
concepto. Xa neste momento non hai
ningunha especialidade mŽdica que
non se vira inundada por este tipo de
conceptos, pero sen dœbida a culminaci—n do Proxecto Xenoma Humano e o
gran desenvolvemento tecnol—xico
marcar‡ un punto de inflexi—n e ter‡
unha gran repercusi—n pr‡ctica na
Medicina na pr—xima dŽcada.
189
Estes avances afectar‡n principalmente a an‡lise do compo–ente xenŽtico ou de reacci—n individual da enfermidade (non s— a xenŽtica ou complexa
sen—n a enfermidade de causa basicamente non xenŽtica) e afectar‡ o diagn—stico, progn—stico e tratamento da
maior’a das enfermidades.
Os co–ecementos sobre o xenoma
que se est‡n adquirindo de forma vertixinosa orixinar‡n (xa est‡n orixinando) unha demanda asistencial progresiva a medida que se encontren
marcadores de utilidade cl’nica probada. Nos œltimos cinco anos, as demandas de an‡lises moleculares est‡n
medrando m‡is dun cen por cento por
ano e Ž de esperar que esta porcentaxe
se incremente ou mante–a. A informaci—n xenŽtica que se xera vai suscitar
unha serie de problemas pr‡cticos e
tamŽn Žticos —s que hai que ir buscando unha resposta axeitada, tanto desde
o punto de vista mŽdico e de planificaci—n sanitaria coma educativo e social.
A nova Medicina que se aveci–a
posuir‡ un compo–ente predictivo de
futuras patolox’as no individuo san
que requirir‡ unha forma diferente de
acomete-los problemas de saœde, sen a
penas similitude na actualidade. Da
man da revoluci—n xenŽtica prevense
cambios no concepto de enfermidade, e
ciencias nacentes como a farmacoxenŽtica, farmacoxen—mica e a prote—mica
ter‡n unha grande importancia nas
pr—ximas dŽcadas.
A terapia xŽnica que xa se iniciou
con Žxito na dŽcada dos noventa para o
1 COLABORA.CIN
190
4/4/01
21:47
Página 190
Ángel Carracedo
tratamento do dŽficit dunha enzima, a
adenos’n desaminasa, que produce
unha inmunodeficiencia que obriga os
nenos que a padecen a viviren illados,
est‡ cobrando un enorme interese para
o tratamento doutras enfermidades
xenŽticas, enfermidades infecciosas e o
cancro.
consecuencia dos avances tecnol—xicos
na xenŽtica humana. Para atender estas
cuesti—ns, o propio proxecto xenoma
dedica unha parte importante do orzamento a promove-la reflexi—n sobre
estas cuesti—ns, que son cruciais para
que a nova xenŽtica se use adecuadamente.
Outras disciplinas da XenŽtica,
como a XenŽtica forense, est‡n hoxe
completamente establecidas e gracias ‡
an‡lise da variaci—n no ADN identif’canse individuos, anal’zanse vestixios
de interese criminal ou fanse investigaci—ns biol—xicas da paternidade cunha
seguridade cada vez maior.
Ademais do impacto na Medicina
e como logro m‡is importante, parece
claro que a nova XenŽtica e a culminaci—n do Proxecto Xenoma Humano vai
revela-los detalles moleculares da especie humana, e isto permitiranos marabillarnos da similitude existente entre
nosoutros e, — tempo, celebra-la nosa
diversidade.
Pero o cambio vertixinoso de conceptos tamŽn orixina problemas Žticos
que haber‡ que resolver. Por exemplo,
se unha an‡lise pode predicir que unha
persoa moza vai morrer dunha enfermidade xenŽtica incurable, Àfar‡ esa
persoa a an‡lise?; e Àcal ser‡ a sœa actitude se esa mesma an‡lise pode informalo de que lles pasar‡ ou non esa
enfermidade —s seus descendentes?,
Àgustar’alle a alguŽn saber que debido
—s seus xenes, o seu traballo nunha
industria pode orixinarlle cancro?,
Àgustar’alle a esa persoa que os responsables desa industria ou a sœa compa–’a de seguros co–ecesen esa predisposici—n?, Àgustar’anos que t—dolos
individuos estivesemos fichados xeneticamente para perseguir mellor os
delictos?, Àe os criminais reincidentes?,
Àpoden os xenes ser patentados?
Estas son algunhas das cuesti—ns
que empezamos a formularnos como
BIBLIOGRAFÍA
Berry, R. J., Neo-Darwinism, Londres, E.
Arnold, 1982.
Bowler, P. J., The mendelian revolution:
the emergence of the hereditarian concepts in modern science and society,
Londres, Athione, 1989.
Dunn, L. C., A short history of genetics,
Nova York, McGraw-Hill, 1965.
Mayr, E., The growth of biological thought.
Diversity, evolution and inheritance,
Cambridge, Harvard University
Press, MA,1982.
Moore, J. A., Science as a way of knowing.
The foundations of modern biology,
Cambridge, Harvard University
Press, MA, 1993.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 191
A Xenética no século XX
Olby, R. C., Origins of Mendelism,
Londres, Constable, 1966.
____El camino hacia la doble hŽlice,
Madrid, Alianza, 1991.
Portugal, F. H., e J. S. Cohen, A century
of DNA, Cambridge, MIT Press,
MA, 1977.
Provine, W. B., The origins of theoretical
population genetics, Chicago, The
University of Chicago Press, 1971.
191
Stent, G. S., e R. Calendar, Genetics: An
introductory
narrative,
San
Francisco, Freeman, 2» edici—n,
1978.
Stuble, H., History of genetics,
Cambridge, MIT press, MA, 1972.
Sturtevant, A. H., A history of genetics,
Nova York, Raper and Row, 1965.
Watson, J. D., La doble hŽlice, Barcelona,
Salvat, 1987.
1 COLABORA.CIN
4/4/01
21:47
Página 192
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 193
193
A TECTÓNICA DE PLACAS E O IMPACTO KT.
UNHA GRAN REVOLUCIÓN XEOLÓXICA
E UNHA GRAN CONTROVERSIA DO SÉCULO XX
Federico Vilas Mart’n*
Universidade de Vigo
INTRODUCCIÓN
En case t—dolos asuntos, a mente humana tende fortemente a xulgar ‡ luz da
sœa propia experiencia, co–ecemento e
prexu’zos, antes que en funci—n das evidencias presentadas. Deste modo, as
ideas novas son xulgadas polas crenzas
prevalecentes. Se as ideas son demasiado
revolucionarias, Ž dicir, se se apartan
demasiado das teor’as reinantes, e se
non se poden asimilar — corpo de co–ecementos de moda, non ser‡n aceptables. Cando se fan os descubrimentos
antes de tempo, Ž case seguro que ser‡n
ignorados ou rexeitados cunha oposici—n insuperable, de modo que na maior’a dos casos, tanto dar’a no telos feito.
Beveridge, 1950
Se observamos detidamente a historia da Humanidade, podemos decatarnos de que Ž moi dif’cil non resultar
afectado polas revoluci—ns pol’ticas ou
econ—micas. Pola contra, a xente
comœn permanece ‡ marxe ou allea ‡s
explicaci—ns cient’ficas ou art’sticas,
a’nda que por veces cheguen a constitu’r unha autŽntica revoluci—n. A historia br’ndanos numerosos exemplos; os
libros da Biblia (Bentor, 1978) conte–en
frecuentes e moi exactas descrici—ns de
acontecementos xeol—xicos: terremotos
e os seus conseguintes movementos de
terras (o paso do r’o Xord‡n), inundaci—ns (Sodoma e Gomorra), volcanismo
(o monte Sina’), etc. Moitos destes
sucesos xeol—xicos deberon de impresionar profundamente as mentes precient’ficas da Žpoca en que se escribiu a
Biblia, por iso foron considerados de
orixe supranatural. S— hoxe chega a
comprenderse que estes acontecementos xeol—xicos forman parte do escenario apropiado para crea-la atmosfera
precisa do relato b’blico e o seu principal sentido.
M‡is pr—ximo ‡ nosa Žpoca, o
reverendo Thomas Burnet, eminente
pastor anglicano e capel‡n privado do
rei Guillerme III, entre 1680 e 1690
publicou, primeiro en lat’n e logo en
inglŽs, os catro libros de Telluris theoria
sacra, ou La Teor’a sagrada de la Tierra:
Conteniendo un Informe del Origen de la
Tierra y de todos los Cambios Generales
que se han experimentado, o que est‡n por
experimentar hasta la consumaci—n de
* Catedrático de Estratigrafía.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
2 COLABORACION nueva
194
4/4/01
21:48
Página 194
Federico Vilas Martín
todas las cosas. Burnet contou a historia
do noso planeta proclamada pola infalible concordancia entre a palabra de
Deus (os Textos Sagrados) e a obra de
Deus (os obxectos da natureza). A sœa
obra, de moi pobre contido emp’rico,
tal como insisten os seus detractores,
non poder’a ser criticada por mesturar
ciencia e relixi—n cando a taxonom’a do
seu tempo non reco–ec’a tal divisi—n, e
mesmo non exist’a unha palabra para o
que agora denominamos ciencia. Hoxe
Burnet aparece nos nosos libros de
texto como o arquetipo dunha idolatr’a
b’blica que retivo o progreso da ciencia.
Esta caracterizaci—n persiste na nosa
xeraci—n. Fenton e Fenton, na sœa
popular obra Xigantes da xeolox’a (1952,
22) rexeita a teor’a de Burnet como
Òunha serie de ideas excŽntricas acerca
do desenvolvemento da TerraÓ.
Do mesmo xeito, e noutros ‡mbitos sociais, ninguŽn foi consciente no
seu momento do que significaba o
Cubismo ou o Surrealismo e s— hoxe
podemos avalialos enmarcados nos
problemas da Žpoca. No mesmo sentido, p—dese dicir que as revoluci—ns
cient’ficas actuais pasan inadvertidas,
mentres que reco–ecŽmo-la importancia dos descubrimentos que ocorreron
hai uns corenta ou cincuenta anos.
ÀCando comezou a œltima Ôrevoluci—nÕ das Ciencias da Terra? A crenza
dunha Terra ÔestableÕ e non Ôm—bilÕ,
segundo a cal os continentes permaneceron na mesma posici—n, foi un punto
de vista combatido por Wegener e logo
en menor medida por Taylor. Foi preciso que transcorreran uns cincuenta
anos para lograr unha conversi—n
masiva —s puntos de vista mobilistas.
Non parece que medio sŽculo sexa un
per’odo excesivamente longo de indecisi—n e incerteza, no campo da ciencia
son numerosos os exemplos que se
poden citar: a teor’a heliocŽntrica de
CopŽrnico e a persecuci—n de Galileo
pola mesma idea moito tempo m‡is
tarde, o longo conflicto novecentista
entre xe—logos catastrofistas e uniformitaristas, a cuestionada idea da evoluci—n darwiniana xa desde o comezo do
sŽculo XIX, etc.
A principios do sŽculo XX toma
forma a teor’a sobre a mobilidade dos
continentes, como producto da vitalidade do planeta Terra, e Ž a finais da
dŽcada dos sesenta cando a revoluci—n
da tect—nica de placas tomou — asalto a
ciencia da Xeolox’a. Constitœe esta a
grande e indiscutible revoluci—n da
Xeolox’a no eido cient’fico do sŽculo.
Non obstante, outra nova idea xerminal parece entrar a finais da centuria e
vŽn a esclarece-la forte controversia
entre teor’as enfrontadas: as influencias
extraterrestres tanto na creaci—n de
vida como nas interrupci—ns na evoluci—n biol—xica por extinci—ns masivas
de organismos en determinados momentos da historia xeol—xica do planeta. Non hai dœbida de que no campo da
evoluci—n tivo lugar un grande avance,
a teor’a do catastrofismo, Ž dicir, a non-uniformidade dos procesos — longo do
tempo, tal como postulan outras teor’as cient’ficas. A’nda cando a teor’a contraria, o uniformitarismo, sobreviviu
ata os nosos d’as, novas probas vi–eron
a demostrar que a maquinaria do
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 195
A tectónica de placas e o impacto Kt…
mundo que describiu James Hutton,
padre da Xeolox’a, no seu libro Theory
of the Earth, publicado en 1785, non
sempre funciona en ciclos suaves e harm—nicos; os cataclismos modificaron
moitas veces a face da Terra — longo
dos tempos (Hallam, 1989).
Por iso, — tempo que a propia
din‡mica do planeta Terra o fai evolucionar, a Wegener permitiulle explica-la deriva dos continentes ata posici—ns
distintas ‡s que hoxe ocupan, chegando a ser esta œltima a idea xerminal da
nova tect—nica global ou tect—nica de
placas de Wilson. Actualmente, cobran
importancia, dentro dunha gran polŽmica cient’fica, as hip—teses formuladas por Luis e Walter çlvarez sobre os
impactos de corpos celestes ocorridos
na Terra, como causantes de escenarios
catastr—ficos que producir’an grandes
interrupci—ns da evoluci—n biol—xica a
consecuencia de extinci—ns masivas. A
Ôgrande extinci—nÕ descrita polos çlvarez non sup—n a œnica extinci—n en
masa que co–eceu o noso planeta pero
si foi relevante para a nosa especie, xa
que daquel cataclismo, os ent—n pequenos mam’feros, gracias —s pasos evolutivos, terminar’an producindo especies
como a dos humanos. Os impactos
catastr—ficos eran reais, e as’ o evidenciaban as mostras lunares e imaxes dos
planetas enviadas polas sondas espaciais, polo que o gradualismo estricto
deber’a estar desbotado. A comunidade xeol—xica, absorta no gran descubrimento da tect—nica de placas, a penas
advert’a a evidencia lunar e planetaria
de impactos catastr—ficos, e t—dolos
antigos prexu’zos uniformitarios que-
195
daron reforzados polo triunfo da nova
tect—nica global: ocŽanos tan grandes
que para cruzalos en avi—n fan falta
horas, medraron a unha taxa de poucos
cent’metros por ano e fan pensar que a
teor’a da tect—nica de placas Ž a m‡is
gradual e uniformitaria que se poida
imaxinar. O testemu–o do cr‡ter
Chicxulub, que establece e confirma
para uns investigadores a hip—tese do
impacto por un grande asteroide ou
cometa, sucedido hai sesenta e cinco
mill—ns de a–os na fronteira entre o
Cret‡ceo e o Terciario, marca un novo
punto de vista na controversia uniformismo-catastrofismo.
Son polo tanto dœas as excitantes
ideas que no sŽculo XX acadan unha
merecedora e destacable atenci—n no
campo das ciencias da Terra: a primera,
a que se aglutina baixo a denominaci—n
Òda deriva dos continentes ‡ tect—nica
de placasÓ, teor’a que transformou a
nosa ciencia completamente ofrecendo
unha nova comprensi—n da Terra; a
segunda, a gran controversia suscitada
polo denominado Ôimpacto KTÕ que
introduce os xe—logos no mundo do
postuniformitarismo.
DA DERIVA DOS CONTINENTES Á TECTÓNICA DE
PLACAS
...o compo–ente m‡is importante Ž a
suposici—n de grandes movementos
horizontais de deriva que moveron os
bloques continentais no curso do tempo
xeol—xico e presumiblemente continœen
a’nda.
A. Wegener, 1915
2 COLABORACION nueva
196
4/4/01
21:48
Página 196
Federico Vilas Martín
OS PRECURSORES
Con posterioridade a Darwin,
analizouse a distribuci—n de animais e
plantas con relaci—n —s seus f—siles.
Huxley propo–’a unha orixe saltacional das especies. De Vries entend’a que
as especies cambiaban por mutaci—ns e
as’ explicaba as leis de Gregor Mendel.
Extinguidos os rŽptiles xigantes, os
mam’feros evolucionaron en funci—n
de cambios clim‡ticos; o home, un primate que — pasar da selva ‡ sabana
cami–aba erguido. A evoluci—n dos
marsupiais en Australia e os edentados
en AmŽrica do Sur chamou a atenci—n
polas sœas diferencias con Eurasia,
çfrica e AmŽrica do Norte. Comezaron a compararse os rexistros f—siles de
cada continente. Edward Forbes xa
propo–’a en 1846 Çpontes entre continentesÈ para explica-las relaci—ns
entre organismos distantes. Entre os
monos sen cola de çfrica encontr‡base o elo perdido que dera orixe —
home.
As relaci—ns entre as especies non
eran claras de todo. Os xe—logos que
abrazaran de contado o evolucionismo
de Darwin cr’an a Edward Suess, que
en 1904 postulaba que a Terra evolucionara contraŽndose, orixinando as’ as
monta–as pregadas. Para F. Taylor
(1910) as monta–as orixin‡ranse polo
movemento dos continentes, pero
como consecuencia de forzas de marea
provocadas polo suposto desprendemento da Lœa durante o Cret‡ceo. S—
algœns pregamentos se explicaban por
movementos horizontais locais.
O punto de partida da hip—tese de
Taylor non foi a observaci—n da coincidencia do contorno dos continentes
que bordean o Atl‡ntico, tal como claramente xa apuntara Schneider en
1858, sen—n a disposici—n das cadeas
monta–osas do Terciario de Eurasia.
Sen dœbida, Taylor co–ec’a polo miœdo
o traballo de Edward Suess, The face of
the Earth, sobre os supostos movementos de contracci—n sufridos polo arrefriamento da Terra. A idea dun Ôgran
desprazamentoÕ da codia terrestre
xorde en Taylor como primera hip—tese, coherente e elaborada, do que hoxe
denominamos deriva continental.
Taylor non lle prestou demasiada atenci—n — mecanismo do desprazamento
continental na sœa monograf’a de 1910,
raz—n pola cal a sœa obra non acadou o
eco que caber’a esperarse na comunidade xeol—xica.
Foi Alfred Wegener quen encarou
o problema da aparente mobilidade
dalgunhas especies: non se requir’a de
grandes migraci—ns de animais nin
pontes hoxe desaparecidas; Áos que se
moveran foran os continentes!
Son diversas as primeiras formulaci—ns que apuntan a posible migraci—n dos continentes (Hallam, 1976).
Moitas cŽntranse na opini—n xeneralizada, na metade do sŽculo XIX, sobre a
complementariedade das li–as de costa
dos continentes do Atl‡ntico sur. TamŽn se especulou sobre a formaci—n do
ocŽano Atl‡ntico, como consecuencia
da depresi—n deixada pola Atl‡ntida,
un misterioso continente supostamente
desaparecido.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 197
A tectónica de placas e o impacto Kt…
197
Figura 1. A evolución de terras e mares:
Hai 180 millóns de anos, a primitiva masa terrestre chamada Panxea empezou a desmembrarse. Primeiro,
os continentes dividíronse ó longo das liñas dos océanos Índico e Atlántico setentrional. América do Norte separouse
de África e o mesmo ocorreu coa India respecto á Antártida. Os vastos continentes de Laurasia, ó N., e Gondwana, ó
S., quedaron case completamente separados polo chamado mar de Tetis. A Terra tiña tres grandes masas terrestres,
ademais da India, que xa se empezara a mover cara ó N.
Hai 135 millóns de anos, despois de máis de 45 millóns de deriva dos continentes, estes aínda non adquiriran a forma que hoxe nos é familiar. As dúas grandes fracturas orixinais, o Atlántico Norte e o océano Índico, continuaron abríndose. O Atlántico Norte tiña entón unha anchura duns 1000 km. Unha serie de fracturas estendéronse ata
o Mar do Labrador, separando as terras de Gronlandia de América do Norte. Entrementres, a India continuaba avanzando cara á costa meridional de Asia, aínda distante uns 3200 Km.
Hai 65 millóns de anos, os continentes empezaron a toma-la súa actual configuración. América do Sur separouse por fin de África, mentres que en Gondwana só Australia e a Antártida empezaran a moverse por separado. Unha
prolongación da macrofractura do Atlántico Norte producirá outra gran fractura en Laurasia: Gronlandia separarase de
Europa, e tamén o continente norteamericano do euroasiático. (A área coloreada con verde claro amosa a magnitude
dos movementos da codia).
2 COLABORACION nueva
198
4/4/01
21:48
Página 198
Federico Vilas Martín
A DERIVA DOS CONTINENTES
A imaxe convencional da estructura e evoluci—n da Terra que se ti–a a
principios de sŽculo veu a ser substitu’da pola revolucionaria hip—tese wegeneriana da deriva continental.
Segundo o seu propio relato, Wegener tivo a definitiva sospeita de que
os continentes se moveran lateralmente cando advertiu a notable coincidencia entre os contornos continentais a
‡mbalas beiras do Atl‡ntico. Suceder’a
algo as’ como lles ocorre ‡s capas de
xeo cando rompen e se desprazan, di
Lange Koch que chegou a pensar Wegener, un dos compa–eiros da expedici—n a Gronlandia. A busca de evidencias foi tan fruct’fera e corroboraban de
tal xeito a sœa idea inicial que expuxo a
sœa hip—tese no seu libro Die Entstehung der Kontinente (1915). En 1920,
1922 e 1929 public‡ronse edici—ns revisadas. A de 1922 atraeu a m‡xima atenci—n e foi traducida — inglŽs en 1924
baixo o t’tulo The origin of continents
and oceans. Nesa edici—n aparece
por primeira vez, correctamente traducido, o termo continental displacement (desprazamento continental), que
posteriormente se transformou en continental drift (deriva continental). Wegener postulou a presencia dun enorme
supercontinente denominado Panxea
(fig.1), que significa ÔTodo TerraÕ e que
se fracturou hai 180 mill—ns de anos,
primeiro no hemisferio sur e logo no
norte; Europa e NorteamŽrica ter’an
permanecido unidos ata o Cuaternario
(1 mill—n de anos). Pero o mesmo que o
argumento m‡is consistente foi o da
similitude entre rochas e cintos oroxŽnicos existentes entre os dous lados do
Atl‡ntico, tamŽn o foron os argumentos paleontol—xicos e paleoclim‡ticos.
Desafortunadamente, o mecanismo que propuxo foi a diferente atracci—n da gravidade entre o Ecuador e os
polos, e unha deriva contra o oeste producto das atracci—ns da Lœa e o Sol.
Para explicar este movemento propo–’a un fondo mari–o viscoso sobre o
que os continentes se abr’an paso no
seu desprazamento. Os xeof’sicos corrix’rono no sentido de que o fondo do
mar Ž r’xido.
A’nda que Wegener morreu sendo un desco–ecido en 1930, durante
unha expedici—n a Gronlandia, a posterior acumulaci—n de argumentos foille
dando a raz—n. Arthur Holmes (1929)
explicou a deriva dos continentes por
correntes convectivas no manto, de
forma que a codia continental e mari–a
se moven xuntas sobre esta porci—n
pl‡stica do manto. Tampouco a Holmes lle creron demasiado. Veining Meinesz reco–ece nas fosas oce‡nicas o
lugar onde as correntes convectivas se
afunden. O wegenerista Du Toit (1927)
estudia comparativamente os fragmentos do supercontinente austral Gondwana separado de Laurasia polo Mar
de Tetis. K. Runcorn (1962) e E. Irving
(1964) corroboran o movemento dos
polos mediante estudios paleomagnŽticos, e as incongruencias xurdidas entre
os datos obtidos soluci—nanse cando se
supo–en os continentes ensamblados.
Paralelamente, investigadores como M.
Ewing e B. Heezen (1962) reco–ecen
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 199
A tectónica de placas e o impacto Kt…
que as dorsais mesoce‡nicas percorren
todo o planeta.
A principios dos anos sesenta,
Harry Hess (1962) e Robert Dietz (1961)
reformulan a Wegener e Holmes na
Historia das cuncas oce‡nicas e a Teor’a do
espallamento do fondo oce‡nico respectivamente. Hess, un reco–ecido xe—logo
da Universidade de Princeton, foi un
dos impulsores do Proxecto Mohole, o
encargado da perforaci—n oce‡nica
para a exploraci—n da capa do manto
terrestre. A sœa gran contribuci—n foi a
integraci—n dun certo nœmero de feitos
dispares: a aparente xuventude do
fondo oce‡nico, o peculiar sistema que
ofrecen as illas en forma de arco que
circundan o ocŽano Pac’fico e o seu elevado nœmero de volc‡ns, sismos, grandes fosas, etc. Propuxo que o fondo
mari–o se creou nas grandes dorsais
medio-oce‡nicas, e logo esparŽxese ata
consumirse nas fosas e introducirse no
manto terrestre. O seu modelo foi relacionado co da deriva dos continentes e
sux’rese que estes foron transportados
— longo do proceso polo efecto das
correntes de convecci—n que se xeran
dentro do manto. Explic‡base as’ a
orixe das monta–as e terremotos por
forzas de tensi—n e de compresi—n.
Agora si, a suma dos novos datos abr’a
as portas ‡ ÔRevoluci—n WegenerianaÕ.
Vine (1969) e Vine e Matthews (1963)
explicaron o car‡cter simŽtrico das
franxas magnŽticas dos basaltos, contiguas ‡s dorsais mesoce‡nicas, como
producto das inversi—ns peri—dicas do
campo magnŽtico. Excitante hip—tese
esta œltima, que sup—n ter algo as’
199
como unha Ôgravadora naturalÕ do
campo magnŽtico, que permitiu determina-la velocidade do transporte oce‡nico.
TECTÓNICA DE PLACAS: UNHA TEORÍA UNIFICADORA
Tan recentemente como en 1965, o
xeof’sico canadense Tuzo Wilson especula sobre a natureza das grandes fracturas na codia oce‡nica, que denomina
fallas de transformaci—n, e prop—n que
todo o noso planeta se move en placas,
cre‡ndose materia nas dorsais e consum’ndose nas fosas oce‡nicas. A superficie terrestre estar’a as’ dividida en
diversas grandes placas r’xidas. Estas
ideas expostas nos traballos de Wilson,
constitœen o xerme da inicialmente denominada como Ônova tect—nica globalÕ
por B. Isacks, J. Oliver e R. Sykes en
1968, para agrupa-los conceptos de
Ôderiva continentalÕ, Ôesparexemento
do fondo oce‡nicoÕ e Ôfallas de transformaci—nÕ, hoxe co–ecida como Teor’a da
tect—nica de placas.
Posteriormente, Morgan (1968)
divide a superficie terrestre en vinte
placas que poden ter l’mites de tres tipos: diverxentes, onde nace codia oce‡nica; converxentes, onde a codia oce‡nica se destrœe; e transformantes, onde
non se crea nin se destrœe codia.
Adoptouse a suposici—n de que as placas var’an a sœa espesura, acadando ata
os 250 quil—metros naquelas compostas por manto superior e codia
continental, mentres que aqueloutras
do manto superior e codia oce‡nica
chegan ata os 100 quil—metros e constitœen o que se denomina litosfera.
2 COLABORACION nueva
200
4/4/01
21:48
Página 200
Federico Vilas Martín
A litosfera repousa sobre a astenosfera,
capa pl‡stica na que o movemento
resultante dalgœn tipo de sistema de
transferencia de calor dentro dela
causa o desprazamento das placas.
Esta nova visi—n da superficie terrestre estimulou a recompilaci—n
de datos sobre zonas de fractura e
anomal’as magnŽticas en todo o globo.
O modelo agora obtido polo francŽs
Le Pichon (1968) foi a’nda m‡is simple c— de Morgan: s— seis placas maiores, denominadas Americana, Euroasi‡tica, Africana, India, Pac’fica e Ant‡rtida.
A maior parte dos xe—logos aceptan a teor’a da tect—nica de placas como a œnica que pode unificar e explicar
numerosos fen—menos xeol—xicos. En
consecuencia, moitos dos procesos xeol—xicos son vistos agora desde esta
perspectiva. A’nda m‡is, debido a que
t—dolos denominados planetas terrestres tiveron unha orixe similar, pregœntase se esta teor’a Ž œnica para a Terra
ou pola contra opera do mesmo xeito
nos outros planetas terrestres.
OS LÍMITES DE PLACAS
As placas te–en un movemento
relativo dunha respecto a outra de
xeito que os seus l’mites poden ser
caracterizados como: a) diverxentes, b)
converxentes, e c) transformantes. A
interacci—n de placas e os seus l’mites
forman a maior parte da orixe da actividade s’smica e volc‡nica da Terra as’
como da orixe dos sistemas de monta–as.
a) As placas son diverxentes
(fig. 2) cando se separan e se forma
unha nova litosfera oce‡nica. Os l’mites diverxentes son lugares onde a
codia se expande, se adelgaza e se fractura na medida en que o magma, derivado da fusi—n parcial do manto, alcanza a superficie. As sucesivas inxecci—ns
de magma, — arrefriarse, dan lugar ‡
nova codia oce‡nica ‡ vez que rexistran
a intensidade e a orientaci—n do campo
magnŽtico terrestre. A pesar de que
este tipo de l’mites est‡ moi ligado ‡
formaci—n das cristas oce‡nicas tal
como a Dorsal Medio-Oce‡nica, tamŽn
ocorren durante os estadios iniciais da
fractura continental: o magma ascende
por baixo do continente, a codia inicialmente elŽvase, exp‡ndese e adelgaza.
Os vales do leste de çfrica constitœen
un magn’fico exemplo deste estadio de
ruptura continental. A continuidade do
proceso conduce ‡ separaci—n en dous
bloques continentais, tal como sucede
no Mar Vermello separando a Pen’nsula de Arabia de çfrica e no Golfo
de California que separa a Baixa California de MŽxico. Na medida en que
estes mares estreitos recentemente
creados continœan ampli‡ndose, eventualmente poden chegar a ser unha
extensa cunca oce‡nica tal como a
Atl‡ntica, que separa as AmŽricas de
Europa e çfrica por miles de quil—metros. A Dorsal Medio-Oce‡nica constitœe o l’mite entre esas dœas placas
diverxentes; mentres a Americana se
despraza cara — oeste, a Euroasi‡tica e
Africana m—vese en dereitura — leste.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 201
A tectónica de placas e o impacto Kt…
b) As placas converxentes supo–en a colisi—n entre elas e, polo tanto, o
lugar de destrucci—n e reciclaxe da
vella litosfera que progresivamente se
forma nos l’mites das placas diverxentes. Doutra forma teriamos unha Terra
en expansi—n. No l’mite converxente,
unha das placas descende por debaixo
da outra por subducci—n. As zonas de
201
subducci—n constitœen algo as’ como
un plano inclinado no que se localizan
os focos s’smicos, co–ecido como plano
de Benioff. A maior parte destes planos
incl’nanse cara a abaixo a partir das
fosas oce‡nicas xeradas nos arcos illas
ou continentes adxacentes, marcando o
l’mite de escorregamento entre placas
converxentes. Na medida en que a
Figura 2. Evolución dun límite diverxente de placas. (Modificado de Monroe e Wicander, 1992).
2 COLABORACION nueva
202
4/4/01
21:48
Página 202
Federico Vilas Martín
placa subducente se introduce na astenosfera, quece e eventualmente incorp—rase — manto. Sen embargo, a subducci—n non ocorre cando ‡mbalas
placas converxentes son continentais
xa que a codia continental non ten a
densidade necesaria para ser subducida dentro do manto.
Os l’mites converxentes caracter’zanse por deformaci—n, vulcanismo,
formaci—n oroxŽnica, sismicidade e
importantes dep—sitos minerais. A partir das ideas de Tuzo Wilson chŽgase a
reco–ecer tres tipos de l’mites de placas
converxentes: oce‡nica-oce‡nica, oce‡nica-continental e continental-continental.
Cando dœas placas oce‡nicas converxen, unha delas Ž subducida por
debaixo da outra — longo do l’mite de
placa oce‡nica-oce‡nica (fig.3). A placa
subducente d—brase contra abaixo cun
‡ngulo entre 5¼ e 10¼ para formar unha
depresi—n oce‡nica seguida dun complexo, en forma de cu–a, de sedimentos
mari–os pregados e fallados e litosfera
Figura 3. Evolución dun límite diverxente de placas.
(Modificado de Monroe e Wicander, 1992).
oce‡nica arrincada da placa descendente. Na medida en que a placa descendente se introduce na astenosfera,
afœndese parcialmente xerando un
magma menos denso c‡s rochas adxacentes, polo que ascende ‡ superficie
formando unha cadea curvada (como
resultado da intersecci—n dun plano
cunha esfera) de volc‡ns, que se denominan arcos-illa. A ‡mbolos lados destes arcos-illas xŽranse dœas cuncas: a
cunca ante-arco tende a somerizarse
por recheo de sedimentos procedentes
da erosi—n dos volc‡ns, mentres que na
cunca tras-arco pode producirse un
adelgazamento da sœa codia litosfŽrica,
como consecuencia dun alto grao de
subducci—n, ata o punto que chega a
iniciarse unha expansi—n se o magma
chega a rompe-la delgada codia, inici‡ndose unha nova codia oce‡nica. Un
bo exemplo constitœeo o Mar de Xap—n
entre o continente Asi‡tico e as illas de
Xap—n.
Cando se trata da converxencia
dunha placa oce‡nica e outra continental, a primeira, debido ‡ sœa maior densidade, Ž subducida por debaixo da
continental — longo do l’mite de placa oce‡nica-continental (fig. 4). A placa
oce‡nica descendente d‡ lugar a unha
fosa, seguida dun complexo de subducci—n consistente en capas de rochas
falladas en forma de cu–a, que marcan
o l’mite externo da cunca ante-arco. Na
medida en que a placa oce‡nica descende dentro da astenosfera, fœndese e
xŽrase magma. Este magma ascende
entre a corteza continental, irrompe na
superficie orixinando volc‡ns, tamŽn
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 203
A tectónica de placas e o impacto Kt…
Figura 4. Límite entre placas oceánica-continental.
(Modificado de Monroe e Wicander, 1992).
chamados arcos volc‡nicos, ou intrœese
na marxe continental como plut—ns,
particularmente batolitos. Un excelente
exemplo deste tipo constitœeo a costa
do Pac’fico de AmŽrica do Sur, onde a
placa Nazca est‡ sendo continuamente
subducida por SudamŽrica: a fosa de
Chile-Perœ Ž o lugar de subducci—n e a
Cordilleira dos Andes Ž a resultante
cadea volc‡nica.
Finalmente, cando dœas placas
converxen a travŽs dun l’mite de placa
continental con outra continental
(fig. 5), unha placa pode esvarar sobre
a outra, pero nunca subducida debido
‡ sœa baixa e igual densidade e grande
espesura. Inicialmente, eses continen-
Figura 5. Límite entre placa continental-continental.
(Modificado de Monroe e Wicander, 1992).
203
tes encontr‡banse separados por codia
oce‡nica ata que foi subducida por un
dos continentes, que presentar‡ as
caracter’sticas dun l’mite de placa
oce‡nica-continental. Se a codia oce‡nica Ž totalmente consumida, os dous
continentes colisionan formando unha
nova cordilleira de monta–as. A cordilleira do Himalaia Ž o resultado da colisi—n entre a India e Asia que comezou
aproximadamente hai corenta ou cincuenta mill—ns de anos e a’nda continœa. A sœa grande altura resulta da
grosa acumulaci—n de litosfera continental e a elevaci—n producida como
consecuencia do forzado e parcial escorregamento da placa india baixo a
placa asi‡tica durante a colisi—n.
c) Os movementos horizontais
entre placas te–en lugar — longo de
fallas de transformaci—n, onde as placas esvaran lateralmente de forma case
paralela ‡ direcci—n do movemento
da placa. Non se destrœe nin se crea
litosfera — longo do l’mite transformante. As de transformaci—n son unha clase
particular de fallas que ÔtransformanÕ
ou cambian un tipo de movemento entre placas noutro tipo diferente. A
maior’a das fallas de transformaci—n
conectan dous segmentos de dorsal
oce‡nica, pero tamŽn poden conectar
dorsais con fosas e fosas con fosas
(fig. 6). Unha das fallas de transformaci—n mellor co–ecidas Ž a de San
AndrŽs en California, que separa a
placa do Pac’fico da de NorteamŽrica.
A teor’a da tect—nica de placas,
froito da hip—tese da deriva continental, mostrouse capaz de integrar
2 COLABORACION nueva
204
4/4/01
21:48
Página 204
Federico Vilas Martín
de calor como proceso responsable
para o movemento das placas, pero
a’nda quedan algœns interrogantes sen
resolver, tales como Àcal Ž o tipo de sistema convectivo de calor?, Àson as placas participantes activas ou simplemente pasivas pasaxeiras? î remate do
sŽculo a’nda non se desenvolveu unha
teor’a comprensiva sobre o mecanismo
conductor das placas. Non obstante, a
teor’a da tect—nica de placas constitœe o
maior avance das ciencias da Terra des
que, a principios do sŽculo XIX, a aceptaci—n dos paradigmas do uniformitarismo e a correlaci—n estratigr‡fica de
f—siles lle outorgou ‡ Xeolox’a o rango
dunha verdadeira ciencia. Por ser
Alfred Wegener o cient’fico que realmente iniciou ese cami–o, merece o
reco–ecemento debido a un dos innovadores m‡is importantes do sŽculo.
O IMPACTO KT
Figura 6. Movementos horizontais entre placas por
fallas transformantes. (Modificado de Monroe e
Wicander, 1992).
diversos fen—menos xeol—xicos e contribu’u a obter unha imaxe m‡is coherente e intelixible da evoluci—n da
Terra. O maior obst‡culo para aceptala
foi a carencia dun mecanismo que
explicase o movemento continental.
Cando se soubo que os continentes e os
fondos oce‡nicos se moven xuntos e
non separados e que se forma codia nas
dorsais por ascenso de magma, a maior
parte dos xe—logos aceptaron a existencia dalgœn tipo de sistema convectivo
Pero era demasiado tarde. En aquel
momento la roca se estremeci— y tembl—
bajo sus pies. El gran ruido retumbante,
m‡s fuerte que antes, vibr— en el suelo y
reverber— en las monta–as. DespuŽs,
con la precipitaci—n de un cauterio, lleg—
un gran destello rojo. Mucho m‡s all‡
de las monta–as orientales salt— hacia el
cielo y salpic— de carm’n las nubes que
lo encapotaban. En aquel valle de sombra y luz fr’a y cadavŽrica, parec’a algo
insoportablemente violento y furioso.
Picos de piedra y colinas como cuchillos mellados estallaban en un negro
llamativo contra las llamas que se elevaban en Golgoroth. DespuŽs lleg— el gran
estallido de un trueno.
J. R. R. Tolkien, El se–or de los anillos
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 205
A tectónica de placas e o impacto Kt…
INTRODUCCIÓN
Se a vida evolucionase en continentes que por momentos estaban unidos e por veces illados, tal como expuxo Wegener, e por iso dentro dun
proceso de cambios graduais e uniformes, xorde a inmediata pregunta de
c—mo sucederon as bruscas interrupci—ns na evoluci—n biol—xica e, sen
lugar a dœbidas, tamŽn c—mo e c‡ndo
se creou a vida.
En 1954 foron reco–ecidos os
estromatolitos como as primeiras formas viventes (arrecifes de algas supostamente semellantes ‡s actuais bacterias, e algas verdeazuladas fosilizadas)
do Prec‡mbrico do Gunflint Chert,
Ontario, Canad‡. Posteriormente,
ach‡ronse outros tipos de f—siles primixenios: filamentos ramificados semellantes a fungos, algas unicelulares,
arranxos tetraŽdricos de cŽlulas semellantes a esporas ou cŽlulas espi–entas
(Schopf, 1979); pero a pregunta era
c—mo xurdiran estas formas de vida
que hoxe co–ecemos polos f—siles.
Xa en 1929, J. B. S. Haldane propuxo un Ôcaldo quente e dilu’doÕ (H2O,
CO2 e NH3) que nunha atmosfera
reductora (sen os’xeno) permitise que
os raios ultravioletas proporcionaran a
enerx’a necesaria para a vida. En 1952,
Harold Urey retomou as ideas de
Oparin e Haldane, e a travŽs de chispas
elŽctricas en mesturas de hidr—xeno,
metano, amon’aco e auga obtivo
aldehidos, ‡cidos org‡nicos e amino‡cidos. Esta teor’a da Ôsopa quenteÕ est‡
aproximadamente vixente con relaci—n
205
‡ particular historia de arrefriamento e
diferenciaci—n xeoqu’mica do noso planeta respecto doutros. O individuo primixenio non s— debeu reproducirse
sen—n que, ademais, dependeu de fontes de alimentaci—n, un eficiente mecanismo qu’mico interno e de certa capacidade para ambientarse a’nda en
condici—ns de crises ambientais
(Soffen, 1982). As 500.000 especies subseguintes, que posu’an a mesma composici—n bioqu’mica (carbono, hidr—xeno, os’xeno, nitr—xeno,
CHON), c—digos xenŽticos e ata a asimetr’a nas molŽculas de amino‡cidos,
confirmaban unha œnica orixe para a
vida que hoxe co–ecemos. A definici—n
de ÔvidaÕ pode tomarse como a capacidade de reproducirse, ou a capacidade
de evolucionar por selecci—n natural.
Os bi—logos S. Body e M. Harrington
indicaron en 1979 que os amino‡cidos
dominantes con asimetr’a cara ‡
esquerda son selectivamente absorbidos polas arxilas benton’ticas. E pensouse que na capacidade das arxilas de
transmitir cargas elŽctricas se produciu
a enerx’a que ter’a orixinado o Ôindividuo primixenioÕ.
Estas teor’as foron usadas para
avalia-la posibilidade de vida en Marte
durante a misi—n espacial do Viking
(1976-1979). O solo de Marte foi analizado mediante tres experimentos: pir—lise (absorci—n ou reducci—n de —xidos
de C14 en presencia ou ausencia de
luz), intercambio radiactivo (alimentaci—n de probables microbios cunha
Ôsopa bioqu’micaÕ marcada radioactivamente) e intercambio gasoso
2 COLABORACION nueva
206
4/4/01
21:48
Página 206
Federico Vilas Martín
(humedecemento do solo marciano con
vapor de auga, con ÔsopaÕ nutritiva). S—
os dous primeiros experimentos deron
dŽbiles respostas, que foron explicadas
por fen—menos de oxidaci—n dun composto tipo per—xido ou super—xido de
ferro. De t—dalas maneiras, especœlase
que os polos de Marte poden preservar
mellor as molŽculas org‡nicas c‡ regolita (solo oxidado) da que trouxo mostras a nave espacial Viking (Soffen,
1982).
O LÍMITE CRETÁCEO-TERCIARIO
O l’mite Cret‡ceo-Terciario sinala
unha das grandes descontinuidades da
historia da Terra, e por iso se emprega
como li–a divisoria que separa eras
fundamentais na evoluci—n da vida: o
Mesozoico e o Cenozoico.
T—dalas teor’as que trataron de
explica-la orixe da vida desde o rexistro
xeol—xico consideraron o sistema
terrestre como pechado. Hoxe en d’a
co–Žcese que a extinci—n dos dinosauros e outros organismos hai sesenta e
cinco mill—ns de anos se debeu —
impacto dun corpo celeste (asteroide
ou cometa) que orixinou unha nube de
po que cubriu significativamente a
atmosfera. O amortecemento da luz
orixinou un dr‡stico arrefriamento do
clima durante un tempo abondo como
para altera-las cadeas tr—ficas dos organismos m‡is especializados; e os dinosauros extingu’ronse.
A proposta foi formulada por
Luis e Walter çlvarez (pai e fillo), da
Universidade de California, Berkeley.
F’sico e xe—logo reco–eceron en Gubbio
(Italia) unha capa de arxila de s— un
cent’metro significativamente rica en
iridio, un elemento particularmente
caracter’stico dos meteoritos do tipo
ÔchondritesÕ (çlvarez et al., 1980). Esta
capa de arxila est‡ situada exactamente
no l’mite do tr‡nsito do Cret‡ceo —
Terciario, polo que se denominou como
l’mite KT. Esta anomal’a de iridio non
se encontraba noutros niveis estratigr‡ficos, o que descartaba a posibilidade
dalgunha causa terrestre comœn, como
o vulcanismo. Por outra parte, o iridio
Ž un dos seis elementos do grupo do
platino, que est‡n concentrados no
nœcleo terrestre e est‡ ausente da
superficie. Todos eles poden ser liberados na Terra por un impacto de asteroides e cometas. A anomal’a KT presenta
eses elementos nas mesmas proporci—ns ca nos meteoritos. Deste modo
aparece un claro sinal que asocia a anomal’a de iridio a un obxecto extraterrestre e non a unha erupci—n volc‡nica
Ñcomo tamŽn se postularaÑ onde as
proporci—ns entre elementos do platino
son distintas.
Malia as numerosas dœbidas,
m‡is ben paleontol—xicas ca estratigr‡ficas, que exist’an inicialmente, a anomal’a de iridio en KT convenceu de
que pagaba a pena buscar un cr‡ter de
impacto xigante daquela Žpoca. A primeira pregunta evidente era —nde tivo
lugar o impacto: Àcontinente ou ocŽano? As primeiras indagaci—ns, baseadas en criterios xeoqu’micos, apuntaban o ocŽano, se ben semellaba
imposible que un cr‡ter estimado en
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 207
A tectónica de placas e o impacto Kt…
150 a 200 quil—metros de di‡metro non
fora detectado polos barcos oceanogr‡ficos. A este respecto, a teor’a da tect—nica de placas proporcionaba un bo
argumento xa que unha quinta parte
da codia oce‡nica que exist’a na Žpoca
do l’mite Cret‡ceo-Terciario sufriu subducci—n desde ent—n; se o cr‡ter buscado se atopaba nesa codia, estar’a totalmente destru’do. Outras pistas
contradictorias apuntaban un impacto
continental, f—ra do alcance da codia
oce‡nica. î longo da dŽcada de 1980,
na medida en que se ’an descubrindo
cada vez m‡is evidencias que apoiaban
a idea do impacto para a extinci—n producida no KT, reco–eceuse en diferentes afloramentos rochosos e nos fondos
mari–os pr—ximos ‡ pen’nsula de
Yucat‡n a evidencia dun gran tsunami,
unicamente explicables por un grande
impacto. Este produciuse no continente pero o suficientemente preto do
ocŽano como para que se xerara un tsunami. A estructura circular de anomal’as gravitatorias en Yucat‡n suxer’a a
existencia dun cr‡ter, hoxe enterrado e
invisible desde a superficie, na ‡rea de
Chicxulub. Inicialmente confundido
cun volc‡n polos xe—logos da petrolera
PEMEX de MŽxico, o cr‡ter Chicxulub
era meirande ca calquera cr‡ter de
impacto co–ecido na Terra.
O grupo de Berkeley dos çlvarez
presentou unha descrici—n moi convincente de c—mo tivera lugar a grande
extinci—n. Titul‡rano humoristicamente ÒDarkness at noonÓ, t’tulo dunha
co–ecida obra de A. Koestler que
en Espa–a se traduciu por El cero y el
207
infinito, e que literalmente significa
Ôescuridade — mediod’aÕ. Suxer’an que,
se un meteorito de dez quil—metros de
di‡metro batese contra a Terra hai
sesenta e cinco mill—ns de anos, enormes cantidades de restos de rochas pulverizadas pola explosi—n e o impacto se
inxectar’an na estratosfera e axi–a se
distribuir’an por todo o globo, diminu’ndo a luz que normalmente chega ‡
superficie da Terra.
Na conseguinte escuridade, a
fotos’ntese interromper’ase e a ruptura
da cadea de alimentos producir’a
unhas pautas de extinci—n que son
observables nos datos paleontol—xicos.
A capa de arxila en que se encontrara a
anomal’a de iridio de Italia ti–a que ser
Ñsupo–’anÑ o po que nos anos
seguintes — impacto se fora depositando gradualmente sobre a superficie da
Terra. Deste modo naceu unha das
m‡is sorprendentes hip—teses da ciencia moderna. O equipo çlvarez publicou o seu primeiro informe na revista
Science, o 6 de xu–o de 1980, baixo o
t’tulo ÒExtraterrestrial cause for the
Cretaceous-Tertiary extintionÓ (ÒCausa
extraterrestre para a extinci—n do
Cret‡ceo -TerciarioÓ).
A ÔGrande Extinci—nÕ que ocorreu
hai sesenta e cinco mill—ns de anos
debido a unha cat‡strofe c—smica e as
sœas implicaci—ns na teor’a da evoluci—n foi obxecto de numerosas cr’ticas
xurdidas desde diversos ‡mbitos cient’ficos. A Conferencia de Snowbird
celebrada en Utha (EUA), en 1981, que
se titulou ÒImpactos de corpos grandes
e evoluci—n terrestre: implicaci—ns
2 COLABORACION nueva
208
4/4/01
21:48
Página 208
Federico Vilas Martín
xeol—xicas, climatol—xicas e biol—xicasÓ, puxo de relevo a intensa investigaci—n que se realizaba, tanto sobre
aspectos derivados de factores astron—micos, como a chuvia de cometas que
periodicamente visitan a Terra, ata
escenarios dun posible Ôinverno nuclearÕ, etc.
Son numerosas as preguntas que
a ciencia pode facerse ante un feito de
tal magnitude e tanta transcendencia.
Unha delas Ž considerar se logo dunha
guerra nuclear a especie co–ecida
como Homo sapiens se ver’a condenada
‡ extinci—n; a resposta Ž si. ÀSer’a posible que o impacto de finais do Cret‡ceo
destru’se de xeito similar o medio
natural, condenando os superviventes
‡ extinci—n incluso durante un per’odo
de tempo despois do Holocausto? En
xullo de 1994 os grandes telescopios
apuntaron a Xœpiter para observa-lo
impacto do cometa Shoemaker-Levy 9,
que fora captado por ese planeta.
Cando o cometa se afundiu na atmosfera de Xœpiter, grandes penachos
de material despedido polo choque
elev‡ronse por riba do planeta e despois, como consecuencia da enorme
gravidade de Xœpiter, esboro‡ronse
sobre a sœa superficie xerando intensas
emisi—ns de calor que puideron verse
como radiaci—n infravermella desde os
telescopios da Terra. A natureza estaba
ofrecendo, a unha distancia segura, un
experimento que era a proba de que os
grandes impactos non son s— algo que
puido suceder no pasado.
Os çlvarez analizaron catro
Ômecanismos causantes de morteÕ,
provocados polo impacto KT, que
poder’an ter contribu’do ‡ extinci—n.
En primeiro lugar estaba a escuridade
global de tres a seis meses de duraci—n
que detivo a fotos’ntese. Un segundo
mecanismo era o efecto invernadoiro, Ž
dicir, a introducci—n na atmosfera
dunha enorme cantidade de vapor,
consecuencia do impacto no ocŽano,
que actuou como unha pantalla na
Terra apresando a calor; en poucos
meses as temperaturas globais sufrir’an un significativo incremento, o suficiente para causa-la morte a moitos
animais. Un terceiro mecanismo poder’a ter producido efectos catastr—ficos
debido a un fen—meno inverso, un arrefriamento global: mentres persistiu o
per’odo de escuridade, as temperaturas globais puideron baixar 18¼, e
durante un tempo suficiente como para
acabar coa maior parte dos animais
incapaces de hibernar. Un cuarto mecanismo de morte base‡base na posibilidade de chuvias ‡cidas mortais en todo
o mundo, derivado do impacto e a
conseguinte transformaci—n do nitr—xeno atmosfŽrico en —xidos de nitr—xeno.
As conflictivas interpretaci—ns
dos acontecementos que levaron ‡
desaparici—n dos dinosauros e causaron a extinci—n masiva do Cret‡ceo-Terciario, poida que non se logre co–ecelas por agora, pero Ž evidente que
unha Ôrevoluci—nÕ varreu o mundo contra finais do Cret‡ceo e trouxo un
mundo novo. Un mundo que entraba
no per’odo Terciario sen dinosauros e
outras especies de organismos.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 209
A tectónica de placas e o impacto Kt…
Axi–a se reco–eceron m‡is evidencias deste impacto Cret‡ceo-Terciario (anomal’as xeoqu’micas e
evidencias f’sicas nos cristais de cuarzo) — tempo que se encontraban pistas
de impactos similares doutras idades
(extinci—ns do Titoniano, Hauteriviano,
Cenomaniano e Eoceno Tard’o; Torbett,
1989). Non Ž doado atopar evidencias
de impactos no rexistro xeol—xico. Un
grande impacto como o acontecemento
do l’mite do KT, o suficientemente
grande como para causar unha extinci—n en masa, pode localizarse no rexistro xeol—xico, porque os f—siles son distintos por encima e por debaixo do
nivel de impacto. Buscar impactos
m‡is pequenos que non deixen efectos
sobre os seres vivos Ž moi dif’cil, e probablemente os seus dep—sitos s— se
achen casualmente. Non obstante, a
lista de evidencias de impactos Ž cada
vez m‡is numerosa; algœns est‡n asociados a extinci—ns en masa e outros
poida que non te–an m‡is que efectos
biol—xicos locais. No rexistro estratigr‡fico, a constataci—n de impactos vai
desde idades moi antigas (leitos de
esfŽrulas e exectos de idade prec‡mbrica) ata outras m‡is recentes (exectos
procedentes do Plioceno), ou ata na
actualidade se dan fen—menos similares a’nda que menores, como o ocorrido o 30 de xu–o de 1908 en Tunguska,
Siberia.
O detallado rexistro f—sil dos œltimos 570 mill—ns de anos desde o final
do Prec‡mbrico proporciona a evidencia de cinco grandes extinci—ns en
masa e doutras cinco m‡is pequenas. O
209
l’mite KT Ž a m‡is recente das cinco
grandes extinci—ns e proporcionou
moita m‡is informaci—n c‡s m‡is.
As influencias de impactos celestes no rexistro xeol—xico resultaron
sumamente importantes xa que cambiaron varias veces o rumbo da evoluci—n biol—xica (Hallam, 1984). Do estudio da sucesi—n de cr‡teres producidos
polo impacto de meteoritos esbozouse
unha secuencia de eventos cunha
periodicidade de vinteoito mill—ns de
anos. ÀA que se debe esta periodicidade? Hai varias hip—teses astron—micas
en relaci—n cos eventos de extinci—ns
provocadas polos impactos de cometas; unha atribu’da ‡ presencia dunha
pequena estrela, compa–eira do Sol,
NŽmesis, que orbitara derredor del
cada vinteseis mill—ns de anos. A.
Muller (1985) razoou que posto que a
maior parte das estrelas se presentan
emparelladas, unha orbitando arredor
da outra, o Sol poder’a ter unha compa–eira a’nda non descuberta, probablemente unha estrela anana dun a dez
con relaci—n ‡ masa do Sol. î principio
pensou que, cada vinteseis mill—ns de
anos, a estrela compa–eira poder’a
estar preto do Sol, o suficiente como
para altera-las —rbitas dos asteroides da
rexi—n comprendida entre Xœpiter e
Marte. Biet Hut, experto en din‡mica
orbital, suxeriu en 1983 a idea de que a
estrela compa–eira do Sol afectase a
nube de refugallos interestelares situados alŽn de Plut—n e que se sup—n son
os que dan orixe —s cometas. Unha
œltima hip—tese prop—n a idea dun planeta X, a’nda por descubrir, que na sœa
2 COLABORACION nueva
210
4/4/01
21:48
Página 210
Federico Vilas Martín
viaxe orbital arredor do Sol puido producir perturbaci—ns causantes das chuvias peri—dicas de cometas destructores (Torbett e Smoluchoski, 1984).
Desde puntos de vista distintos, as tres
chegan a conclusi—ns similares. Incluso
os
astr—nomos
norteamericanos
M. Rampino, R. Schwart e P. James,
propo–entes da primeira hip—tese, chegan a deducir unha ciclicidade de chuvias de cometas pola repercusi—n que o
Sol, — cruza-lo plano da nosa galaxia,
exerce sobre a nube de cometas de Oort
que est‡ pr—xima — dito plano. As
extinci—ns peri—dicas poder’an as’ ser
explicadas, calcul‡ndose per’odos de
tempo duns trinta e tres mill—ns de
anos.
Parece sorprendente a asimetr’a
entre a revoluci—n da tect—nica de placas e o cambio do punto de vista que
requir’a a hip—tese do impacto KT:
mentres que a tect—nica de placas foi
uniformitaria en concepto, pero cambiou de forma espectacular a visi—n tradicional da Xeolox’a, a aceptaci—n
da hip—tese dos impactos, a’nda que
catastr—ficos en concepto, est‡n a ter un
efecto m‡is gradual.
O novo enfoque do interese nas
extinci—ns, inspirado en boa parte pola
hip—tese dos çlvarez, est‡ a producir
unha transformaci—n non s— no pensamento sobre a natureza da evoluci—n,
sen—n tamŽn no do uniformitarismo
incondicional. O punto de vista tradicional darwinista inclœe esa competencia entre as especies como un impulso
na historia da vida, con cambios no
medio f’sico como un asunto de impor-
tancia secundaria. No novo punto de
vista, a evoluci—n parece ter un compo–ente substancialmente oportunista.
Pod’a haber longos per’odos nos cales
a vida evolucionaba gradualmente
debido ‡ competencia entre as especies,
pero eran interrompidos por episodios
de extremos cambios ambientais que
alteraban o curso da historia da vida. A
loita primaria Ž a que se leva a cabo co
clima, a xeolox’a e tal vez contra asaltos
ou agresi—ns extraterrestres. Os perdedores ext’nguense adoito en grandes
vagas de morte. Os superviventes ocupan os h‡bitats que quedaron baleiros e
desenv—lvense con medios que non
tiveron — seu alcance antes da extinci—n
masiva. En conxunto, unhas cousas e
outras, tr‡tase dun per’odo de morte e
creaci—n. As extinci—ns non s— alteran o
reloxo do cambio evolutivo, sen—n que
controlan a vida en direcci—ns completamente novas. ƒ posible que os paleont—logos, axudados polos çlvarez e
os astrof’sicos, acaben por descubrir
que a historia da vida est‡ conformada
nos seus cami–os decisivos por forzas
celestes.
A hip—tese do impacto KT dos çlvarez foi m‡is al— do que eles imaxinaron. O impulso que recibiu o estudio dos asteroides levou a reco–ecer
aqueles ricos en gases vol‡tiles (chondrites carbon‡ticos; Chapman, 1982).
E actualmente especœlase se cometas ou
asteroides puideran axudar na orixe
da vida transportando molŽculas complexas cara ‡ Terra. Deste modo, a
vida non ser’a aut—ctona sen—n que
poder’a ter sido transportada desde
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 211
A tectónica de placas e o impacto Kt…
un corpo celeste cunha diferenciaci—n
xeoqu’mica semellante ‡ nosa. As
atmosferas dos nosos veci–os, Venus e
Marte, ind’cannos hoxe a probable evoluci—n do noso planeta (prexudiciais
ambas para o noso modus vivendi), unha
de gasificaci—n (efecto invernadoiro) e
outra contraria, de degasificaci—n da
nosa atmosfera.
COROLARIO
A ciencia xeol—xica neste sŽculo, a
pesar dos prexu’zos conservadores e as
modas intelectuais, perm’tenos destacar en primeiro lugar unha nova visi—n
sobre o funcionamento da Terra, que se
inicia coa deriva continental e culmina
coa tect—nica de placas, e, segundo,
unha ruptura no eterno enfrontamento
entre gradualistas e catastrofistas, ‡ vez
que reformula a nosa posici—n actual
no planeta. A recente aceptaci—n da
hip—tese do impacto KT, ademais
da nova perspectiva que ofrece —
conducirnos incluso alŽn do sistema
solar, leva tamŽn a un gran nœmero de
reflexi—ns de evidente actualidade:
1. A nosa orixe est‡ vinculada a
unha evoluci—n xeol—xica, qu’mica e
biol—xica, particularmente sementada
de accidentes e cat‡strofes dun planeta
menor que viaxa arredor dunha estrela
menor nunha de tantas galaxias do
universo.
2. A nosa fin tamŽn pode depender dos mesmos mecanismos azarosos:
— analiza-lo tr‡xico destino dos grandes dinosauros, o fen—meno que fixo
211
posible a evoluci—n dos mam’feros e,
en consecuencia, a nosa propia evoluci—n, desde o Homo sapiens hai 500.000
anos, ata o desenvolvemento dunha
esencial’sima caracter’stica como Ž a
conciencia, fai que nos formulemos
preguntas verbo do noso pasado e do
noso futuro. S— os seres humanos se
interrogan sobre as sœas orixes e se preocupan polo futuro. Esta autoconciencia Ž a fonte da relixi—n e a xustiza, das
artes e das ciencias, Ž a nosa propia
humanidade. Na opini—n da maior
parte dos cient’ficos, Gould (1984)
dixo: ÒLa conciencia es un caprichoso
accidente de la evoluci—n, un producto
de un linaje peculiar que desarroll— la
mayor parte de los componentes de la
inteligencia para otros procesos evolutivosÓ.
3. De t—dalas especies existentes,
ou que existiron no pasado, s— n—s conseguimos chegar a dispo–er de poder
abondo para provoca-la nosa propia
extinci—n e a conciencia suficiente para
decat‡rmonos de que estamos condenados a sufri-lo noso propio medo.
Podemos mira-lo futuro e contempla-la
nosa morte, como especie, en circunstancias non moi distintas daquelas que
se precipitaron sobre os poboadores do
per’odo Cret‡ceo. A œnica diferencia Ž
que os dinosauros deber’an culpar da
sœa extinci—n a elementos procedentes
das estrelas, mentres que n—s non
poderiamos culpar a ninguŽn m‡is ca a
n—s mesmos.
Luis çlvarez deuse conta do paralelismo existente entre a hipotŽtica
cat‡strofe que condenou os dinosauros
2 COLABORACION nueva
212
4/4/01
21:48
Página 212
Federico Vilas Martín
e unha guerra nuclear, comparaci—n
que nos fai dubidar das esperanzas de
que se poida sobrevivir a semellante
circunstancia: o mundo quedar’a novamente sumido na escuridade de ferruxe durante semanas e reducir’ase a luz
necesaria para o desenvolvemento das
plantas. î mesmo tempo, producir’a
unha onda de fr’o implacable por t—dalas partes. O resultado poder’a se-la
desaparici—n da especie humana.
4. Afortunadamente, a ciencia
perm’tenos, co–ecendo estas circunstancias, poder prever, mitigar e ata altera-los ciclos bioxeoqu’micos: Ž posible
que nunca cheguemos a saber con certeza quŽ lles ocorreu —s dinosauros,
pero o certo Ž que sabemos bastante
como para preguntarnos se iso mesmo
poder’a ocorrernos a n—s. Se o que lles
afectou foi unha cat‡strofe repentina,
pensemos nunha guerra nuclear e sentiremos calafr’os. Se a sœa desaparici—n
se produciu gradualmente, debido
a unha acumulaci—n de causas que
alteraron o medio ambiente, non temos
m‡is remedio que pensar nos efectos
do exceso de poboaci—n, a deforestaci—n, os velenos qu’micos e a poluci—n
cada vez maior sobre a habitabilidade
da Terra. Mesmo se dun modo ou outro
se logra evita-la guerra nuclear, o
mundo segue enfrontado ‡ inmediata
perspectiva de extinci—ns que poder’a
rivalizar, e incluso superar, a que tivo
lugar a finais do Cret‡ceo.
5. Ende mal, o desenvolvemento non foi coherente co co–ecemento
e estes ciclos bioxeoqu’micos est‡n sendo alterados prexudicialmente
pola nosa propia actividade. Dous
investigadores, Paul Ehrlich e Daniel
Simberloff, preve–en de que a poboaci—n humana est‡ medrando de modo
tan explosivo e est‡ modificando o
medio natural de xeito tan dr‡stico que
outras especies est‡n perecendo a un
ritmo alarmante, tanto Ž as’, que poder’a acada-las proporci—ns dunha extinci—n masiva nos pr—ximos douscentos
anos. ÒPor primera vez en la historia
geol—gica Ñdixo EhrlichÑ un episodio
de gran importancia ser‡ puesto en
acci—n por el exceso de capacidad de
una especie, el Homo sapiensÓ.
BIBLIOGRAFÍA
çlvarez, L. W., W. çlvarez, F. Asaro, e
H. V. Michel, ÒExtraterrestrial
cause for the Cretaceous-Tertiary
extinctionÓ, Science, 208, 1980,
1095-1108.
Bentor, Y. K., ÒGeological Events in the
BilbleÓ, Terra Nova, 1, 326-338.
Beveridge, W. I. B., The art of scientific
investigations, Londres, Heinemann, 1950.
Burnet, T., Telluris Theoria Sacra, Londres, 1680-1689.
Chapman, C. R., ÒAsteroidsÓ, en J. K.
Beatty, B. OÕLeary, e A. Chaikin,
The new Solar System, Cambridge,
Mass., Cambridge Univ. Press e
Sky Publ. Co., 1982, 97-104.
Dietz, R., ÒContinent and ocean basin
evolution by spreading of the sea
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 213
A tectónica de placas e o impacto Kt…
floorÓ, Nature, Londres, 190, 1961,
854-7.
Du Toit, A. L., A geological comparison of
South America with South Africa.
Carnegie Inst. Wash. Publ. 381,
1927, 1-157.
Fenton, C. L., e M. A. Fenton, Giants of
Geology, Garden City, N. Y.: Doubleday, 1952.
Gould, S. J., ÒMaking These Bones
LiveÓ, New York Times, 9 de decembro, 1979.
Hallam, A., De la Deriva de los Continentes a la Tect—nica de Placas,
Barcelona, Ed. Labor, 1976.
____ÓThe causes of Mass ExtintionsÓ,
Nature, 308, 1984.
____Great Geological Controversies, Oxford University Press, 2» edici—n,
1989.
Heezen, B., ÒThe sea floorÓ, en S. K.
Runcorn (ed), Continental drift,
Nova York, Academic Press, 1962.
Hess, H., History of ocean bassins, en:
A. E. J. Engel et al. (ed.), Petrologie
studies, Boulder, Colorado, Geological Society of America, 1962.
Holmes, A., Radioactivity and earth movements, Glasgow, Trans. Geol.
Soc. 18, 1929, 559-606.
HsŸ, K. J., La Gran Extinci—n: cat‡strofe
c—smica, dinosaurios y la teor’a de la
evoluci—n, Barcelona, Antoni
Bosch, editor, 1986.
213
Hutton, J., Theory of the Earth with proofs
and illustrations, 2 vols., Edimburgo, 1975.
Irving, S., Paleomagnetism and its application to geological and geophysical
problems, Nova York, J. Willey,
1964.
Le Pichon, X., ÒSea floor spreading and
continental driftÓ, J. Geophys. Res.
73, 1968, 3661-97.
Monroe, J. S., e R. Wicander, Physical
Geology, West Publ. Co., 1992.
Morgan, W., ÒRises, trenches, great
faults and crustal blocksÓ, J. Geophys. Res. 73, 1968, 1959-82.
Muller, R. A., ÒAn adventure in
ScienceÓ, New York Times, 24 de
marzo, 1985.
Runcorn, S. K., ÒPaleomagnetic evidence for continental drift and its
geophysical causeÓ, en S. K.
Runcorn (ed.), Continental drift,
Nova York, Academic Press, 1962.
Schopf, J. W., ÒLa evoluci—n de las cŽlulas primitivasÓ, en: Evoluci—n,
Serie Investigaci—n y Ciencia, Barcelona, Ed. Labor S. A., 1979, 51-67.
Soffen, G. A., ÒLife on Mars?Ó,
en: Beatty, J. K., B. OÕLeary,
e A. Chaikin. The new Solar System,
Cambridge, Cambridge Univ.
Press e Sky Publ. Co., Mass., 1982,
93-96.
Suess, E., The face of the Earth (5 vols.),
Oxford, Clarendon Press, 1904-9.
2 COLABORACION nueva
214
4/4/01
21:48
Página 214
Federico Vilas Martín
Taylor, F. B., Bearing of the tertiary mountain belt on the origin of the Earth«s
plan, Bull. Geol. Soc. Amer., 21,
1910, 179-226.
Torbett, M. V., e R. Smoluchowski,
ÒOrbital Stability of the unseen
Solar Companion Linked to Periodic Extintion EventsÓ, Nature,
311, 1984.
Torbett, M. V., ÒSolar system and galactic influences on the stability of
the EarthÓ, Global and Planetary
Change, 75, 1-2, 333, 1989.
Vilas, F., ÒLas cuatro revoluciones cient’ficas al GŽnesisÓ, Lecci—n Maxistral de Apertura de curso, Universidade de Vigo, 1996.
Vine, F., ÒSpreading of the sea floor:
new evidenceÓ, Science 154, 1966,
1045-15.
Vine, F., e D. H. Matthews, ÒMagnetic
anomalies over oceanic ridgesÓ,
Nature, 199, 1963, 479.
Wegener, A., Die Entstehung der
Kontinent, Petermanns Mitteilungen, 1925, 185-95, 253-6, 305-9.
____The origin of continents and oceans.
Translated from the 4th revised
German edition of 1929 by J. Biram, with an introduction by
B.C. King, Londres, Methuen,
1966.
Wilson, T., ÒA new class of faults
and their bearing on continental driftÓ, Nature, 207, 1965, 343-7.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 215
215
A MEDICINA NO SÉCULO XX
Fernando Dom’nguez Puente*
Universidade de Santiago
de Compostela
INTRODUCCIÓN
TçBOA I
Mortalidade de nais e fillos tralo parto
A percepci—n xeral de que a
Medicina avanzou — longo do sŽculo XX xustif’case suficientemente analizando a evoluci—n de diversos
indicadores sanitarios, algœn dos cales
se recolle na t‡boa I. En Espa–a, a
mortalidade de nais e fillos tralo parto
viuse substancialmente reducida
— longo do sŽculo. A mortalidade
Ž menor tanto en nœmero absoluto
(a’nda cando a poboaci—n total aumentou), coma de forma relativa. As’,
no ano 1980 s— falecen catorce de mil
nenos nados vivos; esa cifra Ž trece veces superior en 1900 (t‡boa I).
ƒ obvio que esta dr‡stica diminuci—n
da mortalidade non Ž gratu’ta e obedece a unha mellor asistencia mŽdica.
Son varias as raz—ns que xustifican esta
mellora sanitaria; s— mencionarei
dœas: o desenvolvemento da medicina
racional ou cient’fica e o da saœde
pœblica e dos servicios asistenciais
pœblicos.
1900
1980
Nais
3.000
181
Fillos
125.000
6.676
Fillos mortos
(por mil nados vivos)
186
14
Poboaci—n Total
(mill—ns)
18
37
A Medicina Ž unha rama das ciencias positivas. Con esta proposici—n,
deliberadamente, exclœo outras pr‡cticas ÔmŽdicasÕ chamadas alternativas,
naturais, etc., que, na mi–a opini—n,
dan logros imposibles de avaliar pola
ausencia dun corpo rigoroso de datos
experimentais que permita as sœas an‡lises.
O propio concepto de enfermidade mudou e, progresivamente, foise
desprendendo de connotacions m‡xicas ou metaf’sicas, a’nda que Ž notoria
a persistencia de curandeiros ou de
* Catedrático de Fisioloxía.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
2 COLABORACION nueva
216
4/4/01
21:48
Página 216
Fernando Domínguez Puente
profesionais sanitarios con estudios
universitarios que ofrecen remedios
alleos ‡ medicina racional. Non pretendo facer valoraci—n ningunha (pois a
sœa argumentaci—n excede o ‡mbito
desta publicaci—n) das pr‡cticas mŽdicas alternativas, sen—n xustificar por
quŽ non se volve facer menci—n delas —
longo do artigo. Tampouco me vou
referir a medicinas tradicionais distintas da occidental.
Limitareime, pois, a trata-lo
desenvolvemento da Medicina racional da que debemos resaltar, polo
menos, tres grandes facetas. En primeiro lugar, os enormes avances cient’ficos
que permitiron comprende-la orixe e as
manifestaci—ns cl’nicas de bo nœmero
de enfermidades. En segundo lugar, o
desenvolvemento de novos mŽtodos
diagn—sticos non invasivos, moitos dos
cales supuxeron grandes revoluci—ns
tecnol—xicas que permiten diagn—sticos
m‡is precisos e precoces. O abano Ž
enorme e in’ciase a principios de sŽculo cos raios X (a primeira radiograf’a
tomouna Rštgen da man da sœa muller
en 1895), o electrocardiograma desenvolvido por Einthoven ou o modesto
esfingoman—metro que permite medi-la presi—n arterial ideado en 1896 polo
mŽdico italiano Riva-Rocci e perfeccionado polo ruso Nicolai Korotkoff en
1905. î longo do sŽculo f—ronse incorporando o microscopio electr—nico ou,
m‡is recentemente, a endoscopia, a
tomograf’a axial computarizada (TAC),
a tomograf’a de emisi—n de positr—ns
(PET) que permite diagnosticar met‡stases m’nimas ou analiza-lo cerebro en
pleno funcionamento, a resonancia
magnŽtica nuclear, l‡seres, ultras—ns e
un longo etcŽtera que revolucionou a
capacidade diagn—stica do mŽdico. En
terceiro lugar, as ferramentas terapŽuticas perfeccionadas — longo do sŽculo
XX, que dotaron o mŽdico dun arsenal
enorme e, nalgœns casos, excepcionalmente eficaz para combate-la enfermidade.
Non vou desenvolver algœns
temas que por dereito propio deberan
figurar aqu’ como son a XenŽtica ou a
Neurociencia, por ser tratados m‡is
extensamente noutros artigos desta
monograf’a. A Cirurx’a esc’ndese da
Medicina e tr‡tase nun cap’tulo independente.
A MEDICINA PÚBLICA
No sŽculo XIX a percepci—n de
que a pobreza ou a explotaci—n laboral
infantil afecta negativamente a saœde
fai que a sociedade tome conciencia da
importancia da prevenci—n e as’ a
saœde pœblica v—lvese obxecto da pol’tica, da administraci—n e da xustiza. O
desenvolvemento que a Medicina preventiva acadou hoxe nas sociedades
occidentais Ž enorme; Ž dif’cil atopar
algunha faceta da vida humana que
non se vexa afectada por consideraci—ns sanitarias. A prevenci—n de enfermidades inflœe radicalmente na nosa
forma de vida: desde a dieta, pasando
polo exercicio ata numerosas regulaci—ns que afectan a calidade da auga ou
a salubridade dos edificios pœblicos. A
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 217
A Medicina no século XX
preocupaci—n polo medio natural, en
boa medida, ten a sœa orixe nunha
inquietude pola repercusi—n que a sœa
alteraci—n, a contaminaci—n, ten sobre a
saœde da poboaci—n.
Tradicionalmente a Medicina privada atendeu as necesidades mŽdicas
das clases acomodadas, mentres que as
instituci—ns sanitarias pœblicas eran
entidades caritativas. O establecemento dun sistema estatal asistencial sufragado con impostos modificou enormemente o escenario da asistencia
mŽdica, que deixou de ser maioritariamente privada para se converter hoxe
en fundamentalmente pœblica. A universalidade da asistencia mŽdica pœblica non Ž s— un dereito sen—n unha realidade pr‡ctica da que se beneficia toda
a poboaci—n. Os pacientes, ‡ marxe das
sœas condici—ns econ—micas, recorren ‡
asistencia mŽdica pœblica, especialmente nos casos que revisten maior
gravidade, pola garant’a de calidade
asistencial que lle ofrece. Nunca a
poboaci—n gozou de mellor saœde e
dunha maior esperanza de vida; sen
embargo, paradoxalmente, o grao de
insatisfacci—n e de cr’ticas —s servicios
de asistencia pœblicos (‡ parte da cor
pol’tica do goberno que os administre)
que mostra o cidad‡n Ž grande.
Analiza-las raz—ns deste descontento
supera as intenci—ns deste artigo pero Ž
conveniente constatar que a sœa existencia garante que a saœde pœblica
seguir‡ sendo motivo central do debate pœblico en anos vindeiros. Como
consecuencia disto, o gasto pœblico en
sanidade vai seguir medrando e un dos
217
desaf’os m‡is importantes que afectan
‡ asistencia pœblica Ž sorprendentemente de orixe econ—mica e non mŽdica: a contenci—n do gasto sanitario. Hai
trinta anos era impensable que a moderaci—n do gasto mŽdico se convertese
no principal desaf’o da saœde pœblica
nos pa’ses europeos; sen embargo,
hoxe Ž as’. En consecuencia, o mŽdico
perdeu protagonismo en beneficio dos
xestores pœblicos.
Paralelamente, asistimos a un
afastamento cada vez maior entre a
asistencia sanitaria ou, mellor a’nda, os
dereitos sanitarios b‡sicos dos habitantes dos pa’ses pobres e a dos pa’ses
desenvolvidos Ñincluso nestes œltimos, non t—dolos sectores sociais te–en
de facto os mesmos niveis de saœdeÑ. A
saœde dos pa’ses m‡is pobres Ž un problema de Occidente, non s— por raz—ns
Žticas, sen—n tamŽn polo feito de que
estes pa’ses se converten en dep—sitos
de axentes infecciosos que acaban atacando indiscriminadamente a toda a
humanidade (o caso da SIDA Ž emblem‡tico). Todo isto ind’canos que a
saœde pœblica non debera ter fronteiras
nacionais. As’, durante este sŽculo asistimos — nacemento de organismos
internacionais que se ocupan da saœde
pœblica en todo o mundo, como a OMS
(Organizaci—n Mundial da Saœde, fundada en 1948) que conseguiu a erradicaci—n da var’ola en todo o planeta en
1977.
P—dese afirmar que a mellora da
saœde pœblica nos pa’ses pobres pasa
por repeti-los pasos que Occidente
previamente ten dado; daquela, haber‡
2 COLABORACION nueva
218
4/4/01
21:48
Página 218
Fernando Domínguez Puente
que erradica-la explotaci—n infantil, a
miseria ou as taxas de natalidade
incontroladas, entre outros moitos
aspectos, para acada-los niveis de
saœde que actualmente gozan os pa’ses
occidentais.
hospitais ou sanatorios acabasen non
podendo resisti-la escalada dos custos;
s— coa integraci—n dos hospitais no
Sistema Nacional de Saœde se lles
puido facer fronte. Por outra parte,
estes custos ameazan o propio Sistema.
O papel central que os grandes
hospitais desempe–an na atenci—n
sanitaria Ž un dos aspectos m‡is significativos do noso sistema sanitario e do
dos pa’ses da nosa contorna. Sirva
como exemplo o incremento do nœmero de camas hospitalarias por mil habitantes. No Reino Unido dobrouse
desde 1860 ata 1940, isto Ž, en oitenta
anos; desde 1940 ata 1980 volveuse
duplicar, esta vez en s— corenta anos.
As innovaci—ns tecnol—xicas son asombrosas, como mencionamos antes.
Canda isto, o desenvolvemento de quir—fanos ben equipados, con condici—ns
hixiŽnicas excepcionais, transformou o
hospital nun centro que acolle t—dalas
clases sociais e deixou de ser unha instituci—n destinada —s pobres. Outro
aspecto non menos relevante do hospital Ž que se converteu no centro de
atenci—n das urxencias mŽdicas, de tal
forma que o cidad‡n, cando sente o
menor s’ntoma, non dubida en acudir a
el.
Algœns cr’ticos afirman que os
hospitais modernos contribu’ron
pouco ‡ Medicina non sendo para
incrementa-los custos. ArgumŽntase
que foron as medidas de saœde pœblica
do sŽculo XIX as que diminu’ron realmente a mortalidade. A’nda que excesivamente radicais, estas afirmaci—ns
deben servirnos para cuestiona-lo porvir dos hospitais na sœa forma actual:
Àser‡n considerados no futuro como
dinosauros da medicina?; Àdebemos
substitu’-los macrocentros que estamos
constru’ndo por outros m‡is reducidos
e variados?; Àcargouse de m‡is o papel
asistencial do hospital?, son interrogantes que, en beneficio das futuras
xeraci—ns, deberemos saber resolver.
O perfeccionamento de laboratorios e servicios de apoio fixo que non s—
se incrementara a tecnolox’a mŽdica,
sen—n tamŽn o persoal altamente especializado que a manexa. Non Ž de sorprender, polo tanto, que os custos hospitalarios se disparasen e que a gran
maior’a das persoas ou instituci—ns que
tradicionalmente eran propietarias de
A EVOLUCIÓN DAS ENFERMIDADES
Desde os inicios do sŽculo XX
xerouse unha enorme cantidade de
co–ecementos sobre os axentes externos Ñqu’micos, f’sicos e biol—xicosÑ
que aflixen o noso organismo. Paralelamente, foi necesario entender c—mo
os axentes externos actœan sobre o noso
corpo, identifica-lo obxecto da sœa
acci—n e comprende-las consecuencias
org‡nicas desta.
O tipo de enfermidades e as consecuencias que te–en sobre a saœde
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 219
219
A Medicina no século XX
variaron co avance do sŽculo.
Algunhas das causas desta variaci—n
son as seguintes. Por unha parte, o
desenvolvemento da Medicina permitiu atallar ou polo menos palia-las consecuencias morbosas dunha enfermidade como a tuberculose, que pasou de
ser unha causa principal de mortalidade a principios de sŽculo a unha patolox’a perfectamente controlada hoxe en
d’a Ñnalgœn caso elim’nase a enfermidade porque se elimina o axente causalÑ; por outra, a permanente evoluci—n dos axentes biol—xicos causa a
variabilidade da enfermidade e da sœa
presentaci—n cl’nica.
Na t‡boa II podemos ve-la evoluci—n experimentada polas causas de
mortalidade infantil no Reino Unido
durante o pasado sŽculo. Por unha
parte, a mortalidade debida a patolox’as de orixe non xenŽtica diminu’u
sensiblemente. En gran medida este
descenso Ž achacable a un mellor control das doenzas infecciosas. Por outra
parte, a mortalidade debida a enfermidades cun compo–ente xenŽtico, especialmente o grupo de multifactoriais,
medrou de contino durante a centuria.
TçBOA II
Porcentaxe de mortes infant’s
Anos
1914
1954
1966
1976
Non xenŽticas
Patolox’as
83
62
58
50
XenŽticas simples
2
12
8
9
XenŽticas multifactoriais
14
25
31
38
Para entender adecuadamente
esta t‡boa c—mpre unha aclaraci—n do
que consideramos enfermidades xenŽticas multifactoriais (figura 1). Unha
enfermidade pode ter unha orixe fundamentalmente ambiental (unha gripe,
por exemplo, que ten como factor
desencadeante un virus que Ž un axente exterior — organismo) ou esencialmente xenŽtico (un xene Ž un constitu’nte do organismo que pode verse
afectado) como no caso da hemofilia. O
xene afectado transm’tese de pais a
fillos, e a enfermidade non necesita
dun axente externo para desencadearse
nos fillos. Sen embargo estes casos son
extremos xa que na maior’a das patolox’as a enfermidade ten un dobre compo–ente, ambiental e xenŽtico; o cancro, por exemplo, in’ciase porque un
axente externo cancer’xeno interacciona cun xene que controla a proliferaci—n celular.
A maior parte das patolox’as presentan este dobre compo–ente, sen
2 COLABORACION nueva
220
4/4/01
21:48
Página 220
Fernando Domínguez Puente
Ambiental
XenŽtica
Multifactorial
XenŽtica
Simple
Gripe
Sarampelo
Enfermidade infecciosa
Diabete
Cancro
E. autoinmunes
Fibrose Qu’stica
Hemofilia
Figura 1. Continuum das enfermidades.
embargo demostra-la sœa orixe non Ž
doado. Francis Crick, o co–ecido bi—logo molecular, que, xunto con Watson,
esclareceu a estructura tridimensional
do ADN, afirma que a orixe dunha
enfermidade non se establece ata que
se aclara a escala molecular. A historia
familiar fainos sospeita-la existencia
dun compo–ente xenŽtico nunha enfermidade. Rastrexa-la participaci—n e,
posteriormente, identificar un xene responsable dunha enfermidade multifactorial non Ž f‡cil e non foi posible ata a
chegada das tŽcnicas de XenŽtica molecular. A xenŽtica humana percorreu un
longo cami–o desde que, a principios
de sŽculo, Garrod prop—n a orixe xenŽtica dalgunhas enfermidades metab—licas, pasando por Linus Pauling que
describe a primeira enfermidade en
termos moleculares, a anemia falciforme; hoxe en d’a xa est‡n descritas m‡is
de tres mil cincocentas patolox’as xŽnicas. O desenvolvemento da CitoxenŽtica, a rama da XenŽtica que estudia
as lesi—ns cromos—micas, produciuse
paralelamente neste sŽculo. Para esta-
blece-lo nœmero exacto de cromosmas
humanos houbo que esperar a 1956,
cando o cient’fico de Java, doutor Joe
Hin Tjio, que traballaba en Zaragoza
(Espa–a), en colaboraci—n co seu mestre, o profesor sueco Johan Levan, estableceu o nœmero en corenta e seis.
O FUNCIONAMENTO NORMAL DO ORGANISMO
Unha enfermidade Ž unha alteraci—n do funcionamento normal dun
—rgano. Non Ž posible entender nin a
orixe nin o curso da enfermidade sen
co–ecer previamente o funcionamento
normal do organismo. Por iso revisarŽmo-los avances fundamentais que
durante este sŽculo afectaron a comprensi—n do funcionamento do corpo.
O co–ecemento de c—mo funciona
o noso organismo avanzou de forma
prodixiosa no sŽculo XX. A finais do
sŽculo XIX, a Fisiolox’a, a ciencia que
estudia a funci—n org‡nica, empezou a
ter entidade de seu e a organizarse
como tal, e xa produciu cient’ficos de
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 221
A Medicina no século XX
enorme talle como Claude Bernard (o
seu pensamento segue estando de
actualidade). Sen embargo, conceptos
tan b‡sicos como os de vitamina, hormona, neurotransmisor, anticorpo, etc.,
foron acu–ados durante o pasado sŽculo. Repasaremos brevemente algœns
cap’tulos destacados.
A INMUNOLOXÍA E A LOITA CONTRA
A INFECCIÓN
A introducci—n da vacina e a
caracterizaci—n de microorganismos
responsables de varias enfermidades
infecciosas foi un logro alcanzado no
sŽculo XIX. Emporiso, a ciencia mŽdica
carec’a nos albores do sŽculo XX de
ferramentas terapŽuticas, ag‡s as preventivas, na loita contra as enfermidades infecciosas. M‡is a’nda, ata finais
dese sŽculo non foi posible entende-los
principios do funcionamento do sistema inmune.
Paul Ehrlich, cient’fico alem‡n,
pode considerarse o iniciador da quimioterapia, isto Ž, a utilizaci—n de productos qu’micos para o tratamento de
enfermidades. Foi el quen introduciu o
Salvarsan, unha preparaci—n sintŽtica
que contŽn arsŽnico e que se utilizou
satisfactoriamente no tratamento da
s’filis. Ata a aparici—n dos antibi—ticos,
o Salvarsan foi o mŽtodo de tratamento
por excelencia desta enfermidade. As
consecuencias sociais do dito achado
ser’an comparables ‡s que hoxe teriamos se se encontrase un remedio inmediato para a curaci—n da SIDA. En 1932,
221
vintedous anos m‡is tarde, o disc’pulo
de Ehrlich, Gerhard Domagk, daquela
director do laboratorio de investigaci—n da casa Bayer, descobre o efecto
curativo dun colorante vermello nas
infecci—ns causadas por estreptococos.
Pouco despois, en 1939, recibe polo seu
achado o premio Nobel que o rŽxime
nazi lle impide recoller. Cient’ficos do
Instituto Pasteur de Par’s descobren
que o principio activo presente no colorante Ž a sulfanilamida, e establecen as’
un novo fito na curaci—n das enfermidades infecciosas. Esta droga presentaba efectos secundarios que levaron a
comunidade cient’fica a buscar novos
derivados dela, fundamentalmente na
familia das sulfonamidas da que lograron illar uns cincuenta productos clinicamente œtiles.
Sen embargo, os antibi—ticos
axi–a desprazaron a quimioterapia no
tratamento das enfermidades infecciosas. A diferencia entre antibi—ticos e
quimioter‡picos Ž que os primeiros son
productos naturais, ou m‡is recentemente semisintŽticos, mentres que os
œltimos son sintŽticos. A historia do
descubrimento dos antibi—ticos por Sir
Alexander Fleming Ž ben co–ecida e
reflicte esa mestura de azar e xenio subxacente detr‡s de gran nœmero de
avances cient’ficos. A antibiose, a morte
dun organismo polos productos doutro
distinto, xa se co–ec’a no sŽculo XIX.
Sen embargo, s— Fleming se decatou da
importancia que a antibiose pod’a ter
no tratamento das enfermidades infecciosas. Traballando con estafilococos
puido comproba-lo efecto bactericida
2 COLABORACION nueva
222
4/4/01
21:48
Página 222
Fernando Domínguez Puente
Paul Ehrlich descubriu en 1910 o Salvarsán, que resultou eficaz no tratamento da sífilis con quimioterapia.
do fungo Penicillium Ñque deu nome ‡
penicilinaÑ. A pesar da sœa crenza en
que a penicilina era un potente antibactericida sen efectos secundarios, pasaron dez anos ata que a hip—tese de
Fleming fose comprobada. O cient’fico
australiano Howard Florey logrou interesa-lo bioqu’mico Ernest Chain de
Oxford, quen finalmente obtivo preparados bastante puros de penicilina que
demostraron a sœa enorme potencia
bactericida. A industria farmacŽutica
brit‡nica, quizais polo estoupido da
Segunda Guerra Mundial que se produce neses momentos, cometeu un dos
maiores erros hist—ricos cando desbotou a producci—n industrial e comercial
A repercusión social do descubrimento de Ehrlich non
se fixo esperar. Cartel de R. Casas que anuncia un sanatorio para sifilíticos.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 223
A Medicina no século XX
da penicilina. Posteriormente foi a
industria americana a que apostou por
ela e en 1944 utiliz‡base xa nos campos
de batalla. En 1945, Fleming, Florey e
Chain recibiron o premio Nobel.
A penicilina atacaba os mesmos
microbios c‡s sulfonamidas e moitos
outros, pero sen efectos secundarios.
Este grande Žxito levou ‡ busca de
novos antibi—ticos en todo o mundo. O
primeiro logro foi a estreptomicina que
se demostrou eficaz na loita contra
unha enfermidade m’tica, ata o
momento intratable, a tise ou tuberculose. A’nda que pouco despois puido
comprobarse que o bacilo de Kock se
adapta rapidamente e acaba sendo
resistente. Afortunadamente, ach‡ronse outras drogas eficaces no tratamento
da tuberculose que mante–en a raia
esta enfermidade que, ata hai ben
pouco, se consideraba practicamente
erradicada e que, sen embargo, co–eceu un rebrote significativo en datas
recentes.
223
b‡sicos permitiu o cultivo de virus no
laboratorio e o seu posterior estudio
mediante novas tŽcnicas que ’an progresando simultaneamente, como por
exemplo o microscopio electr—nico. A
informaci—n as’ obtida permitiu a finais
dos cincuenta e nos sesenta a producci—n de novas vacinas m‡is efectivas, e
enfermidades que antes azoutaban a
Humanidade, como a var’ola, a poliomielite, o sarampelo ou a rubŽola est‡n
hoxe erradicadas ou, polo menos, controladas. Un exemplo disto œltimo Ž a
gripe que, a pesar da sœa enorme variabilidade que dificulta o desenvolvemento dunha vacina que logre erradicala, fai, sen embargo, improbable que
se produzan pandemias como a que
varreu o mundo en 1918-1919 e que
causou a morte de m‡is de quince
mill—ns de persoas.
Hoxe en d’a, a pesar do grande
arsenal terapŽutico e a enorme experiencia no uso dos antibi—ticos, o continuo crecemento de bacterias resistentes
a estes Ž causa de gran preocupaci—n e
esixe o seu uso racional.
Ultimamente e, en parte, debido
‡s enormes repercusi—ns sociais que
tivo a SIDA, iniciouse unha nova busca
de drogas sintŽticas que poidan interferir co ciclo vital do virus, inhibindo
algœn proceso, preferiblemente espec’fico do virus. Certamente esta busca
acadou importantes Žxitos parciais gracias — avance logrado cos novos tratamentos, como se reflicte no mellor
progn—stico dos pacientes afectados.
Atopar axentes antivirais resultou
unha tarefa extraordinariamente dif’cil
a pesar duns inicios enormemente
esperanzadores. Os mellores resultados obtivŽronse co uso de vacinas que
Edward Jenner introduciu na pr‡ctica
mŽdica a finais do sŽculo XVIII. O
desenvolvemento dos co–ecementos
As bases do funcionamento do
sistema inmune foron un crebacabezas
durante boa parte do sŽculo. Contrariamente — que sucede noutras
ramas das ciencias mŽdicas, os avances
te—ricos desenvolvŽronse antes de que
se puideran obter achados experimentais que os confirmaran. As’, a teor’a da
2 COLABORACION nueva
224
4/4/01
21:48
Página 224
Fernando Domínguez Puente
selecci—n clonal proposta por Macfarlane Burnet na dŽcada dos cincuenta
necesitou m‡is de vinte anos para ser
corroborada experimentalmente.
Os experimentos de Karl Landsteiner a principios de sŽculo demostraron a enorme capacidade que o noso
organismo ten para xerar miles de
mill—ns de anticorpos distintos e a sœa
grande especificidade (son quen de
rexeitar tecidos idŽnticos se proceden
de doadores diferentes). Ata ben entrada a dŽcada dos setenta non se puido
demostra-lo mecanismo polo que o sistema inmune d‡ xerado tantos miles de
mill—ns de anticorpos diferentes, por
outra parte, necesarios para enfrontarse — mundo dos microorganismos que
Ž tremendamente variable. Est‡ f—ra do
contexto desta revisi—n explica-los
mecanismos da xeraci—n som‡tica da
diversidade de anticorpos por recombinaci—n xŽnica, pero o seu descubrimento foi un dos maiores fitos da
Fisiolox’a deste sŽculo XX, como o testemu–a a concesi—n en solitario do premio Nobel — seu descubridor, o cient’fico xaponŽs Susumu Tonegawa.
Outro achado de grande importancia na inmunolox’a mŽdica foi a
identificaci—n dos xenes que participan
no rexeitamento dos tecidos, co–ecidos
no rato como complexo principal de
histocompatibildade e no home como
ant’xenos leucocitarios humanos
(HLA). Tres cient’ficos foron os principais responsables destes descubrimentos que tanto facilitaron a rutina do
transplante de —rganos nos hospitais:
Baruj Benacerraf, nado en Venezuela, o
norteamericano George Snell e o francŽs Jean Dausset. Sen embargo, ata a
introducci—n da droga inmunosupresora ciclosporina, o transplante non tivo o
florecemento que hoxe co–ecemos.
ƒ corrente na ciencia que algœns
experimentos tendentes a aclarar procesos b‡sicos acaben dando lugar a
aplicaci—ns pr‡cticas de ’ndole industrial de gran relevancia. Un exemplo do
dito Ž o desenvolvemento dos anticorpos monoclonais polo cient’fico arxentino, de nacionalidade brit‡nica, Cesar
Milstein, e o investigador alem‡n, prematuramente desaparecido, George
Kšhler, que, tratando de aclara-los
mecanismos que xeran a diversidade
de anticorpos, desenvolveron unha
ferramenta de uso universal tanto nos
laboratorios de investigaci—n como cl’nicos de todo o mundo. A importancia
dos anticorpos monoclonais refl’ctese
na concesi—n a ambos do premio
Nobel.
OS MENSAXEIROS QUÍMICOS
E A FARMACOLOXÍA
A primeira vez que se puido
demostrar fidedignamente a transmisi—n qu’mica do impulso nervioso foi
gracias — experimento so–ado polo cient’fico alem‡n Otto Loewi. El describe
as’ c—mo lle xurdiu a idea de realiza-lo
experimento:
Na noite do s‡bado de resurrecci—n de
1921, espertei e escrib’n unhas poucas
notas nun anaco pequeno de papel.
Ent—n volv’n quedar durmido. OcurrŽuseme ‡s seis da ma–‡ que durante a
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 225
A Medicina no século XX
noite escribira algo moi importante pero
non dei descifrado os garabatos que fixera. Ese domingo foi o d’a m‡is terrible de
toda a mi–a vida cient’fica. Durante a
noite, sen embargo, acordei outra vez e
lembrei o que era. Erguinme — momento,
fun — laboratorio, fixen o experimento co
coraz—n da ra e... ‡s cinco en punto a
transmisi—n qu’mica do impulso nervioso ficaba demostrada concluintemente.
O experimento so–ado por Loewi
consist’a en estimula-lo nervio vago
nunha ra, o que reduce a frecuencia
card’aca, e po–er en contacto o coraz—n
dunha segunda ra co l’quido que ba–aba o coraz—n estimulado. As’, o segundo coraz—n, — que non se lle estimulara
o nervio vago, diminœe a sœa frecuencia — se po–er en contacto co mensaxeiro qu’mico presente no l’quido que
ba–aba o primeiro coraz—n e que se
liberou por estimulaci—n do nervio
vago do primeiro animal.
Hoxe son moitos os neurotransmisores caracterizados. Ademais, e este
foi un campo especialmente fruct’fero
da Farmacolox’a, desenvolvŽronse f‡rmacos que poden ser agonistas ou
antagonistas dos ditos neurotransmisores. Estes novos f‡rmacos supuxeron
unha grande axuda no tratamento de
mœltiples doenzas que afectan a distintos campos pero, quizais, en ningœn
tivo unha repercusi—n social maior ca
no tratamento dalgœn dos trastornos
da conducta, polo valor emblem‡tico
que estas doenzas acadaron dada a
crenza tradicional de que as enfermidades mentais te–en un compo–ente
inmaterial, inaccesible — mŽdico e, polo
tanto, resistente — tratamento farmacol—xico.
225
Afortunadamente o psiquiatra
moderno conta cun abano de f‡rmacos
que poden, se non curar de vez, polo
menos paliar en parte os devastadores
efectos que algœns trastornos mentais
exercen sobre os pacientes.
Un dos grandes retos da Farmacolox’a actual Ž atopar un remedio
eficaz que impida ou, — menos, free o
desenvolvemento dos procesos neurodexenerativos. Estes, nas sœas manifestaci—ns m‡is severas, invalidan os
pacientes para desenvolveren unha
vida normal. Son procesos que afectan
especialmente a poboaci—n de maior
idade e te–en cada vez m‡is incidencia
na poboaci—n debido — progresivo
envellecemento da nosa sociedade.
Os accidentes cardiovasculares
son unha das causas m‡is frecuentes de
morte na nosa sociedade. A introducci—n de f‡rmacos que diminœen o risco
tromboemb—lico ou que destrœan o
trombo unha vez formado, como os
activadores do plasmin—xeno, permitiron reduci-la mortalidade dos pacientes afectados dun infarto de miocardio.
Sen embargo, logo de se producir a
lesi—n, debido ‡ natureza do mœsculo
card’aco, esta Ž irreversible. A bioenxe–er’a estase perfeccionando coa esperanza de obter Ña partir de cŽlulas embrionarias cultivadas no
laboratorioÑ cŽlulas que poidan substitu’-lo tecido lesionado. A idea que
fundamenta este tipo de investigaci—ns
Ž tratar de reproducir no laboratorio as
condici—ns que se producen durante o
desenvolvemento embrionario e que
permiten que un nœmero reducido de
2 COLABORACION nueva
226
4/4/01
21:48
Página 226
Fernando Domínguez Puente
cŽlulas dea lugar a —rganos funcionais
diferenciados. O co–ecemento das
bases fisiol—xicas que regulan o desenvolvemento embrionario a’nda Ž hoxe
moi escaso, pero as esperanzas terapŽuticas que esperta son enormes. As’,
en teor’a, a escaseza de —rganos necesarios para os transplantes pasar’a ‡ historia. Sen dœbida esta singradura, de
especial importancia no sŽculo XXI,
est‡ sementada de grandes dificultades
cient’ficas e tamŽn de grandes sombras
Žticas que requiren outros avances da
Žtica mŽdica.
A introducci—n de novos h‡bitos
de vida que reducen ou evitan a exposici—n a axentes cancer’xenos, como
pode se-lo abandono do tabaco, o cambio no tipo de dieta, etc., fai que a
aparici—n de casos de cancro tenda a
diminu’r a pesar do incremento progresivo da esperanza de vida. O cancro, un complexo grupo de enfermidades, beneficiouse en gran forma da
introducci—n de novos tratamentos,
cirœrxicos e adxuvantes como a quimio
e a radioterapia; unido isto a innovadores mŽtodos de exploraci—n que permiten un diagn—stico cada vez m‡is precoz do tumor, fai que o progn—stico dos
pacientes mellorara nalgœns casos
espectacularmente.
O avance da radioterapia debeuse
en gran medida ‡ producci—n de aparellos capaces de producir altas enerx’as
Ñda orde de mill—ns de electr—n voltiosÑ. Estes instrumentos poden subministrar doses elevadas de forma vers‡til, dependendo da extensi—n e
localizaci—n do —rgano afectado. Dada
Técnica de radioterapia intraoperatoria con acelerador
lineal de electróns e fotóns de alta enerxía.
a sœa utilidade terapŽutica, aparellos
como aceleradores lineais ou o cobalto-60 convertŽronse en tratamentos
comœns de cancros profundos.
A quimioterapia no tratamento
do cancro avanzou considerablemente,
e son xa varios os tipos de cancros
que se poden curar con drogas. A utilizaci—n destas de forma combinada
potencia o seu efecto e obtŽ–ense as’
tratamentos m‡is radicais. Lamentablemente, todos estes tratamentos afectan non s— a cŽlulas cancerosas sen—n
tamŽn a cŽlulas normais que se dividen
activamente, como as precursoras das
cŽlulas sangu’neas que se localizan na
medula —sea. As transfusi—ns e, m‡is
recentemente, o transplante de medula
—sea son medidas paliativas que tratan
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 227
A Medicina no século XX
de repara-lo efecto indesexable da quimioterapia sobre as cŽlulas sas do organismo.
Existen moitos tratamentos experimentais dese–ados para abordar
diversos aspectos da patolox’a tumoral. As’, impedi-la anxionxŽnese, o
desenvolvemento de novos vasos, necesarios para o crecemento do tumor, Ž
un campo prometedor. A utilizaci—n de
f‡rmacos que tornan m‡is radiosensibles os tumores, a hipertermia, etc., son
posibilidades terapŽuticas que se
exploran activamente. A introducci—n
de xenes for‡neos nas cŽlulas tumorais
capaces de dete-lo seu crecemento Ž
unha das esperanzas da terapia xŽnica.
Ten sucedido con frecuencia Ñe, quizais, o cancro non sexa unha excepci—nÑ que a mellora e o perfeccionamento dos medios terapŽuticos
existentes logran resultados mellores e
m‡is consistentes que moitas terapias
prometedoras nas que se invisten
inxentes cantidades de recursos e que —
cabo non resultan m‡is que cantos de
sereas. ƒ dif’cil pensar que exista
mellor alternativa terapŽutica c‡ cirurx’a no tratamento de moitos cancros e
que esta vaia verse desprazada a curto
ou medio prazo por outros tratamentos
alternativos.
A ENDOCRINOLOXÍA, UNHA CIENCIA DO
SÉCULO XX
A Endocrinolox’a desenv—lvese
no sŽculo XX. A introducci—n do termo
hormona Ñdo grego ormao, Ôesperta-la
227
actividadeÕÑprodœcese na primeira
dŽcada do sŽculo polo fisi—logo brit‡nico Starling que, estudiando os mecanismos de secreci—n pancre‡tica, encontrou que eran estimulados por un
mensaxeiro qu’mico producido durante a dixesti—n — que lle chamou secretina.
En 1921, Frederick G. Banting e
Charles H. Best, na Universidade de
Toronto, illaron extractos de p‡ncreas
de cans que, inxectados en cans diabŽticos lograba mantelos vivos. A este extracto cham‡ronlle insulina. En xaneiro
de 1922 inxectaron por vez primeira un
ser humano con insulina. Era un neno
diabŽtico en moi mal estado — que a
inxecci—n de insulina lle reduciu os niveis de glicosa. Un ano m‡is tarde, o
bioqu’mico James B. Collip purificou
suficientemente os extractos pancre‡ticos diminu’ndo as’ os efectos indesexables da sœa administraci—n. O mesmo
ano concedŽuselle o premio Nobel a
Banting e a Macleod; no seu laboratorio
fixŽranse os experimentos. A Comisi—n
Nobel ignorou a Best, o alumno asistente de Banting. Este œltimo, furioso
polo rexeitamento de Best, compartiu a
dotaci—n econ—mica do premio con el.
Macleod fixo o mismo con Collip. A
gran demanda creada pola insulina tivo que esperar a que a producci—n industrial desta alcanzase os mercados.
Cando iso foi posible logrouse que os
rapaces diabŽticos puidesen levar unha
vida normal e supera-lo destino tr‡xico
que lles esperar’a de non ter esta hormona.
2 COLABORACION nueva
228
4/4/01
21:48
Página 228
Fernando Domínguez Puente
O descubrimento das hormonas
sexuais femininas e do control hormonal do ciclo ov‡rico tivo unha enorme
repercusi—n social xa que permitiu
introduci-los anticonceptivos orais. As
hormonas tiroideas e o papel do iodo,
necesario para a sœa bios’ntese, afectan
a pol’ticas gobernamentais especialmente en territorios endŽmicos como
Galicia e ten moita importancia na loita
contra o cretinismo. Programas de prevenci—n nos que se abordan a detecci—n
precoz, no neno que acaba de nacer, de
metabolopat’as conxŽnitas e hipotiroidismo permitiron loitar eficazmente
contra o atraso mental.
Un dos avances m‡is espectaculares da Endocrinolox’a produciuse na
dŽcada dos sesenta: o descubrimento
de que as persoas diabŽticas xeran anticorpos dirixidos contra a insulina. Este
feito, no seu d’a sorprendente, serviu
para que Solomon A. Berson e a sœa
colaboradora, premiada m‡is tarde
co Nobel, Rosalyn Yalow, desenvolveran unha tŽcnica que permit’a determinar con extraordinaria sensibilidade e especificidade os niveis circulantes dunha hormona. Esta tŽcnica
que se co–ece como radioinmunoensaio,
permitiulle — endocrin—logo cl’nico
co–ece-los niveis circulantes das hormonas con precisi—n e poder establecer diagn—sticos baseados en datos
fiables.
Un logro de gran repercusi—n te—rica foi o illamento e a caracterizaci—n
das hormonas hipotal‡micas; supuxo
un verdadeiro reto experimental xa
que se necesitaron hipot‡lamos de cen-
tos de miles de animais para ter suficiente material de partida para secuenciar estas hormonas. Dous cient’ficos,
de forma independente a’nda que
ambos desenvolveron o seu labor nos
Estados Unidos traballaron neste proxecto: un de orixe polaca, o profesor
Andrew Schally, que illou as hormonas
de medio mill—n de hipot‡lamos
de porco. O outro cient’fico, Roger
Guillemin, de orixe francesa, traballou
con hipot‡lamos de ovella. Para decatarse do enorme esforzo que este traballo supuxo basta menciona-lo feito de
que obte-lo miligramo inicial da primeira hormona hipotal‡mica illada, o
TRH, foi m‡is caro que traer ‡ Terra un
miligramo de po lunar.
As hormonas circulan polo sangue e actœan sobre as cŽlulas dos —rganos que son diana das sœas acci—ns. Un
descubrimento extraordinario realizouno o doutor Earl Sutherland que
descubriu que a hormona, no seu caso
a adrenalina, actœa sobre a cŽlula incrementando os niveis dunha molŽcula
que funciona como mensaxeiro dentro
da cŽlula. Polo tanto, se a hormona Ž o
primeiro mensaxeiro, a molŽcula intracelular inducida pola hormona co–Žcese como segundo mensaxeiro.
Sutherland caracterizou o AMPc, o
segundo mensaxeiro por excelencia.
Hoxe en d’a o estudio dos mensaxeiros
intracelulares Ž un campo activ’simo,
enormemente fruct’fero, imbricado coa
xenŽtica molecular, e vai ser un dos
terreos que achegue m‡is beneficios ‡
pr‡ctica mŽdica.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 229
A Medicina no século XX
AS VITAMINAS
A falta de vitaminas manifŽstase
en sociedades que por diversas raz—ns
est‡n sometidas a dietas pobres, pouco
variadas. Probablemente entre os
investigadores cl’nicos espa–ois, un
dos m‡is relevantes fora o mŽdico asturiano Gaspar Casal que no sŽculo XVIII
describiu por vez primeira unha enfermidade carencial, a pelagra, causada
por unha dieta deficiente nunha vitamina. Son moi variadas as manifestaci—ns cl’nicas que causa unha alimentaci—n carente nalgunha vitamina e as’,
enfermidades como o escorbuto, o beriberi, a anemia perniciosa ou o raquitismo se orixinan pola carencia de distintas vitaminas. Cando se enriquecen
dietas pobres con suplementos vitam’nicos, as manifestaci—ns cl’nicas desaparecen como o demostrou o mŽdico
holandŽs Eijkman cando o destinaron a
Xava para atender unha epidemia de
beriberi que asolaba as prisi—ns daquela illa. Un exemplo rechamante foi
tamŽn o tratamento da anemia perniciosa, unha enfermidade que a principios de sŽculo era fatal, e que gracias —s
traballos dos mŽdicos estadounidenses
George Minot e William Murphy
puido curarse cando lles deron f’gado
cru de boi —s pacientes afectados. Igual
de intragable Ž, probablemente, a
inxesti—n de aceite de f’gado de bacallao, un complemento frecuente na alimentaci—n dos nenos ata datas relativamente frecuentes dado o seu rico
contido vitam’nico.
229
A natureza qu’mica das vitaminas
non foi descuberta ata ben entrado o
sŽculo XX. O mŽdico hœngaro Albert
Szent-Gyšrgyi, en 1928, non sen unha
certa dose de fortuna, puido illa-la vitamina C da gl‡ndula suprarrenal. Hoxe
en d’a as vitaminas sintet’zanse en
grandes plantas industriais e a xente fai
un consumo masivo delas sen se decatar de que o seu uso esaxerado non Ž
inocuo; especialmente o exceso de vitaminas liposolubles pode ser dani–o.
A ALTA TECNOLOXÍA E A SÚA APLICACIÓN
MÉDICA
A introducci—n dos raios X por
Wilhem Rštgen foi o comezo dun sŽculo no que a Medicina e, especialmente,
o diagn—stico mŽdico, se revolucionou
coa introducci—n de aparellos tecnoloxicamente moi sofisticados. Os raios X,
as’ como as radiaci—ns radioactivas,
axi–a demostraron o seu valor terapŽutico, a’nda que tamŽn se reco–eceron os
seus efectos dani–os na inducci—n de
tumores. Inici‡ronse pronto experimentos para introducir substancias
opacas —s raios X que permitiran revelar —rganos ou outras formaci—ns tanto
normais coma anormais. En 1905
Friedrich Voelcker, de Heidelberg,
desenvolveu a pielograf’a retr—gada, a
introducci—n dunha substancia radiopaca na pelve renal a travŽs dun urŽter
para estudia-la permeabilidade das
v’as urinarias. En 1921, Jean Sicard,
mediante a introducci—n dunha soluci—n iodada, puido estudia-lo conducto raqu’deo e, m‡is tarde, a ‡rbore
2 COLABORACION nueva
230
4/4/01
21:48
Página 230
Fernando Domínguez Puente
O diagn—stico baseado en raios X
sufriu un avance espectacular en 1972
coa introducci—n da Tomograf’a Axial
Computarizada (TAC) por G. N.
Hounsfield. A base do sistema Ž integra-las imaxes obtidas por raios X para
obter unha imaxe dunha secci—n completa dunha rexi—n do corpo humano.
O desenvolvemento matem‡tico que
fixo este proceso posible foi responsabilidade de Allan M. Cormack que recibiu canda Hounsfield o Nobel en 1979.
Estudio do cerebro por resonancia magnética.
bronquial. En 1927, o portuguŽs
Antonio Moniz, en Lisboa, puido
inxectar contraste e identificar as’ as
arterias cerebrais. Ata 1962 non foi
posible estudia-las arterias coronarias.
Hoxe en d’a o cateterismo card’aco
Ñintroducci—n dun pequeno tubo nun
vaso perifŽrico que chega ata o coraz—nÑ Ž unha especialidade mŽdica
plenamente desenvolvida e que contribœe de forma decisiva — diagn—stico e
tratamento do enfermo card’aco. O
procedemento iniciouse dunha forma
espectacular en 1929 cando o mŽdico
alem‡n Werner Forssmann, utiliz‡ndose el mesmo como coello de indias,
abriu unha vea do seu brazo, inseriu a
punta dun catŽter de aproximadamente 3,2 mm de di‡metro e 76 cm de lonxitude, e empurrouno cara a arriba
pola vea do brazo, — longo das veas
intrator‡cicas, dentro do adro do seu
coraz—n.
A utilizaci—n mŽdica do son permitiu o desenvolvemento de dœas tŽcnicas de diagn—stico non invasivo que
xeneralizaron o seu uso dada a sœa
grande utilidade pr‡ctica. Por unha
parte, a ecograf’a que se usa en diversas especialidades mŽdicas, desde a
obstetricia ‡ cardiolox’a, e que permite
captar imaxes de forma moito m‡is
inocua ca mediante o uso de radiaci—ns. En efecto, a ecograf’a Ž o procedemento de obtenci—n de imaxes fetais
m‡is estendido, xa que mesmo nun
per’odo tan sensible ‡ acci—n mutaxŽnica de axentes externos como o desenvolvemento fetal, este mŽtodo parece
non ter efectos secundarios destacables.
A resonancia magnŽtica perm’tenos obter, coma o TAC, imaxes de
secci—ns do organismo mediante a utilizaci—n de ondas de radio.
O PET dŽixanos medi-los positr—ns emitidos polo decaemento dun
trazador radioactivo que se lle administra — paciente. Este mŽtodo Ž moi
sensible e preciso e fixo posible o estu-
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 231
A Medicina no século XX
dio do cerebro in vivo. As’, nun suxeito
normal que desenvolve unha tarefa, o
PET pode permitir identifica-las ‡reas
ou zonas cerebrais que se activan — realizala. O PET contribu’u en gran medida — avance actual da neurociencia cognitiva que estudia o papel do cerebro
no desenvolvemento de tarefas superiores propias do home, como emoci—ns ou consciencia. Outro aspecto
moi relevante do PET Ž a sœa sensibilidade para a detecci—n de met‡stase. No
paciente cun tumor, o tratamento poscirœrxico, en gran medida, vai depender da presencia de met‡stase. O PET Ž
hoxe en d’a o mŽtodo de diagn—stico
m‡is sensible dunha met‡stase.
A utilizaci—n do l‡ser na pr‡ctica
mŽdica estŽndese cada vez m‡is; non
s— proporciona ondas de alta enerx’a,
sen—n que tamŽn pode focalizar, concentra-las ondas en puntos microsc—picos. O tecido as’ alcanzado Ž destru’do
por calor ou por reacci—ns fotoqu’micas, sen deixar cicatrices e cun sangrado m’nimo. A conxunci—n destes factores converte o l‡ser no bistur’ —ptico
por excelencia en intervenci—ns que
requiren do cirurxi‡n cortes de gran
precisi—n, como sucede na cirurx’a
oft‡lmica.
A INVESTIGACIÓN E A DOCENCIA DA MEDICINA
Quixera dedicarlle este derradeiro apartado, mesmo que fose brevemente, ‡ docencia e ‡ investigaci—n
como axentes do desenvolvemento da
Medicina no sŽculo XX.
231
Dous foron tradicionalmente os
grandes modelos sobre os que se baseou o ensino mŽdico. O primeiro, o
modelo francŽs, nace coa Revoluci—n
Francesa. Este, por oposici—n — ensino
libresco tradicional, destaca o mŽtodo
pr‡ctico. O seu lema peu lire, beaucoup
voir, beaucoup faire Ž claramente indicativo. Consider‡base nel a observaci—n a
car—n da cama do enfermo e na sala de
autopsias como o centro do ensino.
Acorde con isto, este sistema introduce
a lecci—n cl’nica, analizando casos de
pacientes concretos e o internado en
servicios hospitalarios como principais
ferramentas docentes (JosŽ Mar’a
L—pez Pi–ero, Breve historia de la medicina, Madrid, Alianza Editorial, 2000).
O outro gran modelo Ž o alem‡n.
Asumido o modelo francŽs, desenv—lveo un paso m‡is introducindo a medicina do laboratorio. Xa no sŽculo XIX,
Wilhelm von Humboldt desenvolve
este concepto en dous principios: 1)
adscribi-la formaci—n dos mŽdicos a
facultades de Medicina en universidades pœblicas, que deb’an ser para o
Estado unha responsabilidade econ—mica e administrativa de primeira
orde, e 2) manter estreitamente asociadas a investigaci—n e mailo ensino
tanto na selecci—n do profesorado
coma na pr‡ctica docente. O resultado
desta reforma foi a aparici—n dun profesional do ensino e a investigaci—n
mŽdicos, dedicado a eles en exclusividade tras varios anos de dedicaci—n ‡
investigaci—n que faculta para a docencia. Por outra parte, o importante gasto
pœblico destinado ‡s universidades
2 COLABORACION nueva
232
4/4/01
21:48
Página 232
Fernando Domínguez Puente
fixo posible unha organizaci—n baseada
nun instituto para cada disciplina b‡sica e unha Klinik (hospital universitario
de car‡cter monogr‡fico) para cada
materia cl’nica. Institutos e cl’nicas
ofreceron os medios adecuados para o
desenvolvemento da investigaci—n e da
nova concepci—n da docencia (JosŽ
Mar’a L—pez Pi–ero, op.cit.).
O modelo alem‡n foi a base sobre
a que colleu corpo o norteamericano,
que acadou a preeminencia mundial
durante este sŽculo. Flexner, un entusiasta do modelo alem‡n, reformou o
ensino mŽdico nos Estados Unidos
promovendo a investigaci—n mŽdica
como condici—n sine qua non para
poder desenvolve-la docencia. O primeiro en adopta-lo modelo alem‡n foi
o hospital Johns Hopkins, — que en
seguida seguiron as universidades de
Pensilvania, Chicago, Harvard e
Michigan. A innovaci—n docente estendeuse rapidamente polos Estados
Unidos e en poucos anos xa chegara a
vinte universidades. En 1948 fœndanse
os Institutos Nacionais da Saœde, o que
significa un robustecemento definitivo
da investigaci—n mŽdica americana.
Como indicativo do Žxito do sistema
baste sinala-la gran cantidade de investigadores americanos ou estranxeiros
que, traballando en universidades
americanas, recibiron o premio Nobel
de Medicina.
En Espa–a non existe un modelo
definido de ensino mŽdico debido ‡
escaseza cr—nica dos recursos necesarios. A Universidade careceu de dotaci—ns suficientes para facerse cargo dos
hospitais e, dalgunha forma, sempre
necesitou apoiarse noutras instituci—ns
do Estado para o mantemento econ—mico dos hospitais necesarios para a
docencia. A situaci—n actual non Ž unha
excepci—n xa que o hospital universitario, a’nda que as’ chamado, Ž financiado enteiramente a travŽs da sanidade
pœblica sen que a Universidade contribœa economicamente — seu mantemento. Polo tanto, Ž o car‡cter asistencial e
non o docente-investigador o que
marca o car‡cter dos nosos hospitais
universitarios. ƒ obvio que mentres
esta tendencia non se inverta Ño que
certamente non Ž previsible a curto
prazoÑ a investigaci—n cl’nica espa–ola arrastrar‡ un grave lastre. Neste
aspecto, a Universidade espa–ola non
puido incorpora-los avances que supuxo a escola alemana do sŽculo pasado e
esa Ž en gran medida unha das raz—ns
do atraso que nos afecta neste campo.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 233
233
A CIRURXÍA NO SÉCULO XX
Miguel Ca’nzos Fern‡ndez*
Universidade de Santiago
de Compostela
O sŽculo XX pode considerarse,
sen ningunha dœbida, como o do gran
desenvolvemento da Cirurx’a, ata o
punto de que durante o derradeiro
cuarto do sŽculo, a Cirurx’a foi reputada por moitos o ÔmotorÕ da Medicina
moderna.
Sen embargo, nun contexto de
obxectividade Ž necesario considera-lo
sŽculo XX como unha consecuencia
l—xica da gran revoluci—n que a ciencia
en xeral e a Medicina en particular viviron — longo do XIX. A Cirurx’a non foi
allea a esta gran mudanza cient’fica e
da pr‡ctica mŽdica que sacudiu aquela
centuria. Neste sentido, autores como
L—pez Pi–eiro (1) opinan que hogano
estamos sendo v’ctimas dun Ôchauvinismo hist—ricoÕ que privilexia en exceso o m‡is recente. No terreno da Cirurx’a, o cambio do sŽculo XIX — XX foi
dun crecemento explosivo para esta
rama da Medicina.
ConsidŽrase como data de inicio
da Cirurx’a moderna o ano 1846, cando
ten lugar o descubrimento da anestesia
por William Morton. Ata daquela, a
cirurx’a estaba limitada ‡ reparaci—n de
hernias e fracturas, a realizaci—n de
amputaci—ns e a resoluci—n de procesos
inflamatorios superficiais. A primera
intervenci—n con anestesia xeral real’zaa o cirurxi‡n americano John Warren,
mentres Morton aplicaba a anestesia na
Ether Dome do Massachusetts General
Hospital de Boston.
O ano 1867 sup—n outra data hist—rica para o desenvolvemento da
cirurx’a, xa que a proposta do cirurxi‡n
brit‡nico Lister de operar baixo os principios da asepsia e antisepsia supuxo
outros’ unha revoluci—n extraordinaria. Ata aquela data as infecci—ns postoperatorias supu–an unha enorme
limitaci—n — avance da cirurx’a. A partir de aqu’, as infecci—ns constitœen un
problema da Cirurx’a, pero p—dense
controlar e diminu’r. Isto permitiu
acceder a practicamente t—dalas partes
do organismo humano, e, consecuentemente, que a Cirurx’a se desenvolvera
case sen ningœn tipo de limitaci—ns.
Neste sentido, pode ser de
interese analiza-los procedementos
* Catedrático de Cirurxía.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
2 COLABORACION nueva
234
4/4/01
21:48
Página 234
Miguel Caínzos Fernández
cirœrxicos m‡is habituais e comproba-la grande importancia que tivo o sŽculo XX para o seu desenvolvemento.
Observaremos nesta an‡lise o feito de
que moitas veces a Cirurx’a vai beneficiarse de xeito extraordinario de diversos descubrimentos acaecidos noutras
ramas da Medicina, especialmente durante a primeira metade do sŽculo.
Ref’rome a feitos tan importantes como
o achado dos antibi—ticos ou o co–ecemento dos grupos sangu’neos coa conseguinte realizaci—n das transfusi—ns.
APENDICITE AGUDA E APENDICECTOMÍA
A primeira intervenci—n para realiza-la exŽrese do apŽndice realizouse
durante a segunda metade do sŽculo
XIX. Robert L. Tait practicou a primeira
apendicectom’a no Reino Unido no
ano 1880. ƒ interesante destacar que, xa
avanzado o sŽculo XX, en 1940, a mortalidade por apendicite aguda chegaba
a’nda — vinte por cento, sobre todo en
pacientes de idade avanzada e que presentaban una peritonite difusa. Coa
aparici—n dos antibi—ticos e o inicio da
sœa utilizaci—n na cirurx’a, conseguiuse
reducir notoriamente a mortalidade
por apendicectom’a, sendo no momento actual inferior — dous por cento.
ÚLCERA PÉPTICA GASTRODUODENAL
Os œltimos vinte anos do sŽculo
XIX supuxeron un grande avance para
a Cirurx’a da patolox’a g‡strica, tanto
benigna coma maligna. As’, Eug•ne
Doyen, no ano 1892 en Par’s, foi o
cirurxi‡n que iniciou a cirurx’a da œlcera pŽptica cr—nica — realizar unha conexi—n do est—mago — intestino delgado
ou gastro-enterostom’a. Esta tŽcnica xa
fora descrita en 1881, sen embargo
constitu’a unha maneira moi elemental
de tratar de resolve-lo problema ulceroso e de feito, a maior’a das veces,
desenvolv’anse novas œlceras despois
da intervenci—n cirœrxica.
A tŽcnica cirœrxica que se considerou como a ideal naqueles anos para
tratar esta patolox’a era a realizaci—n
dunha gastrectom’a parcial, Ž dicir, a
resecci—n da parte distal do est—mago,
co obxectivo de elimina-las cŽlulas productoras de ‡cido clorh’drico (CLH),
que Ž o responsable do desenvolvemento das œlceras pŽpticas. Theodor
Billroth foi o primeiro cirurxi‡n que a
levou a cabo, a principios do ano 1881
na cidade de Viena, para tratar un
enfermo que presentaba un cancro g‡strico. Realizou unha conexi—n entre o
est—mago e o duodeno ou Billroth I. En
novembro do mesmo ano, Rydigier,
utilizou a mesma tŽcnica para o tratamento dunha œlcera pŽptica g‡strica.
Catro anos m‡is tarde, Billroth
dese–a un novo tipo de gastrectom’a, a
denominada Billroth II, que consiste na
uni—n entre o est—mago e o intestino
delgado proximal ou xexuno, unha vez
resecada a parte do est—mago enfermo,
case sempre por un tumor maligno. A
finais do sŽculo XIX, no ano 1897, Carl
Schlatter realiza en Zœric unha gastrectom’a total nun paciente aqueixado
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 235
A Cirurxía no século XX
por un cancro de est—mago, unindo o
es—fago — intestino delgado.
Dentro xa do sŽculo XX, a cirurx’a
da œlcera pŽptica mantense nas mesmas coordenadas que nos œltimos anos
do XIX, pero nos cincuenta e sesenta
in’ciase a chamada Ôcirurx’a funcionalÕ,
que consiste en actuar sobre o nervio
vago, responsable da secreci—n da acetilcolina e, en œltimo lugar, do CLH.
DesenvolvŽronse diversos tipos de
vaguectom’a: a troncular, a selectiva e a
supraselectiva, dependendo da conservaci—n ou non das ramas anterior e
posterior do nervio vago e das fibras
nerviosas que inervan a parte inferior
do est—mago.
En 1894, Henry P. Pean, un cirurxi‡n que conseguiu un gran prestigio
na Cirurx’a g‡strica, publicou os resultados do tratamento da perforaci—n
dunha œlcera pŽptica duodenal, pero
xa dous anos antes, Ludwig Heusner
realizara en Barmen a primeira intervenci—n para resolve-la perforaci—n
dunha œlcera pŽptica que loxicamente
desenvolvera unha peritonite. Durante
o sŽculo XX, o enfoque deste problema
mant’vose dentro das mesmas coordenadas: acceso ‡ cavidade abdominal a
travŽs dunha laparotom’a media,
peche da perforaci—n g‡strica ou duodenal e limpeza exhaustiva da cavidade abdominal para evita-las consecuencias da peritonite.
Durante os derradeiros vinte anos
do sŽculo XX, a cirurx’a da œlcera pŽptica quedou reducida practicamente —s
casos de complicaci—ns como son a
235
perforaci—n, a hemorraxia e a obstrucci—n. A cirurx’a electiva desta patolox’a
reduciuse de maneira significativa
como consecuencia da utilizaci—n de
medicamentos moi activos na reducci—n da producci—n do CLH e, m‡is
recentemente, dos antagonistas da histamina (anti H2) como cimetidina ou
ranitidina. A’nda posteriormente, un
novo tipo de medicamentos como o
Omeprazol, que afectan selectivamente
a bomba de hidroxeni—ns na cŽlula
parietal g‡strica, diminu’ndo as’ a producci—n de CLH, empreg‡ronse con
Žxito no tratamento da enfermidade
ulcerosa g‡strica e duodenal.
Por outra parte, na dŽcada de
1990, a gran novidade na patolox’a
ulcerosa veu dada polo descubrimento
da importancia da bacteria Helocobacter pilory na etiolox’a da enfermidade. Isto est‡ permitindo tratar satisfactoriamente con antibi—ticos aqueles
enfermos co est—mago colonizado por
este microorganismo.
Canto ‡ cirurx’a da neoplasia ou
cancro g‡strico, durante os œltimos
anos do sŽculo XX produciuse un incremento das gastrectom’as totais e a realizaci—n paralela dunha linfadenectom’a ou Ôtoilette linf‡ticaÕ agresiva.
CÁLCULOS BILIARES E COLECISTECTOMÍA
A colecistectom’a f’xose por primeira vez na cidade de Berl’n no ano
1882, por Carl J. A. Langenbuch. Nos
Estados Unidos de AmŽrica realizou a
primeira o cirurxi‡n Justus van Ohage
2 COLABORACION nueva
236
4/4/01
21:48
Página 236
Miguel Caínzos Fernández
trombina. A demostraci—n polo danŽs
Henrik Dam de que este problema se
solucionaba coa administraci—n de
vitamina K, permitiu que a operaci—n
dos c‡lculos biliares se fixese moi segura e que diminu’ra de xeito significativo a taxa de mortalidade postoperatoria. Desde ent—n Ž unha operaci—n das
que se practica con maior frecuencia en
calquera Servicio de Cirurx’a Xeral.
Mangueira dun endoscopio. O endoscopio pódese usar
para explora-lo interior do corpo e incluso para realizar
intervencións cirúrxicas por control remoto. (Tomado
de Quest. Edit. Rialp).
en 1886 na cidade de Minnesota. Sen
embargo, hai que esperar ata o ano
1910, para que o cirurxi‡n americano
William J. Mayo a popularice e a converta na tŽcnica de referencia.
A’nda que tecnicamente a colecistectom’a estaba ben definida, ata a
dŽcada de 1930 s— se operaban os
enfermos que presentaban c‡lculos
biliares con complicaci—ns importantes
como pod’a se-la colecistite aguda. O
motivo disto era a chamada Ôhemorraxia ictŽricaÕ debido ‡ deficiencia de pro-
Durante a dŽcada dos noventa,
esta intervenci—n co–eceu un grande
avance tŽcnico — se poder realizar
mediante a v’a laparosc—pica, que permite extrae-la ves’cula biliar a travŽs
duns tubos de pequeno di‡metro guiados dentro da cavidade abdominal por
unha minœscula c‡mara de v’deo. Este
logro consolidouse definitivamente,
sendo considerado no momento actual
como o gold st‡ndar. A exŽrese da ves’cula biliar con c‡lculos biliares pola v’a
laparosc—pica permitiu un gran descenso da morbi-mortalidade postoperatoria, xa que o traumatismo desta tŽcnica cirœrxica Ž moito menor c—
provocado cando se utilizaba a v’a
aberta cl‡sica, tanto no que se refire ‡
dor postoperatoria, coma ‡ afectaci—n
do sistema inmunitario do paciente.
Actualmente, o risco de complicaci—ns postoperatorias na patolox’a liti‡sica biliar incremŽntase nos pacientes
de idade moi avanzada que presentan
colecistite aguda ou c‡lculos no colŽdoco con ictericia, o cal pode dar lugar —
desenvolvemento dunha colanxite
aguda moi severa que pode po–er en
risco a vida do enfermo.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 237
A Cirurxía no século XX
BOCIO E TIROIDECTOMÍA
No hai dœbida de que os pioneiros da cirurx’a tiroidea, a finais do
sŽculo XIX, foron os cirurxi‡ns Jacques
Reverdin e Theodor Kocher. Este œltimo desenvolveu a sœa carreira como
cirurxi‡n na sœa cidade, Berna, e chegou a consegui-lo premio Nobel no ano
1909.
Kocher viviu nun medio onde o
bocio (agrandamento da gl‡ndula tiroidea con compresi—n traqueal e asfixia)
era endŽmico, as’ que desenvolveu un
grande interese no tratamento cirœrxico desta entidade nosol—xica, ata o
punto de que este cirurxi‡n su’zo fixo
m‡is de seiscentas tiroidectom’as
totais.
Unha vez m‡is, Theodor Kocher,
en Viena, tamŽn impulsou a cirurx’a
tiroidea, practicando tanto tiroidectom’as totais coma parciais, deixando
nestas un pequeno fragmento da tiroide. Estas œltimas son as que se realizan
no momento actual para trata-los casos
de bocio, xa que se se fai unha tiroidectom’a total, extirpando toda a gl‡ndula
tiroidea, prodœcese cretinismo, Ž dicir,
pacientes obesos e con atraso mental,
sendo necesaria a administraci—n de
hormona tiroidea (T4) para contrarresta-la falta de formaci—n desta pola tiroide. O cirurxi‡n americano William
Halsted foi o primero en decatarse
deste problema derivado da propia tŽcnica cirœrxica se esta era moi agresiva.
Por iso desde ent—n, sempre que se
intervŽn un bocio, dŽixase unha peque-
237
na cantidade de tecido tiroideo para
que poida produci-la hormona tiroidea.
CANCRO DE MAMA E MASTECTOMÍA
En Europa e concretamente no
Reino Unido, foi o cirurxi‡n Charles H.
Moore na cidade de Londres quen
puxo de relevo a mediados do sŽculo
XIX as vantaxes da mastectom’a radical nas pacientes con cancro de mama.
Sen embargo, foi nos Estados
Unidos de AmŽrica onde o gran cirurxi‡n William Halsted introduciu a mastectom’a radical con exŽrese da mama e
os mœsculos pectoral maior e menor, a
finais do sŽculo XIX.
Xa no sŽculo XX, o cirurxi‡n Patey
demostrou que a mastectom’a radical
modificada, sen elimina-los mœsculos
pectorais e extirpando exclusivamente
a gl‡ndula mamaria e os ganglios da
axila do mesmo lado, era suficiente
desde un punto de vista oncol—xico
para tratar cirurxicamente os tumores
da mama.
O diagn—stico m‡is precoz destes
tumores e, polo tanto, o seu menor
tama–o, permitiu durante os œltimos
anos do sŽculo XX realizar unha cirurx’a cada vez menos agresiva co obxectivo de conserva-la mama naqueles
casos que Ž posible. Desenvolveuse as’
a tŽcnica da cuadrantectom’a e da
tumorectom’a, consistente en extirpar
exclusivamente o tumor rodeado dunha zona de tecido san da mama,
2 COLABORACION nueva
238
4/4/01
21:48
Página 238
Miguel Caínzos Fernández
unido a unha linfadenectom’a axilar se
se considera necesario.
ou o descubrimento dos grupos sangu’neos.
Paralelamente, o significativo
progreso da radioterapia e da quimioterapia como terapias adxuvantes asociadas ‡ cirurx’a permitiu a realizaci—n
de exŽreses mamarias cada vez m‡is
pequenas.
Desde un punto de vista cirœrxico, os œltimos corenta anos do sŽculo
XX poden considerarse como espectaculares para o desenvolvemento da
Cirurx’a. Refer’monos — inicio dos
transplantes de —rganos nas dŽcadas
dos cincuenta —s setenta, — desenvolvemento da profilaxe antibi—tica e da
nutrici—n artificial nos anos setenta, —
grande avance das suturas mec‡nicas
durante os setenta e oitenta, ‡ aparici—n
da Cirurx’a laparosc—pica durante a
dŽcada dos noventa e ‡ iniciaci—n da
Cirurx’a rob—tica a finais dos anos
noventa.
A terapia con anti-estr—xenos
(Tamoxifeno) despois da cirurx’a contribu’u de maneira notoria a evita-la
recidiva dos tumores da gl‡ndula
mamaria.
As’ pois, vemos na an‡lise destes
procedementos cirœrxicos moi comœns,
c—mo a Cirurx’a evolucionou notablemente — longo do sŽculo XX, pero como
unha continuaci—n l—xica dos primeiros pasos dados polos cirurxi‡ns da
segunda metade do sŽculo XX e, paralelamente, reducindo a sœa agresividade naqueles casos nos que a aparici—n
dunha medicaci—n adecuada permite
limitar con seguridade a acci—n do
cirurxi‡n.
ASPECTOS MÁIS IMPORTANTES DA CIRURXÍA DO
SÉCULO XX
Diversos feitos hist—ricos e de
car‡cter cient’fico acaecidos — longo do
sŽculo XX influ’ron notablemente sobre
o desenvolvemento da Cirurx’a. As’,
c—mpre ter en conta a chegada da
Primeira Guerra Mundial entre os anos
1914 e 1918, o descubrimento dos antibi—ticos a principios dos corenta, a
Segunda Guerra Mundial (1939-1945)
Pode dicirse sen medo a esaxerar,
que a Primeira Guerra Mundial revolucionou as tŽcnicas cirœrxicas utilizadas
ata ent—n e, por outra parte, introduciu
o tratamento de lesi—ns non tratadas
ata ese momento.
Quizais un dos avances m‡is
notables foi o que se produciu no tratamento das feridas coa implantaci—n
dun desbridamento precoz cunha escisi—n dos tecidos gravemente contusionados, as’ como a extirpaci—n dos corpos estra–os presentes dentro dela.
Todo isto permitiu a sutura primitiva
das feridas contusas e contaminadas.
Esta sutura primaria non s— se utilizou
nas feridas dos tecidos brandos, sen—n
tamŽn nas articulares, nas fracturas
abertas e nas lesi—ns abertas pleuropulmonares e craneocerebrais.
Durante a guerra, chegouse ‡ conclusi—n de que o tratamento m‡is eficaz
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 239
A Cirurxía no século XX
239
Á esquerda, unha prótese de cadeira feita de aceiro inoxidable e plástico. Arriba, unha prótese de xeonllo feita
cos mesmos materiais.
no tratamento do shock grave causado por feridas de guerra, era o restablecemento do volume sangu’neo
mediante a transfusi—n de sangue.
Outro avance importante foi o co–ecemento da importancia da toxemia
na fisiopatolox’a do shock. Esta achega
tivo gran valor no terreo terapŽutico, xa que os cirurxi‡ns aprenderon
que era necesario realizar urxentemente a intervenci—n cirœrxica nos pacientes en shock para eliminar canto antes
o foco de sepse que estaba levando o
enfermo — shock e, posteriormente,
de non se remonta-la situaci—n, ‡
morte.
O tratamento cirœrxico das fracturas da cadeira, as fracturas con perda
de substancia do maxilar inferior, as
feridas do abdome e sobre todo a cirurx’a do pulm—n, experimentaron unha
verdadeira revoluci—n durante os anos
da Primeira Guerra Mundial. Os cirurxi‡ns familiariz‡ronse co pneumot—rax, coa abordaxe do pulm—n por
toracotom’a ampla, etc. Avanzouse notablemente no tratamento cirœrxico da
hernia diafragm‡tica ou dos aneurismas arteriovenosos. Outras moitas tŽcnicas cirœrxicas desenvolvŽronse durante este per’odo hist—rico, ata o
punto de que o famoso cirurxi‡n
2 COLABORACION nueva
240
4/4/01
21:48
Página 240
Miguel Caínzos Fernández
francŽs Forgue chegou a dicir que
ÒNestes catro anos fixemos m‡is progresos ca en corenta de pr‡ctica cirœrxica en tempo de pazÓ.
O vienŽs Karl Landsteiner, catedr‡tico de Anatom’a patol—xica, descobre e tipifica no ano 1930 os grupos
sangu’neos (A, B e 0) no Rockfeller
Institute for Medical Research de Nova
York. Este descubrimento influ’u de
xeito importante na Cirurx’a, xa que a
partir de ent—n se puideron establece-las compatibilidades e incompatibilidades entre os diferentes grupos e, xa
que logo, realiza-las transfusi—ns sangu’neas con seguridade.
A Guerra Civil espa–ola (1936-39)
deu lugar, entre outros avances, a un
notable desenvolvemento na reparaci—n cirœrxica das lesi—ns nerviosas.
Durante a Segunda Guerra Mundial, un dos avances m‡is importantes
foi a mellora das tŽcnicas de transfusi—n de sangue, coa a introducci—n dun
aparello para a toma e administraci—n
do sangue mediante un mŽtodo pechado co cal o sangue non entraba en contacto co aire. TamŽn durante os anos da
guerra, o traumat—logo espa–ol JosŽ
Trueta desenvolve e pon de moda o seu
mŽtodo Ño ÔmŽtodo espa–olÕÑ para o
tratamento das fracturas.
Outro descubrimento esencial
para a Cirurx’a foi o da penicilina no
ano 1945, polo escocŽs Alexander
Fleming. Con esta substancia derivada
do fungo Penicillium notatum levaba
traballando desde 1928 en Londres na
sœa C‡tedra de Bacteriolox’a. O achado
dos antibi—ticos permitiu dar un gran
paso ‡ Cirurx’a — dispo–er dunha excelente ferramenta para trata-las infecci—ns que se produc’an durante o postoperatorio. ƒ interesante comentar,
polo pouco co–ecido do dato, que Sir
Alexander Fleming foi cirurxi‡n, xa
que no ano 1906 foi admitido no Royal
College of Surgeons of England, a’nda
que practicamente non exerceu a profesi—n. A penicilina demostrou ser moi
eficaz en guerras posteriores e utilizouse con profusi—n en feridas de partes
brandas e en feridas de partes brandas
con fractura.
En 1946, o cirurxi‡n portuguŽs
Cid dos Santos realiza a primeira tromboarteriectom’a, procedemento consistente en eliminar na mesma intervenci—n cirœrxica o co‡gulo e o ateroma do
vaso sangu’neo. As dœas primeiras
intervenci—ns realizounas nas arterias
femoral e na axilar respectivamente.
O 1950 Ž un ano importante para
o desenvolvemento e a expansi—n da
Cirurx’a. As’, o doutor Richard H.
Lawker realizou un transplante do ril
esquerdo a unha enferma de 49 anos
que presentaba unha enfermidade
poliqu’stica; Ruth Tuker foi o primeiro
ser humano sometido a un transplante
de ril. Dous meses despois da operaci—n, o funcionamento do ril transplantado era completamente normal.
Abriuse as’ unha era nova de enormes
expectativas na Medicina e a Cirurx’a,
que se fixo xa definitiva a partir do
transplante que se realizou en Boston
entre dous irm‡ns xemelgos en 1954.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 241
A Cirurxía no século XX
TamŽn en 1950, o doutor Dood
publica a operaci—n de dous casos de
cancro de p‡ncreas nos cales realizou
con Žxito a extirpaci—n da gl‡ndula, e
os irm‡ns Judet colocan unha pr—tese
de cadeira para substitu’-la cabeza do
fŽmur. Con esta nova intervenci—n,
c‡mbiase radicalmente o tratamento
habitual das enfermidades de dexeneraci—n cr—nica da articulaci—n da cadeira, que vi–a sendo a realizaci—n dunha
artrodese ou inmobilizaci—n da articulaci—n.
O ano 1952 Ž decisivo para o
desenvolvemento da Cirurx’a, xa que Ž
cando o americano Forest D. Dodrill
describe un coraz—n artificial consistente nun aparello coraz—n-pulm—n
que permite deriva-lo sangue evitando
o seu paso polo coraz—n, co cal este
—rgano pode quedar completamente
illado da circulaci—n sangu’nea e se
facilita as’ a cirurx’a card’aca. O seu
inventor util’zao con Žxito por primeira vez nunha operaci—n da v‡lvula
esquerda do coraz—n. A m‡quina fai a
vez do coraz—n esquerdo e mediante
un dispositivo mec‡nico simula a sœa
funci—n contr‡ctil. Este aparello e os
que o seguiron permitiron realizar
intervenci—ns card’acas que eran
impensables ata o momento, impulsando dun modo moi importante a cirurx’a card’aca mediante intervenci—ns
cirœrxicas sobre o coraz—n parado e sen
sangue. Este descubrimento permitiu
desenvolve-la cirurx’a a Ôcoraz—n abertoÕ con circulaci—n extra-corp—rea, de
forma segura e sistem‡tica a partir do
241
a–o 1953; o pionero no uso desta nova
tecnolox’a foi o doutor Gibbon.
O 3 de decembro de 1967 en
Cidade do Cabo (Sud‡frica), in’ciase
a historia dos transplantes de coraz—n — lle realiza-lo primeiro o doutor
Christian Barnard — paciente Louis
Balskanski. Este primeiro enfermo faleceu —s quince d’as debido a unha pneumon’a. Pero, afortunadamente, o doctor Shumway levou a cabo un segundo
transplante nos Estados Unidos (Palo
Alto, California). Este cirurxi‡n americano continœa traballando nesta direcci—n pero a un ritmo moi lento debido
—s frecuentes rexeitamentos do —rgano
transplantado e ‡s infecci—ns postoperatorias. Hai que esperar — descubrimento da Ciclosporina A a finais dos
anos setenta Ñcomo comentaremos
posteriormenteÑ para que o transplante de coraz—n e outros como o de
f’gado se convertan nunha tŽcnica de
rutina.
A finais dos anos cincuenta e principios dos sesenta, os cirurxi‡ns americanos Moore no Hospital Peter Bent
Brigham de Boston e Starzl na North
Western University de Chicago, comezaron a realizaci—n experimental de
transplantes ortot—picos de f’gado no
can. A partir destes primeiros ensaios
chegouse a domina-la tŽcnica e, consecuentemente, a poder realizala con
t—dalas garant’as cirœrxicas no ser
humano. Os dous grupos que impulsaron con gran forza o avance da Cirurx’a nesta ‡rea foron os doutores
Thomas E. Starzl primeiro en Denver e
posteriormente en Pittsburgh (EUA) e
2 COLABORACION nueva
242
4/4/01
21:48
Página 242
Miguel Caínzos Fernández
Sir Roy Calne desde o King«s College
da Universidade de Cambridge (RU),
en Europa. Hoxe, o transplante de f’gado converteuse nunha tŽcnica est‡ndar,
ata o punto de que, no momento
actual, m‡is de vinte hospitais espa–ois
a practican.
Outros dos avances importantes
para a Cirurx’a que se produciron
durante os anos setenta, non tiveron
relaci—n coa tŽcnica cirœrxica, sen—n
coa mellora do estado nutricional do
paciente cirœrxico e coa prevenci—n das
infecci—ns postoperatorias.
No ano 1966 o doutor Dudrick,
que traballaba no famoso laboratorio
do profesor americano Jonathan
Rhoads, autor de importantes contribuci—ns cient’ficas sobre o catabolismo
postoperatorio dos pacientes cirœrxicos, chamou a atenci—n sobre a necesidade dun balance positivo de nitr—xeno nos pacientes sometidos a este tipo
de intervenci—ns. Por outra parte, no
seu traballo experimental, Dudrick
puxo de relevo que o enfermo sometido a cirurx’a pod’a ser nutrido de
maneira artificial a travŽs de catŽteres
colocados en veas centrais. Isto Ž o que
se denominou Ônutrici—n parenteral
totalÕ. En 1969, o mesmo autor publicou o resultado da nutrici—n artificial
no primeiro paciente humano, un
neno.
Desde ent—n, a nutrici—n artificial
Ž unha parte do armamento terapŽutico do cirurxi‡n, e miles e miles de
enfermos se beneficiaron da posibilidade de recibir unha nutrici—n adecuada
tanto antes de seren sometidos ‡ cirurx’a coma despois dela. ƒ dif’cil imaxinar no momento actual a pr‡ctica coti‡
de certos tipos de cirurx’a maior sen a
axuda inestimable da nutrici—n artificial. Durante a dŽcada dos noventa, a
nutrici—n artificial seguiu desenvolvŽndose e pœxose de relevo a supremac’a
da Ônutrici—n enteralÕ que consiste en
colocar un catŽter na parte alta do tubo
dixestivo e a travŽs del facer chegar
directamente a nutrici—n — intestino.
Este mŽtodo demostrou ser m‡is fisiol—xico — coloca-los nutrientes en contacto directo coa mucosa intestinal e,
ademais, ev’tanse algunhas das complicaci—ns relacionadas cos catŽteres
situados nas veas centrais.
A nutrici—n artificial contribu’u
por si soa e de maneira notoria a diminu’-las complicaci—ns postoperatorias
e, dentro delas, as infecci—ns. As’ e
todo, a descrici—n realizada por Kunin
e Efrom desde os Estados Unidos de
AmŽrica do novo concepto da profilaxe
antibi—tica supuxo un grande pulo na
loita cl‡sica do cirurxi‡n contra a infecci—n. Os cirurxi‡ns utilizaran previamente a profilaxe antibi—tica pero non
conseguiran reduci-las infecci—ns postoperatorias. O motivo era ben sinxelo:
os antibi—ticos administr‡banse despois da operaci—n e cando chegaban —s
tecidos do paciente, os microorganismos xa se multiplicaran e era moi dif’cil evita-lo avance da infecci—n.
O grande acerto de Kunin e
Efrom foi administra-lo antibi—tico
uns minutos antes da intervenci—n
cirœrxica, de tal maneira que cando o
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 243
A Cirurxía no século XX
cirurxi‡n realizaba a incisi—n operatoria, os tecidos do paciente ti–an xa
niveis de antibi—tico suficientes como
para destru’-los xermes que contaminasen a ferida operatoria durante o
acto cirœrxico. A partir dese momento
sent‡ronse adecuadamente as indicaci—ns da profilaxe antibi—tica de acordo
cos microorganismos propios de cada
‡rea anat—mica, utilizando antibi—ticos
eficaces para destru’-la flora microbiana. ƒ obvio que, a pesar desta estratexia, seguen produc’ndose infecci—ns
despois da cirurx’a pero a realidade Ž
que diminu’ron de xeito significativo
cando compar‡mo-las taxas actuais
coas que ti–amos antes de instaura-la
moderna profilaxe antibi—tica. En calquera caso, o desenvolvemento das
infecci—ns postoperatorias Ž un problema cl‡sico da Cirurx’a, produciuse
desde as primeiras operaci—ns que se
realizaron, mant’vose — longo dos sŽculos XIX e XX e segue sendo o principal
problema da Cirurx’a moderna nos
albores do sŽculo XXI.
No ano 1978 a Cirurx’a dos transplantes recibe outro grande impulso —
descubrir de maneira fortu’ta o doutor
Borell, en Suecia, a Ciclosporina A. Esta
substancia demostrouse moi activa
fronte — rexeitamento dos —rganos
implantados por parte do sistema de
defensa inmunitario do organismo
humano. Pode afirmarse que no terreo
do transplante de —rganos hai un antes
e un despois en relaci—n co descubrimento da Ciclosporina. O doutor Roy
Calne, da Universidade de Cambridge
no Reino Unido, foi o primeiro en utili-
243
zala nun transplante de ril, e puido
comproba-la sœa alta eficacia na reducci—n do rexeitamento. Por outra parte,
isto permit’a que as infecci—ns postoperatorias se puideran controlar moito
mellor. En 1980, o doutor Shumway
empregou esta droga nun transplante
card’aco, e desde ent—n vŽn utiliz‡ndose decote en calquera tipo de transplante. Durante os œltimos anos noventa apareceron outras substancias
anti-rexeitamento moi eficaces, como a
K-506.
Desde que en 1922 se descubriu a
producci—n da hormona insulina polo
p‡ncreas, a Medicina tratou de loitar
contra unha das enfermidades m‡is
comœns como Ž a diabete que, a’nda
hoxe, produce unha elevada morbilidade e mortalidade. Unha das modalidades terapŽuticas utilizadas durante a
œltima parte do sŽculo XX foi o transplante do p‡ncreas co obxectivo de
corrixi-los defectos metab—licos da diabete — dota-lo paciente cun novo —rgano que lle proporciona un tecido pancre‡tico endocrino normal, o cal
permite que, unha vez realizado o
transplante, o enfermo poida suprimi-lo tratamento es—xeno con insulina, xa
que as cŽlulas-B pancre‡ticas transplantadas actœan como unha fonte
end—xena de insulina. A finais dos anos
oitenta, realiz‡ranse m‡is de mil cincocentos transplantes de p‡ncreas no
mundo en arredor de oitenta hospitais.
Neste terreo, os œltimos avances tratan
de valida-la eficacia do transplante de
illotes pancre‡ticos illados. Se esta
nova modalidade de transplante pan-
2 COLABORACION nueva
244
4/4/01
21:48
Página 244
Miguel Caínzos Fernández
cre‡tico se demostra viable, poder’ase
evita-lo transplante de todo o —rgano.
No ano 1987, o cirurxi‡n francŽs
Monet realizou con Žxito a primeira
colecistectom’a ou exŽrese da ves’cula
biliar pola v’a laparosc—pica. Para a
gran maior’a dos cirurxi‡ns esta intervenci—n pasou completamente desapercibida, e houbo que esperar uns
anos m‡is para sermos conscientes de
que unha tŽcnica se abr’a cami–o na
cirurx’a do aparello dixestivo.
Realmente, non se trataba s—
dunha nova tŽcnica cirœrxica, sen—n
dunha verdadeira revoluci—n dentro
da tŽcnica cirœrxica: a Cirurx’a laparosc—pica. Foi unha innovaci—n tecnol—xica que nos obrigou a un novo esforzo
de aprendizaxe, a partir de cero outra
volta, a rompe-los esquemas e os h‡bitos establecidos clasicamente durante
m‡is de cen anos e a iniciarnos no
manexo do campo operatorio a travŽs
de peque–os orificios e tubos que
gu’an os nosos instrumentos e, o m‡is
importante e innovador, a pequena
c‡mara de v’deo que nos vai permitir
ve-lo interior do paciente e a ‡rea enferma a travŽs dun monitor de televisi—n.
Cando o mundo da Cirurx’a foi
consciente de que xurd’a unha nova
era, produciuse inicialmente un rexeitamento importante por unha gran
parte dos profesionais con m‡is anos
de experiencia tŽcnica, que se negaban
a aceptar que fose posible acceder ‡
cavidade abdominal e a realiza-la exŽrese de —rganos como a ves’cula biliar
sen abri-lo paciente a travŽs dunha
laparotom’a e poder tocar e palpa-las
estructuras anat—micas sobre as que se
realizaba a intervenci—n cirœrxica.
Realmente foi unha Žpoca na que resultaba moi interesante asistir —s congresos de Cirurx’a e poder escoita-los
vehementes detractores desta nova tŽcnica. Curiosamente, moitos deles, que
agresivamente po–’an de relevo t—dolos inconvenientes posibles da nova
tŽcnica e tecnolox’a, eran considerados
os mellores cirurxi‡ns do momento nos
respectivos pa’ses. Ende ben, o convencemento e o tes—n dos cirurxi‡ns m‡is
novos e os de mediana idade permitiu
seguir practicando a cirurx’a laparosc—pica e demostrar as’ que estabamos
diante do futuro da Cirurx’a.
O Žxito foi tal que foron suficientes menos de cinco anos para que, a
mediados dos noventa, en t—dolos congresos e revistas m‡is prestixiosas da
Cirurx’a, se aceptase que a v’a laparosc—pica deb’a considerarse como o gold
standar en procedementos tales como a
colecistectom’a para o tratamento da
colelitiase ou c‡lculos biliares. Pero no
quedou aqu’ o Žxito da nova tŽcnica. î
longo dos dez œltimos anos do sŽculo
XX, pœxose de relevo que era ideal para
o tratamento das hernias de hiato, nas
cales unha porci—n do est—mago ascende e se introduce na cavidade tor‡cica,
ou na exŽrese do bazo cando presenta
patolox’a non traum‡tica nin tumoral.
En moitos hospitais demostrouse que a
tŽcnica era tamŽn adecuada para a exŽrese do apŽndice cecal en casos de
apendicite aguda ou para a herniograf’a da hernia inguinal especialmente en
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 245
A Cirurxía no século XX
casos de hernias recidivadas ou bilaterais. A patolox’a benigna do colon foi
outro dos campos nos que a Cirurx’a
laparosc—pica demostrou o seu interese.
Un dos aspectos onde se xeraron
maiores dœbidas foi no tratamento dos
tumores a travŽs da v’a laparosc—pica,
xa que suscitaba a sospeita de se a realizaci—n imprescindible do pneumoperitoneo Ñintroducci—n de CO na cavi2
Gracias á imaxe en tres dimensións proporciononada
polo escáner (abaixo) poden os cirurxiáns situar con
toda exactitude o punto da intervención. Gracias ó
microordenador, os cirurxiáns poden usa-la imaxe de
forma interactiva para guia-lo robot cando están facendo a intervención (arriba).
245
dade abdominal ata alcanzar unha presi—n duns 14 mm de HgÑ para poder
realiza-la intervenci—n cirœrxica, facilitar’a a diseminaci—n distante de cŽlulas
tumorais procedentes do tumor que se
pretend’a extirpar. Por outra banda,
algunhas pequenas estat’sticas dos primeiros anos de utilizaci—n desta tŽcnica
cirœrxica, chamaron a atenci—n sobre o
feito importante de que se produc’an
tumores nos lugares da parede abdominal onde se colocaban os trocares a
travŽs dos cales se introducen os instrumentos necesarios para realiza-la
operaci—n. Sen embargo, esta preocupaci—n foi sendo menor — longo dos
anos e a medida que a experiencia era
maior. As’, no 85 Congreso do
American College of Surgeons (cirurxi‡ns) celebrado en outubro do ano
1999 na cidade americana de San
Francisco, nunha sesi—n dedicada ‡
cirurx’a laparosc—pica na cirurx’a do
colon e do recto, a doutora Heidi
Nelson da Cl’nica Mayo en Rochester,
presentou m‡is de trescentos casos de
cancro de colon operados con Žxito con
cirurx’a laparosc—pica e cun seguimento de varios anos, que permit’an conclu’r que era posible utiliza-la nova v’a
nesta patolox’a tumoral. O doutor
James W. Fleshman, de St. Louis,
demostrou que tamŽn era v‡lida na
patolox’a tumoral do recto.
ÀPor que a Cirurx’a laparosc—pica
se desenvolveu con tal velocidade e
Žxito a pesar dos seus importantes
detractores e as dificultades tecnol—xicas iniciais? A sœa evoluci—n foi fulminante porque era evidente que o
2 COLABORACION nueva
246
4/4/01
21:48
Página 246
Miguel Caínzos Fernández
territorios como Ž o da cavidade tor‡cica, de tal maneira que a cirurx’a toracosc—pica experimentou un enorme
desenvolvemento constitu’ndo o
patr—n de ouro para intervenci—ns tales
como a exŽrese das bullas enfisematosas, o diagn—stico da extensi—n dos
tumores da ‡rea mediast’nica, etc.
traumatismo cirœrxico que se inflix’a —
paciente era moito menor c— causado
pola v’a laparot—mica cl‡sica para realiza-lo mesmo procedemento. A dor
que experimentaba o enfermo despois
da intervenci—n reduc’ase e a sœa recuperaci—n era m‡is r‡pida, de tal maneira que un paciente — que se lle realizaba unha colecistectom’a pola v’a
laparosc—pica ‡s vintecatro horas da
operaci—n era dado de alta, cando a
estancia hospitalaria habitual en cirurx’a aberta era duns sete d’as. Outro dos
aspectos moi favorables a este tipo de
cirurx’a foi a notoria reducci—n das
infecci—ns postoperatorias debido a
que, en vez de realizar unhas laparotom’as m‡is ou menos grandes, se
utilizaban mini-incisi—ns dun ou dous
cent’metros para poder coloca-los trocares e, por outra parte, pœidose
demostrar a travŽs do estudio de diversos par‡metros que a cirurx’a pola v’a
laparosc—pica practicamente non altera
o sistema inmune e de defensa do
paciente, co cal, se durante a intervenci—n cirœrxica se produce algunha
pequena contaminaci—n bacteriana, o
sistema inmunol—xico do enfermo
res—lvea eficazmente destru’ndo microorganismos responsables. Por todo
isto, hoxe, no ano 2000, o cirurxi‡n que
non practica a Cirurx’a laparosc—pica
naqueles casos en que demostrou o
seu valor, sabe que perdeu o tren do
futuro.
A pesar de todo o dito, a Cirurx’a
do sŽculo XX non se contentou con
avances tan espectaculares como os
comentados, sen—n que, levada do
gran progreso tecnol—xico, nos derradeiros cinco anos do sŽculo empezouse
a desenvolve-la denominada Ôcirurx’a
rob—ticaÕ na cal un ordenador Ž o que
realiza os pasos m‡is importantes e
delicados da operaci—n. Na especialidade de Neurocirurx’a xa hab’a uns
anos que se estaba a utiliza-lo ordenador para guia-los pasos m‡is comprometidos do neurocirurxi‡n na
denominada Ôcirurx’a estereot‡cticaÕ.
As demais especialidades cirœrxicas
mantivŽronse na marxe desta nova tecnolox’a ata finais do sŽculo, e as’, no
congreso do American College of
Surgeons citado antes, puidemos asistir ‡ presentaci—n de instrumentos altamente sofisticados como o EndoWrist
que, ante o asombro dos cirurxi‡ns,
pode realizar coa m‡xima precisi—n os
movementos do pulso, cun erro de desprazamento m‡ximo de Òun mil’metroÓ... E todo isto dirixido a travŽs dun
ordenador.
Pero a Cirurx’a laparosc—pica non
quedou s— no terreo da cavidade abdominal sen—n que, debido — seu alto
interese, axi–a se estendeu a outros
Isto lŽvanos ata as portas do
sŽculo XXI cun novo concepto para os
cirurxi‡ns, o da Cibercirurx’a que est‡
xa dando lugar a unha nova era para a
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 247
A Cirurxía no século XX
Cirurx’a. Tr‡tase dun termo moi dif’cil
de definir, pero p—dese entender por tal
un novo concepto da Cirurx’a e un
novo conxunto de termos cos cales o
cirurxi‡n pode comprender e reimaxina-la arte da Cirurx’a na Era da
Informaci—n. Esta nova era a nivel global para a Humanidade seguiu a Era
Industrial e leva desenvolvŽndose os
œltimos trinta anos, concretamente,
desde finais dos sesenta ata ben entrados os noventa, como puxo de relevo
Francis Fukuyama.
O concepto de Cibercirurx’a inclœe unha complementariedade entre
os cl’nicos e as m‡quinas Ñesencialmente os ordenadoresÑ e a integraci—n das diversas tecnolox’as dixitais
dentro do espacio do diagn—stico e o
tratamento cirœrxicos. O concepto inclœe tamŽn o uso habitual de tecnolox’as avanzadas como son a tecnolox’a
da interface humana e aparellos como
o da realidade virtual, a imaxe tridimensional, etc. Estas tecnolox’as
novas e moi avanzadas permiten
o desenvolvemento de novos conceptos como o de tele-medicina e tele-cirurx’a.
Segundo Richard Satava, do
Departamento de Cirurx’a da Yale
University School of Medicine, a visi—n
dun quir—fano do futuro est‡ baseada
no concepto fundamental do desenvolvemento destas novas tecnolox’as dentro dun ambiente no cal tanto a cirurx’a
coma a radiolox’a intervencionista
poden ser realizadas mediante a Ôimaxe
guiadaÕ.
247
A Cirurx’a axudada por ordenador ser‡ unha realidade nos anos vindeiros. Estas tecnolox’as ben desenvolvidas xa e utilizadas habitualmente na
industria, est‡n estendŽndose ‡ ‡rea do
tratamento cirœrxico a travŽs da colaboraci—n entre enxe–eiros, especialistas
en rob—tica, expertos en ordenadores e
cirurxi‡ns. Estes œltimos ter‡n que
comparti-las sœas necesidades e inquietudes cos especialistas, xa que as aplicaci—ns das tŽcnicas de cirurx’a guiada
pola imaxe e a rob—tica inclœen un
amplo espectro de especialidades
cirœrxicas que van desde a Neurocirurx’a ‡ Ortopedia pasando pola
Cirurx’a xeral.
O uso da cirurx’a asistida
por ordenador e dos robots proporcionaralle — cirurxi‡n maior precisi—n,
maior destreza, m‡is resistencia e m‡is
informaci—n. Por iso, sen ningunha
dœbida, o cirurxi‡n non poder‡ estar alleo a esta revoluci—n e ter‡ que
realizar un grande esforzo para po–erse ‡ altura das novas tecnolox’as e poder beneficiarse delas. O gran cambio representado pola cirurx’a laparosc—pica durante os dez œltimos anos Ž
practicamente anecd—tico se se compara cos que se producir‡n nas pr—ximas
dŽcadas. O cirurxi‡n est‡ ante o
momento m‡is revolucionario da
Cirurx’a. Conceptos cl‡sicos como o da
habilidade manual ser‡n substitu’dos
pola absoluta precisi—n do ordenador.
A man do cirurxi‡n ter‡ que se aliar
coa moderna tecnolox’a para non
perde-lo seu papel protagonista. Nunca tanto valor ter‡ a expresi—n do talen-
2 COLABORACION nueva
248
4/4/01
21:48
Página 248
Miguel Caínzos Fernández
to do cirurxi‡n coma nos pr—ximos anos, xa que pode asegurarse
que o mellor cirurxi‡n do futuro ser‡ o m‡is intelixente, non o m‡is
h‡bil.
Groth, C. G., Pancreatic Transplantation,
Philadelphia, W. B. Saunders
Company, 1988.Thorwald, J., El
Triunfo de la Cirug’a, Barcelona,
Ediciones Destino, 1960.
BIBLIOGRAFÍA
Glasscheib, H. S., El Laberinto de la
Medicina, Barcelona, Ediciones
Destino, 1964.
Ca’nzos, M., ÒDiscursos de Investidura
de D. Konrad Messmer como
Doutor Honoris CausaÓ, Imprenta
Universitaria, Universidade de
Santiago de Compostela, 1998.
Calne, R., Liver Transplantation,
Orlando, Grune & Stratton, Inc.
Harcourt
Brace
Jovanovich
Publishers, 2» edicion, 1987.
Caralps A., e outros, Trasplante de
Organos y Tejidos, Barcelona,
Ediciones Doyma, 1987.
Diccionario de los Premio Nobel de
Medicina, Noticias MŽdicas, 3.745 e
3.746, 97-111, 2000.
Dudrick, S. J., e outros, ÒCan intravenous feeding as a sole means
of nutrition support growth
in the child and restore weight
loss in an adult? An affirmative answerÓ, Ann Surg,
169: 974, 1969.
Ellis, H., Operations that made History,
Londres, Greenwich Medical
Media, 1996.
Fukuyama, F., La Gran Ruptura,
Barcelona, SQN Ediciones B,
2000.
Haeger K., Historia de la Cirug’a,
Madrid, Editorial Ra’ces, S.A.,
1993.
Kunin, C. M., e H. Y. Efrom, ÒProphylaxis in surgeryÓ, J Am Med
Ass, 137, 1977, 1003-1008.
La’n Entralgo, P., Historia Universal de la
Medicina, Barcelona, Salvat Editores, 1972.
ÒLa medicina del siglo XX, 1922Ó,
Diario MŽdico, 2000, 89-92.
ÒLa medicina del siglo XX, 1945Ó,
Diario MŽdico, 2000, 181-184.
ÒLa medicina del siglo XX, 1950Ó,
Diario MŽdico, 2000, 201-204.
ÒLa medicina del siglo XX, 1952Ó,
Diario MŽdico, 2000, 209-212.
L—pez Pi–eiro, J. M., ÒLa medicina en el
siglo XXÓ, La Aventura de la
Historia, Ano 2, nœm. 14, 1999, 29.
Perisat, J., ÒLaparoscopic cholecystectomyÓ, Am J Surg, 165, 1993, 444-449.
Rodr’guez, J. M., ÒUna ÔmiradaÕ apasionada al mundo de los trasplantes
card’acosÓ, Noticias MŽdicas, 3746,
2000, 12-17.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 249
A Cirurxía no século XX
249
Satava, R. M., Cybersurgery, Nova York,
Wiley-Liss, 1998.
el A–o 2020, Barcelona, Naturart,
S. A., 1993.
Starzl, T. E., El Hombre Puzzle. Memorias
de un Cirujano de Trasplantes,
Barcelona, J. R. Prous Editores
S. A., 1994.
Thorwald, J., El Triunfo de la Cirug’a,
Barcelona, Ediciones Destino,
1960.
Sutcliffe, J., e N. Duin, Historia de la
Medicina. Desde la Prehistoria hasta
____El Siglo de los Cirujanos, Barcelona,
Ediciones Destino, 1958.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 250
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 251
251
OS COMPUTADORES DO SÉCULO PASADO
SenŽn Barro Ameneiro*
Universidade de Santiago
de Compostela
îs meus fillos, Mateo e Dar’o.
Espero que sexan felices nese mundo
inzado de computadores no que lles
tocou vivir
1. INTRODUCCIÓN
Falar da historia da computaci—n
e facelo restrinx’ndonos — sŽculo que
acaba de rematar, Ž practicamente o
mesmo que facelo comezando en calquera instante anterior. ƒ certo que a
idea de computaci—n como tal xorde
moito antes do sŽculo XX, mesmo Ž
posible que sexa case tan antiga coma a
Humanidade, pero a computaci—n,
como hoxe se nos amosa a travŽs dos
computadores electr—nicos dixitais, Ž
pouco anterior ‡ minisaia ou —s enxe–os espaciais.
Nun interese constante por realizar artefactos que superen as nosas
limitaci—ns, logramos avantaxar case
t—dalas nosas capacidades f’sicas,
como correr, nadar ou levantar pesos, e
moitas das nosas incapacidades naturais, como voar ou vivir no espacio.
Somos quen de ve-lo infinitamente
pequeno ou arredado e de o’-lo que
resulta inaudible mesmo para os animais cos o’dos m‡is sensibles, pero
a’nda nos quedan por vencer artificialmente moitas das capacidades que
denominamos intelectuais. As’ como o
microscopio e o telescopio amplifican
en sentidos opostos as nosas posibilidades para ve-los obxectos do universo
no que vivimos, o computador Ž
actualmente a ferramenta que pretende
amplificar aquelas capacidades que
asociamos — noso —rgano m‡is preciado e desco–ecido: o cerebro. Deste
modo, se a revoluci—n industrial que
vivimos nos dous œltimos sŽculos se
desenvolveu mediante m‡quinas que
estenderon e magnificaron as nosas
capacidades f’sicas, a revoluci—n da
informaci—n na que agora estamos
inmersos basŽase en m‡quinas que
ampl’an e apoian algunhas das nosas
* Catedrático de Ciencias da Computación e Intelixencia Artificial.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
2 COLABORACION nueva
252
4/4/01
21:48
Página 252
Senén Barro Ameneiro
capacidades mentais. O avance foi
espectacular en moitos sentidos. A
capacidade de almacenamento, recuperaci—n e transmisi—n de informaci—n
Ž enorme e non deixa de medrar a un
ritmo exponencial; a potencia de c‡lculo dalgœns supercomputadores1 actuais c’frase en varios bill—ns de operaci—ns con nœmeros reais por segundo.
O campi—n no xogo do xadrez alimŽntase agora a cinco voltios2 e as probas
de explosi—ns nucleares, por fortuna,
est‡n deixando de facerse con plutonio
e pasan a realizarse con silicio. Sen
embargo, a’nda son moitas as capacidades do intelecto humano que o
computador nin sequera conseguiu
remedar. A nosa capacidade para expresarnos en linguaxe natural ou o sentido comœn, do que todos gozamos,
a’nda que, todo hai que dicilo, en moi
distinto grao, son s— algœns exemplos
que dificilmente encontrar‡n soluci—n
utilizando unicamente a Ôforza da computaci—nÕ en bruto.
O contido que segue tratar‡ de
recoller algœns dos fitos m‡is relevantes da historia da computaci—n, m‡is co
‡nimo de divulgar e promove-la reflexi—n ca co de sermos exhaustivos
Ñpensemos en que a simple enumeraci—n de t—dolos feitos que tiveron unha
influencia destacada na historia da
computaci—n demandar’a m‡is p‡xinas c‡s que se dedican a todo este artigoÑ.3 Se ben enfoc‡mo-lo noso obxectivo sobre o a’nda morno cad‡ver do
sŽculo XX e o desenvolvemento nel da
computaci—n dixital, non queremos
deixar f—ra do visor algo da ÔprehistoriaÕ do homo calculans e da posmodernidade computacional que xa estamos
comezando a vivir.
1 Os supercomputadores son os computadores máis potentes que existen en cada momento. O primeiro computador que se considerou dentro desta categoría foi realizado nos anos sesenta para o Departamento de Defensa estadounidense. O feito de que calquera computador persoal teña na actualidade unha capacidade de cálculo moi superior
ó dito supercomputador, dános boa conta do dinamismo que se produce neste eido. O resto dos computadores adoitan agruparse en xeral en mainframes, minicomputadores —computadores de moi altas e altas prestacións, respectivamente, pensados para atender un gran número de usuarios—, estacións de traballo e microcomputadores (os coñecidos como ‘pecés’) —orientados á súa utilización individual ou, en todo caso, por parte dun número reducido de
usuarios de forma simultánea—. Na actualidade están proliferando uns computadores de reducido tamaño e escasa
potencia de cálculo, que poderiamos denominar picocomputadores, entre os que son especialmente populares os asistentes dixitais persoais ou PDA (Personal Digital Assistants). Aínda que inicialmente están pensados para a súa utilización como axendas, calendarios, directorios de teléfonos, etc., xa comezaron a aparecer usos máis sofisticados deles,
como a navegación por Internet ou o apoio á telemonitorización de pacientes (S. Barro, J. R. Presedo, D. Castro, M.
Fernández-Delgado, S. Fraga, M. Lama e J. Vila, Intelligent Telemonitoring of critical-care patients. IEEE Engineering
in Medicine and Biology Magazine. Número especial sobre “Telemedicine”. Vol. 18, núm. 4,1999, 80-88).
2 S. Barro, “El campeón de ajedrez y la máquina que sabía sumar: la ficción científica (parte 1ª); la realidad (parte
2ª); la reflexión (parte 3ª)”, El Correo Gallego, Suplemento de Ciencia y Tecnología, núms. 85, 86 e 87, abril e maio de
1997.
3 O proxecto “Computing´s Millenium Timeline” está tratando de establece-los feitos máis importantes no ámbito das tecnoloxías da información ó longo dos últimos mil anos. Sexa cal sexa o resultado último, non cabe dúbida de
que tales feitos se aglutinarán ó final da liña do tempo, tal como parecen apiñarse as árbores que vemos ó final dunha
longa avenida.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 253
Os computadores do século pasado
2. A PREHISTORIA DA COMPUTACIÓN
O primeiro dispositivo de computaci—n co–ecido Ž o ‡baco, orixinario de
Babilonia (hoxe Iraq), hai uns cinco mil
anos. As sucesivas filas de doas ou
b—las dun ‡baco representan as unidades, decenas, centenas..., e en cada ringleira f’xase un nœmero concreto utilizando unha cantidade equivalente de
pezas. A pesar da sœa enorme sinxeleza, ou se cadra por iso mesmo, o ‡baco
permite que unha persoa adestrada
realice as operaci—ns aritmŽticas elementais cunha inusitada rapidez4 . As
moi posteriores regras de c‡lculo ou as
calculadoras mec‡nicas comparten,
sen—n na forma si no fondo, a idea
principal que guiou o invento do
‡baco: apoiar mecanicamente as persoas na realizaci—n de c‡lculos m‡is ou
menos complexos e repetitivos.
FixŽmonos en que os sistemas de
numeraci—n que se foron utilizando —
longo da historia da Humanidade non
sempre se axeitaron —s dispositivos de
computaci—n utilizados en cada momento. As’ ocorreu, por exemplo, cos
nœmeros romanos fronte — ‡baco ou
cos nœmeros de orixe ‡rabe que n—s utilizamos fronte ‡ codificaci—n que se
segue nos computadores dixitais.
Neste sentido, temos que pensar que
non existe un problema importante se
se realiza a correcta traducci—n no nivel
253
de entrada de datos e de lectura de
resultados entre o sistema de numeraci—n empregado Ôa manÕ e aquel utilizado internamente polo sistema de computaci—n elixido.
A’nda que posiblemente a m‡is
famosa m‡quina de calcular mec‡nica
se debe a Blaise Pascal (1623-1662),
hoxe en d’a considŽrase que a primeira
calculadora foi obra do profesor alem‡n Wilhelm Schickard (1592-1635),
constru’da en 1623, xusto o ano do
nacemento de Pascal. Non obstante, a
repercusi—n da obra de Pascal foi moito
maior. A sœa famosa Pascalina, realizada en 1642, cando Pascal s— contaba
dezanove anos de idade, Ž unha calculadora mec‡nica que opera mediante
rodas dentadas e pesas. Para sumar e
restar, a Pascalina xiraba as rodas,
rexistrando as’ os valores, e utilizaba as
pesas para realiza-la propagaci—n do
carrexo dunha roda a outra.
Máquina de calcular de Blaise Pascal, Conservatorio
Nacional das Artes e Oficios, París.
4 Nunha proba realizada en 1947, un xaponés cun ábaco enfrontouse a un estadounidense que usaba a máis
moderna calculadora electromecánica da época. O xaponés gañou en tódalas ocasións agás na realización de multiplicacións. É moi triste que os escenarios de enfrontamento entre os países representados por ámbolos contendentes
foran en ocasións ben distintos.
2 COLABORACION nueva
254
4/4/01
21:48
Página 254
Senén Barro Ameneiro
Os tres sŽculos seguintes ‡
aparici—n da primeira calculadora
mec‡nica viviron a chegada continua
de ideas e m‡quinas, se ben cada nova
realizaci—n foise apoiando dun modo
ou outro nas anteriores. En calquera
caso, probablemente as contribuci—ns
m‡is transcendentes se deban a
Charles Babbage (1791-1871). Refer’monos ‡ sœa M‡quina de Diferencias e
‡ sœa M‡quina Anal’tica. A’nda que
ningunha delas chegou a funcionar
plenamente, as sœas achegas considŽranse a base da moderna computaci—n.
Si podemos dicir que ningunha
m‡quina, por extraordinaria e complexa que sexa, Ž m‡is interesante c— seu
creador, isto Ž especialmente certo na
persoa de Babbage5 . ArgumŽntase con
frecuencia que foron as limitaci—ns
tecnol—xicas da Žpoca que lle tocou
vivir as que lle impediron conclu’-la
sœa obra. A falsidade deste argumento
pœxose de manifesto coincidindo co
bicentenario do seu nacemento, en
1991, cando o Museo da Ciencia de
Londres constru’u integramente unha
m‡quina de diferencias nœmero 2,
baseada nos planos de Babbage, utilizando exclusivamente tŽcnicas e materiais dispo–ibles a mediados do sŽculo
XIX. A m‡quina funcionou perfectamente tras solucionar un pequeno
nœmero de erros obvios encontrados
nos planos deixados por Babbage. O
proxecto continœa na actualidade, co
obxectivo de realiza-la parte dedicada
‡ impresi—n dos resultados sobre tarxetas perforadas.
O que case con total seguridade
impediu a Babbage finaliza-los seus
proxectos foi ese af‡n seu por constru’-la mellor das m‡quinas que a sœa
cabeza pod’a concibir. Como referendo
‡s mi–as palabras, gustar’ame lembrar
aqu’ a experiencia que m‡is tarde contar’a o matem‡tico John Fletcher
Mouton, da Universidade de Cambridge, sobre unha visita que lle fixo a
Babbage poucos anos antes da sœa
morte. A medida que Babbage lle ’a
ensinando os diferentes talleres nos
que — longo dos anos se fixeran os traballos de construcci—n das m‡quinas
de calcular dese–adas por el, o estado
de execuci—n destas era cada vez m‡is
pobre. Segundo Babbage, a execuci—n
de cada unha delas fora abandonada
cando unha nova proposta era mellor e
m‡is simple c‡ anterior, de tal modo
que o esforzo para levala a cabo integramente se antollaba menor que completa-lo dese–o previo. A œltima das
habitaci—ns, segundo Fletcher, non ti–a
nin trazas dunha m‡quina de calcular.
A resposta de Babbage foi a mesma:
ÒA’nda non est‡ constru’da, pero estou
traballando nela, e levar‡ menos tempo
constru’la enteira que o que supor’a
completa-la M‡quina Anal’tica desde o
estado no que a deixeiÓ. En fin, tamŽn
algœns pol’ticos levan unha traxectoria
semellante de eternas promesas de
mellora-lo que antes non conclu’ron,
ou ‡s veces nin sequera empezaron.
5 Charles Babbage and his Calculating Engines, publicación do Science Museum de Londres, 1998.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 255
Os computadores do século pasado
A primeira calculadora comercializada con certo Žxito co–eceuse co
curioso nome de Ôaritm—metroÕ. Foi
desenvolvida polo francŽs Charles
Xavier Thomas (1785-1870) Ñco–ecido
como Charles de ColmarÑ e foi merecedora da medalla de ouro da
Exposici—n Internacional de Londres,
en 1862. A m‡quina en cuesti—n daba
realizado as operaci—ns aritmŽticas
b‡sicas e calcular ra’ces cadradas con
precisi—n. O aritm—metro foi, polo
tanto, o primeiro exemplo da avidez
coa que estes aparellos eran desexados.
Debemos ter en conta que xa naquela
Žpoca comezaban a cobrar car‡cter de
necesidade; sirva como exemplo o feito
de que a realizaci—n das t‡boas do
censo de poboaci—n estadounidense
realizado en 1880, repetido cada dez
anos por mandato da sœa Constituci—n,
necesitou dun per’odo de m‡is de sete
anos para se completar. O seguinte
censo, de 1890, f’xose en Ôs—Õ dous anos
e medio, gracias a un plan de codificaci—n en tarxetas perforadas das respostas ‡s preguntas do censo e ‡ m‡quina
realizada por Herman Hollerith (1860-1929), que permit’a a sœa lectura e clasificaci—n. O Žxito da m‡quina de
Hollerith tivo a sœa continuaci—n na
Tabulating Machine Company, fundada por el en 1896. Seguro que o nome
desta compa–’a no lles di nada, a’nda
que quizais si lles soe o daquela que
naceu trala sœa fusi—n con outras
empresas: International Business
Machines Corporation, m‡is co–ecida
polo acr—nimo IBM.
255
O papel dos espa–ois nestes inicios da computaci—n non foi especialmente brillante, sacando, claro est‡, o
desempe–ado por Leonardo Torres
Quevedo (1852-1936), que fixo contribuci—ns de primera fila no ‡mbito da
autom‡tica e a computaci—n anal—xica.
Membro da Real Academia de Ciencias
de Madrid, desenvolveu diversas calculadoras e dous aut—matas electromec‡nicos para xogar — xadrez. A’nda que
non Ž este o lugar axeitado para destacar moitos outros inventos e mŽritos de
Torres Quevedo, perm’tanme dicirlles
unicamente que un telefŽrico dese–ado
por el segue a’nda marabillando a quen
o utiliza para cruza-las cataratas do
Ni‡gara.
3. A COMPUTACIÓN CONTEMPORÁNEA
Con certos matices, asœmese que
a computaci—n moderna ou computaci—n contempor‡nea comeza cos primeiros computadores electr—nicos
baseados en v‡lvulas ou tubos de baleiro e continœa ata os nosos d’as, dividida en catro xeraci—ns de computadores, as cales se identifican cos avances
m‡is significativos experimentados
polos dispositivos coa que os ditos
computadores se dese–aron: tubos de
baleiro, transistores, circu’tos integrados e microprocesadores, respectivamente. Asumiremos e seguiremos esta
forma de presenta-la evoluci—n dos
computadores, entendendo que as
fronteiras entre as sucesivas xeraci—ns
son cando menos difusas. Dedicaremos, con todo, unha maior atenci—n ‡
2 COLABORACION nueva
256
4/4/01
21:48
Página 256
Senén Barro Ameneiro
primeira e ‡ œltima, precisamente por
representaren, respectivamente, o
nacemento e a globalizaci—n da moderna computaci—n. En todo caso, Ž obrigado antes facer referencia a certos
fitos ou fundamentos te—ricos da computaci—n, a’nda que por limitaci—ns de
espacio imos reducilos a dous: a ‡lxebra de Boole e a m‡quina de Turing.
ÁLXEBRA DE BOOLE
A ‡lxebra de Boole recibe este
nome porque foi desenvolvida polo
matem‡tico inglŽs George Boole (1815-1864). Tr‡tase dun conxunto de s’mbolos, que poden representar nœmeros,
letras, obxectos, calquera cousa, en
definitiva, e regras para manexa-los
ditos s’mbolos. Deste modo, o mesmo
que no marco da aritmŽtica cl‡sica
Ò5+3=8Ó Ž certo, no marco da ‡lxebra
do Boole Òa E 1= aÓ tamŽn o Ž. As tres
operaci—ns l—xicas m‡is elementais da
‡lxebra de Boole son a negaci—n (Non),
a conxunci—n (E) e a disxunci—n (Ou).
Calquera operaci—n l—xica pode po–erse como combinaci—n destas tres operaci—ns primitivas. De feito, isto tamŽn Ž
certo se consideramos simplemente a
operaci—n negaci—n da conxunci—n
(Non E). Asumindo o c—digo binario
formado unicamente polos s’mbolos
Ò0Ó e Ò1Ó, a definici—n da operaci—n
ÒNon EÓ, que representaremos de
forma m‡is abreviada mediante o s’mbolo Ò*Ó, Ž a seguinte: 0*0=1, 0*1=1,
1*0=1, 1*1=0. Se establecemos unha
identificaci—n entre o valor ÒverdadeiroÓ e o Ò1Ó, o valor ÒfalsoÓ e o Ò0Ó e o
s’mbolo Ò*Ó e a negaci—n da conxunci—n de dœas proposici—ns l—xicas, que
s— poden ter valor verdadeiro ou falso,
resulta que o mesmo que Ò1*1=0Ó, a
negaci—n da conxunci—n de dœas proposici—ns verdadeiras d‡ un valor
falso6.
P—dese dicir que a obra de Boole
transportou a l—xica do terreo filos—fico
— matem‡tico.7 Ata ese momento, a xa
milenaria l—xica formal non superara o
siloxismo, un mŽtodo de razoamento
deductivo que parte dunha premisa
maior e unha menor para chegar a
unha conclusi—n, o que permite inferir,
por exemplo, que Òeu son mortalÓ a
partir do co–ecemento de que Òt—dalas
persoas son mortaisÓ e Òeu son unha
persoaÓ. O transcendental paso que
permite formalizar este e outros mŽtodos de razoamento e, con isto, facilita-la sœa computarizaci—n, debŽmosllo
en boa medida a Boole.
6 Calquera computador podería deseñarse simplemente sobre a base da combinación adecuada de operadores
lóxicos “Non E”. A Bioloxía ofrécenos exemplos aínda máis incribles de cómo se pode conforma-lo moi complexo a
partir de elementos extremadamente simples; un bo exemplo disto é o feito de que as “instruccións do programa xenético” dos organismos se codifiquen simplemente na orde na que aparecen no ADN as catro bases: adenina, timina,
guanina e citosina.
7 Dous foron os traballos clave neste sentido: “The mathematical analysis of logic. Being an essay towards a calculus of deductive reasoning” (Análise matemática da lóxica. Un ensaio cara ó cálculo do razoamento deductivo) e “An
investigation of the laws of thought” (Unha investigación das leis do pensamento), publicados no ano 1847 e 1854,
respectivamente.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 257
Os computadores do século pasado
MÁQUINA DE TURING
En 1937 publicouse nas actas da
Sociedade Matem‡tica de Londres un
artigo do a’nda mozo matem‡tico Alan
Turing, da Universidade de Cambridge, nado en Londres en 1912. Este
artigo, titulado ÒOn computable numbers with an application to the
EntscheidungsproblemÓ (Sobre os nœmeros computarizables cunha aplicaci—n — problema da decisi—n), est‡ considerado como unha das contribuci—ns
te—ricas m‡is relevantes ‡ l—xica matem‡tica e a computaci—n. Neste artigo
descr’bese unha hipotŽtica m‡quina,
co–ecida desde ent—n como m‡quina
de Turing, composta simplemente por
un dispositivo de lectura/escritura e
unha cinta de lonxitude infinita, segmentada en pequenas celas, — xeito
dun carrete fotogr‡fico sen fin. En cada
unha das celas das que se comp—n a
cinta pode almacenarse un s’mbolo, ou
deixala simplemente en branco. O s’mbolo escrito nunha cela pode ser reco–ecido polo dispositivo de lectura
cando este se sitœa nela. As’ mesmo,
ese dispositivo pode escribir calquera
s’mbolo na posici—n na que se atope en
cada momento. A lectura dun novo
s’mbolo por parte da m‡quina provocar‡ unha acci—n de resposta, que ser‡
funci—n do s’mbolo lido e o estado
interno da m‡quina no momento da
lectura. Deste modo, dous s’mbolos
idŽnticos, lidos en intres diferentes,
poden provocar respostas distintas da
m‡quina. Pense o lector nun simple
257
bol’grafo de Žmbolo; a mesma entrada
— sistema, consistente en pulsa-lo
Žmbolo, ter‡ consecuencias distintas,
concretamente que a punta do bol’grafo saia ou entre, en funci—n do estado,
punta dentro ou f—ra, respectivamente,
no que se encontre o bol’grafo no
momento de aplica-la dita entrada. A
m‡quina de Turing Ž tan simple que s—
pode facer tres cousas: le-lo contido
dunha cela e deterse; borrar un s’mbolo e escribir un novo; e, finalmente, ler
unha cela e moverse cara ‡ esquerda ou
a dereita. Hai dœas cousas que nos
marabillan sobre esta m‡quina: en primeiro lugar, que sendo tan simple
poida resolver case calquera problema
matem‡tico ou l—xico que se nos ocorra, mesmo utilizando unicamente un
c—digo binario, composto por uns e
brancos (ceros); en segundo lugar, a
xenialidade de Turing para poder pensar neste nivel de abstracci—n cando
a’nda non exist’a ningœn dispositivo
real que puidese asemellarse ‡ sœa
m‡quina Ñalgunha moi leve e sutil
inspiraci—n pod’a proceder, se acaso,
das m‡quinas de BabbageÑ. Hoxe
resulta evidente que a m‡quina de
Turing Ž basicamente un computador,
no que a cinta Ž a memoria de prop—sito xeral, capaz de almacenar non s—
datos sen—n tamŽn instrucci—ns, e o
dispositivo de lectura/escritura Ž a
unidade de procesamento central.
A m‡quina de Turing Ž unha formalizaci—n do concepto de algoritmo8
independente de calquera realizaci—n
8 A palabra algoritmo provén de Muhammad ibn Musa Al’Khowarizmi, quen no século XII desenvolveu o concepto
de proceso que hai que seguir para lograr algún obxectivo.
2 COLABORACION nueva
258
4/4/01
21:48
Página 258
Senén Barro Ameneiro
ou implementaci—n pr‡ctica deste. Un
problema dise computable se para el
existe un algoritmo e, polo tanto, unha
m‡quina de Turing que o resolva. E
aqu’ convŽn chama-la atenci—n sobre o
feito de que unha m‡quina de Turing
poida resolver ÔcaseÕ calquera problema m‡tem‡tico ou l—xico. Existen problemas que non se poden resolver
mediante unha m‡quina de Turing e,
polo tanto, entran na categor’a de problemas insolubles algoritmicamente.
xu’zo aceptou que se lle administraran
inxecci—ns de estr—xenos (como alternativa a unha pena de c‡rcere) que o
volveron impotente e, tal como el
mesmo manifestou a un seu compa–eiro de Cambridge, fixŽronlle medra-los
peitos. O 7 de xu–o de 1954 atop‡rono
morto logo de que inxerise, case con
toda seguridade de forma consciente e
voluntaria, cianuro pot‡sico.
Non t—dalas contribuci—ns de
Turing se mantiveron no terreo te—rico
Ñde feito, os que o co–eceron afirman
que sempre tivo un enorme interese
por todo tipo de experimentaci—n pr‡cticaÑ. Durante a Segunda Guerra
Mundial tivo un papel clave na realizaci—n dunha m‡quina electr—nica, denominada Colossus, que permitiu ÔrebentarÕ as mensaxes que os alem‡ns
cifraban a travŽs da complexa m‡quina
Enigma. Este feito tivo tal relevancia no
discorrer da guerra que, a’nda que non
se di que Turing fixo ga–a-la guerra,
hai quen afirma que poder’a terse perdido sen el.
Sen dœbida a obra de Turing
adiantouse — seu tempo e desgraciadamente tamŽn a sœa vida, que non foi
respectada pola sociedade brit‡nica da
Žpoca, para a cal a homosexualidade
era un crime. Nunha carta a un amigo,
dic’a: ÒTemo que o d’a de ma–‡ alguŽn
recorra — seguinte siloxismo: Turing cre
que as m‡quinas pensan; Turing dŽitase con homes; logo, as m‡quinas non
pensanÓ. En 1952 foi arrestado por
manter relaci—ns homosexuais e tralo
Alan Turing.
3.1 PRIMEIRA XERACIÓN
A historia dos computadores electr—nicos e, con eles, da computaci—n tal
e como hoxe a co–ecemos, ten unha
orixe difusa. O reco–ecemento — traballo pioneiro de John Vincent Atanasoff
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 259
Os computadores do século pasado
e Clifford E. Berry, que desenvolveron
en 1939 o primeiro prototipo de computador dixital, chegoulles en 1973,
tras un xu’zo que invalidou a patente
do computador ENIAC (Electronic
Numerator, Integrator, Analyzer, and
Computer), realizado por un equipo de
cient’ficos e enxe–eiros9 na Universidade de Pensilvania, en Filadelfia
(EUA). A pesar disto, en xeral Ž o
ENIAC o que adoita darse como referencia da orixe dos modernos computadores10 . Este computador posu’a
18.000 v‡lvulas, consum’a 100 quilowatts, ocupaba unha gran habitaci—n e
realizaba a suma de 5.000 nœmeros
decimais de dez d’xitos por segundo.
Esta capacidade de c‡lculo, que hoxe
nos parece rid’cula xa que Ž superada
por calquera calculadora de peto programable, era considerada enorme
naquela Žpoca.
Hai dœas consideraci—ns respecto
— ENIAC que resultan especialmente
importantes. En primeiro lugar o feito
de se tratar dun computador dixital de
prop—sito xeral, Ž dicir, un dispositivo
de computaci—n con capacidade de ser
reconfigurado para realizar tarefas
diferentes. Isto lŽvanos ‡ segunda consideraci—n, e Ž que a reconfiguraci—n
deb’a realizarse mediante a reorganizaci—n de miles de cables e conmutadores. O ENIAC, polo tanto, carec’a da
259
capacidade de almacena-lo programa
que se ’a executar, polo que non podemos consideralo un computador en
sentido estricto; polo menos, non se
temos en conta a sem‡ntica que hoxe
asociamos — dito termo. Precisamente,
esta limitaci—n foi discutida por un dos
dese–adores do ENIAC, J. Presper
Eckert, con John von Neumann, quen
deu m‡is tarde soluci—n — problema
introducindo o transcendental concepto de Ôprograma almacenadoÕ, como
substituto do Ôprograma de cablesÕ.
Para facŽrmonos unha idea do avance
que isto supuxo, perm’tanme comparalo co que supor’a que nunha œnica
etapa evolutiva pasasemos do r’xido
sistema nervioso dunha sambesuga ‡
plasticidade que posœe o cerebro dun
gato ou un can. Simplemente esta achega far’a que Neumann pasase —s anais
da historia da computaci—n con letras
de ouro, pero as sœas contribuci—ns
foron moitas m‡is. TamŽn foi el quen
levou — dese–o do EDVAC (Electronic
Discrete Variable Automatic Computer) a aritmŽtica binaria, como substituta da decimal, coa que operaba o
seu predecesor, o ENIAC. Sen embargo, o EDVAC s— existiu Ôsobre o papelÕ,
mentres que si foron realidade o
BINAC (BINary Automatic Calculator), de Eckert e Mauchly, e o EDSAC
(Electronic Delay Storage Automatic
9 Creo que é importante destacar que a computación é unha disciplina que se apoia nos modelos, os métodos e
as ferramentas das que se valen as ciencias para o seu avance, á vez que, por suposto, participa dos métodos de desenvolvemento e innovación tecnolóxicos. Presenta, polo tanto, esa compoñente ambivalente que posúen aquelas disciplinas que se nutren tanto do descubrimento como do invento.
10 A idea de utilizar tubos de baleiro para o deseño de computadores tivérona Atanasoff e Berry, entón na
Universidade de Iowa, ó deseñar en 1939 o ABC (Atanasoff-Berry Computer). O ABC nunca chegou a estar operativo
e si, máis tarde, o ENIAC.
2 COLABORACION nueva
260
4/4/01
21:48
Página 260
Senén Barro Ameneiro
Calculator), de Maurice Wilkes, desenvolvido na Universidade de Cambridge, Inglaterra. Ambos viron a luz
en 1949, pero o segundo uns meses
antes, polo que, case con total seguridade, podemos consideralo como o
primeiro computador dixital electr—nico de programa almacenado totalmente operativo.
O computador ENIAC foi inicialmente desenvolvido para a sœa utilizaci—n militar durante a Segunda Guerra
Mundial, a’nda que en realidade non
se rematou ata dous meses despois do
final desta. O seu pulo ‡ computaci—n
Xeraci—n
Inicio
Primeira
1951
Segunda
Terceira
Cuarta
Quinta
Elementos
de dese–o
moderna foi decisivo. De feito, dous
dos creadores do ENIAC, John
Mauchly, da Universidade de Pensilvania, e o mencionado Eckert, fundaron unha compa–’a para desenvolver
unha versi—n comercial do ENIAC,
co–ecida como UNIVAC. Con isto
deron paso — principio da fin da posesi—n case en exclusiva dos computadores por parte dos militares e dun
reducido colectivo de cient’ficos e enxe–eiros. Algœns historiadores da computaci—n sitœan o comezo da primeira
xeraci—n de computadores coincidindo
con este feito, ocorrido no ano 1951.
Programaci—n
Memoria
Tubos
de baleiro
Linguaxes
m‡quina e
ensamblador
Tambores
e cintas
magnŽticas
1960
Transistores
Linguaxes
de alto nivel
1967
Circu’tos
integrados
Linguaxes
orientadas
a aplicaci—ns
1975
Microprocesador
Orientada
a obxectos
À-?
Software
baseado en
Intelixencia
Artificial
Orientada
‡ aprendizaxe
PerifŽricos
de entrada
e sa’da
de datos
Procesamento
Exemplo
Tarxetas
perforadas
Por lotes
UNIVAC-I
Nœcleos e
discos
magnŽticos
Teclado e
monitor
Tempo
compartido
PDP-8
Discos
magnŽticos
e Floppy
Rato
Distribu’do
B3500
Multiprocesamento
IBM-PC
Ubicuo
À-?
Memorias de
semiconImpresora
ductor,
l‡ser
CD-ROM,
DVD
Org‡nica
Interface
en linguaxe
natural
Táboa I. Distintas xeracións de computadores e algúns dos feitos máis destacados que as acompañaron.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 261
Os computadores do século pasado
261
reclamo: ÒÀCanto d‡ a ra’z cœbica da
dŽcimo sexta potencia do nœmero
2589? ÁO computador ENIAC da armada pode darche a resposta nunha fracci—n de segundo!Ó, ou a afirmaci—n dun
dos fundadores de IBM en relaci—n a
que uns poucos IBM 701 Ño primeiro
computador comercializado por esa
firmaÑ, ser’an suficientes para atende-las necesidades mundiais de computaci—n, ilustran, a’nda que sexa dun
modo anecd—tico, o hiperoptimismo
reinante naquela Žpoca.
3.2 SEGUNDA XERACIÓN
O ENIAC arriba e o UNIVAC abaixo, que foi a versión
comercial do primeiro. (Tomado de Quest, Edit. Rialp).
O invento do transistor en 1947
cambiou radicalmente a forma na que
continuar’an desenvolvŽndose os sucesivos computadores, dando paso ‡ sœa
segunda xeraci—n. Isto non sucedeu,
non obstante, ata que en 1960 comezaron a dese–arse os computadores
mediante transistores, substitu’ndo as
inmensas v‡lvulas de baleiro. î contrario que os tubos de baleiro, os transistores son pequenos, te–en un baixo
consumo e disipan pouca calor, ademais de ser m‡is r‡pidos na conmutaci—n entre estados e moito m‡is fiables
no seu funcionamento.
Coma case sempre ocorre durante
a curva de desenvolvemento dunha
tecnolox’a, nesta Žpoca viviuse un
exceso de optimismo en canto ‡s posibilidades que os computadores po–’an
— noso dispor. As referencias —s computadores da Žpoca como Ôcerebros
electr—nicosÕ, a chamada — alistamento
da armada estadounidense baixo o
Durante esta Žpoca resulta especialmente destacable o amplo desenvolvemento das linguaxes de programaci—n de alto nivel Ñcon expresi—ns
que posœen unha sintaxe relativamente
pr—xima ‡ linguaxe naturalÑ. O
COBOL (Common Business Oriented
Language), por exemplo, apareceu en
1960 e foi a linguaxe m‡is utilizada
durante dœas dŽcadas. Ignorada
2 COLABORACION nueva
262
4/4/01
21:48
Página 262
Senén Barro Ameneiro
despois, o seu uso foi recuperado nos
œltimos anos para ÔremendarÕ os programas incapaces de empezar con bo
pŽ o ano 2000.
Son dœas as empresas e os computadores que marcaron en boa medida esta Žpoca: a serie de computadores
System/360 de IBM e o PDP-8 de Digital Equipment Corporation, este œltimo o primeiro verdadeiro minicomputador. Sen embargo, foron os avances
introducidos nas linguaxes de programaci—n e nos sistemas operativos os
que deron un grande pulo ‡ utilizaci—n
dos computadores durante esta segunda xeraci—n. Se os sistemas operativos
da dŽcada dos cincuenta buscaban fundamentalmente mellora-lo rendemento
da m‡quina, algœns dos avances realizados durante esta Žpoca Ñcomo a
aparici—n dos sistemas de tempo compartido, achega de Fernando Corbat—,
do MIT (Massachusetts Institute of
Technology)Ñ devolveron boa parte
do control da m‡quina —s usuarios.
Este feito acentuouse na seguinte xeraci—n, de tal modo que sistemas operativos tan populares como o UNIX, que
comezaron a desenvolver en 1969
Dennis Ritchie e Kenneth Thompson,
responden precisamente a esta filosof’a.
3.3 TERCEIRA XERACIÓN
En 1958, Jack St. Clair Kilby e
Robert Noyce realizaron o primeiro circu’to integrado ou chip, incorporando
mœltiples transistores e outros dispositivos electr—nicos nunha œnica oblea de
silicio. O primeiro circu’to integrado
comercial apareceu en 1961, fabricado
por Fairchild Corporation. Con todo,
houbo que agardar ata 1967 para que
os computadores comezasen a fabricarse mediante esta tecnolox’a, dando
paso ‡ co–ecida como terceira xeraci—n
de computadores. Os primeiros computadores que incorporaron circu’tos
integrados foron os B2500 e B3500 de
Burroughs.
Desta Žpoca son dous dos avances
que m‡is incidencia tiveron na que
hoxe tendemos a denominar como
sociedade da informaci—n: o concepto
de Ôrede de ‡rea globalÕ, desenvolvido
como parte do proyecto ARPANet,
embri—n da hoxe ubicua Internet, e o
de Ôrede de ‡rea localÕ, a travŽs da
invenci—n de Ethernet por Robert
Metcalfe, en Xerox PARC.
Se se me permite un comentario
un tanto ‡ marxe, direilles que tamŽn
foi durante esta terceira xeraci—n, concretamente en 1968, cando se asumiu
o est‡ndar de seis d’xitos para a representaci—n da data (AAMMDD), algo que, como todos saben, hab’a traernos moitos crebacabezas nos œltimos
anos.
3.4 CUARTA XERACIÓN
En 1969, unha compa–’a xaponesa fabricante de calculadoras, Busicom,
pediulle ‡ empresa Intel o desenvolvemento dun conxunto de circu’tos integrados para unha li–a nova de calculadoras electr—nicas programables que
desexaba lanzar — mercado. A sœa idea
era ofrecer unha serie de calculadoras
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 263
Os computadores do século pasado
con diferentes capacidades e opci—ns.
O enxe–eiro de Intel, Maurice E. Hoff,
f’xose cargo do proxecto11 . As experiencias previas neste sentido sempre
foran acompa–adas do redese–o dos
circu’tos cada vez que cambiaban as
especificaci—ns do producto final. Hoff
pensou que ese redese–o poder’a evitarse se consegu’a desenvolver un circu’to l—xico de prop—sito xeral, que
puidese programarse, igual c‡ unidade
de procesamento central dun computador. O resultado foi o Intel 4004, o primeiro microprocesador da historia12 .
Despois de case trinta anos de evoluci—n, hoxe vŽmo-lo 4004 como un
microprocesador tremendamente simple; 2.250 transistores e 60.000 operaci—ns por segundo son cifras moi
apartadas das que ofrecen os microprocesadores m‡is recentes, que integran varios mill—ns de transistores. En
calquera caso, resulta moi significativo
que un circu’to integrado tivese unha
capacidade de c‡lculo unha orde de
magnitude maior ca un computador
como o ENIAC, do que se daban o
tama–o e peso en metros cœbicos e
toneladas, respectivamente.
Busicom recibiu o resultado do
seu encargo en forma de catro circu’tos
263
integrados: o microprocesador propiamente dito, a memoria RAM Ñmemoria de acceso aleatorioÑ, para o almacenamento temporal de datos, a
memoria ROM Ñmemoria s— para lecturaÑ destinada — almacenamento
permanente das instrucci—ns que defin’an en cada caso un dispositivo ou calculadora concreta, e un circu’to de
entrada/sa’da para o di‡logo entre o
microprocesador e o Ômundo exteriorÕ.
Busicom obtivo unha brillante soluci—n
—s seus problemas Ño que, sen embargo, non lle serviu para evita-la sœa
desaparici—n anos m‡is tardeÑ e a
Humanidade recibiu un dos inventos
que m‡is dinamizaron as tecnolox’as
da informaci—n e as comunicaci—ns, e
con elas as nosas vidas.
Particularmente transcendente no
haber do microprocesador foi o desenvolvemento do computador persoal,
polo que supuxo de globalizaci—n da
computaci—n. Non pasaron moitos
anos des que Steve Jobs e Steve
Wozniak fixeron realidade a sœa idea
de crear un microcomputador Ñun
computador baseado nun microprocesadorÑ tan simple que puidese utilizarse directamente tras sacalo da sœa
caixa e enchufalo, como facemos, por
11 S. Barro, «Ponga un microprocesador en su vida», El Correo Gallego, Suplemento de Ciencia y Tecnología,
núm. 70, 24 de novembro de 1996.
12 Un microprocesador é o corazón dun computador integrado nun único chip —unha lámina de silicio envolta
nunha cápsula, que se comunica con outros dispositivos a través dunha serie de filamentos ou patillas—. Nun microprocesador inclúese a unidade encargada de realizar operacións aritméticas e lóxicas básicas (unidade aritmético-lóxica) e a unidade de control, encargada de le-las instruccións que compoñen un programa que se vai executar, de descodificar (interpretar) as ditas instruccións e de facer que o conxunto de elementos que soportan a computación operen
ordenadamente e nos momentos precisos, para conseguir así a execución correcta do dito programa.
2 COLABORACION nueva
264
4/4/01
21:48
Página 264
Senén Barro Ameneiro
Nœmero de transistores por chip
Nœmero de instrucci—ns por segundo
Táboa II. Complexidade, en número de transistores por chip, e potencia, en número de instruccións executadas por
segundo, dalgúns dos microprocesadores de Intel. (Fonte: http://www.i-probe.com/i-probe/ip_intel.html).
exemplo, cun electrodomŽstico13.
Pouco despois da fundaci—n de Apple
Computer Inc., en abril de 1977, o
Apple II14 , con monitor, teclado, unidade de disco flexible e sistema operativo, viu a luz e con el naceu realmente
a revoluci—n do ordenador persoal,
definitivamente potenciada, sen dœbida, por tres ÔmegaempresasÕ do sector
da inform‡tica: Intel, mediante os seus
microprocesadores, IBM, verdadeira
art’fice da difusi—n do ordenador persoal ou PC, e Microsoft, que achega o
software, cos sistemas operativos como
a meni–a dos seus ollos.
Se a cuarta xeraci—n de computadores se asocia — microprocesador, non
cabe dœbida que esta a’nda est‡ en
marcha e non perdeu vixencia. Os esforzos por fabricar microprocesadores
m‡is potentes e vers‡tiles son continuos e parece que seguir‡n dando froitos a’nda uns anos m‡is. A xa famosa
Lei de Moore, enunciada a principios
dos setenta por Gordon Moore, cofundador de Intel, as’ o constata; Moore
observou durante os primeiros anos a
relaci—n prezo/prestaci—ns dos chips
desenvolvidos para o dese–o de computadores, e base‡ndose nisto predixo
13 Se ben se asume que o primeiro computador persoal é o Altair 8800, considerar como tal un computador que
carecía dos máis elementais periféricos é, cando menos, un exceso.
14 Recordo que nos últimos cursos da carreira os alumnos faciamos cola diante do único computador do que dispuñamos para realiza-las prácticas, precisamente unha versión avanzada do Apple II, tal como agora facemos para
sacar diñeiro dun caixeiro automático ou, segundo conta meu pai, como se facía cando el era neno coa cartilla de racionamento na man.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 265
Os computadores do século pasado
que a capacidade destes se dobrar’a
cada ano (en realidade isto vŽn
ocorrendo cada ano e medio, aproximadamente). En boa medida, esta lei
segue vixente (t‡boa II) e Ž previsible
que se mante–a ata que se alcancen os
l’mites f’sicos en canto a integraci—n de
transistores mediante a tecnolox’a do
silicio [Bohr, 1998]. En calquera caso, o
principal valor non se encontra no
soporte f’sico sen—n no soporte l—xico
e, en maior medida, na informaci—n e o
co–ecemento. Como mostra, un bot—n:
fixŽmonos na evoluci—n da facturaci—n
experimentada por Microsoft desde a
sœa fundaci—n, en 1975 (t‡boa III), ou o
a’nda m‡is explosivo incremento de
valor de empresas que venden informaci—n, como Yahoo!, que pasou en
moito menos tempo a ÔvalerÕ varios
bill—ns de pesetas.
Perm’tanme que analice con algo
de calma a evoluci—n que experimentou na sœa facturaci—n Microsoft, e que
amosa c—mo basicamente se foi do-
265
brando cada dous anos. Este fen—meno, con certos matices, Ž semellante
noutras empresas do sector. Se vostedes mo permiten, e o propio Bill Gates,
cofundador e presidente de Microsoft,
gustar’ame denominala ÔLei de BarroÕ,
e non precisamente como agoiro dun
futuro pouco prometedor para esa
empresa. FixŽmonos en que nesta ocasi—n non falamos de duplicar prestaci—ns, sen—n o volume de negocio, que
Ž algo ben distinto. En calquera caso,
este fen—meno pode ter unha relaci—n
importante co que concreta a Lei de
Moore. î se duplica-lo nœmero de
transistores nun circu’to integrado,
dupl’canse basicamente as sœas prestaci—ns. Este feito vai acompa–ado dun
incremento das aplicaci—ns ‡s que
pode destinarse e da utilidade destas, pero, sobre todo, promove o
ÔaxigantamentoÕ dos programas xa
existentes, que se van dotando de
novas posibilidades, moitas delas, a
dicir verdade, bastante estŽriles
Ñmentres escribo para vostedes este
Anos
Táboa III. Evolución da facturación da empresa Microsoft.
(Fonte: http://www.microsoft.com/MSCorp/Museum/timelines/microsoft/timeline.asp).
2 COLABORACION nueva
266
4/4/01
21:48
Página 266
Senén Barro Ameneiro
artigo, por exemplo, estou utilizando o
procesador de textos nun nivel que
seguramente non alcanza o 5 % das
sœas opci—nsÑ. A utilidade derivada
dunha tecnolox’a evoluciona en xeral
de modo logar’tmico en relaci—n —
avance ou crecemento desa tecnolox’a,
de tal xeito que se esta œltima medra
exponencialmente, a primeira s— o far‡
linealmente. Sen embargo, as empresas
que achegan utilidade ‡ tecnolox’a
am‡–anse para creceren exponencialmente, en xeral, creando e mantendo
falsas necesidades en n—s, os seus
clientes.
desenvolvemento de computadores
especialmente adecuados para a execuci—n de programas escritos na dita linguaxe. Tralo fracaso deste plan, no ano
1991 os xaponeses decidiron saltarse
directamente a quinta xeraci—n de computadores e dar paso ‡ sexta, baseada
nas redes neuronais artificiais. Non
deixa de sorprenderme esta brusca
transici—n entre dous paradigmas de
computaci—n tradicionalmente enfrontados, como son a computaci—n l—xica
(simb—lica) e a computaci—n neuronal
(subsimb—lica), tan allea — usual eclecticismo e ‡ formulaci—n conciliadora dos
orientais.
4. ¿QUINTA XERACIÓN?
Por outra parte, hai quen considera que xa levamos algœn tempo na
quinta xeraci—n, da man dos computadores masivamente paralelos; ou que
se est‡ entrando actualmente, co apoio
das tecnolox’as das telecomunicaci—ns,
baixo o concepto da computaci—n ubicua. Se os primeiros centros de c‡lculo
se organizaban arredor dun ordenador
de altas prestaci—ns, con capacidade de
atende-las necesidades de mœltiples
usuarios conectados a el simultaneamente: Ôun computador para moitas
persoasÕ, e despois viv’mo-lo slogan
das compa–’as l’deres do sector inform‡tico, tanto de hardware como de software: Ôun computador en cada despacho ou mesaÕ15, actualmente estamos
Se ben xa existiu un intento por
dar paso ‡ denominada Ôquinta xeraci—n de computadoresÕ, este non tivo
Žxito. Polo menos non na forma na que
os xaponeses concibiron o que, sen
dœbida, foi un dos seus m‡is ambiciosos ÔmegaproxectosÕ tecnol—xicos,
comunmente denominado proxecto da
m‡quina Prolog. Foi iniciado polo
Ministerio de Comercio e Industria
xaponŽs en 1982 e fixo Žnfase no uso
intensivo da linguaxe de programaci—n
l—xica Prolog Ñdesenvolvido por
Alain Colmerauer, da Universidade de
Marsella, unha dŽcada antesÑ e no
15 Conseguilo non foi unicamente mérito de IBM ou doutras empresas dedicadas a ofrecernos computadores cada
vez máis potentes e baratos. Tamén contribuíu decisivamente a isto a facilidade coa que case calquera persoa pode utilizar estes ordenadores, mesmo sendo lega en temas informáticos. As interfaces baseadas en iconas, que tantos beneficios deron a Bill Gates, son unha idea orixinal do centro de investigación en Palo Alto, Estados Unidos, pertencente
á empresa Xerox Corporation. Steven Jobs, cofundador de Apple, visitou o centro a principios dos oitenta e tomou boa
nota do computador Xerox Star, o seu rato, a súa pantalla gráfica e a interacción co usuario baseada en iconas. Sen
dúbida esta visita tivo un claro reflexo no Macintosh.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 267
Os computadores do século pasado
asistindo — imparable avance dunha
forma de computaci—n que ben poder’a
atender — lema de: Ômoitos computadores — servicio de calquera persoaÕ. De
calquera xeito, e se mo permiten, a min
gustar’ame reserva-la consideraci—n de
quinta xeraci—n a un tipo de computadores que a’nda est‡ por chegar. Sen
prexu’zo de que vaian aparecendo
novos avances no terreo do hardware
que supo–an achegas, se non revolucionarias si significativas abondo como
para merece-la dita consideraci—n,
penso que un avance cualitativo ter‡
que vir da man do software e, m‡is concretamente, daquel que asociamos
cunha rama das ciencias da computaci—n co–ecida co nome de Intelixencia
Artificial.
O termo ÔIntelixencia ArtificialÕ
foi acu–ado en 1956 por John
McCarthy, do MIT, no hemisferio da
primeira xeraci—n de computadores.
Sen embargo, a’nda non contribu’u
dun xeito definitivo a introducirnos
nesa quinta xeraci—n que, como dixen,
ha apoiarse m‡is nos avances no software e non tanto no hardware. Raymond
Kurzweil, presidente da Kurzweil
Technologies Inc., asegura no seu libro
La era de las m‡quinas espirituales, que
cun PC de mil d—lares do ano 2020 se
alcanzar‡ a capacidade do cerebro
humano Ñaproximadamente 100.000
mill—ns de neuronas e 100 bill—ns de
conexi—nsÑ, e que no ano 2050 a sœa
potencia ser‡ equivalente a mil mill—ns
de cerebros humanos. Sen embargo,
267
non Ž o mesmo potencia de c‡lculo ou
de computaci—n ca intelixencia. O
supercomputador m‡is potente actualmente non ser‡ moito m‡is intelixente
c— m‡is simple dos ordenadores persoais, se ambos se programan, por
exemplo, para a resoluci—n de ecuaci—ns diferenciais. En calquera caso,
creo oportuno reproducir unha interesante reflexi—n de Vicente Campos16,
cando sinala que o abismo que separa a
expresi—n Òo computador Ž un instrumento que serve para calcularÓ de Òo
computador calculaÓ, non Ž moi distinto do que hai entre Òo garfo Ž un
A base para construír un ordenador seguindo o modelo
do cerebro humano sería o biochip. Estes pola súa vez
estarían construídos a base de moléculas de proteinas
como a que aquí se pode ver nunha imaxe de ordenador.
16 “Tecnofilia y Tecnofobia”, Anthropos, núm. 164, 1995, páxs. 79-82.
2 COLABORACION nueva
268
4/4/01
21:48
Página 268
Senén Barro Ameneiro
instrumento que serve para comerÓ de
Òo garfo comeÓ. O que o segundo desprazamento sem‡ntico pareza unha
tonter’a e o primeiro non, non Ž m‡is
que un sinal de que a transformaci—n
xa est‡ en curso.
Os computadores de quinta xeraci—n dar‡n unha maior importancia —s
seus ÔsentidosÕ, xa que dedicar‡n proporcionalmente cada vez m‡is recursos
‡ entrada e sa’da de informaci—n do
exterior e menos — seu procesamento
interno. En definitiva, o que estamos
dicindo Ž que nos imiten un poco m‡is
na sœa organizaci—n. Este proceso estase a dar de forma progresiva. Nos primeiros computadores, o proceso de
introducir informaci—n era francamente laborioso e lento. Desde a utilizaci—n
inicial de caravillas para a interconexi—n de circu’tos espec’ficos e as tarxetas perforadas, que apareceron poucos
anos despois, as cousas foron mudando notablemente. Hoxe non nos conformamos con ter un teclado sofisticado, unha pantalla de moi alta
resoluci—n e capaz de reproducir
mill—ns de cores, ou unha impresora
veloz e silenciosa. A isto unimos unha
plŽtora de novos dispositivos como o
rato, o CD-ROM, a conexi—n a rede, o
esc‡ner, a c‡mara, o micr—fono, os altofalantes, tarxetas de adquisici—n e xeraci—n de sinais anal—xicos, por non falar
dos narices electr—nicos ou os sintetizadores de olores, que a’nda dan os seus
primeiros pasos. Estes medios para
percibi-lo contorno e actuar sobre el
requiren unha crecente capacidade de
computaci—n por parte dos computadores, que ven c—mo se despraza a sœa
potencia de c‡lculo desde o seu nœcleo
‡ periferia. Segundo apunta Michael
Dertouzos, director do Laboratory for
Computer Science do MIT, nos anos
setenta s— o dez por cento das ordes do
ordenador se refer’an a aparellos de
entrada-sa’da, como pantallas, impresoras e teclados. A maior’a das ordes
dedic‡banse a operaci—ns que transformaban a informaci—n interna do ordenador. A mediados dos noventa, esa
proporci—n subiu — oitenta e cinco por
cento17 .
Eses computadores da quinta
xeraci—n deber‡n permitirnos dialogar
con eles dunha forma case natural.
A’nda que xa se levan dado algœns
pasos firmes neste sentido, andamos
lonxe de conseguilo. ÀLembran o computador HAL 9000 da pel’cula 2001,
odisea en el espacio? Nese fime HAL gu’a
a nave Discovery nunha misi—n secreta,
mostrando unha autonom’a de funcionamento sorprendente e interaccionando cos membros da tripulaci—n en linguaxe natural, coma se fose un m‡is
deles. ÀPoder’a hoxe en d’a constru’rse
un ordenador capaz de emula-lo HAL nas sœas competencias? A
resposta ten dous matices ben diferenciados, segundo nos centremos nunha perspectiva m‡is pr—xima ‡ tecnolox’a dos computadores ou — campo da
intelixencia artificial. A tecnolox’a dos
computadores xa permitiu constru’r
17 M. L. Dertouzos, What Will Be: How the New World of Information Will Change Our Lives, Nova York,
HarperEdge Publishers, 1997.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 269
Os computadores do século pasado
269
Os beneficios e posibilidades dos
computadores son tan evidentes que
non creo que pague a pena insistir aqu’
neles. Pola contra, coido que nunca est‡
de m‡is incidir nalgœns aspectos da sœa
cara menos agradable. A dependencia
‡ que nos est‡n sometendo, o seu compo–ente inescrutable, o acento que
po–en nos desequilibrios sociais ou o
illamento que poden inducir en n—s,
son algœns dos trazos que definen esa
cara con m‡is intensidade.
hoxe o facemos ter’an sido misi—ns
imposibles sen a participaci—n dos
computadores. Isto non nos permite
dicir, por suposto, que o computador Ž
o invento m‡is relevante, pero si que Ž
un dos que, co tempo, e dun modo crecente, alcanzaron o status de imprescindible. A sanidade, a industria, a
investigaci—n, as comunicaci—ns, o
ocioÉ, para quŽ seguir enumerando,
practicamente todo aquilo no que
podemos pensar, ten unha crecente
dependencia dos computadores.
Resulta un exercicio interesante Ñque
lles recomendo que fagan nalgunha
ocasi—nÑ pensar naquilo que non
poderiamos facer — longo dun d’a normal da nosa vida se non existisen os
computadores. O computador co que
estou escrib’ndolles, os mœltiples
microcontroladores que incorpora o
meu coche, calquera coche, o telŽfono
m—bil, o caixeiro autom‡tico, o control
da iluminaci—n nas rœas e sem‡foros, a
televisi—n, o equipo de mœsica, a lavadora, a c‡mara de v’deo, as m‡quinas
expendedoras, as dos aparcamentos, os
surtidores de gasolina, estean trucados
ou non, os xoguetes dos meus fillosÉ
Superado xa o sŽculo XX, Ž
momento de facer balances e un deles
lŽvanos a tratar de concretar aqueles
inventos que foron m‡is relevantes
para a Humanidade. ƒ certo que os
avi—ns, a televisi—n, a radio, os foguetes, que nos permitiron chegar ‡ lœa,
son inventos sen os cales o mundo non
ser’a hoxe como Ž. Pero tamŽn Ž certo
que a televisi—n e a radio se est‡n dixitalizando, e chegar ‡ lœa ou voar como
ç marxe dos erros intencionados
e os virus inform‡ticos, os erros ou
defectos causados inconscientemente,
tanto no soporte f’sico coma no soporte
l—xico, son bombas latentes de repercusi—ns impredicibles. O primeiro erro ou
bug Ñtraducible como ÔbechoÕÑ, produciuse no computador Harward
Mark II, e foi descuberto no ano 1945
por Grace Murray Hopper. A causa
dun fallo nun relŽ foi un caruncho, tal
computadores capaces de realizar
bill—ns de operaci—ns por segundo
(Teraflops). Con todo, a intelixencia
artificial, ‡ que se lle atribuir’a a responsabilidade de dota-la armaz—n de
c‡lculo de HAL de capacidades propias dos seres intelixentes e, en œltima
instancia, propias do ser humano, non
logrou avanzar tanto. ÀLograrŽmolo no
sŽculo que acaba de nacer? DŽixolle o
privilexio de responder a quen no ano
2100 se dirixa a vostedes desde esta
mesma revista.
5. ¿ONDE ESTAMOS?
2 COLABORACION nueva
270
4/4/01
21:48
Página 270
Senén Barro Ameneiro
como recolle a documentaci—n que se
garda no Museo Nacional de Historia
Americana, en Washington D. C.
(figura 1). Recentemente asistimos a
dous erros bastante m‡is serios. Un
deles afectou o dese–o do microprocesador Pentium e foi detectado por un
usuario especialmente tenaz e competente, o que obrigou a Intel ‡ substituci—n de miles deles xa incorporados
nos computadores doutros tantos
usuarios. Doutra ’ndole foi o problema
inform‡tico do ano 2000, derivado da
incapacidade dalgœns computadores e
programas inform‡ticos para operaren
adecuadamente cos d’as posteriores —
31 de decembro de 1999. Neste caso
tratouse m‡is dun problema de ÔcaducidadeÕ de certos sistemas inform‡ticos
que dun verdadeiro erro de dese–o. Se
me permiten a iron’a, supuxo o invento dos sistemas inform‡ticos con data
de caducidade. Estes defectos non son,
nin moito menos, casos illados. Os
erros inform‡ticos, sobre todo nos programas ou software, son moi comœns,
a’nda que as sœas repercusi—ns non
alcancen nin de lonxe as que tivo o
comentado problema do ano 2000
Ñlimit‡ndonos — terreo estrictamente
econ—mico, foi o erro m‡is custoso para
a humanidade, sacando a Segunda
Guerra MundialÑ. A complexidade de
moitos programas e o car‡cter cr’tico
dalgunhas das aplicaci—ns abordadas Ž
tal que cada vez resulta m‡is dif’cil
depuralos18. Sabemos que o sistema
operativo Windows 98, por exemplo,
foi parcheando os mœltiples erros que
se foron detectando despois de iniciada
a sœa comercializaci—n. Estes erros
poden ter gran transcendencia cando
permiten que os sistemas sexan ÔviolentadosÕ por usuarios non autorizados. O principal problema Ž que moitos
destes fallos pasan desapercibidos ata
que un cœmulo de circunstancias delata un mal funcionamento do sistema, o
que pode resultar banal, se unicamente
sup—n que a nosa tarxeta de dŽbito
quede retida nun caixeiro autom‡tico,
ou fatal, se afecta o software de control e
supervisi—n dunha central nuclear, por
exemplo.
Figura 1. O primeiro caso real de bug ou erro informático, documentado dunha forma moi orixinal.
18 É máis, a limitación das máquinas de Turing para poder determinar de calquera programa se este terá fin ou
continuará executándose indefinidamente, pode enunciarse tamén como a imposibilidade para dotar calquera das linguaxes de programación que utilizamos dun depurador de erros infalible.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 271
Os computadores do século pasado
Xa dixemos que en boa medida o
microprocesador, e con el o ordenador
persoal, deron lugar a un proceso
imparable de globalizaci—n da computaci—n, impulsado definitivamente
polo fen—meno Internet. ƒ certo, pero
debemos ter moi presente que non Ž o
mesmo globalizar que socializar. A
separaci—n entre as naci—ns ricas e as
pobres, que comezara a estreitarse despois da Segunda Guerra Mundial,
cami–a en sentido inverso trala introducci—n masiva dos computadores, e
dificilmente isto Ž unha simple coincidencia. Por suposto que a tecnolox’a Ž
neutra e Ž o uso ou o abuso que se faga
dela o que resultar‡ — cabo bo ou malo.
Pero, coma case sempre, calquera novo
punto de apoio serve para manexar
m‡is eficazmente a panca coa que as
clases medias (n—s) manexan as clases
baixas (os outros) en beneficio das clases altas (eles). Desafortunadamente, o
computador non est‡ sendo alleo a esta
tendencia.
Perm’tanme comentarlles finalmente un recente artigo da revista
National Geographic, na sœa edici—n en
espa–ol ÑVol. 5, nœm. 2, agosto de
1999Ñ, que inclœe unha mirada a travŽs dos tempos de tres cidades:
Alexandr’a, no sŽculo I, C—rdoba, no
sŽculo X, e a Nova York actual. As ilustraci—ns que recrean unha escena de
cada unha delas reflicten o barullo cosmopolita dunha avenida de Alexandr’a, a aprendizaxe e a diversi—n que
involucra dous nenos cordobeses e un
271
erudito da Žpoca e, finalmente, unha
moza no seu apartamento de Nova
York Ñun dos t’picos baixos reacondicionados para vivendaÑ, que se conecta co mundo exterior a travŽs do computador, o telŽfono m—bil, a televisi—n e
a radio19 . Non creo que sexa unha
casualidade esta imaxe que se nos presenta. Se ben Ž certo que o discorrer da
revoluci—n industrial ou a vida nas
cidades, entre outros factores, empurr‡ronnos a unha progresiva inmersi—n
en nichos vivendi cada vez m‡is reducidos, o que sen dœbida acentuou notablemente a televisi—n, corrŽmo-lo risco
de que o computador sexa a puntilla
que acabe por transformar en virtual a
nosa vida en sociedade e que as nosas
conversas, discusi—ns, paix—ns, bicos,
roces, emoci—ns ou sentimentos, discorran unicamente polo f’o de cobre ou a
fibra —ptica. O noso paso polo terceiro
contorno, tal como o denomina Javier
Echeverr’a20, parece inevitable. Tratemos, ademais, de que sexa desexable.
Para iso podemos segui-lo exemplo
dunha importante empresa de pizzas;
o mesmo ca no seu caso, ÒÁo secreto
est‡ na masa!Ó, pero, claro est‡, Ž outra
masa: a nosa masa cerebral posta — servicio do uso racional dos computadores.
Xa podemos dicir que os computadores son unha creaci—n do sŽculo
pasado. Sen embargo, a historia da
computaci—n non fixo m‡is que empezar. Se a presencia dos humanos sobre
a Terra abrangue a penas unha hora
19 En http://www.nationalgeographic.com/3cities pode verse unha versión interactiva desa ilustración.
20 Javier Echeverría, Telépolis, Barcelona, Ediciones Destino, 1999.
2 COLABORACION nueva
272
4/4/01
21:48
Página 272
Senén Barro Ameneiro
dun hipotŽtico ano no que puidesemos
comprimi-la idade do universo, a dos
computadores redœcese a unha dŽcima
de segundo. A computaci—n cu‡ntica
ou a computaci—n con ADN est‡n
a’nda a abrollar e seguro que nos esperan avances que non pasan a’nda, nin
sequera fugazmente, pola cabeza de
ningœn cient’fico da computaci—n.
Esperemos que nos permitamos a n—s
mesmos continuar algœns segundos
m‡is este apaixonante e complexo
ÔxogoÕ.
BIBLIOGRAFÍA
Augarten, S., Bit by Bit - An Illustrated
History of Computers, Nova York,
Ticknor & Fields, 1984.
Kurzweil, R., The age of intelligent machines, Cambridge, Massachusetts
(EUA), Massachusetts Institute of
Technology, 1991 (edici—n en
espa–ol: La era de las m‡quinas inteligentes, MŽxico, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnolog’a, 1994).
____The age of spiritual machines, Viking
Penguin, 1999 (edici—n en espa–ol: La era de las m‡quinas espirituales, Editorial Planeta, 1999).
Neumann, J. von, The computer and the
brain, Yale University Press, 1958.
Strathern, Paul, Turing y el ordenador,
SŽculo XXI de Espa–a Editores,
S. A., 1999.
ALGÚNS ENDEREZOS WEB DE INTERESE
ÒCharles Babbage Institute (CBI)Ó, centro de investigaci—n da Universidade de Minnesota, EUA,
dedicado a promove-lo estudio e
preservaci—n da historia da computaci—n e o procesamento de
informaci—n:
vvvvvvvvvv
http://www.cbi.umn.edu/
Historia da computaci—n, contada
pola IEEE Computer Society:
http://computer.org/history/
Museo virtual de Microsoft:
http://www.microsoft.com/MS
Corp/Museum/timelines/micro
soft/timeline.asp
Computer Science Department, en
Virginia Tech:
http://ei.ces.vt.edu/~history/in
dex.html
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 273
273
ELECTRÓNICA: CIENCIA E TECNOLOXÍA
Diego Cabello Ferrer*
Carlos G—mez-Reino Carnota**
Universidade de Santiago
de Compostela
1. INTRODUCCIÓN
A Electr—nica Ž unha rama da
ciencia e a tecnolox’a bastante recente,
que adquiriu entidade propia neste
sŽculo e que continœa en constante e
intensa evoluci—n e interrelaci—n con
outras ciencias. Naceu como unha
rama da F’sica e na sœa orixe trataba de
engloba-lo referente ‡s propiedades
dos electr—ns libres no baleiro. Antes
dos anos corenta, o termo Ôelectr—nicaÕ
era utilizado case exclusivamente polos f’sicos, e con el refer’anse — electr—n
e as sœas propiedades. Como tal rama,
polo tanto, os seus antecedentes sitœanse a finais do sŽculo XIX, cando
J. J. Thomson descubriu o electr—n. Foi
algo m‡is tarde cando se albiscaron as
grandes vantaxes de controlar fluxos
de electr—ns mediante os denominados
dispositivos electr—nicos, e produciuse
ent—n un amplo e r‡pido desenvolvemento da Electr—nica, tanto nos seus
fundamentos coma nas sœas aplicaci—ns. î principio foron as fortes necesidades creadas xa por aquelas datas
nas comunicaci—ns as que moveron
este avance, seguindo pola radio, a instrumentaci—n e os sistemas de control,
a televisi—n e, m‡is recentemente, a
denominada Ôelectr—nica de consumoÕ
e a inform‡tica.
Durante a primeira metade do
sŽculo XX deuse un r‡pido desenvolvemento dos tubos de baleiro e dos circu’tos nos que interve–en, o que de
xeito natural motivou un importante
avance na Teor’a de Circu’tos. Sen embargo, o grande pulo da Electr—nica,
responsable do nivel tecnol—xico actual, debeuse ‡ substituci—n dos tubos
de baleiro polos dispositivos semiconductores. Neste sentido, sin‡lase como
fito hist—rico a invenci—n do transistor,
a’nda que tamŽn o foi a introducci—n
da tecnolox’a planar de silicio e o concepto de circu’to integrado.
ç vista destas consideraci—ns,
pode definirse a Electr—nica dun modo
xenŽrico como: ÒA rama da Ciencia e a
Tecnolox’a que se ocupa do estudio das
leis que rexen o tr‡nsito controlado de
cargas elŽctricas en medios materiais e
* Catedrático de Electrónica.
**Catedrático de Óptica.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
2 COLABORACION nueva
274
4/4/01
21:48
Página 274
Diego Cabello Ferrer / Carlos Gómez-Reino Carnota
no baleiro, as propiedades nas que se
basea, os dispositivos nos que ocorre e
as aplicaci—ns ‡s que d‡ lugarÓ. Os seus
contidos p—dense agrupar pois en dous
grandes apartados: F’sica de semiconductores e dispositivos electr—nicos e
circu’tos e sistemas electr—nicos. Como
podemos inferir dos seus contidos, a
Electr—nica Ž unha ‡rea de co–ecemento que participa das propiedades das
Ôciencias do naturalÕ (an‡lise) e das
Ôciencias do artificialÕ (s’ntese e tecnolox’a).
O perfeccionamento tecnol—xico
necesario para obter dispositivos e circu’tos con elevadas prestaci—ns fixo
que a Electr—nica estendera lazos de
dependencia a outras ramas da ciencia;
un dos m‡is palpables Ž o que a liga
coa ciencia dos materiais. Existen, con
todo, outras relaci—ns; por exemplo, o
desenvolvemento recente das comunicaci—ns —pticas propiciou que se intensifiquen esforzos no campo da Optoelectr—nica, a travŽs da cal a Electr—nica
se achegou ‡ îptica; noutro ‡mbito, a
posibilidade de execuci—n de microsistemas, que inclœen sensores e actuadores dentro do circu’to integrado, abriu
posibilidades de aplicaci—n e interrelaci—n da Electr—nica con outras parcelas,
como por exemplo a Micromec‡nica.
Non podemos esquece-las conexi—ns
entre a Electr—nica e a Arquitectura de
ordenadores ou coa Inform‡tica.
Daquela, o dese–o electr—nico, no contexto das tecnolox’as modernas, Ž un
campo multidisciplinar.
Os dispositivos electr—nicos
desenv—lvense e modŽlanse como
resultado de estudia-las distintas propiedades dos materiais. O uso masivo
destes dispositivos permite constru’r
circu’tos en moi alta escala de integraci—n (VLSI) ou mesmo sistemas sobre
un chip (SOC). A œnica forma de completa-lo dese–o dun sistema complexo
nun tempo razoable Ž mediante ordenadores para simular, optimizar e dese–a-lo circu’to; xorde as’ o dese–o asistido por ordenador (CAD). Coa
conxunci—n destes catro compo–entes
(materiais, dispositivos, circu’tos e
dese–o asistido por ordenador) Ž posible aborda-lo reto de obter circu’tos
cada vez m‡is complexos.
A Electr—nica naceu e desenvolveuse, polo tanto, cun marcado car‡cter aplicado, que Ž o que lle confiere a
sœa autonom’a. En consecuencia, o
interese desta ‡rea polo movemento
das part’culas cargadas est‡ condicionado ‡ aplicaci—n do dito movemento
nos dispositivos electr—nicos, para a
posterior aplicaci—n destes nos circu’tos electr—nicos; as’ Ž, a travŽs das sœas
utilidades, como a Electr—nica cumpre
hoxe en d’a un papel primordial. O seu
efecto sobre o avance cient’fico e o tecnol—xico foi e Ž important’simo, e ela
mesma sa’u beneficiada, o que propiciou que, nun proceso rexenerativo, se
dispararan expectativas e aplicaci—ns
en menos de cincuenta anos (investigaci—n b‡sica Ñ desenvolvemento tecnol—xico Ñ instrumentaci—n Ñ nova investigaci—n e desenvolvemento...).
Ademais, a travŽs das sœas aplicaci—ns,
a Electr—nica introduciuse en t—do-los sectores, non s— cient’ficos e
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 275
Electrónica: ciencia e tecnoloxía
tecnol—xicos en sentido estricto, sen—n
tamŽn nos industriais, mŽdicos, mercant’s e financeiros, art’sticos e, cada
vez m‡is, nos utensilios comœns que
nos rodean.
Neste traballo pretendemos mostra-los contidos da Electr—nica analizando a sœa evoluci—n hist—rica a
travŽs dos descubrimentos dos dispositivos b‡sicos. Unha an‡lise paralela da evoluci—n das sœas aplicaci—ns Ž
prohibitiva por extensa e, ademais,
as grandes aplicaci—ns (control, proceso de datos, comunicaci—n e instrumentaci—n) permanecen. O que cambia Ž a tecnolox’a usada na sœa realizaci—n.
Seguindo a S. Bracho (1999), nesta
evoluci—n hist—rica podemos distingui-las seguintes etapas:
Ñ Do electr—n — transistor; antecedentes hist—ricos da Electr—nica.
Ñ Do transistor — amplificador integrado; primeiras etapas da tecnolox’a de semiconductores.
Ñ O microprocesador no dese–o de
sistemas dixitais.
Ñ Integraci—n VLSI. Circu’tos dixitais,
mixtos e microsistemas.
Vexamos brevemente os principais logros acadados en cada unha
destas etapas. Posteriormente completarŽmo-lo traballo mostrando as conexi—ns da Electr—nica coa Optoelectr—nica e comentando a evoluci—n
desta œltima.
275
2. DO ELECTRÓN Ó TRANSISTOR. ANTECEDENTES
HISTÓRICOS DA ELECTRÓNICA
Como xa comentamos, os antecedentes da Electr—nica sitœanse contra
finais do sŽculo XIX. Podemos falar
pois dunha etapa pre-electr—nica que
cobre os sucesos previos — descubrimento das v‡lvulas de baleiro (d’odos
e tr’odos termoi—nicos). Entre estes
sucesos hai que considera-la obra
de Maxwell, a xeraci—n e detecci—n de
ondas electromagnŽticas (Hertz),
o desenvolvemento da radiotelegraf’a
(Lodge, Popou, Marconi), os raios cat—dicos (tubo de Geissler, 1860), o oscil—grafo (Braun, 1895), o descubrimento do electr—n (Thomson, 1897) ou a
formulaci—n da teor’a Ôcl‡sicaÕ da
conducci—n (Drude, 1900; Lorentz,
1905).
Sen embargo, Ž posible establecer
que a Electr—nica nace cos primeiros
dispositivos que permiten o control por
un campo elŽctrico da conducci—n en
v‡lvulas de baleiro. As’, en 1905, A.
Fleming descobre o d’odo termoi—nico,
e en 1907 Lee de Forest, o tr’odo.
çmbalas v‡lvulas est‡n baseadas na
emisi—n termoi—nica (Edison, 1983). O
d’odo nace buscando un detector de
ondas. A introducci—n dun terceiro
electrodo (gradicela met‡lica) entre
‡nodo e c‡todo permit’a o control da
tensi—n cat—dica con outra moito
menor aplicada na gradicela, de forma
que a v‡lvula amplificaba. Este fen—meno de amplificaci—n de sinais elŽctricos tivo gran transcendencia coa sœa
aplicaci—n ‡ transmisi—n de sinais
2 COLABORACION nueva
276
4/4/01
21:48
Página 276
Diego Cabello Ferrer / Carlos Gómez-Reino Carnota
de radio, de r‡dar ou de TV, ou
‡ amplificaci—n de sinais de audio.
A introducci—n de novas gradicelas
levou — tetrodo e — pentodo. Apareceron tamŽn os tubos cheos
de gas, entre os que destaca o tiratr—n,
que permit’a a rectificaci—n controlada.
Entre os circu’tos m‡is notables
desta Žpoca est‡n os amplificadores operacionais, executados con tubos
termoi—nicos, que deron orixe — c‡lculo anal—xico e —s computadores
anal—xicos, hoxe extinguidos como
tales.
Nesta Žpoca t—dolos dispositivos
electr—nicos est‡n baseados no movemento de electr—ns no baleiro ou en
gases, baixo o control de campos elŽctricos e magnŽticos, e na xeraci—n destes portadores mediante emisi—n termoi—nica, fotoelŽctrica ou secundaria.
Podemos considerar que esta Žpoca d‡
cabo en 1948, coa invenci—n do transistor. Emporiso, na actualidade a’nda se
seguen usando os tubos termi—nicos na
amplificaci—n de audio de altas prestaci—ns.
3. DO TRANSISTOR Ó AMPLIFICADOR INTEGRADO. PRIMEIRAS ETAPAS DA TECNOLOXÍA DE SEMICONDUCTORES
A verdadeira orixe da Electr—nica,
tal como a co–ecemos actualmente, hai
que situala na aparici—n dos dispositivos de estado s—lido. A partir dese
momento, os dispositivos electr—nicos
m‡is relevantes asentan na inxecci—n e
o transporte controlado de electr—ns
libres e ligados no interior de cristais
semiconductores (Ge, Si, GaAs...) nos
que hai heteroxeneidades controladas
que permiten realiza-las mesmas funci—ns que antes cumpr’an as v‡lvulas e
outras novas non pensadas ata agora.
Nace as’ a electr—nica dos semiconductores, pasando a primeira li–a a F’sica
do estado s—lido.
3.1 PRIMEIROS DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES
O primeiro dispositivo semiconductor fabricado Ž o d’odo de uni—n. O
seu funcionamento basŽase no feito de
que a uni—n de dous semiconductores,
un impurificado con impurezas de
natureza aceptadora (semiconductor
tipo P) e outro con impurezas doadoras
(semiconductor de tipo N), xera unha
barreira de potencial, Vbi, na zona da
uni—n. Esta barreira p—dese alterar mediante a aplicaci—n dunha
tensi—n exterior, aument‡ndoa ou
diminu’ndoa, o que fai que o dispositivo te–a un comportamento asimŽtrico
respecto da aparici—n dunha corrente,
que depender‡ da polaridade e valor da tensi—n aplicada. A figura 1 mostra un esquema da uni—n pn no que se
distinguen as rexi—ns neutras P e N,
unha rexi—n desprovista de portadores
libres (capa baleira) que se estende a
‡mbolos lados da uni—n metalœrxica
(x = 0), o potencial de barreira asociado
e c—mo estes quedan afectados pola polarizaci—n aplicada: directa se
VA Ž positiva, e inversa se VA Ž negativa.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 277
Electrónica: ciencia e tecnoloxía
Capa Baleira
Rexi—n
Neutra P
277
Capa Baleira
Rexi—n
Neutra N
Capa Baleira
Rexi—n
Neutra P
Rexi—n
Neutra N
Capa Baleira
Figura 1. Esquema dunha unión PN en polarización directa e inversa e barreira de potencial xerada.
A teor’a fundamental para a
obtenci—n das sœas caracter’sticas tensi—n-corrente foi desenvolvida por
Shockley en 1949 e posteriormente
ampliada por outros autores. A figura 2
ilustra a forma da relaci—n tensi—n-corrente nun d’odo ideal; podemos
observar que existen dous estados asociados — tipo de polarizaci—n: nun deles
Ñpolarizaci—n directaÑ, o d’odo actœa
practicamente como un curtocircu’to;
no outro Ñpolarizaci—n inversaÑ,
actœa como un circu’to aberto. A
corrente en polarizaci—n directa dŽbese
‡ inxecci—n de portadores maioritarios
nas zonas onde son minoritarios, que
se difunden nela. En inversa d‡se o
fen—meno de extracci—n de portadores
de onde son minoritarios. Por iso a
corrente Ž moi pequena e negativa.
2 COLABORACION nueva
278
4/4/01
21:48
Página 278
Diego Cabello Ferrer / Carlos Gómez-Reino Carnota
Figura 2. Díodo ideal: esquema, símbolo curva característica.
A importancia que ten a uni—n pn
dentro da electr—nica non Ž s— polas
sœas aplicaci—ns directas, sen—n tamŽn
por se-la estructura base no desenvolvemento doutros dispositivos. O descubrimento do transistor por un equipo de investigadores dos laboratorios
de Bell Telephone ten un impacto sen
precedentes na industria electr—nica. O
transistor nace como consecuencia da
busca dun dispositivo de estado s—lido
que puidera substitu’-lo tr’odo termoi—nico. Para iso fixŽronse experimentos introducindo un semiconductor nun campo elŽctrico, que fallaron
debido ‡ existencia de estados superficiais. Analizando estes estados, Barden
e Bratain descubriron en 1947 o transistor de puntas de contacto. Pouco despois, en 1948, Shockley descobre o transistor bipolar de uni—n (BJT). Este est‡
constitu’do por tres zonas semiconductoras impurificadas alternativamente
con impurezas doadoras e aceptadoras.
Teremos polo tanto dous tipos de transistores, pnp e npn, tal como se ilustra
na figura 3, na que recollemos ademais
o s’mbolo utilizado para a sœa representaci—n.
Podemos pensar no transistor pnp
como en dœas uni—ns pn moi pr—ximas.
Unha uni—n est‡ constitu’da polo emisor e a base e a outra polas rexi—ns de
base e colector. A rexi—n de base Ž moi
estreita, polo que a proximidade das
uni—ns fai que estas interaccionen entre
si, o que dota o transistor da posibilidade de presentar ganancias de tensi—n
ou de corrente.
O transistor bipolar posœe catro
rexi—ns de funcionamento, determinadas polas polaridades das tensi—ns
aplicadas a ‡mbalas uni—ns. A zona
m‡is comœn de funcionamento Ž a
zona activa directa, que se corresponde
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 279
Electrónica: ciencia e tecnoloxía
279
Figura 3. Transistores bipolares: estructura e símbolos.
cunha polarizaci—n directa da uni—n
emisor-base e inversa da uni—n base-colector. As outras posibles combinaci—ns de polarizaci—n conducen ‡s
rexi—ns de corte, saturaci—n ou rexi—n
activa inversa. Por outra parte, como o
transistor Ž un dispositivo de tres terminais, — ser estudiado como elemento
de circu’to, como tal cuadripolo, un
dos terminais debe ser comœn ‡ entrada e ‡ sa’da, dando as’ lugar a tres configuraci—ns b‡sicas, que se denominan
base comœn, emisor comœn e colector
comœn, indicando estes nomes quŽ terminal Ž comœn ‡ entrada e ‡ sa’da.
fortemente impurificada) sobre unha
configuraci—n de base comœn. Mediante este esquema podemos ilustra-lo efecto de ganancia en corrente.
O dispositivo p+np polarizado na
rexi—n activa directa require que o emisor te–a un potencial maior c— da base,
e o colector un potencial menor c—
desta. Con esta polarizaci—n, o emisor
inxectar‡ unha gran cantidade de ocos
na base; algœns electr—ns ser‡n inxectados desde a base cara — emisor. O efecto combinado Ž a creaci—n dunha
corrente positiva de emisor que crecer‡
exponencialmente coa tensi—n V . A
uni—n base-colector est‡ polarizada en
inversa, polo que os fluxos de portadores estar‡n asociados ‡ extracci—n de
portadores de onde son minoritarios; Ž
EB
A figura 4 amosa de forma cualitativa os fluxos de portadores existentes nun transistor bipolar p+np en
rexi—n activa directa (p+ indica rexi—n
2 COLABORACION nueva
280
4/4/01
21:48
Página 280
Diego Cabello Ferrer / Carlos Gómez-Reino Carnota
Figura 4. Fluxo de portadores nun transistor bipolar (rexión activa directa).
dicir, electr—ns desde o colector e ocos
desde a base. O primeiro destes fluxos
Ž realmente pequeno; sen embargo, respecto do segundo, dada a estreiteza da
rexi—n de base, os ocos inxectados
desde o emisor difœndense nela sen a
penas recombinaci—n e son recollidos
case na sœa totalidade polo colector.
Isto orixina unha corrente no colector
que depende exponencialmente da tensi—n VEB.
Os tres compo–entes que orixinan
a corrente de base na rexi—n activa
dŽbense ‡ inxecci—n de electr—ns cara —
emisor, como corresponde ‡ uni—n p+n
polarizada en directa, ‡ achega de electr—ns para a recombinaci—n cos ocos na
rexi—n neutra de base e ‡ extracci—n de
minoritarios desde o colector. Sen
embargo, o valor da corrente asociada
a estes fluxos de portadores Ž pequeno
comparado coas correntes de emisor e
de colector.
A posibilidade de obter unha gran
ganancia en corrente para o dispositivo
en emisor comœn dŽbese — feito de que
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 281
Electrónica: ciencia e tecnoloxía
unha pequena corrente de base forza
unha polarizaci—n directa da uni—n
emisor-base, o que orixina unha grande inxecci—n de ocos desde o emisor
que son recollidos polo colector, dando
lugar ‡ aparici—n dunha corrente no
colector moi superior ‡ da base; aparece as’ unha ganancia en corrente
b= IC/IB elevada.
Os primeiros transistores bipolares aparecen no mercado en 1952. Pero
non Ž ata 1954 cando Ebers-Moll e
Giacoletto realizan dous traballos te—ricos b‡sicos para a comprensi—n do funcionamento do transistor bipolar. O
primeiro deles formula as ecuaci—ns
281
das caracter’sticas tensi—n-corrente en
continua e o segundo achega o modelo
h’brido para pequeno sinal, que representa o seu comportamento como elemento de circu’to. A figura 5 ilustra o
modelo de Ebers-Moll; aF e aR representan ganancias en corrente en directa
e inversa respectivamente. Nese
mesmo ano, Kroemer prop—n modifica-lo transistor de uni—n introducindo
un campo na base mediante a sœa
impurificaci—n de forma gradual;
xorde as’ o transistor de deriva. A’nda
que o transistor bipolar est‡ sendo desprazado nas aplicaci—ns por outros dispositivos, encheu unha Žpoca moi
Figura 5. Modelo de Ebers-Moll do transistor bipolar.
importante da electr—nica dos semiconductores.
En 1952, Shockley descobre o
transistor de efecto campo de uni—n
(JFET). Tr‡tase dun dispositivo unipolar; Ž dicir, involucra un s— tipo de portador nos seus procesos de transporte e
o seu principio de funcionamento Ž o
control por un campo externo da conductividade dunha canle de carga
m—bil que enlaza dous electrodos coa
polarizaci—n adecuada para facilita-lo
transporte de portadores pola canle.
No JFET, a canle crŽase mediante dœas
uni—ns pn polarizadas en sentido inverso. O uso do transistor JFET Ž moi
2 COLABORACION nueva
282
4/4/01
21:48
Página 282
Diego Cabello Ferrer / Carlos Gómez-Reino Carnota
limitado na actualidade. Sen embargo,
un transistor con funcionamento equivalente — deste, o MESFET, proposto
inicialmente por Mead en 1966, e
executado sobre arseniuro de galio
(GaAs) œsase frecuentemente en aplicaci—ns de moi alta frecuencia. Neste tipo
de transistor œsase unha uni—n metal-semiconductor para delimita-la
anchura da canle.
Nos anos cincuenta desenvolvŽronse tamŽn outros dispositivos. As’,
en 1956 Moll prop—n estructuras de
catro capas (pnpn), base dos dispositivos semiconductores para o control de
potencia (tiristores e triacs). En 1958
aparece o d’odo tœnel, dispositivo tipicamente cu‡ntico, e os d’odos ZŽner e
de avalancha. Por outra parte, coa
aparici—n ese mesmo ano do l‡ser,
ref—rzase unha nova rama da Electr—nica: a Electr—nica cu‡ntica. En 1960,
J. A. Hoerni describe un transistor planar no que tanto as rexi—ns de base
como de emisor se difunden a travŽs
de vent‡s abertas nunha capa de —xido
(SiO2) xerada na superficie do semiconductor. Desta forma, as rexi—ns de base
e emisor terminan na dita superficie. O
contacto de colector tamŽn se pode realizar nela. ƒ a orixe da tecnolox’a planar, que posteriormente permitir‡ producir unha gran cantidade de circu’tos
simultaneamente sobre unha oblea circular de silicio.
Na dŽcada dos sesenta danse tres
importantes avances na Electr—nica:
p‡sase da tecnolox’a do xermanio ‡ do
silicio, desenv—lvense os dispositivos
de efecto campo e nacen e desenv—lvense os circu’tos integrados.
3.2 O TRANSISTOR MOS
En 1960, Kahny e Atalla, dos laboratorios da Bell Telephone, propo–en a
estructura MOS (Metal-Oxido-Semiconductor) como realizaci—n dun novo
tipo de transistor de efecto campo. A
sœa principal caracter’stica Ž ser un dispositivo superficial, no que os procesos
relevantes ocorren na superficie do
semiconductor, en contraposici—n cos
BJT e JFET, baseados en fen—menos de
volume. O efecto amplificador do novo
transistor, o mesmo c— do JFET, sustŽntase tamŽn no control da conductividade, neste caso superficial, que conecta
os terminais de drenador e fonte
mediante o campo elŽctrico transversal
creado polo potencial aplicado — terminal de porta. Este terminal est‡ illado
electricamente da fonte e o drenador
por unha capa de di—xido de Si.
As’ e todo, mesmo estando a idea
ben establecida, a obtenci—n de transistores MOS fiables non foi posible ata
que se co–eceron completamente as
caracter’sticas da capa de —xido e da
interfase —xido-semiconductor. Isto
posibilitou introducir no proceso de
fabricaci—n distintos procesos de estabilizaci—n que minimizaron os efectos
dos i—ns alcalinos ou das cargas fixas
existentes no —xido, as’ como os dos
estados superficiais.
En funci—n da polaridade da canle
podemos distinguir dous tipos de transistor MOS: de canle n e de canle p. A
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 283
Electrónica: ciencia e tecnoloxía
figura 6 mostra a estructura dun transistor de canle n de realce. Nela podemos observa-la existencia dunha
canle de lonxitude L e anchura W que
conecta os terminais de fonte (S) e drenador (D). Nesta estructura de realce a
canle crŽase mediante a aplicaci—n dun
potencial VG — electrodo de porta (G)
superior a un determinado valor VT co–ecido como tensi—n limiar; esta depen-
canle de
carga libre
283
capa
baleira
rexi—n tr’odo
Figura 6. Estructura dun transistor MOS canle n de
realce.
de das caracter’sticas da capa de —xido,
do semiconductor e do potencial VB
aplicado — electrodo de substrato (B).
A aplicaci—n dun potencial axeitado — terminal de drenador respecto do
potencial de fonte orixina a aparici—n
dun fluxo de electr—ns na canle, o que
dar‡ lugar a unha corrente de drenador. Nestes transistores dist’nguense
tres rexi—ns de funcionamento: corte,
tr’odo e saturaci—n. A primeira delas
ocorre cando a tensi—n de porta non
alcanza o valor requirido para xerar
canle. Na rexi—n tr’odo existe xa unha
canle que conecta a rexi—n de fonte coa
de drenador. A rexi—n de saturaci—n
ac‡dase cando esta canle se estrangula.
A figura 7 ilustra esta situaci—n.
estrangulamento
da canle
rexi—n de saturaci—n
Figura 7. Transistores MOS operando en rexión tríodo
(a), inicio da saturación (b) e rexión de saturación (c).
2 COLABORACION nueva
284
4/4/01
21:48
Página 284
Diego Cabello Ferrer / Carlos Gómez-Reino Carnota
A corrente de drenador en cada
situaci—n de polarizaci—n depender‡ da
densidade de carga libre na canle, controlada tanto por VD como por VG e VB.
Distintas aproximaci—ns para a estima-
ci—n da carga libre na canle conduciran
a distintas expresi—ns da corrente ID. A
m‡is sinxela de todas Ž a co–ecida
como lei do cadrado, que indicamos a
continuaci—n.
Tensi—ns aplicadas
Estado do transistor
Corrente de drenador
VGS < VT
Rexi—n de corte
ID= 0
VGS > VT
VDS < VDS,sat
Rexi—n tr’odo
VGS > VT
VDS > VDS,satI
Rexi—n de saturaci—n
A condici—n de saturaci—n alc‡nzase cando VDS = VGS - VT, sendo VT
con VSB a tensi—n de polarizaci—n do
substrato, q a carga do electr—n, es a permitividade dielŽctrica e VT0, µn, Cox, NA
e ff par‡metros asociados ‡ estructura
implementada.
3.3 OS PRIMEIROS CIRCUÍTOS INTEGRADOS
As dŽcadas dos sesenta e setenta
caracter’zanse polo desenvolvemento
da tecnolox’a integrada, de maior
alcance c‡ propia invenci—n do transistor. Este substitu’u as funci—ns de circu’to das v‡lvulas, pero os circu’tos
integrados son a base dunha nova filosof’a de dese–o.
O concepto de circu’to integrado
(CI), inventado independentemente
por Tack Kilby en Texas Instruments e
por Robert Noyce en Fairchild
Semiconductor, fac’a posible a fabricaci—n de circu’tos formados por gran
cantidade de transistores, coas sœas resistencias e condensadores asociados,
nun œnico substrato. Esta tecnolox’a foi
producindo circu’tos e sistemas electr—nicos cada vez m‡is complexos
sobre un monocristal de silicio. Os elementos discretos (transistores, d’odos,
resistencias e condensadores) substitœense por ‡reas funcionais equivalentes. Estas ‡reas amplificadoras, rectificadoras, resistivas ou almacenadoras
de carga conŽctanse directa e inseparablemente e permiten obter sobre o cristal ou —xido substrato a realizaci—n do
circu’to discreto equivalente. O Žxito
comercial destes circu’tos dŽbese ‡
posibilidade de automatiza-lo proceso
de producci—n.
Podemos clasifica-los circu’tos
integrados segundo o campo de aplicaci—n (dixitais ou anal—xicos), a
tecnolox’a soporte (bipolar, MOS ou
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 285
Electrónica: ciencia e tecnoloxía
CMOS) e o grao de integraci—n: pequena (SSI, 100 dispositivos por chip),
mediana (MSI, 1000 dispositivos),
grande escala (LSI, 10.000 dispositivos)
ou escala moi grande (VLSI, m‡is de
100.000 dispositivos)
A forma repetitiva e o car‡cter
binario dos circu’tos l—xicos f’xoos
especialmente c—modos ‡ tecnolox’a
integrada. As’, nesta dŽcada van aparecendo as primeiras series de familias
l—xicas bipolares (L—xica Transistor
Transistor, TTL; L—xica de Emisores
acoplados, ECL), MOS e CMOS.
Tr‡tase dunha serie de circu’tos dixitais
que responden a unha escala de integraci—n pequena ou mediana. Desde
ent—n f—ronse introducindo variantes e
melloras encami–adas a aumenta-la
velocidade de funcionamento e diminu’-lo consumo. Por outra parte, os circu’tos anal—xicos son m‡is complexos e
o primeiro que alcanzou perfecci—n
comparable —s dixitais foi o amplificador operacional. A introducci—n por
Fairchild Semiconductor do circu’to
µA741 a moi baixo custo popularizou a
utilizaci—n deste tipo de compo–entes
anal—xicos.
Unha constante na evoluci—n da
tecnolox’a integrada son os avances na
miniaturizaci—n, fiabilidade, velocidade de operaci—n e reducci—n de custo
dos circu’tos integrados. Unha calculadora dixital realizada en 1965 con tecnolox’a bipolar necesitaba 150 CI con
100 compo–entes cada un. En 1969, a
mesma calculadora realiz‡base con 4
CI en tecnolox’a MOS e en 1971 cun s—
CI, tecnolox’a MOS tamŽn. In’ciase as’
285
a etapa de integraci—n en grande escala, que produce sobre un monocristal
subsistemas electr—nicos con miles de
compo–entes. As primeiras realizaci—ns desta etapa foron os rexistros de
desprazamento de 1000 bits e as
memorias MOS. A tecnolox’a dominante na integraci—n a grande escala Ž a
CMOS.
4. O MICROPROCESADOR NO DESEÑO DE SISTEMAS DIXITAIS
Un expo–ente da integraci—n a
grande escala (LSI) Ž o microprocesador. A sœa aparici—n en 1971 sup—n un
novo fito na historia dos circu’tos integrados. Tr‡tase do circu’to I4004 de
Intel, que implementa a unidade central dun procesador. Este circu’to
posu’a un bus interno de s— 4 bits.
Pouco despois apareceron os microprocesadores de 8 bits, entre os que podemos destaca-lo I8080 ou o M6800 de
Motorola, e que podemos considerar
como a primeira xeraci—n de microprocesadores.
Un microprocesador non Ž m‡is
que a unidade central de procesamento
(CPU) dun ordenador. Por conseguinte, para poder implementar un sistema
baseado en microprocesadores hai que
inclu’r toda outra serie de elementos,
tales como as memorias, RAM e ROM,
ou os adaptadores de perifŽricos, s’ncronos ou as’ncronos. A construcci—n
dun sistema microprocesador implica
pois a conexi—n de 6 ou m‡is CI
complexos. Sen embargo, unha gran
2 COLABORACION nueva
286
4/4/01
21:48
Página 286
Diego Cabello Ferrer / Carlos Gómez-Reino Carnota
novidade que achegan os microprocesadores Ž a programaci—n, o que implica dispo–er do software necesario para
o desenvolvemento de aplicaci—ns: linguaxes ensamblador, compiladores,
etc. Xorden as’ os sistemas de desenvolvemento.
A aparici—n dos microprocesadores orixina unha grande evoluci—n do
dese–o electr—nico dixital. O avance
das tecnolox’as e das capacidades de
integraci—n permite integrar parte dos
perifŽricos no CI principal, incrementa-lo tama–o do bus, a frecuencia de operaci—n, etc. Este desenvolvemento leva
‡ sucesiva aparici—n de seguintes xeraci—ns de microprocesadores, cada vez
m‡is evolucionados. Caber’a citar aqu’
como exemplos que marcan un fito no
desenvolvemento o 68000 de Motorola,
o 80386 de Intel. Os microprocesadores
continœan en evoluci—n permanente e
proba disto Ž a posibilidade de obter
ordenadores persoais cada vez m‡is
potentes.
5. INTEGRACIÓN VLSI. CIRCUÍTOS DIXITAIS, MIXTOS E MICROSISTEMAS
Inicialmente o dese–o dos circu’tos integrados realiz‡base no ‡mbito
da industria dos semiconductores; fabric‡banse en grandes cantidades e
vend’anse como productos est‡ndar.
Sen embargo, a aparici—n das tŽcnicas
de dese–o con bloques funcionais e as
ferramentas CAD introducen un cambio importante, facilitando o dese–o de
circu’tos de aplicaci—ns espec’ficas (das
sœas iniciais en inglŽs, ASIC) por persoas alleas a esa industria. Un feito
importante que hai que considerar Ž a
publicaci—n en 1980 por parte de Mead
e Conway do libro titulado Introduction
to VLSI systems, que introduciu no
‡mbito acadŽmico universitario o dese–o de CI.
Un aspecto no dese–o dos CI Ž o
seu custe econ—mico. Nos de producci—n est‡ndar, o custo do desenvolvemento do chip Ž elevado, pero compŽnsase coa producci—n de grandes
cantidades, o que abarata o producto
final. No caso dos ASIC, o custo Ž un
aspecto importante debido — nœmero
relativamente pequeno de unidades
que se producen. Polo tanto, os ASIC
s— se volven econ—micos cando se
reducen os gastos de desenvolvemento
mediante a introducci—n de novos
mŽtodos de dese–o e o uso de ferramentas CAD. Por outra parte, para
facilitar que instituci—ns con orzamentos moi elevados, tales como as universidades, poidan acceder — dese–o de
CI, xorde o concepto de Multi-Project
Chip, que permite integrar dese–os de
distintas instituci—ns nunha mesma
oblea. P—dense realizar as’ circu’tos en
cantidades moi reducidas, facendo
posible o acceso — Si por parte das universidades a un custo reducido. TamŽn
Ž importante a contribuci—n do proxecto EUROCHIP, lanzado polo Terceiro
Programa Marco da Comunidade
Europea en 1989, pois permite que as
universidades dispo–an dun conxunto
de ferramentas de dese–o e simulaci—n
a moi baixo custo.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 287
Electrónica: ciencia e tecnoloxía
ç hora de dese–ar circu’tos que
resolvan tarefas complexas aparecen
distintas opci—ns: p—dese elixi-lo uso
de dispositivos l—xicos programables
(PLD), que son circu’tos de producci—n
est‡ndar programables polo usuario,
tales como os arrays de portas programables (PLA) ou as redes de portas
programables por campo (FPGA)
introducidas na dŽcada dos noventa,
ou ben optar por soluci—ns ASIC.
A posibilidade de implementar
ASIC nun espacio curto de tempo
dŽbese — uso dunha metodolox’a de
dese–o xer‡rquica, que inclœe distintos
pasos que abranguen desde as especificaci—ns funcionais ata o producto final.
Para a sœa execuci—n, o dese–ador disp—n de bloques funcionais, que non
son m‡is que un conxunto de celas
b‡sicas que constitœen elementos de
circu’to de uso comœn: portas l—xicas,
biestables ou bloques m‡is complexos,
a partir dos cales Ž posible constru’r
t—dalas funci—ns dixitais. Os datos das
celas predese–adas est‡n contidas
nunha librer’a de celas que inclœe o sistema CAD. Este contorno de traballo
facilita a tarefa de conecta-las celas
para implementa-lo circu’to, simular
para comprobar se se cumpren as especificaci—ns de dese–o, determina-la sœa
disposici—n sobre o plano do chip
(layout) e xera-lo ficheiro que conter‡ os
datos que describen o circu’to e que se
debe enviar ‡ fundici—n para obter
finalmente o chip.
TamŽn Ž posible aborda-lo dese–o
do ASIC con elementos simples, o que
proporcionar‡ dese–os m‡is optimiza-
287
dos ‡ custa dun maior esforzo e tempo.
Neste caso o fabricante de semiconductores proporciona os par‡metros elŽctricos e as regras de dese–o para a
disposici—n dos compo–entes correspondentes — proceso tecnol—xico
usado. Temos que sinalar aqu’ a importancia que a simulaci—n a nivel de circu’to ten en todos estes procesos e que
proporciona o programa SPICE. Este
empezouse a desenvolver no ano 1971
na Universidade de Berkeley, e foron
aparecendo sucesivamente versi—ns
melloradas. Por outra parte, no dese–o
de ASIC Ž de crucial importancia a fase
de test, que debe ser inclu’da xa na propia fase de dese–o. TamŽn constitœe
unha axuda importante o uso de sistemas de s’ntese autom‡tica.
î longo de todos estes anos foise
incrementando a complexidade dos
circu’tos integrados, tanto pola reducci—n do tama–o dos transistores individuais como polo aumento do tama–o
m‡ximo de chip que se pode fabricar
de forma econ—mica. Xa en 1964,
G. More Ñque m‡is tarde se converteu
nun dos fundadores da empresa Intel
CorporationÑ prediciu un incremento
logar’tmico anual da complexidade;
este continuou desde ent—n, a’nda que
cunha pendente menos pronunciada
que nos primeiros anos. As’, os transistores MOS pasaron de ter lonxitudes de
canle de decenas de micras a lonxitudes inferiores ‡ micra (existen actualmente tecnolox’as comerciais de 0.25
micras), ou a ‡rea de chip, que foi
aumentando desde tama–os de 1 mm2
a dimensi—ns que se aproximan a
varios cm2. A evoluci—n tamŽn foi
2 COLABORACION nueva
288
4/4/01
21:48
Página 288
Diego Cabello Ferrer / Carlos Gómez-Reino Carnota
constante no relativo ‡ frecuencia de
traballo e ‡ diminuci—n da potencia
disipada, cunha reducci—n paulatina
nas tensi—ns de alimentaci—n. Este
ritmo de crecemento tamŽn se prevŽ
para o futuro. Segundo unha t‡boa
titulada SIA roadmap, publicada en 1994
pola Asociaci—n de Fabricantes de
Semiconductores (SIA) nos Estados
Unidos e revisada en 1997, que marca a
evoluci—n prevista da industria ata o
ano 2012, espŽrase obter un circu’to
integrado en ultra alta escala de integraci—n (ULSI) de cen mill—ns de transistores no ano 2003.
O ritmo de crecemento tecnol—xico permite que na actualidade se poidan integrar sobre un mesmo substrato
circu’tos e compo–entess ben distintos.
Este Ž o caso dos circu’tos mixtos anal—xicos e dixitais, que inclœen dentro
dun mesmo substrato unha aplicaci—n
completa, con parte anal—xica e dixital.
Isto orixinou un renacemento do dese–o anal—xico, limitado nos anos oitenta
— dese–o de amplificadores operacionais, filtros e conversores A/D e D/A,
fundamentalmente sobre tecnolox’as
nMOS e CMOS. Como consecuencia
destes avances aparecen novas tŽcnicas
de dese–o (circu’tos de capacidade
conmutada, dese–os en modo corrente,
etc.) de grande importancia no trazado
da parte anal—xica dos circu’tos mixtos.
Nesta categor’a de circu’tos mixtos hai
que inclu’r tamŽn os microsistemas,
que conte–en no mesmo substrato sensores e actuadores, que poden ser
tŽrmicos, —pticos, mec‡nicos, etc., e
constitœen o que se denomina un sistema completo no chip.
Como puidemos observar nestas
li–as, unha constante na evoluci—n da
electr—nica Ž a implementaci—n de circu’tos cada vez m‡is complexos mediante o desenvolvemento de novas
tecnolox’as que permiten unha maior
miniaturizaci—n dos dispositivos. Os
logros acadados fixeron que a electr—nica se introducira en t—dolos sectores
da actividade humana, creando — seu
redor unha das industrias m‡is importantes do mundo. Esta evoluci—n seguir‡ nun futuro. A aparici—n das nanotecnolox’as e a conmutaci—n molecular
xeran novos retos.
6. OPTOELECTRÓNICA
Da mesma forma que a invenci—n
do transistor, a finais da dŽcada dos
anos corenta, marcou o inicio da era da
Electr—nica, o desenvolvemento case
simult‡neo, nos anos sesenta, da fibra
—ptica e do l‡ser de semiconductores
iniciou a era da Fot—nica. Dentro deste
contexto, a Optoelectr—nica poder’a
definirse como a conxunci—n da
Electr—nica e da Fot—nica, baseada na
manipulaci—n de electr—ns e fot—ns,
para a sœa aplicaci—n a distintos sectores da producci—n a travŽs da enxe–er’a. Isto converteuna nun elemento de
capital importancia no desenvolvemento tecnol—xico da sociedade de
hoxe en d’a.
A Optoelectr—nica Ž, pois, un
dominio aplicado que asenta sobre o
co–ecemento xerado e establecido nas
ciencias b‡sicas e que pon a Žnfase nos
dispositivos que incorporan interfaces
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 289
Electrónica: ciencia e tecnoloxía
Fonte
Modulador
Informaci—n
Transmisor
289
Detector
Pantalla
Figura 8. Diagrama de bloques dun sistema optoelectrónico.
para a conversi—n de sinais elŽctricos
en —pticas e viceversa, e nos sistemas
que conforman estes dispositivos.
A figura 8 amosa os dispositivos
que integran un sistema optoelectr—nico t’pico. A fonte Ž o xerador de luz que
serve como onda portadora de informaci—n e a sœa funci—n fundamental Ž
converter enerx’a elŽctrica en luz
cunha eficiencia abonda que nos permita axustala — transmisor. Os d’odos
emisores de luz (LED) e os l‡seres de
semiconductores (LDs) son as fontes
utilizadas nun sistema optoelectr—nico.
Un LED Ž unha uni—n p-n con polarizaci—n directa, que inxecta portadores
nunha zona activa arredor da uni—n,
produc’ndose luz por emisi—n espont‡nea debido ‡ recombinaci—n dos electr—ns da banda de conducci—n cos ocos
da banda de valencia. Un LD Ž un LED
cunha cavidade —ptica que produce
realimentaci—n e xera emisi—n estimulada de radiaci—n nunha banda espectral m‡is estreita c‡ da luz emitida por
un d’odo. Os moduladores son dispositivos r‡pidos que operan a escala de
tempos de micro a nanosegundos, por
medio dos cales se rexistra a informa-
ci—n na luz por modificaci—n anal—xica
ou dixital dalgunha das sœas caracter’sticas: amplitude, fase, polarizaci—n, frecuencia, etc. A modulaci—n obtense por
aplicaci—n externa de campos elŽctricos, magnŽticos ou ondas acœsticas que
afectan as propiedades f’sicas do
medio a travŽs do cal se propaga a luz.
A gran vantaxe dos moduladores Ž o
seu reducido tama–o e a sœa capacidade para seren integrados monoliticamente coas fontes de luz nun sistema
optoelectr—nico.
A onda portadora de informaci—n
prop‡gase — longo dunha canle de
transmisi—n que Ž a fibra —ptica. Esta Ž
un medio confinador de luz cunha
estructura de ’ndice de refracci—n que
pode ser de escal—n (homoxŽnea) ou de
gradiente de ’ndice (inhomoxŽnea) e
permite, segundo sexa o di‡metro da
fibra, a existencia dun ou m‡is posibles
modos de propagaci—n. O material
principal utilizado na fabricaci—n de
fibras —pticas, para transmisi—n de
informaci—n, Ž s’lice puro ou dopado;
tamŽn se fabrican fibras —pticas de
vidros multicompo–entes ou de s’lice/silicona. O uso de fibras monomo-
2 COLABORACION nueva
290
4/4/01
21:48
Página 290
Diego Cabello Ferrer / Carlos Gómez-Reino Carnota
do ou multimodo depende das prestaci—ns do sistema. Nunha fibra monomodo, que ten a caracter’stica esencial
de que se propaga un modo, non existe
dispersi—n intermodal e isto ten importancia considerable na transmisi—n de
informaci—n a longa distancia.
Despois da viaxe (que pode ser
longa) da portadora —ptica a travŽs da
canle de transmisi—n, a informaci—n ha
ser detectada e transducida do dominio fot—nico — elŽctrico. Disto dedœcese
que, independentemente da tecnolox’a
en que se basee o sistema, — final, sempre se xera a necesidade de detecta-lo
sinal —ptico e tratar, convenientemente,
o sinal elŽctrico resultante. ƒ dicir,
neces’tanse dispositivos optoelectr—nicos co–ecidos como fotodetectores.
Estes dispositivos est‡n compostos por
materiais fotoconductivos (d’odos pn,
pin ou de avalancha/APD) que te–en
por misi—n converte-lo sinal fot—nico
en elŽctrico, con tempos de resposta
entre micro e picosegundos. As’,
mediante unha polarizaci—n inversa do
material fotoconductivo, os electr—ns
liberados pola absorci—n de fot—ns
xeran unha corrente elŽctrica proporcional ‡ potencia —ptica detectada. A
importancia do fotodetector Ž obvia xa
que determina c—mo o sistema realiza a
sœa tarefa, establecendo o nexo de
uni—n co mundo exterior a travŽs da
pantalla, interface entre maquina e ser
humano. A interacci—n maquina/pantalla Ž adoito electr—nica, mentres que a
interacci—n pantalla/humano Ž visual
(figura 9), por iso esta ha reunir caracter’sticas de lexibilidade para unha lec-
tura r‡pida e precisa dos datos, brillo
adecuado para unha boa percepci—n
visual e alto contraste para unha optimizaci—n da agudeza visual.
Figura 9. Interacción sistema/observador.
Por outra parte, o progreso da
Optoelectr—nica vai unido inexorablemente ‡ investigaci—n sobre novos
materiais, que se desenvolve en f’sica
do estado s—lido e que fixo posible
novas formas de xeraci—n, modulaci—n,
transmisi—n e detecci—n de luz. En particular, a Optoelectr—nica creceu rapidamente, a partir da dŽcada dos
sesenta e principios dos setenta, co desenvolvemento da fibra —ptica de cuarzo de baixo custo, seguido polo l‡ser de
semiconductores de dobre heteroestructura que facilitaba a emisi—n de luz
a temperatura ambiente. Estes primeiros avances, xunta outros posteriores,
como os l‡seres de cavidade vertical, as
fibras —pticas dopadas con terras raras,
os arrays de fotod’odos e as pantallas
activas de semiconductores, por sinalar
algœns exemplos, levaron a unha intensa e fruct’fera actividade en I+D sobre
as aplicaci—ns da Optoelectr—nica.
Entre elas, podemos cita-los sensores
—pticos que permiten medir unha
ampla gama de magnitudes f’sicas e
qu’micas para medio ambiente e procesos de control, as comunicaci—ns de
banda ancha para longa distancia,
o procesado de informaci—n para
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 291
Electrónica: ciencia e tecnoloxía
computaci—n —ptica ou os discos compactos para memorias —pticas.
A outro nivel, e para rematar, un
dos mŽtodos m‡is efectivos para co–ece-lo estado dun determinado campo
da tecnolox’a, as’ como para prever
c‡les van se-los cami–os que percorra
no futuro, consiste en establece-la evoluci—n do seu mercado de vendas.
Neste sentido, o mercado da Optoelectr—nica acadou aproximadamente 50 bill—ns de d—lares USA en 1994 e
prevese que ascenda a 200 bill—ns dentro de dez anos. Se a estes datos agregamos que, por exemplo, o mercado
mundial de vendas de cable de fibra
—ptica foi de 5.7 bill—ns de d—lares en
1994, que supuxo 6 mill—ns de quil—metros de cable terrestre e submari–o
instalado, que chegou a 14.5 bill—ns en
1999 (12 mill—ns de quil—metros de
cable instalado) e que en 1995 se venderon m‡is de 50 mill—ns de l‡seres de
semiconductores, podemos facernos
unha idea da importancia que ten a
Optoelectr—nica no mercado de vendas
de productos tecnol—xicos. Para o futuro, e como mostra, baste dicir que
en Xap—n se estimou que para o ano
2010 a Optoelectr—nica representar‡ o
20 % do seu PIB.
BIBLIOGRAFÍA
Baker, R. J., e outros, CMOS: Circuit
Design, Layout and Simulation,
IEEE Press, 1998.
291
Bardeen, J., e W. H. Bratain, ÒThe
Transistor, a Semiconductor
TriodeÓ, Phys. Rew., 74, 230, 1948.
Bracho, S., La Ingenier’a Microelectr—nica
ante el cambio del Milenio, Servicio
de Publicaciones de la Universidad de Cantabria, 1999.
Desmond Smith, S., Optoelectronic
Devices, Nova York, Prentice-Hall,
1995.
Gray, P. R., e outros, Analog MOS integrated Circuits, Nova York, IEEE
Press, 1980.
Gray, P. R., e R. G. Meyer, Analysis and
design of Analog Integrated Circuits,
Nova York, John Wiley and Sons,
1977. (Terceira edici—n en 1993).
Grebene, A. B., Bipolar and MOS Analog
Integrated Circuits Designs, Nova
York, John Wiley and Sons, 1984.
Hodges, D. A., e Jackson, Analysis and
Design of Digital Integrated Circuits, Nova York, McGraw-Hill,
1983.
Ismail, M., e T. Fiez, Analog VLSI. Signal
and Information Processing, Nova
York, McGraw-Hill, 1994.
Iway, H., ÒCMOS Technology-Year
2010 and BeyonÓ, IEEE Journal of
solid state circuits, vol. 34, 3, 1999,
357-366.
Mead, C., e C. A. Conway, Introduction
to VLSI systems, Addison Wesley,
1980.
Moore, G. E., ÒMicroprocessor and
integrated electronic technologyÓ,
2 COLABORACION nueva
292
4/4/01
21:48
Página 292
Diego Cabello Ferrer / Carlos Gómez-Reino Carnota
Proceedings of the IEEE, vol. 64, 6,
1976, 837-841.
Naish, P., e P. Bishop, Designing ASICs,
Ellis Horwood, 1988.
Nicollian, F. H., e J. R. Brews, MOS
Physics and Technology, Nova York,
John Wiley and Sons, 1982.
Proceedings of the IEEE. Special Issue: 50th
Anniversary of the Transistor, vol.
86, 1, xaneiro, 1998.
Proceedings of the IEEE. Special Issue:
Integrated Sensors, Microactuators
& Microsystems, vol. 86, 8, agosto,
1998.
Shockley, W., ÒThe theory of p-n
Junctions in Semiconductors and
p-n Junctions TransistorsÓ, Bell.
Syst. Tech. J., 28, 435, 1949.
Tsividis, Y. P., Operation and Modelling of
the MOS transistor, Nova York,
McGraw-Hill, 1987.
Uiga, E., Optoelectronics, Nova York,
Prentice-Hall, 1995.
Wood, D., Optoelectronic Semiconductor
Devices, Nova York, Prentice-Hall,
1994.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 293
293
A BIOTECNOLOXÍA NO SÉCULO XX:
¿O INICIO DUNHA REVOLUCIÓN?
Tom‡s G. Villa*
Juan M. Lema Rodicio**
Universidade de Santiago
de Compostela
BIO + TECNOLOXÍA. UN PERCORRIDO
HISTÓRICO
Acostœmase considerar a NoŽ,
que descubriu por manipulaci—n das
uvas o proceso de fermentaci—n alcoh—lica, como o precursor da utilizaci—n
pr‡ctica polo home de procesos microbianos. Desde ent—n, a Humanidade
utiliza un nœmero de procesos ÔnaturaisÕ, especialmente orientados ‡ producci—n de alimentos: pan, vi–o, cervexa...
Para isto tiveron que se desenvolver tŽcnicas sinxelas de producci—n con
dese–os baseados na experiencia e a
observaci—n como, por exemplo, a
fabricaci—n de pan, que require cumprir unha serie de etapas, non evidentes a primeira vista. Noutros casos m‡is
complexos, a posta a punto dalgœns
sistemas utilizados tradicionalmente
supuxo unhas boas doses de enxe–o
(Òenxe–arizando procesos naturaisÓ)
como por exemplo o proceso de obtenci—n do aceto bals‡mico de M—dena,
Italia, onde se disp—n dunha bater’a de
ÔbiorreactoresÕ operando en semicontinuo, con tempos de residencia de ata
Ácen anos!
ÔBiotecnolox’aÕ, termo acu–ado
nos anos vinte polo enxe–eiro hœngaro
Karl Ereky, Ž un paradigma da filosof’a
productiva que dominou a Humanidade no sŽculo que conclu’u e que
pola sœa vez herdara, en termos de
forza de desenvolvemento, da Revoluci—n Industrial, isto Ž, Òm‡is, mellor e
m‡is baratoÓ. Desde logo non Ž previsible que, cando acu–ou a palabra, estivese Ereky predicindo o futuro porque,
entre outras cousas, naqueles anos desco–ec’anse as endonucleasas de restricci—n, acababan de descubrirse os bacteri—fagos por Twortw e DÕHerelle e a
Escherichia coli (a bacteria h—spede da
maior’a das manipulaci—ns xenŽticas)
era case a’nda Bacterium coli mutabile.
Emporiso, o certo Ž que a fusi—n
de ‡mbalas palabras, ÔbioÕ e Ôtecnolox’aÕ, representou un enorme revulsivo
no œltimo cuarto do sŽculo XX, cando
* Catedrático de Microbioloxía.
** Catedrático de Enxeñería Química.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
2 COLABORACION nueva
294
4/4/01
21:48
Página 294
Tomás G. Villa / Juan M. Lema Rodicio
parec’a que a sociedade andaba algo
desleixada polo s’ndrome post conquista da lœa.
Non se poder’a comprende-lo
r‡pido desenvolvemento da Biotecnolox’a sen mencionar algœns aspectos
da ciencia e a tecnolox’a, dos seus conceptos, desvelos e metamorfoses
Ñnunca mellor ditoÑ seculares. O
sŽculo XVI caracterizouse por un intento de romper con moldes que arrastraba, desde tempos ancestrais, a daquela
incipiente Ciencia. Sobresae neste sentido Aureolus Philippus Theophastrus
Bombastrus von Hemheim (1493-1541)
Ña’nda que el mesmo se chamaba
Paracelso, como desprezo ‡ figura do
galeno romano CelsoÑ por ser unha
fonte inesgotable de teor’as, pero, iso
si, con aspectos rabelaisianos. Como
traballara en Basilea, estaba influenciado polo Humanismo que al’ florecera
mesmo antes da Reforma e que se traduciu en aplicaci—n pr‡ctica das sœas
ideas, como foi a loita contra a enfermidade; as’, por exemplo, utilizou o metal
alqu’mico m‡is poderoso, o mercurio,
para o tratamento da s’filis, servindo
polo tanto de ponte de uni—n entre a
vella alquimia e os novos conceptos de
quimioterapia e iatroqu’mica, esp’rito
que en definitiva herdou tamŽn a
moderna Biotecnolox’a e sen dœbida
ocupar‡ unha ‡rea moi importante na
centuria que principia.
O sŽculo XVIII caracterizouse por
un racionalismo sen concesi—ns e pens‡base que todo o que exist’a se deb’a a
estructuras matem‡ticas definidas.
Non Ž de estra–ar, logo, que as ciencias
precursoras da Biotecnolox’a, en definitiva emp’ricas, non tivesen a aceptaci—n que os sŽculos XIX e XX lles reco–eceu. Debemos toma-la viaxe de cinco
anos que comezou Charles Darwin o
27 de decembro de 1831 a bordo do
Beagle e que o trouxo de regreso a
Inglaterra Òco convencemento de que
as especies biol—xicas non eran inmutablesÓ, como algo premonitorio que
engarza co sentimento de evoluci—n
acelerada que a Biotecnolox’a Ñmediada pola manipulaci—n xenŽticaÑ pode
estar conculcando —s seres vivos do
planeta.
Como grandes precusores, sen
dœbida, hai que menciona-las figuras
de L‡zaro Spallanzani (do que este ano
se celebra o bicentenario da sœa morte)
e Louis Pasteur, a quen poder’a reco–ecerse co t’tulo de primeiro biotecn—logo moderno. LŽmbrese c—mo refutou
belamente as teor’as sobre a xeraci—n
espont‡nea en 1860 e c—mo chegar’a ‡
cima do seu poder’o cient’fico en 1863
cando resolveu, a instancias do emperador de Francia, os problemas xurdidos nos procesos de elaboraci—n do
vi–o.
A principios do sŽculo XX ten
lugar o desenvolvemento dunha industria incipiente baseada na acci—n de
microorganismos para a producci—n de
disolventes (etanol, acetona, butanol...), ‡cidos (c’trico, acŽtico, etc.),
completando as’ o campo que ata ese
momento se limitara ‡ ‡rea alimentaria
(bebidas alcoh—licas, panificaci—n...). A
eficacia dos procesos era baixa, pois
non se comprend’an nin os principios
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 295
A Biotecnoloxía no século XX: ¿o inicio dunha revolución?
microbiol—xicos nin se dispo–’a de
ferramentas — xeito.
TamŽn a comezos de sŽculo
asoma xa unha preocupaci—n pola conservaci—n do medio, especialmente o
acuoso, en contornos das grandes cidades, moitas das cales xa dispo–’an de
sistemas de saneamento para a recollida das sœas augas residuais. ƒ ent—n
cando ten lugar a construcci—n das primeiras plantas para o tratamento e
recuperaci—n destes vertidos mediante
dispositivos moi elementais baseados
na acci—n de asociaci—ns microbianas
desenvolvidas naturalmente.
Nos anos vinte, o extraordinario
desenvolvemento da industria petroqu’mica, orientada non s— ‡ producci—n de carburantes sen—n tamŽn de
infinidade de productos da qu’mica
dos hidrocarburos, incentivou o estudio de procesos tŽrmicos e catal’ticos
que axi–a desbancaron, pola sœa maior
eficacia, os sistemas de producci—n
baseados na transformaci—n microbiana.
De novo os productos obtidos por
procesos biol—xicos se limitan, basicamente, — campo das industrias alimentarias. Este panorama manter’ase inalterado por dŽcadas debido ‡s baixas
productividades, os problemas operacionais e as necesidades de asepsia.
Adicionalmente, dœas das posibles vantaxes comparativas dos procesos biol—xicos Ñmenores requirimentos enerxŽticos e impacto menos
agresivo co medio naturalÑ carec’an, e
as’ foi ata hai relativamente pouco
295
tempo, de importancia real, dado o
baixo custo da enerx’a e a pouca atenci—n prestada ‡ preservaci—n do medio.
En pleno fragor da Segunda
Guerra Mundial, Avery, Mac Leod, e
Mc Carthy decat‡banse en 1944 de que
o Ôprincipio transformanteÕ que Griffith
describira a finais dos anos vinte para
pneumococos non era outra cousa que
segmentos dunha molŽcula de ‡cido
desoxirribonucleico (ADN), inequivocamente a molŽcula-base da vida e,
desde logo, pedra angular da Biotecnolox’a molecular. Ser’a nunha molŽcula estructuralmente tan sinxela coma
esta onde residise a informaci—n xenŽtica, concepto posteriormente confirmado por Hershey e Chase en 1952. Esta
contribuci—n, xunto coas de Max
DelbrŸck e Salvador Luria sobre a biolox’a e a recombinaci—n xenŽtica en
bacteri—fagos, fertilizaron adecuadamente o campo cient’fico para que en
1953 se propuxese desde a Universidade de Cambridge (Watson & Crick,
Reino Unido) a estructura dunha molŽcula de DNA, vixente basicamente
a’nda hoxe, utilizando unhas boas fotograf’as de difracci—n de raios X realizadas por Rosalind Franklin.
TamŽn neste mesmo per’odo, e
debido sen dœbida ‡s necesidades
masivas de antibi—ticos requiridas
polos feridos da Segunda Guerra
Mundial, ten lugar o desenvolvemento
b‡sico da enxe–er’a de grandes fermentadores para a producci—n de f‡rmacos. Para isto tivŽranse que aplicar conceptos sobre axitaci—n, transferencia de os’xeno, e desenvolver
2 COLABORACION nueva
296
4/4/01
21:48
Página 296
Tomás G. Villa / Juan M. Lema Rodicio
Biolox’a
molecular
Microbiolox’a
Bioqu’mica
XenŽtica
Biolox’a
celular
Enxe–er’a
qu’mica
Biotecnolox’a
molecular
Principios
activos
Vacinas
Producci—n
vexetal e
animal
Diagn—stico
Medio
natural
Final sŽculo XX
Comezo sŽculo XXI
Aumento da esperanza e
da calidade de vida
Figura 1. Xénese e contribucións da Biotecnoloxía no século XX.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 297
A Biotecnoloxía no século XX: ¿o inicio dunha revolución?
dispositivos eficaces de esterilizaci—n
ou procesos de concentraci—n e purificaci—n de productos.
ç fin da dŽcada dos sesenta, era
xa evidente que as bacterias conti–an
un modelo de organizaci—n xŽnica
(oper—n/regul—n, fundamental no desenvolvemento da Biotecnolox’a molecular) e que como pouco posu’a dous
tipos de endonucleasas, das cales as
chamadas de tipo II que reco–ecen e
cortan unha secuencia espec’fica de
pares de bases no DNA, estaban chamadas a causar unha autŽntica revoluci—n na Biolox’a molecular xa que permitiron infinidade de molŽculas
recombinantes de DNA. Din os historiadores da Biotecnolox’a molecular
que cando Stanley Cohen en Stanford e
Herbert Boyer en San Francisco idearon en 1973 o mŽtodo b‡sico para
transplantar xenes dun organismo vivo
a outro, e que estes se expresasen confer’ndolle — ser receptor caracter’sticas
fenot’picas que antes non ti–a, sab’an
perfectamente o que estaban facendo e
que o primeiro, en particular, ti–a unha
visi—n da ent—n incipiente Biotecnolox’a (segundo se reacu–ar’a na reuni—n de Asilomar, California). Non
ser’a xusto, por outra banda, se non se
destacase o mŽrito do profesor Bol’var
— desenvolve-lo primeiro pl‡smido
pequeno (pBR322) verdadeiramente
efectivo para a clonaci—n en bacterias
Gram negativas.
A Biotecnolox’a, se ben Ž unha
rama moi nova da ciencia, parte de
‡reas moi consolidadas. Calquera
observador imparcial da actual situa-
297
ci—n en que encontra a Biotecnolox’a
mundial neste cambio de sŽculo e milenio, decatar’ase da situaci—n complexa
que atravesa debido, en parte, — seu
car‡cter multidisciplinar, o que fai que
os profesionais procedan de eidos m‡is
tradicionais como a Bioqu’mica, a
Microbiolox’a, a Enxe–er’a qu’mica, a
XenŽtica, a Fisiolox’a vexetal e animal,
etc. (figura 1) e en parte tamŽn (aplicado para Espa–a en particular) debido ‡
inexistencia dun marco administrativo
que aglutine t—dolos biotecn—logos
para formaren unha Ôcasa comœnÕ desta
aventura apaixonante que representa a
Biotecnolox’a.
O impacto das Ônovas tecnolox’as
biol—xicasÕ (termo que poder’a competir co propio de Biotecnoloxia) manifestouse xa en moitos dos aspectos presentes na vida coti‡ da Humanidade
(saœde, ambiente, alimentaci—n...).
Deixando ‡ parte a ampl’sima ‡rea da
Medicina biotecnol—xica, que ser‡
obxecto dun tratamento diferenciado
nesta publicaci—n, a Biotecnolox’a permitiu o desenvolvemento de procesos
eficaces e competitivos nas ‡reas que se
indican:
Ñ obtenci—n de productos bioactivos
para o home e os animais,
Ñ producci—n vexetal e biodiversidade,
Ñ producci—n de enzimas, alimentos
e bebidas por fermentaci—n,
Ñ agricultura e alimentaci—n,
Ñ carburantes e productos qu’micos
finos,
2 COLABORACION nueva
298
4/4/01
21:48
Página 298
Tomás G. Villa / Juan M. Lema Rodicio
Ñ tratamento e valorizaci—n de productos de refugallos,
ductos, pertencentes a diversos campos de aplicaci—n. Nos seguintes apartados revisaranse varios destes grandes
campos, como unha mostra da potencialidade econ—mica, cient’fica, tecnol—xica e social da Biotecnolox’a.
Ñ recuperaci—n de solos e acu’feros
contaminados.
Na t‡boa 1 presŽntanse algunhas
previsi—ns de mercado dalgœns pro-
Valor (USD x 106)
Anos para o desenvolvemento
1.703
5
Vitaminas (6)
668
10-15
Enzimas (11)
218
5
Composto1
Amino‡cidos (9)
Hormonas estero’dicas (6)
368
10
Hormonas pept’dicas (9)
268
5
Ant’xenos virais (9)
300
5-10
Interfer—n (Alfa + Beta)
300
5
Antibi—ticos
Pesticidas
4.240
10
100
5-10
Metano
12.572
10
Etanol+Etilen e Propilenglicois
2.737
5-10
Arom‡ticos (aspirina + Fenol)
1.251
5-10
Inorg‡nicos (H2 e NH3)
2.681
15
Táboa 1. Predicción de mercado de productos obtidos por Enxeñería xenética.
PRINCIPIOS BIOACTIVOS PARA A INDUSTRIA
FARMACÉUTICA
O primeiro producto biotecnol—xico de alto poder farmacŽutico foi a
insulina humana clonada en sistemas
bacterianos. Ese f‡rmaco poder’a considerarse como un Ôparadigma biotecnol—xicoÕ e, en li–as xerais, serviu de
modelo —s outros productos farmacŽuticos de ’ndole biotecnol—xica.
Xa en 1921, Banting e Best (Toronto) comezaran o traballo sobre a
posible relaci—n entre unha hormona
pancre‡tica e a diabete inducida en
cans, logo de lles extirpar este —rgano e
comprobar que un extracto proteico de
p‡ncreas mitigaba ou eliminaba transitoriamente os s’ntomas diabŽticos. Tras
dun intento fallido, o neno Leonard
Thompson recib’a o 1 de xaneiro de
1922 unha inxecci—n de hormona semipurificada que melloraba sensiblemen-
1 Os números entre parénteses representan o número de compostos xa existentes no momento da predicción.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 299
A Biotecnoloxía no século XX: ¿o inicio dunha revolución?
te o seu estado diabŽtico. Nos dous
meses seguintes, o grupo de Toronto
puido anunciar por fin o descubrimento da hormona pancre‡tica que chamaron insulina. A finais dese ano, Banting
e McLeod recibiron o premio Nobel de
Medicina; o primeiro compartiuno con
Best. Todo foi, case se pode dicir, espectacularmente r‡pido para a insulina,
feito que se ten repetido arreo en todo
o que atangue ‡ chamada Biotecnolox’a farmacŽutica. As’, en 1923, a
empresa estadounidense Eli Lilly & Co
empezaba a producila comercialmente
e — ano seguinte fac’ao Novo Nordisk
desde Copenhaguen. Foi nesta empresa danesa onde se conseguiu, hai agora
cincuenta anos, a insulina cristalina de
acci—n retardada, que ti–a como vantaProducto
CŽlula
hospedadora1
Insulina humana2
B
Hormona de ,
crecemento
humana (hGH)
B,M
299
xe a diminuci—n do nœmero de inxecci—ns diarias necesarias para regula-la
glicemia.
Tendo en conta os cento corenta
mill—ns de diabŽticos existentes no
mundo, non Ž de estra–ar a alegr’a con
que a sociedade celebrou a chegada das
insulinas recombinantes humanas que
representaba, entre outras cousas, a
fonte inesgotable deste producto xŽnico humano. Con toda probabilidade o
sŽculo XXI vai ver novas insulinas
recombinantes, m‡is eficientes, de
absorci—n lenta ou ben de acci—n moi
r‡pida (por inversi—n da orde de
cod—ns no xene), e mesmo se poder‡
ver reintroducido o xene nos enfermos
para que outro —rgano produza de
novo a hormona.
Empresas productoras
Eli Lilly & Co., Novo Nordisk
Ano
1981-82
Indicaci—n/
aplicaci—n
Diabete
Genentech, Bio-Tech General,
Carbiotech, Eli Lilly/Hybritech
1985
Ananismo
Interfer—n alfa-2a
sarcoma de Kaposi
en SIDA
B
Hoffmann-La Roche AG
1986
Leucemia
Vacina
anti-hepatite B
L
Merck & Co. Inc./Chiron Corp.,
SmithKiine Beecham pic
1986
Prevenci—n da
hepatite B
Interfer—n alfa-2b
B
Schering-Plough AG
1986
Leucemia,
verrugas
xenitais,
arcoma de
Kaposi,
hepatite
non A non B
Activador tisular
M
Genentech Inc.
1987
Infarto cr’tico de
miocardio,
1 Clave: B, bacterias; L, lévedos; M, células de diferentes mamíferos; H, fungos filamentosos.
2 Finalizado o século XX, a diabete afectaba a máis de 140 millóns de persoas no mundo, das cales o 10 %
necesitan inxectarse insulina diariamente.
2 COLABORACION nueva
300
4/4/01
21:48
Página 300
Tomás G. Villa / Juan M. Lema Rodicio
Producto
CŽlula
hospedadora
Empresas productoras
Ano
Indicaci—n/
aplicaci—n
embolia
pulmonar
do plasmin—xeno
Somatotropina
B, M
Genzyme Transgenics Corp.,
Genentech Inc.
987
Deficiencia de
hGH en nenos
1
Vacina
anti-influenza B
B
Praxis Biologics
1988
Influenza
de tipo B
Eritropoyetina
M
Amgen Inc., Ortho Biotech,
Genzyme Transgenic Corp.1
989
Anemia cr—nica
causada por
insuficiencia
renal
Interfer—n alfa-n3
B
Interferon Sciences
1989
Verrugas xenitais
Genentech Inc.
1990
Enfermidade
granulomatosa
cr—nica
Interfer—n gamma-1b
B, L, M
Factor estimulante
de colonias de
granulocitos
(G-CSF)
B
Amgen Inc.
1991
Neutropenia
causada por
quimioterapia
Factor estimulante
de colonias de
granulacitos
e macr—fagos
(GM-CSF)
L
Immunex, Hoechst AG-Roussel
1991
Infecci—n
relacionada co
transplante
aut—logo de
medula —sea
Interleuquina-2
B
1992
Terapia para
o cancro,
desordes
sangu’neas
e de medula
—sea
Uclaf
(IL-2)
Cetus Corp., Interferon Sciences
Synergen
Factor VIII
(da coagulaci—n
sangu’nea)
M
Varias empresas
1992
Hemofilia A
DNAsa
M
Genentech Inc.
1993
Fibrose qu’stica
Interfer—n beta-1b
(Betaferon)
B
Schering AG Pliarma
1993
Esclerose
mœltiple
Genzyme Transgenics Corp.
1994
Enfermidade de
Gaucher
Beta-glicocerebrosidasa
M
Tabla 2. Productos farmacéuticos recombinantes no mercado.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 301
301
A Biotecnoloxía no século XX: ¿o inicio dunha revolución?
Seguindo o ronsel deixado pola
insulina humana recombinante, tivo
lugar un crecemento espectacular do
cat‡logo de productos farmacŽuticos
comercializados, como se recolle na
t‡boa 2, tendencia que deber’a proseguir no sŽculo XXI, prevŽndose que
nos primeiros anos se logren uns cento
corenta productos recombinantes sometidos ‡s m‡is estrictas regulaci—ns.
Como se pode apreciar na t‡boa 3,
os sistemas de expresi—n que se desenvolveron na œltima vintena dos anos
do sŽculo XX inclœen bacterias (dominado por E. coli, seguido cada vez m‡is
de preto por outras que claramente
posœen un status GRAS ÑGenerally
Recognized As SafeÑ como Ž o caso de
Bacillus subtilis e en menor grao a’nda
Corynebacterium glutamicum/Brevibacterium lactofermentum), lŽvedos (S. cerevisiae, K. lactis, P. pastoris e H. polymorpha) e fungos filamentosos (Phycomyces,
Aspergillus). Durante a dŽcada de 1960
e principios da seguinte, traballouse
activamente con dous lŽvedos metilotr—ficos: Pichia pastoris e Hansenula polymorpha (sin. Pichia polymorpha) como
microorganismos de fermentaci—n robustos (especialmente a primeira)
LŽvedo hospedador
Pichia pastoris
destinados a transforma-los residuos
industriais das petroleiras en prote’na
unicelular. Logo dunha crise duns
quince anos, ‡mbalas especies m‡is
Kluyveromyces lactis, Schizosaccharomyces pombe e m‡is recentemente Yarrowia
lipolytica (sin. Candida lipolytica) foron
configur‡ndose como alternativas (‡s
veces moi superiores) ‡ todopoderosa
S. cerevisiae no apartado de Biotecnolox’a das fermentaci—ns para a producci—n de f‡rmacos recombinantes de
calidade (vŽxanse as t‡boas 2 e 3).
Unha das principais vantaxes que
presentan os lŽvedos en relaci—n con
productos de xenes humanos ou implicados directamente na terapia humana,
Ž a sœa capacidade de glicosilaci—n dos
productos xŽnicos, ‡s veces imitando
as glicosilaci—ns realizadas por cŽlulas
de mam’fero como Ž o caso de S. pombe.
A xeito de exemplo, a t‡boa 4 resume
os niveis de productividade en fermentadores para algœns xenes humanos
expresados en lŽvedos. No sŽculo entrante desenvolveranse sistemas, hoxe
incipientes, de arqueobacterias (Halobacterium e Haloarcula) que son capaces
de glicosilar dun modo moi similar —s
sistemas eucari—ticos.
Producto
Ant’xeno de superficie do virus da hepatite B
Estreptoquinasa
Factor de necrose tumoral humano
Lisozima bovina
Aprotinina
Fragmento C da toxina do tŽtanos
gp 120 do HIV
Ano
1987
1989
1989
1989
1991
1991
1991
2 COLABORACION nueva
302
4/4/01
21:48
Página 302
Tomás G. Villa / Juan M. Lema Rodicio
LŽvedo hospedador
Producto
Ano
Receptor de IgE humano
Transferrina
Inhibidor da prote’nasa 6 humano
AlŽrxenos herb‡ceos
Diversas amilasas
Opsina bovina
Lacasa
AlŽrxeno Bla g4
Factor humano tisular
Lipasa biliar humana
Patatinas
Gonadotropina cori—nica humana e activa
Prote’na atrapaolores da abella
1992
1995
1995
1996
1996
1997
1997
1998
1998
1998
1998
1999
1999
Hansenula polymorpha
Ant’xeno de superficie mediano do virus da hepatite B
Seroalbœmina humana
Ant’xenos de superficie S e L do virus da hepatite B
1989
1990
1991
Kluyveromyces lactis
Activador tisular do plasmin—xeno
Interleuquina-I b humana
Seroalbœmina humana
Ant’xeno de superficie do virus da hepatite B
Lactoglobulina beta ovina
1990
1991
1991
1992
1996
Schizosaccharomyces pombe
Antitrombina III humana
Factor XIIIa humano
Factor estimulador de colonias de macr—fagos (truncado)
1987
1989
1994
Yarrowia lipolytica
Interfer—n porcino
Factor de coagulaci—n XIIIa
b-Glicuronidasa
Ant’xeno de superficie hepatite B
Case’n quinasa II
1990
1992
1993
1994
1997
Táboa 3. Productos terapéuticos (ou relacionados) recombinantes expresados en lévedos diferentes a Sacharomyces
cerevisiae
Producto
LŽvedo hospedador
Promotor
Productividade
Ano
Seroalbœmina humana
Saccharomyces cerevisiae
Kluyveromyces lactis
CUPI
UYPI
PGK/LAC4
0,6 mg/L
35-45 mg/L
300-400 mg/L
1986
1990
1991
Mon—mero de AgsHB
S. cerevisiae
Hansenula polymorpha
PGK1
MOX1
AOX1
1-2 mg/100 mg
de prote’na
2,7-3,6 mg/100 mg
de prote’na
2,3 mg/100 mg
de prote’na
1982
1989
1987
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 303
A Biotecnoloxía no século XX: ¿o inicio dunha revolución?
303
Producto
LŽvedo hospedador
Promotor
Productividade
Ano
Seroalbœmina humana
Saccharomyces cerevisiae
Kluyveromyces lactis
CUPI
UYPI
PGK/LAC4
0,6 mg/L
35-45 mg/L
300-400 mg/L
1986
1990
1991
Mon—mero de AgsHB
S. cerevisiae
PGK1
1982
Hansenula polymorpha
MOX1
Pichia pastoris
AOX1
1-2 mg/100 mg
de prote’na
2,7-3,6 mg/100 mg
de prote’na
2,3 mg/100 mg
de prote’na
Interleuquina-1b humana
S. cerevisiae
K. lactis
PGK
PH05
Interfer—n alfa humano
S. cerevisiae
IGF-1
S. cerevisiae
Lactoferrina humana
S. cerevisiae
Lactoglobulina beta
ovina
1989
1987
1-2 mg/L
80 mg/L
1987
1991
PGK1
5 mg/L
1982
ADH2/GAPDH
25 mg/L
1989
Chelatin
1,5-2 mg/L
1993
S. cerevisiae
K. lactis
PGK
PGK
40-50 mg/L
40-50 mg/L
1996
1996
Hirudina
S. cerevisiae
GAL10
59 mg/L
1995
Fibrin—xeno
S. cerevisiae
GAL1
30 mg/L
1995
Táboa 4. Productividade para determinados compostos terapéuticos, recombinantes, sintetizados en distintos lévedos.
Unha ‡rea de enorme importancia econ—mica e social que previsiblemente se acrecentar‡ durante o primeiro cuarto do sŽculo XXI Ž o
desenvolvemento de vacinas para
previ-las enfermidades infecciosas que
provocan dezasete dos cincuenta mill—ns de falecementos que ocorren cada
ano no mundo. Delas, as dez m‡is
preocupantes, pola sœa incidencia, son
as infecci—ns respiratorias agudas, a
tuberculose, as enfermidades diarrŽicas, a malaria, a hepatite B, a SIDA, o
sarampelo, o tŽtano neonatal, a tose
ferina, a lombriga intestinal e a anquilostomiase.
Segundo a Organizaci—n Mundial
da Saœde (OMS), cada ano morren des-
tas enfermidades infecciosas case nove
mill—ns de nenos menores de catorce
anos e polo menos tres mill—ns salvar’anse se as vacinas xa existentes se utilizasen m‡is amplamente. Os demais
necesitar’an doutras vacinas a’nda inexistentes para sobrevivir. Resulta dram‡tico comprobar que nos postremeiros tempos do sŽculo XX falec’an a’nda
setecentos cincuenta mil nenos — ano
debido a unha enfermidade tan cl‡sica
como o sarampelo.
A elaboraci—n de vacinas est‡
impulsada por, como pouco, tres factores: I) a necesidade de salvar vidas; II) o
descubrimento cient’fico e a innovaci—n tecnol—xica propia da nosa sociedade; e III) o concepto de que os
2 COLABORACION nueva
304
4/4/01
21:48
Página 304
Tomás G. Villa / Juan M. Lema Rodicio
microorganismos causantes de enfermidades son tamŽn seres xenŽticos e,
como tales, suxeitos ‡s mesmas forzas
evolutivas c— home. Como ben sinalou
Joshua Lederberg, este œltimo aspecto
delimita unha v’a de dous sentidos e
han vixiarse constantemente os pat—xenos emerxentes, as cepas resistentes,
etc.
A producci—n industrial de productos de alto valor engadido representou, baixo o punto de vista tecnol—xico, un importante reto no campo de
dese–o de dispositivos de fermentaci—n. As’, a necesidade de prove-los
cultivos de altas velocidades de aireaci—n propiciou o desenvolvemento de
novos sistemas tanto para a subministraci—n de aire (difusores, membranas),
como para a homoxeneizaci—n do equipo. Especialmente delicados son os
equipos destinados a cultivos de cŽlulas animais, cun elevado cociente respiratorio e que, — tempo, presentan unha
elevada fraxilidade. Entre os sistemas
que se mostraron m‡is eficaces destacan os fermentadores air lift, os equipos
con perfusores e os encaixes fermentadores/membranas, con diferentes tecnolox’as e campos de aplicaci—n.
Os sistemas de monitorizaci—n e
control do proceso experimentaron un
extraordinario avance nos œltimos
anos, tanto no equipamento coma nas
estratexias de control. Hoxe en d’a non
Ž infrecuente a instalaci—n de equipos
relativamente sofisticados, como
espectr—metros de masas conectados
on line — sistema de fermentaci—n. A
an‡lise detallada do caudal e, sobre
todo, da composici—n dos gases
desprendidos, permiten precisar polo miœdo o estado metab—lico do cultivo e, deste xeito, caracterizar con exactitude a fase de fermentaci—n. Con isto
l—grase non s— maximiza-la producci—n sen—n, ademais, evitar situaci—ns non desexadas como a derivaci—n
do fluxo metab—lico a rutas diferentes.
Introduciuse con Žxito, ademais, o
concepto de control do proceso baseado en sistemas expertos (expert systems), moitas veces combinado co uso
de Ôl—xica borrosaÕ (fuzzy logic) que permitiu efectuar un adecuado control sen
necesidade dun modelo matem‡tico
preciso, que en moitas ocasi—ns resulta
complexo ou inviable formular (figura 1).
O algodón de tubo de ensaio é un interesante resultado
biotecnolóxico. Cada célula convértese nunha fibra de
algodón e o proceso é máis rápido có cultivo tradicional.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 305
A Biotecnoloxía no século XX: ¿o inicio dunha revolución?
Menci—n ‡ parte merece o desenvolvemento dunha serie de ÔbiosensoresÕ capaces de detectar tanto par‡metros de tipo xenŽrico (ATP...) como
productos espec’ficos (glicosa, lactosa,
‡cidos, prote’nas...), o cal permitiu un
eficaz proceso de monitorizaci—n on
line. O desenvolvemento m‡is espectacular consiste nos biosensores producidos con tecnolox’a chip que permitir‡n
unha moi complexa instrumentaci—n
incluso a baixo prezo, nos puntos m‡is
sensibles do equipo.
TamŽn houbo que desenvolver
tŽcnicas de concentraci—n e purificaci—n (dowstream) sofisticadas para lograr, a un tempo, a recuperaci—n do
producto desexado e a eliminaci—n de
compo–entes indesexados, bioloxicamente inactivos. ƒ destacable que moitos dos productos obtidos se encontran
no caldo de cultivo a uns niveis extremadamente baixos, se ben o seu elevado valor fai interesante a sœa recuperaci—n (ver t‡boa 3). Entre as diferentes
Comprador
305
metodolox’as m‡is innovadoras destacan as tŽcnicas cromatogr‡ficas (de
intercambio i—nico, de afinidade, por
exemplo), xa a escala industrial, e as
tŽcnicas de concentraci—n-separaci—n
por membranas.
A Biotecnolox’a farmacŽutica estivo desde o seu inicio sometida ‡ dobre
vertente de tratar de obter productos
bioactivos que contribœan a palia-la
dor e a enfermidade pero, — tempo, de
desenvolver procesos que abaraten
custos de producci—n e xeren beneficios ‡s empresas correspondentes (ha
considerarse que, ‡ marxe do apoio
prestado por entes gobernamentais a
travŽs de plans espec’ficos, a investigaci—n en Biotecnolox’a foi financiada,
especialmente, por compa–’as farmacŽuticas. Neste sentido, as t‡boas 5 e 6
resumen as fusi—ns m‡is recentes entre
empresas e as l’deres por cotas de mercado das empresas a finais do sŽculo
XX.
Adquisici—n
Data
Tama–o
(mill—ns de USD)
American Home
Monsanto
6/98
34400
Sandoz
Ciba-Geigy
3/96
30100
Glaxo Holdings
Weiicome
1/95
14300
Bristol-Myers
Sqtjibb
7/89
12100
Roche Holding
Corange
5/97
10200
American Home Products
American Cyanamid
8/94
9600
Hoechst
Marion Merrell Dow
2/95
7800
Accionistas
Zeneca
6/92
7000
Upjohn
Pharmacia
8/95
7000
Táboa 5. Algunhas das grandes fusións de empresas biotecnolóxicas.
2 COLABORACION nueva
306
4/4/01
Página 306
Tomás G. Villa / Juan M. Lema Rodicio
Consorcios
1
21:48
Mercado (%)
Glaxo-Wellcome
4,70
2
Novartis
4,40
3
Merck + Co.
3,50
4
Hoechst Marion
Roussel
3,50
5
Bristol-Myers-Squibb
3,10
6
American Home
3,00
7
Johnson & Johnson
2,90
8
Pfizer
2,90
9
Hoffmann-La Roche
2,60
10
SmithKline-Beecham
2,50
si—ns, resultan dificilmente biodegradables (ou biodispo–ibles), polo que se
acumulan en solos, sedimentos e, por
veces, en seres vivos. Por outra parte,
un nœmero considerable destes productos resultan t—xicos para os organismos vivos, polo que se requiriu a aplicaci—n de novas tŽcnicas e procesos
tanto para o tratamento de augas como
de solos e, en menor medida, de gases
contaminados.
O uso de microorganismos para a
eliminaci—n de materia org‡nica en
augas residuais domŽsticas lŽvase aplicando durante moitos anos, primeiro
nas chamadas Ôfosas sŽpticasÕ e logo en
unidades mellor controladas. A Ôlagoaxe estendidaÕ Ž tamŽn unha tŽcnica tradicional que, a’nda con melloras de
tipo operacional e de dese–o, segue
sendo œtil.
Un dos procesos con m‡is Žxito,
hoxe empregado masivamente na
industria, Ž o de eliminaci—n de augas
residuais; pal’ase as’ o preocupante
problema da eutrofizaci—n das augas.
O proceso basŽase na acci—n combinada de microorganismos aut—trofos, que
oxidan a materia amoniacal a nitrato
(proceso de nitrificaci—n) e heter—trofos,
que utilizando materia org‡nica carbonada reducen o nitrato formato a nitr—xeno atmosfŽrico (proceso de desnitrificaci—n). Co fin de mellora-la eficacia
desenvolvŽronse equipos para acadar
unha m‡is r‡pida transferencia de
materia (os’xeno) e procedementos
para lograr unha maior densidade
celular no reactor (sistemas de inmobilizaci—n bacteriana ou equipos de
membrana).
Sen embargo, o desenvolvemento
espectacular dos procesos industriais,
especialmente no sŽculo XX, xerou a
producci—n de residuos tanto en fase
l’quida como gasosa e s—lida. Nestes
efluentes at—panse adoito materiais
xenobi—ticos que, en numerosas oca-
A eliminaci—n de f—sforo Ñsegundo macronutriente de importanciaÑ
consŽguese mediante un proceso no
que se alternan etapas de liberaci—n de
fosfato con etapas de acumulaci—n intracelular, mediante o establecemento
de ciclos an—xicos/aerobios no equipo.
Total (de vendas
do sector farmacŽutico)
33,10
Táboa 6. As dez empresas farmacéuticas líderes a
finais do século XX.
A BIOTECNOLOXÍA E A PROTECCIÓN DO MEDIO
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 307
A Biotecnoloxía no século XX: ¿o inicio dunha revolución?
Sen dœbida, a eliminaci—n biol—xica de materiais t—xicos en augas residuais foi un campo no que se lograron
resultados notables. A combinaci—n de
tŽcnicas de enriquecemento en determinados grupos tr—ficos coa aplicaci—n
en equipos especiais (reactores de
membrana, sistemas de elevada densidade celular con microorganismos
inmobilizados...), fixo posible a eliminaci—n de compostos xenobi—ticos considerados, ata hai pouco, como materiais recalcitrantes.
O abandono de espacios industriais e a sœa transformaci—n en zonas
residenciais ou de lecer requiriu a recuperaci—n de solos e acu’feros. TamŽn os
derramos de petr—leo no mar, especialmente no caso de accidentes de superpetroleiros (na mente de todos est‡n os
casos do Torrey Canyon, Exxon Valdez e,
m‡is pr—ximo, o do Aegean Sea) incentivaron o estudio deste problema. As tŽcnicas de biorremediaci—n, baseadas na
acci—n de microorganismos ÔnaturaisÕ
ou ÔespecializadosÕ, tiveron, por este
motivo, un enorme desenvolvemento.
En ocasi—ns efectœase simplemente
unha Ôfertilizaci—nÕ do terreo, engadindo nutrientes para permiti-lo nacemento de microorganismos ÔnaturaisÕ, ‡s
veces complementando o proceso coa
adici—n de materiais que aumenten a
Ôbiodispo–ibilidadeÕ do contaminante.
Noutras faise unha sementeira de
microorganismos previamente seleccionados para realiza-la metabolizaci—n especializada destes contaminantes espec’ficos.
307
A aplicaci—n de microorganismos
recombinantes no medio natural est‡,
a’nda, nunha fase moi previa. As regulaci—ns legais ‡ liberaci—n — medio de
microorganismos manipulados xeneticamente son moi restrictivas pois a’nda non se co–ece con precisi—n o
impacto que exercer’an f—ra do seu ‡mbito de aplicaci—n inmediato. PŽnsese,
por exemplo, quŽ suceder’a de se producir un escape de microorganismos
resistentes (ou mesmo que metabolicen) antibi—ticos... Un campo de actuaci—n de grande interese consiste en
introducir nestes microorganismos
unha sonda que, en ausencia do material contaminante, produza a lise celular, tras disparar un mecanismo autodestructivo. Hai ben pouco permitiuse
a liberaci—n controlada nun terreo contaminado de microorganismos enxe–erezados segundo estas ideas; a avaliaci—n dos seus resultados est‡ a’nda
pendente.
TamŽn se prestou moita atenci—n
‡ degradaci—n microbiana de residuos
industriais aparentemente non-biodegradables. Un exemplo significativo Ž a
aplicacion ‡ mineralizaci—n de TNT,
almacenado por toneladas en recintos
militares ou a biodegradaci—n de is—meros de lindano (hexaclorociclohexano), un insecticida empregado profusamente ata os anos sesenta; a sœa
producci—n ’a inexorablemente asociada ‡ dos seus is—meros, menos activos,
que se vert’an libremente en solos e
vertedoiros.
Por œltimo, cabe destaca-lo esforzo dedicado — tratamento de
2 COLABORACION nueva
308
4/4/01
21:48
Página 308
Tomás G. Villa / Juan M. Lema Rodicio
gases contaminados, especialmente
con materiais xofrados (H2S, mercaptanos) ou compostos org‡nicos vol‡tiles
(VOCÕ s). Para iso estanse a desenvolver biofiltros, bioabsorbedores ou biolavadores con diferentes configuraci—ns e modos de actuaci—n distintos e
excelentes perspectivas de utilidade
pr‡ctica.
O TRIÁNGULO BIOTECNOLOXÍA, PRODUCCIÓN
VEXETAL E BIODIVERSIDADE
O futuro da Biotecnolox’a no
sŽculo que empeza estar‡ previsiblemente ligado —s seres fotosintŽticos
(fundamentalmente plantas e en
menor medida algas microsc—picas).
DesŽxase que as sementeiras produzan
m‡is, que sexan m‡is resistentes a
enfermidades, que non necesiten (ou
necesiten un m’nimo) de pesticidas,
que consuman pouca auga, e ata que a
manipulaci—n produza froitos non s—
m‡is grandes, coma na actualidade,
sen—n tamŽn m‡is saborosos.
ƒ evidente que a medida que se
foi poboando o planeta aumentaron as
necesidades de alimentos, os cales,
conforme se incrementaba o grao de
benestar, ti–an que ser mellores en calidade alimentaria, presentaci—n e hixiene. Isto conseguiuse en parte nas œltimas duascentas xeraci—ns humanas
(aproximadamente equivalente a uns
catro mil anos da vida do home)
mediante a manipulaci—n xenŽtica que
chamaremos ÔconvencionalÕ e permitiu
a obtenci—n dunha enorme variedade
de h’bridos. O sŽculo XIX e os dous primeiros tercios do XX son sen dœbida
t’picos neste aspecto. Pœidose as’ alimenta-la Humanidade, ag‡s en certas
grandes fames debidas especialmente a
unha imperdoable falta de previsi—n e,
sobre todo, de sensibilidade na repartici—n dos excedentes alimentarios do
chamado Ôprimeiro mundoÕ.
Este proceso, sen embargo, levou
consigo unha dr‡stica diminuci—n do
nœmero de plantas utilizadas para a
alimentaci—n (o mesmo se poder’a
dicir, incluso en maior grao de reducci—n, para o caso dos animais utilizados
na alimentaci—n humana), o que xerou,
— principio de vagar e logo de xeito
m‡is evidente, unha notable diminuci—n da biodiversidade. A Humanidade, — longo de toda a sœa historia,
utilizou unhas tres mil plantas das
oitenta mil estimadas comestibles que
a’nda quedan no planeta na actualidade. Destas tres mil, o home cultiva a
grande escala s— cento cincuenta e, destas, vintenove proporcionan o noventa
por cento dos alimentos: 7 cereais
(arroz, trigo, millo, sorgo, cebada, millo
miœdo e triticale, que proporcionan o
52 % da enerx’a total); 3 tubŽrculos
(mandioca, pataca e batata); 8 leguminosas (cacahuetes, ch’charos, garavanzos, soia, fabas, feix—ns, feix—ns varados e ch’charos de Angola); 7
oleaxinosas; 2 azucreiras (cana e remolacha) e 2 froiteiras (bananeira e coco).
O noventa e nove por cento das
necesidades alimenticias dos humanos
procede do medio terrestre e s— o un
por cento do medio acu’cola (inclu’da a
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 309
A Biotecnoloxía no século XX: ¿o inicio dunha revolución?
Moitas plantas teñen a rara propiedade de duplicar ou
triplica-los seus cromosomas (poliploidía). A colleita
do trigo moderno, por exemplo, é moito máis doada cá
tradicional.
pesca en mar aberto). A tendencia,
segundo os observadores da UNESCO,
Ž que esta cifra permaneza igual ou
mesmo aumente cara — medio terrestre
no sŽculo que comeza, por canto a productividade dunha hect‡rea de terra Ž
moito m‡is alta c‡ parte equivalente de
medio acu‡tico. Xa que logo, Àcara a
onde debe ser canalizado o esforzo
investigador de ’ndole biotecnol—xica?
Posiblemente cara — medio terrestre, xa
que Ž al’ onde maioritariamente se atopan os recursos alimentarios m‡is
estendidos. Por outro lado, non ser’a
desatinado tratar de aunar esforzos
pœblicos de investimento transnacional
para tentar aumentar ese baixo un por
cento da producci—n acu’cola.
309
A conclusi—n Ž inevitable: o home
Ž (foino sempre) un manipulador primario de seres vivos e, — facelo no seu
proveito, induce a perda da biodiversidade do planeta, xa que favorece a
selecci—n dunhas poucas especies ou
razas que necesita. Existe unha serie de
exemplos xa cl‡sicos que inciden nesta
idea. As’, entre 1945 e 1986, Grecia
abandona o noventa e cinco por cento
de variedades nativas de trigo e moitas
delas pŽrdense; entre 1970 e 1973
Espa–a perde sete de dez cultivos primitivos de mel—ns; na actualidade, a
Repœblica Sudafricana perdeu o noventa e nove por cento de variedades
nativas de sorgo e Francia s— conta doce variedades de maceira fronte ‡s
dœas mil que ti–a no sŽculo XIX.
Por outra parte, esta manipulaci—n conduciu a un aumento de enfermidades por dexeneraci—n xenŽtica
dos cultivos e, concomitantemente, un
aumento espectacular do consumo de
productos fitosanitarios. Os exemplos
cl‡sicos inclœen a acci—n de Phytophtora
infestans que destru’u a metade da producci—n de pataca en Irlanda en 1846
(cunha extraordinaria incidencia social,
como foron as emigraci—ns masivas do
Vello — Novo Mundo) e houbo que
recorrer a cruzamentos con reserva
xenŽtica silvestre (Solanum demissum).
O mesmo poder’a dicirse para filoxera,
que en 1860 arrasou os vi–edos europeos ou a destrucci—n de millo sudista
por Helmintosporium maydis. Tense
recorrido sistematicamente na historia
a retrocruzamentos co fondo xenŽtico
silvestre para recupera-la resistencia a
2 COLABORACION nueva
310
4/4/01
21:48
Página 310
Tomás G. Villa / Juan M. Lema Rodicio
pragas e factores ambientais, mesmo a
sabendas do co–ecido axioma de que
os h’bridos acabar’an por desenvolve-los seus propios parasitos/pat—xenos
espec’ficos e que outra volta haber‡
que recorrer — retrocruzamento nun
ciclo permanente e repetitivo.
Nos quince ou vinte œltimos anos
do sŽculo XX, a Biotecnolox’a conseguiu introducir infinidade de caracter’sticas dominantes en cultivos de
plantas importantes na alimentaci—n
humana que as fan resistentes a unha
gran variedade de factores ambientais
adversos e que van desde a resistencia
a pat—xenos tales como virus, viroides,
bacterias e fungos filamentosos ata resistencia ‡ auga de rega rica en sal
ou resistencia ‡ maduraci—n r‡pida de
certos froitos. Esta serie de movementos de manipulaci—n xenŽtica dos xenomios principais das plantas (tamŽn
co–ecida como transxŽnese) foi motivada por dous factores clave: o esgotamento paulatino dos recursos e do
potencial da xenŽtica convencional e a
curiosidade inherente — cient’fico. Con
ser isto importante, a achega da Biotecnolox’a no cap’tulo de biodiversidade est‡ a’nda por vir e desenvolverase
neste sŽculo que comeza. Debido a que
as tŽcnicas de Biolox’a molecular que
utiliza son moi poderosas, Ž labor relativamente simple protexe-la biodiversidade de calquera ser vivo (entendŽndoo como un todo, tal e como ocorre na
natureza); pero tamŽn pode entenderse
por biodiversidade a preservaci—n da
caracter’stica ou conxunto de caracter’sticas m‡is importanrtes da especie
de que se trate e traspasar estas a outra
receptora. Deste xeito garantir’ase que
non se perda de vez o positivo que a
natureza seleccionou mediante evoluci—n natural durante mill—ns de anos.
Tal pr‡ctica, sempre que se poida, debe
realizarse mediante ÔparatransxŽneseÕ,
Ž dicir, clonaci—n sobre xenomios secundarios (mitocondrias ou cloroplastos) das cŽlulas de animais ou plantas,
respectivamente, para distorsionar o
menos posible a marcha evolutiva propia da especie receptora.
Cana de azucre
Mandioca
Actual1
Potencial2
70-90
150-200
60
100
70-150
150-200
Aceite de palma
2-5
10-12
Cacahuete
1,6
4,0
Aceite de ricino
0,6
2,5
Con’feras temperadas
6-8
20-30
Tomate
Con’feras tropicais
12-20
40-60
Frondosas tropicais
10-20
40-100
Táboa 7. Produccións actuais e potenciais dalgunhas
plantas cultivadas e especies forestais (Tm/Ha).
1 Esta estimación enténdese só para cultivos realizados
por procedementos clásicos, incluíndo a mellora xenética.
2 As produccións potenciais teñen en conta: a) aumento de reforestación, si pertinente; b) mellora xenética
por manipulación de células xerminais; c) desenvolvemento de plásmidos centroméricos e plantas transxénicas (non inclúe, sen embargo, o desenvolvemento que
poida conseguirse segundo as estimacións con plantas
paratransxénicas); d) optimización de procesos; e) educación laboral do traballador; f) política empresarial.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 311
A Biotecnoloxía no século XX: ¿o inicio dunha revolución?
O outro factor importante que
acompa–a a achega da Biotecnolox’a ‡
producci—n vexetal, mediante acci—ns
ABP (acci—ns biotecnol—xicas posibles)
ten que ver evidentemente co aumento da producci—n pura da biomasa
vexetal. A xeito de exemplo am—sanse
na t‡boa 7 as estimaci—ns realizadas
por expertos da ONU para o sŽculo entrante nalgœns cultivos mediante ABP.
Un aspecto relativamente pouco
desenvolvido pola Biotecnolox’a para
o mundo de producci—n vexetal relacionado coa BioenerxŽtica Ž a obtenci—n de novas estirpes ou variedades
con maior rendemento na formaci—n
de biomasa. Os factores que inflœen no
rendemento da conversi—n enerxŽtica
da fotos’ntese de plantas superiores
son os seguintes: da enerx’a solar incidente, dado que as plantas non utilizan
a zona IR (43 %) e a reflexi—n de enerx’a por follaxe e transmisi—n — chan
(34,4 %) e tendo en conta a reducci—n
intr’nseca debida — ciclo de Calvin
(Rubisco) (9,8 %) e ‡ correcci—n respiratoria (6,5 %), s— se aproveita entre un
seis e un sete por cento da enerx’a solar
incidente. Ademais, se se ten en conta o
rendemento real interanual, esta cifra
resulta a’nda inferior (pode baixar ata
un 2,5 % para a cana de azucre). Un
simple c‡lculo indica que ser’an necesarias cincuenta hect‡reas de bosque
para acumula-la mesma enerx’a que
acumular’a unha hect‡rea de espellos.
As ABP a longo prazo incluir’an: a) o
incremento da zona do espectro electromagnŽtico de captaci—n enerxŽtica
para as plantas verdes e b) o incremen-
311
to no rendemento do Ciclo de Calvin,
ben aumentando o nœmero de molŽculas de ribulosa 1,5-di-fosfato-carboxilasa (Rubisco), aumentando as reservas
intracelulares de ribulosa 1,5-di-fosfato, aumentando o nœmero de cloroplastos por cŽlula, etc.
As ABP m‡is evidentes Ñmoitas
das cales xa foron desenvolvidas por
transxŽneseÑ derivan de elimina-las
perdas que sobre os cultivos xeran
enfermidades causadas por microorganismos (inclu’ndo as provocadas por
fungos fitopat—xenos) e por insectos; s—
controlando estas perdas aumentar’a
considerablemente o rendemenrto medio das plantas cultivadas.
A parte negativa Ž que as plantas
de alto rendemento poden causar efectos negativos no medio natural como
son lixivaci—n de fertilizantes e deterioraci—n da calidade das augas, aumento
do consumo de biocidas non degradables, diminuci—n da pesca, aumento da
construcci—n de silos e outros almacŽns
e baixada das hect‡reas dedicadas —
cultivo do algod—n e de leguminosas.
En pa’ses como a India comprobouse
que este tipo de cultivos con variedades
de moi alto rendemento incidiu negativamente tamŽn en aspectos socioecon—micos como son o aumento dr‡stico
dos crŽditos bancarios, a autarqu’a alimenticia, o aumento do traballo asalariado e a diminuci—n de propietarios de
terra cultivable e o aumento do prezo
da terra, entre outros.
A mediados dos anos oitenta do
sŽculo XX, calcul‡base nunha media de
2 COLABORACION nueva
312
4/4/01
21:48
Página 312
Tomás G. Villa / Juan M. Lema Rodicio
cinco a dez anos anos o tempo necesario para conseguir aumentar notablemente mediante transxŽnese (sen inclu’r a paratransxŽnese) a producci—n
dos compostos listados. En moitos casos (especialmente naqueles en que o
producto Ž codificado por varios xenes
que definen unha ruta bioqu’mica
complexa, caso da maior’a dos antibi—ticos), a previsi—n foi lamentablemente
curta e nos casos nos que se logrou a
clonaci—n da ruta completa, a producci—n non era significativamente superior ‡ conseguida coas estirpes que os
xenŽticos cl‡sicos desenvolveran — longo de miles de mutaci—ns e selecci—n
posterior.
Rematando o sŽculo XX, en concreto en 1995, realizouse un interesante
balance (t‡boa 8) sobre a incidencia que
a Biotecnolox’a molecular de plantas
cultivadas tivera na econom’a daqueles
pa’ses en v’as de desenvolvemento
que, ou ben importaran as novas plantas transxŽnicas ou ben realizaran un
esforzo orzamentario adicional para
desenvolve-las sœas propias.
A. Por tŽcnicas de cultivo celular e de tecidos
Ata 1995
20,9
CafŽ (8), bananas (16),
arroz (6), goma (5),
tabaco (2), vainilla (2),
patacas (1)
1995-2000
21,2
Cana de azucre /
remolacha azucreira (16),
cacao (15), tŽ (4), soia (3),
aceite de palma (3),
trigo (3), millo (1),
aceite de xirasol (1)
SŽculo XXI 3,4
Algod—n (15), coco (10)
B. Por plantas transxŽnicas
Ata 1995
6,4
Goma (5), tabaco (2),
millo (1), patacas (1)
1995-2000
17,5
Remolacha azucreira (16),
bananas (16),
algod—n (15), arroz (6),
soia (3), xirasol (1)
SŽculo XXI 21,7
CafŽ (27),
cana de azucre (16),
cacao (15), coco (10),
tŽ (4), aceite de palma (3),
trigo e fari–a (3)
C. Por plantas paratransxŽnicas
Non existen predicci—ns
Táboa 8. Incidencia da Biotecnoloxía clásica e molecular nas economías de países en vías de desenvolvemento a finais do século XX e previsións para a primeira década do XXI (medido como exportacións x 105
millóns de USD)1.
1 Os números entre parénteses aluden ó número de
países incluídos no estudio.
CONCLUSIÓNS
Con estas notas pretendemos
reflexionar sobre os logros e potencialidades da Biotecnolox’a en diferentes
campos de aplicaci—n. A pesar dos seus
poucos anos, a Biotecnolox’a contribu’u ‡ resoluci—n de problemas importantes para a Humanidade, dando respostas eficaces en campos tan variados
como a saœde, a alimentaci—n e o
medio natural.
As contribuci—ns achegadas pola
Biotecnolox’a son, ata o de agora, de
enorme relevancia, se ben quizais nos
encontremos simplemente no principio
dunha verdadeira revoluci—n que
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 313
A Biotecnoloxía no século XX: ¿o inicio dunha revolución?
permitir‡ cambia-los sistemas productivos e que afectar‡ decisivamente a
calidade de vida dos cidad‡ns.
REFERENCIAS
Bol’var, F., e outros, Construction and
characterization of New Cloning
Vehicles. II, Multipurpose Syste.
Gene II, 1997, 95-113.
Cohen, J., e outros, Construction of
Biologically Functional Bacterial
Plasmids in vitro PNAS 70, 1973,
3240-3244.
Cohen, J., ÒThe genomics GambleÓ,
Science, 275, 1997, 767-776.
Correa, C. M., Innovaci—n y producci—n
en AmŽrica Latina, Bos Aires,
Arxentina, Colecci—n CEA-CBC,
1996.
____ÓPrivate Biopharmaceutical Capacity in Developing CountriesÓ,
313
Biotechnology and Development
Monitor, 9, 1999, 7-8.
Glick, B. R., e J. P. Pasternak, Molecular
Biotechnology. Principles & Applications of Recombinant DNA, American Society for Microbiology,
EUA, ASM Press, 1994.
Sasson, A., Biotechnologies in Developing
Countries: Present and Future, volume 1, Regional and National Survey, France, ONU Publishing,
1993.
____Biotecnolog’as aplicadas a la producci—n de f‡rmacos y vacunas, Cuba,
Elfos Scientiae, 1998.
Tombs, M. P., Biotechnology & Genetic
Engineering Reviews, Reino Unido,
Intercept Ltd., 1997.
Villa, T. G., e J. Abalde, Profiles on
Biotechnology, Santiago de Compostela, Servicio de Publicaci—ns
da Universidade de Santiago de
Compostela, 1992.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 314
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 315
315
MENTE E CEREBRO
Carlos Acu–a Castroviejo*
Universidade de Santiago
de Compostela
Os principios evolutivos baseados na doutrina de Darwin1 foron unha
ferramenta fundamental para chegar a
comprende-las formas e as funci—ns
dos corpos dos animais. Unicamente as
ciencias que tratan do cerebro, a mente
e a conducta humana quedaron relativamente illadas do poder explicativo
deste enfoque, concentr‡ndose en cambio nas operaci—ns e atributos do cerebro e da conducta tal e como os co–ecemos hoxe en d’a.
Se a selecci—n2 natural darwiniana
Ž a principal forza organizadora detr‡s
do dese–o funcional das especies, evidentemente proporciona un marco te—rico para ordena-la enorme cantidade
de datos que se acumularon nos œltimos anos sobre o cerebro, a mente e
maila conducta. î trata-lo cerebro e a
mente como unha colecci—n de instrumentos que evolucionan para resolve-los problemas de adaptaci—n cos que
se enfrontaron os nosos devanceiros, a
l—xica do cerebro e da mente contempor‡nea t—rnase m‡is clara.
A teor’a da selecci—n establece
que os individuos de calquera especie
que estean mellor adaptados para
sobreviviren nas condici—ns ambientais
predominantes son os que se reproducen con m‡is Žxito. Esta teor’a viuse
reforzada pola XenŽtica3 e polo co–ecemento de que moitos xenes4 existen
en distintas variantes (alelos5), cada un
dos cales pode conferirlle caracter’sticas lixeiramente diferentes — seu
portador. Esta variaci—n alŽlica proporciona o ambiente rico sobre o cal
actœa a selecci—n, e cando as situaci—ns
* Catedrático de Fisioloxía
1 C. Darwin, The origin of species by means of natural selection, Londres, J. Murray, sexta edición, 1884.
2 Reproducción diferencial e non ó azar de diferentes xenotipos que operan para altera-la frecuencia de xenes
nunha poboación.
3 A Xenética é a rama da ciencia implicada en cómo se transmite e cáles son as consecuencias da xeración dos
compoñentes da herdanza biolóxica.
4 Secuencias específicas de nucleótidos na molécula de ADN (ácido desoxirribonucleico) que representan as
unidades funcionais da herdanza.
5 Formas mutuamente exclusivas do mesmo xene, que ocupan idéntico lugar en cromosomas homólogos e
gobernan o mesmo proceso bioquímico e de desenvolvemento.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
2 COLABORACION nueva
316
4/4/01
21:48
Página 316
Carlos Acuña Castroviejo
cambian os individuos que levan
outros alelos v—lvense os mellor adaptados e, xa que logo, os de m‡is Žxito.
Engadidas ‡ fonte da variaci—n alŽlica,
as mutaci—ns6 ou mesmo os cambios
maiores no xenoma7 producidos pola
reordenaci—n8 dos cromosomas poden,
en condici—ns axeitadas, producir
maiores desv’os na forma e tamŽn na
funci—n. Esta selecci—n darwiniana, con
todo, non nos informa sobre o progreso, o Žxito ou o fracaso, ou a competencia dunha especie.
A ciencia da evoluci—n unifica a
biolox’a, desde as molŽculas ata a conducta m‡is complexa. Baixo a ampla
diversidade do dese–o animal descansan uns principios organizadores unificadores e un proceso comœn de desenvolvemento. O descubrimento de que
os vertebrados e os invertebrados expresan xenes similares (por exemplo,
os xenes homeobox9) durante o desenvolvemento de rexi—ns aproximadamente comparables tivo un impacto
enorme, e non menor na promoci—n da
re-emerxencia do campo da biolox’a
evolutiva do desenvolvemento.
A EVOLUCIÓN DO CEREBRO HUMANO
ESTRUCTURA, ONTOXENIA10 E FILOXENIA11
Se o que fai humano o home Ž o
seu cerebro, Àque Ž este —rgano dotado
desas calidades?, ÀŽ unha m‡quina,
unha computadora? Non, Ž un biosistema. Esta distinci—n Ž fundamental xa
que os biosistemas te–en historia, filoxenŽtica e ontoxenŽtica, e est‡n dotados das leis e propiedades de t—dolos
seres vivos.
O cerebro contŽn dous tipos principais de cŽlulas. As neuronas son os
elementos que producen sinais de
maneira activa. As cŽlulas gliais son
m‡is numerosas, de varios tipos e con
funci—ns diversas; un tipo de gl’a actœa
como elemento estructural do cerebro;
outros te–en funci—ns de mantemento
do medio interno cerebral (homeostase12). No cerebro hai varios tipos de
neuronas, pero todas te–en un patr—n
xeral similar (figura 1.A). O corpo celular (soma) contŽn o nœcleo e varios org‡nulos implicados en funci—ns de
6 Calquera cambio detectable e herdable no material xenético non producido por segregación xenética ou
recombinación, que é transmitido a células fillas e a xeracións sucesivas, sempre e cando non sexa un factor letal
dominante.
7 O complemento xenético completo dun organismo. Encóntrase nun grupo de cromosomas en eucariotas
(células de organismos superiores que conteñen un verdadeiro núcleo rodeado por unha membrana nuclear).
8 Ordenación de maneira diferente das rexións dos cromosomas. Os cromosomas son as estructuras dentro
do núcleo das células do home que conteñen o material hereditario (ADN). Normalmente hai 46 cromosomas no
home, incluíndo dous que determinan o sexo do individuo, XX para a muller e XY para o home.
9 Do grego homeo, ‘similar’, e do inglés box, ‘caixa’, refírese a unha secuencia no ADN, común ós xenes que
dirixen o desenvolvemento da estructura corporal en, virtualmente, tódolos animais, incluíndo vermes, moscas,
paxaros, ratos e o home.
10 Desenvolvemento do individuo, referido en especial ó período embrionario.
11 As relacións de grupos de organismos reflectidas nas súas historias evolutivas.
12 A tendencia á estabilidade nos estados corporais normais (ambiente interno) do organismo. Prodúcese
por un sistema de mecanismos de control activados por un feedback negativo.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 317
Mente e cerebro
317
das dendritas que reciben moitos contactos procedentes doutras neuronas;
estes contactos ch‡manse sinapse. Os
sinais doutras neuronas chegan sempre
a travŽs da sinapse. Cada neurona
emite un ax—n, unha prolongaci—n da
neurona de lonxitude variable, desde
algunhas micras ata cento cincuenta
cent’metros. O ax—n Ž a v’a de sa’da da
neurona, que leva os sinais ata outras
neuronas a travŽs da sinapse. Os sinais
xerados nas neuronas condœcense
como un impulso nervioso a travŽs do
ax—n. A velocidade de conducci—n Ž
finita e var’a segundo o tipo de neurona, pero Ž constante — longo de cada
ax—n. O impulso nervioso xŽrase
mediante un mecanismo electroqu’mico que consome enerx’a, orixinando o
potencial de acci—n, un cambio transitorio r‡pido no potencial elŽctrico da
membrana da neurona que se despraza
a velocidade constante desde o soma
ata o final do ax—n, o terminal sin‡ptico.
Figura 1. A: neurona da cortiza cerebral. e: axón; a, l e
p: dendritas. O soma neuronal é a parte central máis
escura. B: corte da cortiza cerebral visual do home,
mostrando os tipos de neuronas en cada lámina horizontal. A parte superior é a superficie da cortiza e a
inferior continúase coa substancia branca13.
s’ntese para o mantemento da funci—n
neuronal. Do soma, que pode medir
entre unhas dez e cen micras de di‡metro, saen unhas arborizaci—ns chama13 S. Ramón y Cajal, 1904.
O volume do cerebro do home Ž
duns 1.370 ml, e a cortiza cerebral contŽn uns 28 bill—ns de neuronas cada
unha conectada coa outra por medio
dun gran nœmero (de un a dez trill—ns)
de contactos sin‡pticos. Santiago Ram—n y Cajal (1904) estableceu o dogma
de que a relaci—n entre as cŽlulas nerviosas Ž de contigŸidade, non de continuidade. Para saltar esa separaci—n
entre unha e outra neurona no contacto
sin‡ptico neces’tase unha substancia
qu’mica que transmita o sinal entre
2 COLABORACION nueva
318
4/4/01
21:48
Página 318
Carlos Acuña Castroviejo
elas. Estas substancias ch‡manse
neurotransmisores. Cando o potencial
de acci—n chega — terminal sin‡ptico,
promove a liberaci—n dun neurotransmisor que leva o sinal ‡ seguinte neurona. Os neurotransmisores œnense a
lugares espec’ficos na membrana das
neuronas chamados receptores. Un dos
maiores avances na Neurofarmacolox’a do sŽculo XX foi o co–ecemento dos tipos de neurotransmisor, de
receptor e da interacci—n neurotransmisor-receptor.
Outro dos descubrimentos m‡is
importantes da Neurociencia foi o da
plasticidade sin‡ptica, no que se mantŽn que a eficacia da transmisi—n nunha
sinapse neuronal Ñe a formaci—n
inicial de sinapse durante o desenvolvementoÑ depende do nivel de actividade sincr—nica nas neuronas. A
plasticidade sin‡ptica Ž un factor importante na ontoxenia dos circu’tos
neuronais na cortiza cerebral. Durante
a ontoxenia, os ax—ns son guiados por
sinais qu’micos ata establece-los seus
contactos. A estabilizaci—n e o refinamento posterior deses contactos
sin‡pticos depende en parte da actividade dos circu’tos. Algœns deses contactos fortalŽcense, mentres que outros
se debilitan e mesmo desaparecen
dependendo da actividade sincr—nica
nesas neuronas. Polo tanto, no nivel
sin‡ptico, non hai dous cerebros iguais
e debido ‡ sœa experiencia cada cerebro
est‡ cambiando continuamente. Existe
Figura 2. Vista lateral do hemisferio cerebral dereito do home. Sinálanse as rexións frontal, temporal, parietal e occipital. A rexión arredor da fisura de Rolando subdivídese en dúas rexións, a pre- e a poscentral (Brodman, 1909).
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 319
Mente e cerebro
319
a evidencia de que os mecanismos de
plasticidade sin‡ptica son as bases da
aprendizaxe e da memoria.
examina-los cambios celulares que se
produciron durante a ontoxenia do
cerebro15.
A cortiza cerebral14 (figura 1.B)
ten unha estructura formada por, en
xeral, seis l‡minas horizontais constitu’das por diferentes tipos de neuronas; as neuronas de cada l‡mina est‡n
interconectadas a travŽs de conexi—ns
verticais formando unha columna;
cada columna de neuronas est‡ conectada a outras a travŽs de conexi—ns
horizontais. Esta estructura fundamental Ž o m—dulo b‡sico para o procesamento da informaci—n no cerebro. A
riqueza de conexi—ns sin‡pticas, determinada pola plasticidade sin‡ptica,
determinar‡ as caracter’sticas ÑŽ dicir,
a eficaciaÑ deste procesamento.
Os xenes e as molŽculas que controlan as primeiras etapas da xŽnese da
cortiza cerebral son bos candidatos
para determina-lo tama–o e o patr—n
b‡sico da organizaci—n cortical espec’fica das especies. Pasko Rakic16 demostrou que, durante o desenvolvemento,
a cortiza cerebral est‡ formada por un
elevado nœmero de unidades radiais,
cada unha delas constitu’da por un
grupo de neuronas relacionadas clonicamente17 producidas no mesmo lugar
da zona proliferante que d‡ orixe ‡ cortiza cerebral. O incremento da superficie da cortiza cerebral puido ocorrer
mediante a adici—n de unidades radiais, tanto como resultado de divisi—ns extra das cŽlulas fundadoras da
zona proliferante como, posiblemente,
por alteraci—n do momento e da velocidade ‡ que morren cŽlulas fundadoras
superfluas.
ÀComo se desenvolve e como evolucionou a cortiza cerebral? (figura 2)
Durante o transcurso da evoluci—n, a
cortiza cerebral incrementou a sœa
superficie pero non o seu grosor, unha
tendencia que pode apreciarse nun
per’odo relativamente curto da evoluci—n dos primates. A cortiza do home
s— Ž un quince por cento m‡is grosa c‡
dos macacos, pero Ž dez veces maior en
superficie. ƒ indubidable que para
comprender c—mo medrou esta estructura tan complexa no transcurso da
evoluci—n dos mam’feros, necesitamos
A zona proliferante ou ventricular
(est‡ pr—xima — ventr’culo cerebral
durante o per’odo embrionario, de a’ o
seu nome) vai orixina-las neuronas da
cortiza cerebral e al’ enc—ntranse moitas cŽlulas precursoras en per’odo de
divisi—n, de a’ o seu nome de ÔproliferanteÕ. As cŽlulas migran cara ‡ placa
14 Manto duns 3 mm de espesor que cobre a superficie do cerebro. Está formado por células (neuronas e
glía) dispostas en láminas paralelas á superficie do cerebro.
15 S. J. Gould, Ontogeny and Phylogeny, Cambridge, MA, Harvard University Press, 1977.
16 P. Rakic, “Specification of cerebral cortical areas”, Science, 241, 1988, 170-176.
17 Os clons celulares son un grupo de células idénticas xeneticamente que descenden, en células eucariotas, por mitose dunha célula ancestral única común.
2 COLABORACION nueva
320
4/4/01
21:48
Página 320
Carlos Acuña Castroviejo
cortical en desenvolvemento que est‡
por baixo da superficie da p’a18. A
migraci—n entre a zona proliferante e a
placa cortical real’zase formando un
regueiro de neuronas: as unidades
radiais. Varios mecanismos celulares
determinan a localizaci—n exacta das
neuronas que se van formando nas tres
dimensi—ns da cortiza cerebral. A posici—n de cada neurona Ž moi importante
cando empezan a formarse conexi—ns
intr’nsecas e extr’nsecas e cando comezan a emerxer as ‡reas corticais. A
superficie da cortiza vŽn determinada
polo nœmero de unidades radiais formadas polas cŽlulas fundadoras na
zona ventricular. Isto implica que o
incremento da superficie cortical
durante a evoluci—n puido realizarse
mediante o incremento de novas unidades radiais19. Un corolario Ž que os
xenes que controlan a producci—n de
cŽlulas na zona ventricular durante as
primeiras etapas do desenvolvemento
do embri—n poder’an determina-lo
tama–o da cortiza cerebral. Cambios
relativamente pequenos no momento
das divisi—ns celulares poder’an ter
grandes consecuencias funcionais; por
exemplo, incrementar’ase o nœmero de
cŽlulas fundadoras, e como inicialmente a proliferaci—n Ž exponencial, duplicar’anse o nœmero de cŽlulas fundadoras e, xa que logo, o nœmero de
columnas radiais. Estes cambios poden
explica-las diferencias de dez veces o
tama–o da superficie da cortiza cerebral nos macacos e no home.
A morte celular (apoptose20) pode
ser tamŽn un factor de control do
nœmero de cŽlulas na zona proliferante
ventricular. A apoptose Ž un proceso
complexo, polo que as mutaci—ns en
certos xenes poden afecta-lo momento
en que ocorre e desta forma altera-la
producci—n de cŽlulas destinadas para
estructuras cerebrais espec’ficas. A alteraci—n do balance entre formaci—n e
apoptose de cŽlulas na zona proliferante puido ser un mecanismo mediante o
cal as mutaci—ns influir’an na expansi—n da cortiza cerebral durante a evoluci—n.
Para comprende-lo proceso da
evoluci—n Ž necesario examina-los seus
productos: a morfolox’a actual nun
certo nœmero de especies. A comparaci—n revela similitudes e diferencias
que nos permiten facer inferencias
sobre os mecanismos que conduciron
‡s estructuras actuais. Caracter’sticas
comœns puideron herdarse dun antepasado comœn. Se unha estructura non
est‡ presente entre dous especies p—dese asumir que evolucionaron de maneira independente.
18 Ou piamáter: membrana que cobre a superficie da cortiza cerebral.
19 P. Rakic, “A small step for the cell, a giant leap for mankind: a hypothesis of neocortical expansion during
evolution”, Trends in Neuroscience, 18, 1995, 383-388.
20 Un dos dous mecanismos polos que ten lugar a morte celular (o outro é por necrose). Apoptose é o mecanismo responsable da eliminación fisiolóxica das células e parece estar programada intrinsecamente. Esta forma
de morte celular serve como balance da mitose para regula-lo tamaño dos tecidos dos animais.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 321
Mente e cerebro
A neocortiza21 cerebral est‡ dividida en t—dolos mam’feros en moitas
unidades funcionais, cada unha cunha
aparencia diferente, cun patr—n de
conexi—ns œnico e con neuronas con
preferencias comœns a est’mulos (figura 2). A complexidade da conducta22 Ž
paralela — incremento no tama–o da
neocortiza, — nœmero das sœas subdivisi—ns funcionais e ‡ complexidade da
sœa organizaci—n interna. As similitudes e diferencias na organizaci—n da
cortiza cerebral entre especies son moi
claras, o problema Ž determinar c—mo
ocorreron eses cambios en tama–o e
nœmero e c—mo relacionalos con cambios na conducta. Intent‡ronse varias
formas de acometer este problema e
revelouse que existe un plan b‡sico
comœn para a cortiza cerebral en t—dolos mam’feros, o que permitiu propo–er algunhas das maneiras en que este
plan puido modificarse. Como os tipos
de cambios son comœns a t—dalas especies e restrinxidos, considŽrase que
detr‡s hai un mecanismo comœn. O
tama–o da neocortiza cerebral e o
nœmero de ‡reas corticais puido incrementarse mediante a adici—n de novas aferencias23 sensoriais desde a expansi—n da periferia, canda unha
expansi—n do rudimento embrionario
da neocortiza, a placa cortical, durante
o desenvolvemento. Unha proposta Ž
que os cambios te–en lugar a travŽs de
variaci—ns no desenvolvemento do sistema nervioso e que a identidade das
‡reas corticais resulta dos patr—ns de
321
actividade das sœas aferencias durante
o desenvolvemento.
As ‡reas sensoriais da cortiza
cerebral poden diferenciarse porque
cada unha contŽn unha representaci—n
completa dun sistema sensorial perifŽrico, por exemplo, da retina, da pel, da
c—clea, etc. (figura 2). As neuronas en
cada ‡rea te–en respostas espec’ficas
ou preferencias a est’mulos. Debido a
isto Ž posible determinar estes sistemas
en diferentes especies de mam’feros, o
que revelou que a organizaci—n da neocortiza ten caracter’sticas comœns en
t—dalas especies, como a presencia de
distintas ‡reas funcionais, inclu’ndo
campos independentes para representa-la visi—n, a audici—n, etc. Este feito
indica que t—dolos mam’feros, independentemente da sœa orixe filoxenŽtica, te–en o mesmo patr—n de organizaci—n. Cambia, sen embargo, o tama–o e
a localizaci—n deses campos. En xeral, o
tama–o das ‡reas da cortiza parece
relacionado co uso que cada especie fai
do —rgano perifŽrico. Por exemplo, o
gato ten almofadas especializadas nas
sœas patas dianteiras Ñprobablemente
para identificar e captura-las sœas presasÑ e como consecuencia ten unha
representaci—n das almofadas moi
grande na cortiza somatosensorial; Ž
dicir, o nœmero de neuronas dedicadas
‡s almofadas Ž moito maior c— nœmero
das dedicadas a representa-lo rabo, que
usa menos. Da mesma maneira, o
incremento no tama–o da sœa ‡rea
21 Cortiza cerebral de aparición filoxenética máis recente.
22 A resposta observable dunha situación e os procesos inconscientes subxacentes.
23 Sinais nerviosos que chegan a unha zona determinada do sistema nervioso.
2 COLABORACION nueva
322
4/4/01
21:48
Página 322
Carlos Acuña Castroviejo
auditiva pode tamŽn indicar un
aumento na especializaci—n funcional.
A organizaci—n da cortiza parece
outros’ reflecti-la conducta social. Por
exemplo, os marsupiais con conducta
social m‡is elaborada (por exemplo, a
vida en comunidades, a defensa
comœn ante predadores) posœen zonas
corticais moito m‡is desenvolvidas ca
outros marsupiais que non te–en esa
conducta social. En xeral, a diversidade
da organizaci—n cortical vai parella ‡
especializaci—n relacionada coa funci—n. T—dolos mam’feros te–en unha
constelaci—n comœn de campos corticais e as sœas modificaci—ns son limitadas. A’nda que o tama–o e a organizaci—n interna cambien, os campos
corticais nunca desaparecen completa-
Figura 3. Cerebros de varias especies de vertebrados,
desde a ra e ata o home24, pasando polo mono.
mente. Mesmo se algunha funci—n est‡
pouco desenvolvida, como a visi—n nas
toupas, hai un campo visual m’nimo
desenvolvido na sœa cortiza cerebral.
Outra tendencia no desenvolvemento filoxenŽtico Ž o incremento na
cantidade de cortiza cerebral que aparece entre as ‡reas sensoriais primarias25 (figura 3). Os primates te–en
moita m‡is cortiza entre as ‡reas primarias visuais, somatosensoriais e
auditivas c— resto dos mam’feros. Por
exemplo, os marsupiais te–en dœas ou
tres ‡reas visuais, mentres que o mono
macaco ten m‡is de vinte. O punto
importante Ž o incremento na superficie cortical e no nœmero de campos que
aparecen entre os campos sensoriais
primarios.
Nalgunhas especies engad’ronse
novos campos corticais cun cambio
concomitante no patr—n ou no peso das
conexi—ns entre ‡reas que altera a relaci—n entre os campos existentes. Como
resultado, estructuras que se mantiveran desde antepasados comœns poden
desempe–ar novas funci—ns, Ž dicir,
son hom—logas. Por exemplo, os receptores representados na ‡rea somatosensorial primaria cambiaron durante a
evoluci—n; no platypus26 est‡n representados receptores mecano-sensoriais e
electro-sensoriais, mentres que nos primates se intercala a representaci—n de
24 Baseado en M. R. Rosenzweig e A. L. Leiman (1982), Physiological Psychology, D. C. Heath & Co.
25 Aquelas zonas da cortiza cerebral que primeiro reciben os sinais dunha modalidade sensorial dada
(somestesia, visual, auditiva, olfatoria, gustativa).
26 Un pequeno mamífero ovíparo acuático da orde dos monotremas.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 323
Mente e cerebro
receptores mecano-sensoriais de adaptaci—n lenta e r‡pida.
En resumo, especies moi separadas Ñpertencentes ‡s tres ramas principais da ‡rbore evolutiva dos mam’ferosÑ amosan algunhas similitudes nas
divisi—ns b‡sicas da neocortiza. Todas
te–en subdivisi—ns corticais independentes que responden preferentemente
a unha ou m‡is das modalidades sensoriais. Cada campo ten unha organizaci—n topogr‡fica e unha aparencia
microsc—pica xeral similar, o que indica
que os campos son hom—logos ou herdados dun antepasado comœn en vez
orixin‡rense independentemente en
cada especie. Este plan b‡sico Ž tan
robusto que est‡ presente en animais
moi especializados e ata nos primates.
ÀQue mecanismos produciron
eses cambios durante a evoluci—n?
Semella probable que estivesen implicados diferentes procesos no cambio de
tama–o e complexidade dunha ‡rea, no
nœmero de ‡reas e nas sœas localizaci—ns. As mutaci—ns xenŽticas que alteran o nœmero de divisi—ns celulares
durante o desenvolvemento son unha
posible causa do incremento do tama–o dunha ‡rea ou da sœa complexidade. Os cambios na periferia sensorial
como resultado de mutaci—ns que alteran o nœmero e o tipo de receptores
nun —rgano sensorial poden influ’r no
tama–o dun campo cortical — modifica-las condici—ns de desenvolvemento,
as’ como contribu’r ‡ organizaci—n do
campo no individuo adulto a travŽs de
mecanismos dependentes do uso.
323
Nun sentido amplo, acontecementos ambientais, como a aparici—n
da cultura ou a aprendizaxe social,
poden influ’r no desenvolvemento cortical e axudar —s cambios din‡micos no
cerebro adulto. Por exemplo, a evoluci—n da linguaxe no home debeu de
producir cambios dependentes do uso
na organizaci—n da cortiza cerebral. A
‡rea de Broca (figura 2) чrea primaria
para a producci—n da linguaxeÑ pode
considerarse como a expansi—n dependente do uso da representaci—n das
estructuras orais na cortiza motora.
Modificaci—ns estructurais e funcionais
na periferia axudan a po–er en marcha
a especializaci—n funcional cortical.
A aparici—n de novas ‡reas corticais entre as ‡reas primarias puido
xerarse como resultado de cambios nas
aferencias, que crear’an combinaci—ns
de aferencias novas. Se a actividade
dos novos sinais aferentes se correlaciona co dos sinais aferentes xa existentes procedentes da mesma parte do
corpo, p—dense formar novos m—dulos.
A agregaci—n deses novos m—dulos
funcionalmente similares, cunha redistribuci—n a unha nova localizaci—n,
puidera dar lugar a unha nova ‡rea.
Eses cambios poden ocorrer con bastante rapidez na evoluci—n. Por exemplo, a cortiza somatosensorial do raposo voador (un megaquir—ptero,
probablemente ramificaci—n precoz da
li–a dos primates e, polo tanto, unha
etapa primitiva na evoluci—n da cortiza
cerebral dos primates) ten tres ‡reas;
nunha delas represŽntase o tacto profundo e o superficial. Os primates
2 COLABORACION nueva
324
4/4/01
21:48
Página 324
Carlos Acuña Castroviejo
te–en catro ‡reas, e o tacto superficial e
o profundo est‡n representados en
‡reas independentes.
Existe ent—n a evidencia de que as
grandes diferencias na organizaci—n da
cortiza cerebral nos mam’feros actuais
pode explicarse por cambios na morfolox’a do corpo, inclu’ndo a adici—n ou
modificaci—n dos receptores sensoriais,
de influencias ambientais e de cambios
no tama–o da l‡mina cortical no desenvolvemento. Como a conducta supe-
Figura 4. Homo ó longo dos dous millóns de anos
pasados, comezando nunha división entre o H. erectus,
que migrou a Asia, e o H. ergaster que despois migrou
en varias ondas a Europa pero que tamén retivo unha
poboación en África. O H. ergaster puido chegar a se-lo
H. antecesor, que parece que deu orixe a dúas liñaxes:
unha, os predecesores dos Neandertal, migraron a
Europa mentres que os outros ficaron en África e chegaron a se-los H. sapiens, que emigraron a Europa e a
Asia hai uns 70.000 anos (baseado en M. C. Corballis,
199827).
rior, as actividades cognitivas e a linguaxe est‡n claramente ligadas ‡ cortiza cerebral, deberon orixinarse a travŽs
dun proceso similar. Esta perspectiva
conduce a un novo grupo de regras
para estudia-las funci—ns cognitivas,
porque o incremento da capacidade
cognitiva, a linguaxe e as habilidades
sociais asociadas co home est‡n suxeitas a cambios na morfolox’a externa, —
ambiente e ‡ rede interna de procesamento sensorial. As funci—ns superiores non poden separarse deses factores.
A evoluci—n da mente Ž a evoluci—n do
cerebro, que depende de efectos xenŽticos e epixenŽticos sobre o desenvolvemento do sistema nervioso.
Podemos afirmar que a arquitectura da mente ten as sœas bases na
arquitectura do cerebro. O tama–o e a
complexidade da cortiza cerebral Ž
unha das caracter’sticas distintivas dos
primates, especialmente do home. Para
comprender c—mo evolucionou a
mente humana debemos co–ece-las
presi—ns, influencias e mecanismos que
moldearon a evoluci—n desta cortiza
cerebral.
Existe un plan b‡sico para a organizaci—n da cortiza cerebral en t—dolos
mam’feros. Estes patr—ns de organizaci—n cortical puideron orixinarse a partir dunha combinaci—n de requisitos
ambientais e de cambios nos programas de desenvolvemento. O desenvolvemento Ž a etapa sensible na que pode
actuar a selecci—n. ÀComo operan esas
27 “Evolution of the human mind”, en Advances in Psychological Science, vol. 2: Biological and Cognitive
Aspects, M. Sabourin, F. Craik e M. Robert (eds.), páxs. 31-62, Hove, Inglaterra, Psychology Press/Erlbaum.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 325
Mente e cerebro
influencias no ‡mbito xenŽtico e celular?
A cortiza cerebral dos mam’feros
actuais est‡ formada por seis l‡minas e
te–en unha organizaci—n modular.
A’nda que os tipos neuronais difiren
significativamente no detalle, todos
utilizan os mesmos grupos de neurotransmisores e receptores. Os diferentes mam’feros elaboran cortizas grandes — aumenta-las ‡reas corticais
sensoriais primarias e as ‡reas motoras28 (figura 2) e — elaborar novas ‡reas
corticais. Un dos acontecementos m‡is
rechamantes da biolox’a evolutiva Ž o
incremento do cerebro hom’nido (de
400 a uns 1300 gramos) que est‡ asociado a un incremento nas habilidades
manuais, ‡ adquisici—n dunha cultura
de œtiles de pedra, de vida familiar e,
quizais m‡is tarde, dunha linguaxe e
culturas actuais. O aumento de tama–o
do cerebro foi acompa–ado da expansi—n da cortiza dos l—bulos parietal e
temporal, da aparici—n das ‡reas corticais da linguaxe e dun incremento na
asimetr’a entre os hemisferios cerebrais. O cerebro do homo sapiens non
semella ter cambiado un chisco o seu
tama–o, forma ou morfolox’a externa
des que a especie apareceu hai cen mil
anos. Parece dif’cil de crer, sen embargo, que a transici—n do home das cavernas ata o actual tivese lugar sen cambios importantes nas caracter’sticas de
operaci—n do cerebro (figura 4). Tales
cambios evolutivos puideron ocorrer
dentro dos par‡metros da estructura
cerebral, polo que as modificaci—ns no
325
procesamento din‡mico do cerebro
poden non se revelar en cambios do
tama–o ou morfolox’a externa.
A preadaptaci—n foi unha das
contribuci—ns m‡is significativas ‡ evoluci—n. A preadaptaci—n Ž o concepto
de que unha estructura, funci—n ou
habilidade pode chegar a modificarse
para executar unha funci—n nova, e a
miœdo non relacionada. Estudios comparativos da cortiza cerebral est‡n
revelando c—mo o mapa b‡sico da periferia sensorial chegou a modificarse
para prop—sitos especiais en mam’feros
tan apartados como os monotremas e
os monos.
Unha forma de preadaptaci—n Ž
que unha estructura engada novas funci—ns a outra existente. A boca, que se
especializou para respirar e comer, Ž un
exemplo interesante xa que proporcionou unha preadaptaci—n na evoluci—n
do home que permitiu o desenvolvemento da fala. A’nda que a lingua e os
dentes evolucionaron para manipula-la
comida, fixŽronse esenciais para a articulaci—n lingŸ’stica. O achado de neuronas na cortiza do l—bulo prefrontal
(‡rea F5) que se activan cando un mono
observa outro que realiza xestos ou
manipulaci—ns Ž de grande interese.
Estas neuronas, chamadas especulares,
xa que reflicten o que outro mono fai,
poden se-la evidencia dun sistema que
permita a representaci—n directa entre a
producci—n e a percepci—n de xestos
intencionais. A ‡rea F5 nos monos Ž a
equivalente ‡ de Broca no home, a ‡rea
28 Aquelas zonas da cortiza cerebral de onde saen os axóns que levan as ordes para o movemento.
2 COLABORACION nueva
326
4/4/01
21:48
Página 326
Carlos Acuña Castroviejo
cortical m‡is importante involucrada
na producci—n da linguaxe. Como o
antepasado comœn dos monos e do
home viviu hai uns trinta mill—ns de
anos, as preadaptaci—ns neurofisiol—xicas para, polo menos, algœns aspectos
da linguaxe puideron ter lugar moito
antes do que se pensaba.
A’nda que o bipedalismo e a liberaci—n das mans puideron lanza-la
comunicaci—n xestual, o primeiro hom’nido a’nda ti–a o cerebro dos grandes monos. O enorme incremento do
tama–o do cerebro que distingue o
home moderno dos grandes monos
empezou hai m‡is de dous mill—ns de
anos (figura 4) coa emerxencia do xŽnero homo, asociada coa primeira evidencia da fabricaci—n de utensilios de
pedra. Os cambios no tracto vocal necesarios para produci-la linguaxe parece
que ocorreron relativamente tarde na
evoluci—n do hom’nido e a’nda do
Neandertal, que viviron hai s— trinta
mil anos, e probablemente eran anatomicamente incapaces de producir unha
linguaxe articulada. Algœns investigadores pensan que a linguaxe non apareceu ata que xurdiu o Homo sapiens,
pero parece bioloxicamente m‡is plausible que un sistema tan complexo
como a linguaxe se desenvolvese gradualmente a travŽs da evoluci—n do
hom’nido.
O paso de usa-la man para xesticular a emprega-la boca traer’a varias
vantaxes: requir’ase menos enerx’a; a
comunicaci—n pod’a continuar na escuridade e entre grandes distancias; as
mans estaban libres. Estes feitos facili-
tar’an a ensinanza — mesmo tempo que
se fac’an demostraci—ns e probablemente se acelerar’a a manufactura e a
tecnolox’a. O reduci-la linguaxe a un
fluxo temporal forza os s’mbolos a ser
menos ic—nicos e, polo tanto, m‡is simb—licos, o que aumentar’a a capacidade
de almacenamento e a habilidade para
asociar e abstraer.
Pero eses cambios non se fixeron
sen custo, xa que unha forma puramente temporal de comunicaci—n imp—n unha gran carga na temporizaci—n
precisa e no patr—n temporal. Isto
puido proporcionar unha gran presi—n
na asimetr’a cerebral para a linguaxe,
xa que o control preciso da secuencia
temporal ser’a m‡is doada de executar
dentro dun œnico hemisferio cerebral,
sen a necesidade de utilizar conexi—ns
entre os dous, que son relativamente
lentas. Unha consecuencia do cambio ‡
linguaxe vocal puido ser unha asimetr’a programada xeneticamente, quizais imposta sobre asimetr’as dŽbiles
preexistentes, que se reflicten, no home
moderno, na forte tendencia da poboaci—n —s destros e na dominancia do
hemisferio esquerdo para a linguaxe.
As preadaptaci—ns non te–en que
ser por forza s— estructurais; moitas
actitudes do home, inclu’ndo a emoci—n de desgusto ou as manifestaci—ns
Ñmediadas polo sistema nervioso
aut—nomoÑ do amor, como o avermellarse, poden te-la sœa orixe en ancestrais mecanismos protectores ou estratŽxicos do hom’nido.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 327
Mente e cerebro
Outro concepto importante Ž o de
modularidade, a idea de que o cerebro
e a mente est‡n formados por moitas
unidades, cada unha — servicio dunha
funci—n particular e utilizando mecanismos adaptados a ela, en vez de ser
unha m‡quina de prop—sito xeral. A
organizaci—n modular refl’ctese no
desenvolvemento de habilidades conceptuais nos nenos, e os experimentos
que revelaron esas habilidades son un
exemplo de Ôenxe–er’a — revŽsÕ, despezar un sistema para ver c—mo funciona.
O mesmo enfoque, guiado polos principios evolutivos, estase a utilizar para
analiza-las funci—ns da mente tales
como a linguaxe, as emoci—ns ou a aparente conducta irracional (por exemplo, comer feces). O enfoque oposto
Ñutilizado por investigadores da vida
artificial e por algœns dese–adores de
robotsÑ Ž empregar principios evolutivos para constru’r un organismo activo
desde cero. O m‡is importante Ž a
demostraci—n de que ve-lo cerebro e a
mente a travŽs da lente da selecci—n
natural se est‡ revelando un rico fil—n
de ideas. î final estas poder’an axudar
a integra-los enfoques dispares da
Neurociencia contempor‡nea e da
Psicolox’a cognitiva.
PERCEPCIÓN29
ÀCal Ž a relaci—n entre o mundo
f’sico que nos rodea e a nosa experien-
327
cia perceptiva sensorial? O obxectivo
experimental Ž descubri-los mecanismos cerebrais implicados nas transformaci—ns neuronais que ocorren nas
sucesivas etapas do procesamento. As
caracter’sticas primitivas dun est’mulo
(luz, calor, son, forza, substancias qu’micas) que nos afecta transdœcese30
selectivamente nos terminais perifŽricos das fibras nerviosas sensoriais
(receptores). A nosa experiencia perceptiva est‡ mediada, unha vez que o
est’mulo desapareceu e cun pequeno
atraso temporal, por imaxes abstractas
determinadas polas propiedades de
transducci—n dos receptores e polas
propiedades de procesamento das
redes neuronais cerebrais implicadas.
Como estas redes neuronais son propias de cada individuo, a nosa experiencia perceptiva Ž œnica. A activaci—n
dos receptores xera impulsos nerviosos
(potenciais de acci—n) que se proxectan
e reenv’an a travŽs das v’as sensoriais
do sistema nervioso; estes sinais son
susceptibles de transformaci—n a cada
nivel sin‡ptico, impostos pola microestructura das poboaci—ns neuronais e
pola influencia reguladora dos sistemas neurais do sistema nervioso central. Os sistemas sensoriais principais
(visi—n, somestesia, etc.) proxectan as
sœas conexi—ns ‡s ‡reas sensoriais primarias da cortiza cerebral coma nun
mapa topogr‡fico (figura 2); son as chamadas representaci—ns, que nos proporcionan a idea dun reflexo neural no
29 O proceso mediante o cal se recoñecen e interpretan a natureza e o significado dos estímulos sensoriais.
30 Transformación dun tipo de enerxía noutro. Por exemplo, a enerxía electroquímica nos fotorreceptores da
retina é a transducción da enerxía luminosa.
2 COLABORACION nueva
328
4/4/01
21:48
Página 328
Carlos Acuña Castroviejo
cerebro dalgœn aspecto particular do
mundo sensorial. Algœns sinais van
m‡is ou menos directamente a unha
sa’da motora e realizan as transformaci—ns de coordenadas espaciais unindo
as dimensi—ns sensoriais e motoras.
Supo–emos que as representaci—ns de
entrada se combinan con recordos
almacenados de experiencias pasadas,
conducindo nun caso a percepci—n e
noutro a patr—ns de actividade neural
que — se activar producen movementos; en moitos casos est‡n inextricablemente unidos. As representaci—ns neurais no cerebro var’an — longo dun
continuum desde as isom—rficas — est’mulo f’sico ou patr—ns de movemento
a eses que son m‡is abstractos.
O mŽtodo m‡is productivo utilizado en estudios dos mecanismos cerebrais en percepci—n Ž a combinaci—n de
medidas psicof’sicas31 da execuci—n de
primates humanos e non humanos
mentres realizan tarefas perceptivas,
con rexistros simult‡neos de sinais da
actividade cerebral evocadas polos
est’mulos das tarefas e as respostas dos
suxeitos. A finalidade Ž identifica-las
relaci—ns causais entre a conducta e os
acontecementos cerebrais e determinar
c‡les deses acontecementos poden
mostrarse necesarios e suficientes para
a conducta.
Os sinais dos atributos dos diferentes est’mulos (por exemplo, de ima-
xes visuais, tacto) proxŽctanse a travŽs
dos sistemas aferentes a distintas ‡reas
corticais, conectadas entre si, que est‡n
especializadas en formas de procesamento dun ou m‡is atributos, m‡is que
en localizaci—n funcional. Non se atopou zona final ningunha de orde superior ‡ que esas zonas proxectasen
e na que se integrase unha imaxe neuronal de percepci—n (figura 6). Unha
hip—tese Ž que tales imaxes neuronais
est‡n embebidas na actividade din‡mica dos mesmos sistemas distribu’dos32.
En efecto, — non estar localizada toda a
informaci—n que necesita o cerebro
para realizar unha tarefa determinada,
a conclusi—n inevitable Ž que os procesos sensoriais, cognitivos e motores
resultan de interacci—ns paralelas entre
grandes poboaci—ns de neuronas distribu’das entre mœltiples estructuras da
cortiza cerebral e subcorticais. De aqu’
derivou a necesidade da Ôuni—nÕ, Ž
dicir, do proceso responsable da uni—n
funcional desta actividade distribu’da.
Esta hip—tese deu lugar — Ôproblema da
uni—nÕ: Àcomo se unen e reco–ecen as
actividades neuronais dentro e entre os
nodos dun sistema distribu’do como
un estado de representaci—n coherente
da percepci—n? A soluci—n proposta Ž
que a uni—n se permite gracias a unha
sincronizaci—n transitoria da actividade neuronal nas diferentes rexi—ns do
sistema. A hip—tese da uni—n est‡ limitada xa que non ofrece soluci—n —
31 A Psicofísica é a ciencia que correlaciona as características físicas dun estímulo (por exemplo, a súa
intensidade) coa resposta a ese estímulo, para explica-los factores psicolóxicos implicados na relación.
32 Un sistema formado por calquera combinación de grupos neuronais interconectados, coa finalidade de
transmitir, recibir e procesar información.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 329
Mente e cerebro
eterno problema: Àque ocorre a continuaci—n? ƒ dicir, Àque mecanismos
neuronais poden imaxinarse que reco–ezan a presencia ou ausencia de sincronizaci—n a unha frecuencia particular, e identifiquen o patr—n como o
evocado por un evento externo particular?
¿CALES SON AS FUNCIÓNS BÁSICAS DA CORTIZA
CEREBRAL?
A contestaci—n directa Ž que non o
sabemos. Sobre a base do dito ata agora
puidera supo–erse que co–ecemos
moito sobre a funci—n da cortiza cerebral, pero non Ž as’. O co–ecemento
dispo–ible Ž fenomenol—xico33, con
poucas explicaci—ns dos mecanismos.
Sabemos moito da Ôxeograf’aÕ do cerebro e das sœas conexi—ns. Foron respostas ‡s preguntas de ÔondeÕ, formuladas
no sŽculo XX. Tales respostas revelan
pouco sobre as caracter’sticas operativas do cerebro. O que necesitamos para
unha comprensi—n da funci—n cerebral
Ž co–ece-los mecanismos da actividade
din‡mica de grandes poboaci—ns de
neuronas nos sistemas cerebrais.
Dous dos principais problemas
da Neurociencia que non se deron
resolvido son, o primeiro a natureza
das operaci—ns din‡micas nos microcircu’tos locais e nos sistemas distribu’dos da cortiza cerebral. Atribu’ronse
moitas funci—ns da cortiza cerebral no
‡mbito fenomenol—xico, tales como a
329
detecci—n do limiar dos est’mulos,
amplificaci—n, converxencia de caracter’sticas dos est’mulos, sincronizaci—n,
etc. Ningœn deles, sen embargo, se
comprende completamente no ‡mbito
da operaci—n dos circu’tos locais. O
segundo problema sitœase a maior
escala: Àcales son as operaci—ns neuronais dentro dos sistemas distribu’dos
da cortiza cerebral? Aqu’ o fen—meno
de converxencia de caracter’sticas dos
est’mulos alcanza a sœa expresi—n
m‡xima nos sistemas distribu’dos dos
l—bulos parietal, temporal e frontal.
Nas neuronas do l—bulo parietal intŽgranse combinaci—ns de caracter’sticas
sensoriais e motoras integradas con
mecanismos neuronais asociados a
estados de motivaci—n. A’nda que
co–ecŽmo-las propiedades funcionais
dos sistemas distribu’dos do l—bulo
parietal, desco–ecŽmo-las operaci—ns
corticais que as producen.
Esas dœas preguntas tratan con
acci—ns en poboaci—ns neuronais que
var’an en nœmero desde uns centos de
neuronas nunha columna cortical a
mill—ns nos sistemas distribu’dos. Pero
te–en unha calidade en comœn: as propiedades din‡micas das acci—ns das
poboaci—ns neuronais non poden
deducirse da acci—n de neuronas individuais dentro delas. As propiedades
das poboaci—ns non son a simple suma
das partes, emerxen da actividade
din‡mica como un todo. As propiedades emerxentes cerebro-mente non son
33 A rama dunha ciencia que clasifica e describe os seus fenómenos sen intentar explicalos.
2 COLABORACION nueva
330
4/4/01
21:48
Página 330
Carlos Acuña Castroviejo
iguais, da mesma maneira que pulm—ns e respiraci—n non son idŽnticos.
tema central das ciencias cognitivas,
formulado en termos actuais, Ž o do
concepto das representaci—ns mentais.
NEUROCIENCIA COGNITIVA
Os dese–os experimentais dos
psic—logos cognitivos e neurocient’ficos proceden de dese–os da arquitectura cognitiva da percepci—n, a memoria,
a linguaxe, a atenci—n e actividades
similares embutidas en tarefas que os
suxeitos poidan realizar. Recentemente
coincidiu a aparici—n neste campo dos
mŽtodos para ve-lo cerebro do home
durante o funcionamento. Son os mŽtodos de imaxe cerebral, como o PET35 e a
IRMf36. A actividade xerada no cerebro
Este novo campo formouse pola
uni—n de certos aspectos da ciencia
cognitiva34 coa Neurobiolox’a do cerebro humano, coa finalidade de descubrir c—mo funcionan os cerebros humanos durante a reflexi—n. Quizais Ž a
m‡is humana das ciencias xa que est‡
implicada na natureza do co–ecemento
e en c—mo o adquirimos e usamos. O
Figura 5. Imaxe de zonas de activación no cerebro do home obtida coa técnica da PET. Cando o suxeito ve palabras
prodúcese unha forte activación na rexión occipital, correspondente á área visual. Cando escoita palabras prodúcese
unha intensa activación na zona do lóbulo temporal, correspondente á rexión auditiva.
34 Relacionada co proceso de coñecemento, comprensión e aprendizaxe de algo.
35 PET: Positron Emission Tomography (tomografía mediante a emisión de positróns). Require a inhalación
ou inxección de moléculas trazadoras marcadas radioactivamente. Proporcionou información da anatomía funcional do cerebro e cómo cambia en diferentes estados de conducta, particularmente cando o home executa tarefas cognitivas.
36 Imaxe por resonancia magnética funcional. A resonancia magnética nuclear (RMN) é un método non invasivo que permite estudios químicos específicos do tecido cerebral vivo. A imaxe mediante resonancia magnética
(MRI: magnetic resonance imaging) é un método para visualizar tecidos vivos baseados en sinais de RMN de protóns na auga dos tecidos. O sinal local da auga aumenta co aumento da actividade neuronal. O método proporciona imaxes tridimensionais da anatomía cerebral.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 331
Mente e cerebro
durante a execuci—n das tarefas pode
detectarse e localizarse; prodœcense as’
mapas de actividade cerebral durante
os procesos perceptivos, motores e cognitivos (figura 5).
Con esta metodolox’a confirmouse a localizaci—n das ‡reas sensoriais e
331
motoras da cortiza cerebral do home.
Pero eses estudios revelaron que o
tama–o desas ‡reas var’a entre individuos e entre hemisferios do mesmo
cerebro, e que poden cambiar de tama–o debido a experiencias intensas de
tipo sensorial ou motor. Ademais,
pœxose de manifesto que esas ‡reas
Figura 6. Imaxe obtida mediante RMNf do cerebro humano cando o suxeito realiza unha tarefa na que ten que recordar
un obxectivo xeral final mentres executa outras tarefas con obxectivos distintos. Equivalente a cando se nos interrompe cunha pregunta mentres lemos un libro e temos que recordar e volver ó punto onde deixámo-la lectura. As cores
amarela, verde e vermella sinalan as áreas da cortiza cerebral activadas durante a execución da tarefa. Non hai unha
activación de toda a cortiza do cerebro, senón que se producen activacións en zonas discretas, distribuídas na cortiza
cerebral.37
37 Segundo E. Koechlin, et al., Nature 399, 148, 1999, 151.
2 COLABORACION nueva
332
4/4/01
21:48
Página 332
Carlos Acuña Castroviejo
poden estar activas cando un suxeito
imaxina experiencias perceptivas ou
motoras, pero sen movemento.
De xeito similar tamŽn se definiu
a localizaci—n de rexi—ns activas durante operaci—ns perceptivas superiores.
Demostrouse que moitas funci—ns cognitivas que se cr’a que se localizaban
nunha ‡rea œnica da cortiza cerebral
implican en realidade moitas ‡reas, frecuentemente moi separadas, nunha
disposici—n distribu’da, non xer‡rquica
(figura 6).
Ata a m‡is simple das operaci—ns
cognitivas, inclu’ndo a linguaxe, a
aprendizaxe, o recordo e a atenci—n, est‡n asociadas con grupos m‡is ou
menos diferentes de rexi—ns activas
distribu’das por toda a cortiza cerebral.
Eses nodos de actividade cambian en
intensidade e posici—n no tempo conforme progresa a execuci—n da tarefa
cognitiva. ƒ importante notar que as
‡reas da cortiza cerebral entre os lugares activos non amosan signos de activaci—n relacionada coa tarefa. Este Ž un
feito importante, xa que non hai evidencia dunha actividade masiva na
cortiza cerebral. Finalmente, confirm‡ronse as funci—ns da cortiza cerebral do
l—bulo frontal na memoria do traballo38, en planificaci—n e en acci—ns
voluntarias, e mesmo se observaron
defectos na activaci—n do l—bulo frontal
nalgœns estados psic—ticos39 (figura 7).
Estes resultados apoian os conceptos de segregaci—n funcional de certos procesos en rexi—ns localizadas da
cortiza cerebral e a sœa integraci—n funcional na acci—n dun sistema distribu’do formado por moitas rexi—ns locais
activas durante a realizaci—n de tarefas
perceptivas ou cognitivas (figura 6).
Pero estes resultados non son m‡is que
respostas elegantes a preguntas Ôxeogr‡ficasÕ; s— nos informan de Ô—ndeÕ
ocorren os acontecementos, pero non
revelan as operaci—ns neuronais que
xeran eses sinais. Esta ser‡ a seguinte
importante e dif’cil etapa: descubrir
c—mo se relacionan eses sinais coa actividade das neuronas que as xeran. Este
Ž un problema crucial que moitos cient’ficos est‡n abordando mediante experimentos con primates non humanos
mentres traballan en tarefas perceptivas ou cognitivas. O paradigma experimental inclœe o rexistro simult‡neo da
actividade cerebral.
A EXPLICACIÓN NEUROBIOLÓXICA DO EU
Unha das preguntas m‡is problem‡ticas en filosof’a das ciencias biol—xicas Ž c—mo algo chamado ÔsentimentoÕ entra nos acontecementos f’sicos
que comprenden un organismo. O
problema da consciencia pode describirse en termos de c—mo o cerebro xera
un sentido de si mesmo (o eu) que Ž o
38 A memoria é unha función mental complexa que ten catro fases distintas: (1) memorización ou aprendizaxe, (2) retencion, (3) recordo e (4) recoñecemento. Clinicamente subdivídese en inmediata, recente e remota.
A memoria de traballo é a memoria inmediata, que utilizamos para retermos recordos durante tempos curtos.
39 Trastornos nos que hai unha perda dos límites do ego ou unha grande alteración da realidade con delirios ou alucinacións
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 333
Mente e cerebro
333
Figura 7. Imaxe obtida mediante a PET nun enfermo psicótico. Hai unha diminución significativa da actividade metabólica na rexión sinalada na cortiza prefrontal (á esquerda da imaxe)40.
verdadeiro suxeito da experiencia.
Moitas das enfermidades que producen os maiores sufrimentos nos seres
humanos, como a esquizofrenia41, son
trastornos primarios do eu.
ÀComo est‡ organizado o cerebro
para facer posible a actividade mental?
Esta pregunta, e as sœas respostas, Ž
central para comprende-la orixe emerxente da mente. A conciencia dun
mesmo Ž, quizais, o aspecto evolutivo
m‡is importante: ser consciente de que
se Ž consciente. ÀCal Ž a explicaci—n
neurobiol—xica do eu? O mantemento
dun medio interno estable (homeostase) Ž imperativo para regula-la vida de
calquera organismo. Damasio42 suxire
que a emerxencia, na evoluci—n, de sistemas neuronais organizados — servicio
desta funci—n proporciona as etapas
40 Baseado en W. C. Drevets et al. , Nature 386, 1997, 824-827.
41 Un grave trastorno emocional de profundidade psicótica marcado caracteristicamente por un afastamento da realidade con delirios, alucinacións, desharmonía emocional e conducta regresiva.
42 A. Damasio, The feeling of what happens: Body and emotion in the making of consciousness, Harcourt
Brace, 1999.
2 COLABORACION nueva
334
4/4/01
21:48
Página 334
Carlos Acuña Castroviejo
iniciais cara ‡ emerxencia do eu.
ÀComo xurdiu? ÀCando xurdiu? A evidencia paleontol—xica apunta a que
apareceu moi cedo, nun espacio de
centos de miles de anos. Esta evoluci—n
tan r‡pida foi de dif’cil explicaci—n. A
partir de pequenas mutaci—ns nos
xenes que regulan a morfolox’a cerebral p—dense producir, como levamos
visto, grandes cambios na estructura
do cerebro. Estes cambios incorporar’anse con gran rapidez ‡s estructuras
cerebrais xa existentes.
A finais da dŽcada de 1980,
Gerald Edelman propuxo Ña partir
dun modelo de funcionamento do sistema inmunol—xico, polo que recibiu o
premio Nobel de Fisiolox’a e Medicina
en 1972Ñ que o funcionamento do
cerebro pod’a estar baseado nun sistema de selecci—n, e ofrece unha explicaci—n para esa emerxencia tan r‡pida no
marco da sœa Teor’a de Selecci—n de
Grupo Neuronal. Hai un sistema de
selecci—n durante o desenvolvemento
do feto e outro determinado pola experiencia durante o resto da vida.
Probablemente se ÔprogrameÕ moi
pouco durante o desenvolvemento
fetal, o que quere dicir que nacemos
cun equipo b‡sico moi simple, pero ese
dese–o perm’tenos constru’-lo noso
propio cerebro — longo da vida. Nesta
evoluci—n Ž crucial o proceso de conectar, correlacionar e xerarquiza-la informaci—n. A experiencia Ñun aspecto
important’simoÑ non Ž pasiva, sen—n
que forma parte activa da construcci—n
do cerebro.
Naturalmente, o argumento b‡sico est‡ en explicar c—mo se incorporan
os cambios —s circu’tos cerebrais. Para
intentar contestar esta pregunta debemos co–ece-la estructura fundamental
do cerebro. ƒ necesario un substrato
neuronal, coas sœas conexi—n, Ž dicir,
unha rede neuronal. Ademais, a experiencia utiliza, selecciona ou crea novos
circu’tos Ñou mapas, na terminolox’a
de EdelmanÑ nas redes neuronais do
cerebro, establecendo conexi—ns adecuadas que permitan soste-la actividade a travŽs de sinais reentrantes.
Santiago Ram—n y Cajal dic’ao dunha
maneira gr‡fica: hai que facer ximnasia
mental para desenvolve-lo cerebro, da
mesma maneira que facemos ximnasia
muscular para desenvolve-los mœsculos do noso corpo.
Para Damasio, o eu ten un precedente pre-consciente biol—xico, o proto-eu, que corresponde a unha colecci—n
coherente de patr—ns neuronais que
representan nun mapa, momento a
momento, o estado f’sico do organismo. as principais estructuras do sistema nervioso implicadas inclœen os
nœcleos do tronco cerebral, hipot‡lamo,
o mesencŽfalo e as cortizas insular e
somatosensoriais. Este amplo sistema
crea unha representaci—n de primeira
orde dos estados actuais do corpo. En
paralelo crŽanse mapas sensoriais que
representan obxectos, tanto obxectos
presentes no mundo coma imaxes
mentais. A sœa interacci—n necesariamente altera o estado actual do organismo. Isto conduce ‡ proposici—n central de que a base para un co–ecemento
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 335
Mente e cerebro
consciente do eu Ž un estado de sensaci—n que xorde cando nos organismos
se representa un proto-eu non consciente no proceso de ser modificado
por obxectos. En esencia, un sentido do
eu depende da creaci—n dun mapa de
segunda orde, en certas rexi—ns cerebrais, de c—mo foi alterado o proto-eu.
Damasio prop—n distinci—ns conceptuais importantes entre o eu e o eu
autobiogr‡fico, entre o nœcleo e a consciencia ampla, e entre emoci—n e sentimento. O nœcleo do eu Ž o protagonista transitorio da consciencia que se xera
continuamente a travŽs do encontro
con obxectos. En contraste, o eu autobiogr‡fico depende fortemente da formaci—n de recordos duradeiros de
experiencias. A identidade persoal Ž un
concomitante obvio do eu autobiogr‡fico.
335
A consciencia nuclear Ž unha consecuencia dos mesmos mecanismos
que xeran o propio nœcleo, co elemento
engadido do incremento no procesamento de obxectos que estiveron implicados en xera-lo nœcleo . En contraste,
a consciencia ampla depende de manter na mente, no tempo, unha multiplicidade de patr—ns neuronais que describen o eu autobiogr‡fico. Unha
implicaci—n importante desta tese Ž
que a consciencia non Ž o privilexiado
dominio dun sistema sensorial, xa que
a lesi—n dunha canle sensorial non ten
influencia sobre a consciencia nuclear.
Estamos no albor dunha nova era
e nos anos vindeiros participaremos
nunha excitante viaxe a travŽs do cerebro e a conducta que nos permitir‡
comprende-las claves do ser humano.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 336
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 337
337
MEDIO AMBIENTE
Felipe Mac’as V‡zquez
Universidade de Santiago
de Compostela
INTRODUCCIÓN: OS PROBLEMAS AMBIENTAIS
O sŽculo XX foi o sŽculo del
medio ambiente. î longo destes pasados cen anos, e de forma particularmente acelerada nos œltimos trinta,
foise incrementado o noso co–ecemento dos procesos que se producen de
forma natural na biosfera, e a sœa variaci—n — longo do tempo iniciouse, pero
a’nda queda moito m‡is por co–ecer: a
comprensi—n da heteroxeneidade e a
complexidade das interacci—ns ambientais. Comprobouse que as actuaci—ns humanas te–en agora un poder
de perturbaci—n e modificaci—n das
condici—ns locais moi superior — existente nos restantes per’odos hist—ricos
que poden chegar, nalgœns casos, a presentar un car‡cter global de consecuencias non perfectamente co–ecidas pola
excesiva simplificaci—n que se realiza
na modelizaci—n dos procesos ambientais.
TamŽn se viu que os recursos
necesarios para o desenvolvemento
das sociedades humanas son cada vez
m‡is importantes e diversos, chegando, en moitos casos, — forzamento da
capacidade productiva dos sistemas
naturais, e mesmo ‡ sœa deterioraci—n
ou destrucci—n, con consecuencias
serias de modificaci—n de h‡bitats,
perda de biodiversidade e creaci—n de
‡reas contaminadas que, para seren
restauradas requiren, ademais de
tempo e co–ecementos, importantes
esforzos econ—micos non sempre dispo–ibles.
Se a isto se engade o continuo
incremento da poboaci—n e as demandas (plenamente xustificadas) de xeneralizaci—n da calidade de vida dos pa’ses avanzados —s menos desenvolvidos
Ñpolo menos das sœas manifestaci—ns
m‡is positivas (dispo–ibilidade de alimentos, sanidade, acceso ‡ cultura e a
unha vida digna para t—dolos habitantes...)Ñ comprŽndese a necesidade de
introducir mecanismos legais e pol’ticos de actuaci—n que freen a deterioraci—n dos recursos, controlen a degradaci—n ambiental e permitan un
desenvolvemento das sociedades
* Catedrático de Edafoloxía.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 28 - Outubro 2000
2 COLABORACION nueva
338
4/4/01
21:48
Página 338
Felipe Macías Vázquez
humanas en harmon’a co seu contorno.
As’ Ž que o medio natural pasou neste
sŽculo de ser simplemente un subministrador de recursos (en moitos casos
de bens libres) a converterse nun elemento importante nos campos cient’fico, econ—mico, lexislativo, pol’tico e
incluso a ser parte fundamental de
moitas das visi—ns ou concepci—ns do
mundo das nosas sociedades.
para a maior parte dos procesos de
mobilizaci—n de elementos e substancias perigosas de orixe natural e, sobre
todo as de orixe antr—pica, os œltimos
trinta ou corenta anos do sŽculo XX
supo–en cantidades superiores ‡s do
conxunto de t—dolos per’odos hist—ricos anteriores. Analizaremos este
aspecto da contaminaci—n mediante
dous esquemas (figs. 1 e 2).
Emporiso, isto non quere dicir
que antes deste sŽculo non tivesen
importancia os problemas ambientais.
Coma en todo, somos herdeiros do
noso pasado, das actuaci—ns transformadoras do medio natural realizadas
polas sociedades anteriores das que
recibimos aspectos negativos como a
deforestaci—n (probablemente iniciada
desde as primeiras manifestaci—ns
humanas pero fortemente acelerada
coa Revoluci—n Neol’tica e a chegada
das Ôculturas do lume mediterr‡neasÕ
coas sœas importantes consecuencias
de erosi—n de solos), a intensa transformaci—n en solos agr’colas da maior
parte da superficie europea cunha
enorme perda de biodiversidade e
unha gran simplificaci—n dos h‡bitats
existentes mailos problemas puntuais
(nalgœns casos globais) de contaminaci—n dos sistemas naturais, con liberaci—n de elementos retidos nos materiais
xeol—xicos ‡ atmosfera, as augas, os
solos e organismos bi—ticos. Cada
etapa de desenvolvemento deixou as
sœas pegadas, sendo particularmente
importante o per’odo romano e, sobre
todo, desde a Revoluci—n Industrial ata
o sŽculo XX, se ben hai que dicir que
O primeiro, a evoluci—n da liberaci—n de chumbo (un dos metais pesados m‡is perigosos) ‡ atmosfera —
longo do tempo, para a que existen un
gran nœmero de mŽtodos de estudio
baseados na an‡lise do contido de
Fig. 1. Variación do contido de Pb, Zn e Cd nos últimos 4000 anos nunha turbeira ombrotrófica da Serra
do Xistral. (Martínez Cortizas, et al., 1997).
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 339
Medio ambiente
Fig. 2. Presencia de contaminantes en sedimentos de
diferentes idades. (Forstner, 1989).
chumbo existente en rexistros de idade
co–ecida, tales como sedimentos lacustres ou columnas de xeo acumulado
nos casquetes polares. No noso caso,
dispo–emos dun dos mellores arquivos
hist—ricos das condici—ns paleoambientais, as turbeiras ombrotr—ficas de
Galicia, que foron utilizadas como indicadoras das variaci—ns da contaminaci—n met‡lica atmosfŽrica e como rexistro das variaci—ns de temperatura
(Mart’nez Cortizas, et al., 1997 e 99).
Unha turbeira ombrotr—fica Ž un
solo org‡nico constitu’do por restos
vexetais, m‡is ou menos transformados (turberizaci—n), de comunidades
339
bi—ticas que viven en posici—ns de cima
da paisaxe en ambientes nos que a
velocidade de mineralizaci—n dos restos vexetais (por mor do fr’o ou do predominio das condici—ns de anaerobiose) Ž inferior ‡ de producci—n, o que
conduce ‡ acumulaci—n dos residuos
org‡nicos na superficie cun ritmo
variable en funci—n das condici—ns
ambientais. A medida que a turbeira
aumenta de espesor, as ra’ces das
comunidades vexetais non alcanzan o
substrato litol—xico e deben alimentarse fundamentalmente das achegas
atmosfŽricas de chuvia e part’culas
arrastradas polo vento (o que as diferencia das turbeiras mineralotr—ficas
nas que a vexetaci—n se alimenta do
substrato litol—xico e das disoluci—ns
acuosas que xa tomaron contacto cos
solos e material xeol—xico), polo que a
composici—n de cada capa de turba
(que se pode datar con C-14) est‡ relacionada coas condici—ns de equilibrio
entre a vexetaci—n da turbeira e as condici—ns ambientais existentes no
per’odo de vida das plantas. Estas formaci—ns at—panse en ‡reas de monta–a
do norte de Europa e te–en o seu l’mite sur nas zonas monta–osas do norte
de Galicia (fundamentalmente nas
serras do Buio e Xistral). Canto maior Ž
o seu espesor, m‡is longo adoita se-lo
per’odo hist—rico recollido; en Galicia
dispo–emos das turbeiras ombrotr—ficas de maior idade de Europa (superiores a 5000 anos), o cal Ž l—xico se se
considera que esta zona foi unha
das primeiras ‡reas europeas con
glaciarismo que foron liberadas dos
xeos do œltimo per’odo fr’o. Pola sœa
2 COLABORACION nueva
340
4/4/01
21:48
Página 340
Felipe Macías Vázquez
importancia, estes rexistros deben ser
estudiados e protexidos, por iso est‡n
inclu’dos nas zonas propostas pola
Xunta de Galicia para a Rede Natura
2000 derivada da Directiva H‡bitat.
do chumbo nas gasolinas leva as concentraci—ns de chumbo atmosfŽrico
retidas a valores moi elevados que s—
comezan a decrecer coa chegada das
gasolinas sen chumbo.
Na figura 1 obsŽrvase a distribuci—n do chumbo nunha turbeira
ombrotr—fica do Xistral. Ponse de
manifesto que o primeiro sinal de contaminaci—n por chumbo (a’nda que
moi feble) se produce hai uns 4000
anos, polo que dado que este metal foi
un dos primeiros en ser utilizados polo
home debido ‡ sœa doada extracci—n a
partir de sulfuros, o seu baixo punto de
fusi—n e a sœa capacidade para se aliar
co Sn, permite supor que esta data Ž o
comezo do seu aproveitamento en
Galicia. Con pequenas fases de incremento e descenso chŽgase — per’odo
romano, no que o sinal de contaminaci—n se ampl’a fortemente en intensidade e duraci—n temporal ata a ca’da do
Imperio, cando de novo hai un importante retroceso do sinal de chumbo
atmosfŽrico. Seguen pequenas pulsaci—ns de incremento que coinciden cos
reinos visigodos, o esplendor do
per’odo musulm‡n e as guerras dos
reinos cat—licos, ‡s que segue un novo
descenso que coincide co descubrimento de AmŽrica, quizais pola existencia
de per’odos de paz en Espa–a ou polo
traslado das actividades extractivas e
de beneficiaci—n do chumbo — novo
continente.
Neste caso viuse que a actividade
antr—pica, mesmo a das culturas relativamente incipientes, foi quen de modificar fortemente un par‡metro de indubidable relevancia como Ž o contido de
chumbo atmosfŽrico. Compr—base a
clara relaci—n entre este e a intensidade
das actuaci—ns humanas en per’odos
especiais da historia (guerras, desenvolvemento...) e tamŽn que hai unha
resposta, nese caso r‡pida, ‡s medidas
de correcci—n (substituci—n por gasolinas sen chumbo), se ben a’nda non
sabŽmo-las consecuencias que puido
ter sobre a herdanza xenŽtica de t—dolos seres vivos a exposici—n ‡s concentraci—ns de chumbo no aire, na auga e
nos alimentos que produciu nestes
dous œltimos sŽculos. Efectivamente, a
contaminaci—n, en especial a dos
medios con escasa capacidade de
amortecemento como o aire, a auga e
os organismos, Ž un dos principais problemas ambientais que vai asociado —
avance das culturas humanas con
maior ou menor intensidade e variedade de productos.
O inicio da Revoluci—n Industrial
eleva outra volta o sinal ata niveis similares —s do per’odo romano e o da
aparici—n do autom—bil; a utilizaci—n
Na figura 2, elaborada por
Forstner en 1989 a partir do estudio de
sedimentos datados e da presencia e
abundancia de determinados contaminantes, pode apreciarse que a maior’a
destes pertencen — noso sŽculo e que
conservan unha tendencia crecente —
longo da centuria en moitos casos ou
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 341
Medio ambiente
cun intento de mitigaci—n a partir da
dŽcada dos sesenta ou setenta noutros.
Sen dœbida, estas datas, como logo
imos ver, te–en unha gran relevancia
na din‡mica das actuaci—ns ambientais.
Para unha gran parte dos autores
que falan dos problemas ambientais, o
acento incide sobre a contaminaci—n
polo elevado nœmero de substancias
perigosas, moitas delas artificiais, que
se liberaron — ambiente a causa das
actividades humanas. ƒ o caso dos
organoclorados (DDT, dioxinas, PCB,
clorofluocarbonos, lindano...), nitro e
fosfoderivados org‡nicos (diferentes
explosivos, herbicidas, insecticidas),
organomet‡licos (estannosos, mercuriais, arsenicais...), hidrocarburos (carbonos org‡nicos vol‡tiles, PAH...),
radioactivos procedentes das explosi—ns nucleares ou das centrais nucleares, etc., para os que o 5¼ Plan
Ambiental da Uni—n Europea consideraba, en 1993, que hab’a m‡is de dous
mil productos qu’micos de alta producci—n dos que deber’a establecerse unha
avaliaci—n da sœa actividade no
ambiente, mentres que o obxectivo
fixado para o ano 2000 era a an‡lise de
cincuenta destes productos e a elaboraci—n de programas de reducci—n de riscos ambientais derivados da sœa presencia na biosfera.
A liberaci—n de substancias contaminantes na biosfera Ž, sen dœbida,
unha das nosas principais preocupaci—ns. Para outros autores hai outros
problemas tamŽn importantes: unha
das s’ntesis realizadas asegura que os
341
principais inimigos da calidade
ambiental do noso sŽculo poden agruparse en Òa serra, a vaca e o autom—bilÓ, expresando que son a deforestaci—n (coa sœa perda de biodiversidade,
solos, poder de absorci—n de CO2 e
depuraci—n do aire e da auga, etc.), a
transformaci—n de solos forestais e de
cultivos en prader’as monoespec’ficas
ou de baixa variabilidade espec’fica
adaptados ‡s necesidades do gando de
alta producci—n c‡rnica e l‡ctea e os
contaminantes liberados nas actividades gandeiras (metano, compostos
nitroxenados, fertilizantes fosforados,
antibi—ticos...) xunto coas consecuencias do autom—bil (liberaci—n ‡ biosfera
de chumbo e outros metais, —xidos de
nitr—xeno, CO2, compostos org‡nicos
vol‡tiles e persistentes... e a necesidade
de creaci—n de infraestructuras viarias
cada vez m‡is amplas e numerosas que
compartimentan a biosfera e limitan a
capacidade de rexeneraci—n de moitas
especies) os procesos antr—picos que
causan a gran maior’a dos nosos problemas.
Sen dœbida, a lista queda curta e
poder’a discutirse a orde de agresividade, pero non Ž menos certo que a urbanizaci—n, a industrializaci—n, a miner’a,
as actividades recreativas... son outras
moitas actividades humanas que ocasionan agresi—ns — medio ambiente. En
œltimo termo poderiamos dicir que as
agresi—ns ambientais est‡n simplemente producidas polo feito de que unha
das especies do planeta, a humana,
escapou —s mecanismos reguladores que impuxera a natureza e f’xose
2 COLABORACION nueva
342
4/4/01
21:48
Página 342
Felipe Macías Vázquez
excesivamente numerosa e destructiva,
— ir eliminando paulatinamente t—dolos seus competidores polos recursos
naturais (desde hai tempo xa s— se
compite entre humanos) — tempo que
incrementaba exponencialmente as
sœas necesidades e capacidades de alteraci—n ata facelas de car‡cter global.
Se somos herdeiros e actores dos
problemas ambientais, tamŽn o somos
dos co–ecemntos xerados polas sociedades anteriores. Coma outras moitas,
as Ciencias Ambientais son ciencias de
terceira, cuarta ou quinta xeraci—n que
se basean na aparici—n previa de conceptos e mŽtodos de estudio desenvolvidos noutros campos do saber — longo
da historia da Humanidade e, particularmente, nos sŽculos XVII, XVIII e
XIX, nos que o avance da F’sica e a
Qu’mica primeiro, xunto coa aplicaci—n dos conceptos matem‡ticos, abriron o cami–o para converter co–ecementos meramente descritivos nas
sœas orixes nas bases das Ciencias
Ambientais, a Xeolox’a e a Biolox’a, e,
m‡is tarde, noutras moitas derivadas
delas, pero con maior capacidade de
comprensi—n da heteroxeneidade e de
integraci—n da globalidade dos sistemas naturais terrestres como a Edafolox’a, a Bioxeograf’a ou a Ecolox’a,
nas que o compo–ente xeogr‡fico
desenvolvido polos grandes viaxeiros-cient’ficos do sŽculo XIX foi clave. ƒ,
polo tanto, este car‡cter globalizador
do medio ambiente, xerado nos sŽculos
anteriores e desenvolvido no XX, no
que Òtodo inflœe en todoÓ (primeira lei
da Ecolox’a segundo Barry Commo-
mer) ou, lev‡ndoo — extremo, Òno que
o bate-las as dunha bolboreta na China
pode se-la causa dunha tormenta no
outro extremo do mundoÓ, o paradigma das nosas concepci—ns ambientais
actuais.
A GLOBALIZACIÓN: ANTECEDENTES E POSIBLES
EXCESOS
A finais do sŽculo XX o termo
Ôglobalizaci—nÕ pasou a ocupar, xunta
outros similares, a expresi—n de moda
para manifesta-la interrelaci—n existente entre todo o que ocorre na parte da
Terra na que se realiza a actividade
humana. O termo apl’case nas Ciencias
Ambientais, pero xa foi adoptado ata
polas Ciencias Sociais e Econ—micas.
Sen embargo, non Ž un concepto novo
sen—n que ten antecedentes bastante
antigos e moi ben definidos — longo do
sŽculo XVIII nas Ciencias Naturais e,
por suposto, moito antes, no pensamento filos—fico-relixioso.
Deixando ‡ parte as ideas unitarias filos—ficos-relixiosas sobre a natureza e o seu funcionamento, quizais o
concepto cient’fico ambiental mellor
desenvolvido fora o de biosfera.
Vernadsky foi o gran divulgador deste
termo que, parece, xa utilizaba Lamarck a comezos do sŽculo XIX, e posteriormente foi retomado por Suess
(1875) para quen a biosfera Ž a Òenvoltura espec’fica da codia terrestre na que
asenta a vida que Ž quen rexe a
sœa composici—n, propiedades e din‡micaÓ. Estas ideas b‡sicas foron
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 343
Medio ambiente
343
ampliadas e dotadas de formato cient’fico por Vernadsky — longo dos seus
numerosos escritos e, particulamente,
na sœa obra La Biosfera, publicada en
ruso en 1926 e en francŽs en 1929.
Segundo este autor Òa Biosfera Ž a esfera terrestre resultante da interacci—n da
atmosfera (m‡is ben da troposfera
xunto coa capa protectora da ozonosfera), hidrosfera, biosfera e litosferaÓ.
Idea moi parecida ‡ de que Òo solo Ž a
interacci—n da litosfera, hidrosfera,
biosfera e atmosferaÓ ou de que Òo solo
Ž o producto da interacci—n — longo do
tempo dos factores de formaci—n clima,
rocha ou material orixinal, topograf’a e
organismosÓ.
Arriba, polución atmosférica en Nova York.
Abaixo, polución de auga en Chicago.
Segundo os inventores do termo e
o seu desenvolver principal, a biosfera
ten, ademais do seu car‡cter complexo,
o aspecto esencial de que Ž a propia
vida a que leva o papel activo da creaci—n de substancias, da sœa din‡mica
de transformaci—n e, en consecuencia,
dos procesos e leis que a rexen. En
palabras de Vernadsky, Òa biosfera
pode definirse como unha rexi—n da
codia terrestre sementada de transformadores que converten as radiaci—ns
c—smicas en enerx’a terreste activa,
enerx’a elŽctrica, qu’mica, mec‡nica,
tŽrmica, etc. Os compostos que eran
estables no campo termodin‡mico da
materia viva, v—lvense inestables
cando penetran, unha vez que perece o
organismo, dentro do campo termodin‡mico da biosfera onde orixinan unha
fonte de enerx’a libreÓ. ƒ dicir, Ž a vida
a que capta a enerx’a solar transform‡ndoa en compostos que s— son
2 COLABORACION nueva
344
4/4/01
21:48
Página 344
Felipe Macías Vázquez
posibles mentres existe vida, e que son
posteriormente transformados noutros
termodinamicamente estables no
medio ambiente creado (m‡is ben
modificado) pola propia vida, — tempo
que se logra un certo mantemento da
enerx’a captada mercŽ —s ciclos metab—licos que utilizan as substancias inicialmente formadas e os seus productos de degradaci—n ata que se alcanzan
as condici—ns de equilibrio que, novamente, ser‡n rotas pola actividade
vital. En palabras de Vernadsky, Òa
vida perturba permanente e incansablemente a inercia qu’mica sobre a
superficie terrestreÓ, o que nos leva ‡
conclusi—n de que Ž o continuo cambio
de enerx’a, alimentos e informaci—n o
que caracteriza os sistemas naturais, e
que a globalidade de funcionamento
dos sistemas ambientais Ž, simplemente, unha consecuencia de que todos
est‡n dirixidos pola actividade vital.
Segundo Margalef (1997), tralas
achegas de Vernadsky, Òla palabra biosfera ha pasado a ser de uso corriente
para referirse a la porci—n de nuestro
planeta habitada por seres vivos y
manifiestamente organizada por ellos.
La composici—n de las envolturas l’quida y gaseosa no se entienden sino a travŽs de la propia actividad vital y la propia litosfera est‡ tambiŽn sometida a la
acci—n de los seres vivos en su parte
externaÓ. A vida ten o papel clave nos
ciclos principais dos elementos qu’micos na superficie terrestre, en substancias como o O e o CO , ata o punto de
modifica-la propia atmosfera terrestre
que pasou de ser anosixŽnica nos dous
2
2
mil primeiros mill—ns de anos da sœa
existencia a osixŽnica nos seguintes ata
os nosos d’as. ƒ pois o continuo cambio
inducido polas manifestaci—ns vitais na
sœa interacci—n coa capa externa da
Terra o que, — cabo, mantŽn a vida
sobre a Terra. Margalef expres‡bao as’
en 1980: Òlos cambios en la biosfera han
estimulado la evoluci—n. Las ‡reas que
han estado menos sometidas a alteraciones, son, notoriamente, un archivo
de especies que en una buena proporci—n tienen car‡cter arcaico o de reliquiaÓ e, repetindo as sœas palabras de
1974, Òla climax es la utop’a de los ec—logosÓ.
Heteroxeneidade, globalidade,
cambio e control e direcci—n destes
pola propia vida Ž ent—n o que caracteriza a biosfera e, polo tanto, o medio
ambiente a partir das ideas de Vernadsky ampliadas e comentadas por
Margalef (1980 e 1997). Os problemas
xorden cando os cambios se producen
a un ritmo anormalmente r‡pido producido por unha das especies viventes
que, como xa se dixo, quizais escapara
— control natural en moitos aspectos.
Antes de continuar, parece adecuado reflexionar sobre o personaxe de
Vernadsky para tratar de comprende-las causas que o levaron ‡s sœas
xeniais intuici—ns. Nado en San
Petersburgo en 1863, matricœlase no
Departamento de Ciencias Naturais da
Universidade de San Petersburgo onde
estudia F’sica, Matem‡ticas, Qu’mica
(con Mendeleiev) e Xeograf’a, Mineralox’a e Cristalograf’a con V. V.
Dokuchaev, o fundador da Edafolox’a
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 345
Medio ambiente
cient’fica, do que chega a ser axudante
impregn‡ndose das sœas ideas sobre o
solo, a sœa formaci—n, propiedades,
distribuci—n xeogr‡fica e, sobre todo, a
visi—n unificada da natureza (Demolon
Ñ1949Ñ considŽrao o disc’pulo m‡is
brillante da escola rusa fundada por
Dokuchaev). M‡is tarde estudia
Cristalograf’a e Mineralox’a en Mœnic
e Mineralox’a, Termodin‡mica (con Le
Chatelier), Qu’mica, F’sica e Cristalograf’a (con Pierre Curie) en Par’s.
Regresa a Moscova e Ž nomeado profesor non titular en 1898. Na Universidade de Moscova d‡ cursos sobre a
historia da ciencia e, en particular,
sobre a visi—n cient’fica do mundo, as’
como de cristalograf’a e mineralox’a.
A obra do xeoqu’mico norteamericano Frank W. Clarke, Los datos de la
Geoqu’mica, lŽvao a esta ciencia, que el
considera a de maior interese no sŽculo
XX. En 1909 publica numerosos artigos
e, finalmente, engade —s seus co–ecementos sobre a materia inerte o seu
interese polos ciclos biol—xicos. Co–ece
a Vavilov (o autor que estableceu os
centros de diseminaci—n das plantas
cultivadas) e, progresivamente, establece que Òos fen—menos xeoqu’micos
son a base da biosferaÓ. En 1923 fala xa
do seu laboratorio como Laboratorio
de Bioxeoqu’mica. Regresa a Par’s
onde ensina os seus saberes e co–ece a
Theilard de Chardin e Roy cos que crea
o novo concepto de ÔnoosferaÕ ou Òesfera da intelixencia que segue a biosfera
na ruta evolutiva da materiaÓ. Publica
o seu libro La Geochimie en 1924 que,
segundo Oparin, o inspirou fortemente
345
para a sœa obra El origen de la Vida.
Pouco despois, en 1926, publica La
Biosfera, ‡ que seguen libros e artigos
sobre a xeoqu’mica das augas, is—topos
e organismos vivos, oceanograf’a e
xeoqu’mica, problemas da radioxeolox’a, ensaios bioxeoqu’micos, a estructura qu’mica da biosfera e o seu contorno... ata a sœa morte en 1945.
Non cabe dœbida de que, ademais
da sœa inquietude, a sœa importante
formaci—n b‡sica en Qu’mica, Mineralox’a, Termodin‡mica, Edafolox’a,
Bioxeograf’a... capacitouno para chegar
— campo da Bioxeoqu’mica cunha
visi—n clara da interrelaci—n de t—dolos
constitu’ntes da biosfera e unha gran
capacidade para interpretar de forma
sintŽtica e unificada os procesos qu’micos nos que intervŽn a materia inerte e
a actividade biol—xica. Cabe preguntarse se isto ser’a posible coa formaci—n
que reciben dos seus profesores e cos
traballos tan especializados que realizan os nosos actuais e futuros ambientalistas.
A idea de globalidade de
Vernadsky e outros moitos autores que
estudiaron os procesos bioxeoqu’micos
da Terra foi enormemente ampliada
nalgunhas concepci—ns recentes que
alcanzaron un certo reco–ecemento
pœblico en amplos sectores sociais,
pero que, en contraposici—n, te–en recibido fortes cr’ticas por parte dos xeoqu’micos e algœns ec—logos (Margalef,
1997, entre eles). Refer’monos ‡ idea de
Gaia, tal como foi expresada por
Lovelock e colaboradores (1982). Segundo este autor, Òas respostas do
2 COLABORACION nueva
346
4/4/01
21:48
Página 346
Felipe Macías Vázquez
planeta como unha entidade unificada
levan a reco–ecer na propia biosfera
enteira os trazos esenciais dun organismo ou superorganismoÓ, — que denominan Gaia pola deusa ou personificaci—n da Terra. Sen dœbida, desde o
punto de vista cient’fico, hai unha clara
esaxeraci—n — considerar que procesos
que na maior’a dos casos se deben a
mecanismos reguladores derivados da
composici—n f’sico-qu’mica da biosfera, ou da interacci—n de diferentes
organismos coa materia inanimada,
son consecuencia da actuaci—n dun
organismo independente constitu’do
pola totalidade da biosfera. Esta visi—n
da natureza Ž similar ‡ que se utiliza
desde hai pouco nas Ciencias do Solo
cando se di que un Òsolo nace, evoluciona e morreÓ ou cando se fala da
Òsaœde dun soloÓ, conceptos que se
ben parecen admisibles como figuras
ou conceptos did‡cticos, non resultan
correctos, xa que tanto o solo coma a
biosfera son medios ou sistemas nos
que se produce a vida e que a consecuencia da actividade dos organismos
que conte–en adquiren determinadas
propiedades, sen que por iso poidan
ser considerados como sistemas vivos
con funcionamento independente. Son
medios de vida pero non organismos
vivos.
DESENVOLVEMENTO E/OU MEDIO AMBIENTE
O medio ambiente Ž o marco
onde se desenvolve a vida dos organismos, e os seus problemas derivan das
transformaci—ns producidas nese mar-
co por causas naturais ou antr—picas ‡s
que os organismos que viven nel non
poden adaptarse.
Sempre se fala das actuaci—ns
antr—picas como as grandes causantes
da perda de biodiversidade e da calidade do ambiente, pero esquŽcese que
na historia da Terra produc’ronse
momentos de enormes extinci—ns, provocados por cambios bruscos nas condici—ns ‡s que s— uns poucos organismos foron quen de adaptarse. As
grandes extinci—ns do Prec‡mbrico, do
PŽrmico ou do Mesozoico po–en de
manifesto que a ecosfera est‡ en continua mutaci—n desde o principio dos
tempos. Mutaci—ns ‡s veces r‡pidas e
traum‡ticas ‡s que non poden adaptarse moitos organismos prodœcense,
a’nda que son raras, pero predominan
os cambios m‡is lentos nos que a adaptaci—n Ž m‡is doada a travŽs dunha
serie de Ôdesequilibrios sucesivosÕ nos
que as modificaci—ns se producen
pouco e pouco.
Algunhas modificaci—ns naturais,
como a que se sup—n causada polo
meteorito que, entre outros, parece que
causou a extinci—n dos grandes vertebrados da Era Secundaria, deberon de
ser case instant‡neas; outras, a’nda que
moito m‡is lentas como o cambio de
atmosfera do Prec‡mbrico, deberon
de ter importantes consecuencias para
o sistema e para os organismos que
o habitaban. Sen embargo, a situaci—n ‡
que chegaron o home e a biosfera no
sŽculo XX Ž nova, xa que se trata
de investigar se o desenvolvemento da
especie humana non acabar‡ primeiro
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 347
Medio ambiente
347
co medio ambiente e, como consecuencia, consigo mesmo.
as chuvias ‡cidas
(Ontario), etc.
A actividade humana, — utilizar
productos naturais cunha velocidade e
intensidade crecente, adquiriu a capacidade de producir cambios a ritmos
que, sen dœbida, forzaron a capacidade
de adaptaci—n de moitos organismos e
causaron a sœa extinci—n. Moitas especies desaparecen sen que nos decatemos, como consecuencia directa ou
indirecta do noso modo de vida. î
longo da historia da Humanidade, esta
capacidade variou espacialmente en
funci—n do predominio das diferentes
culturas, pero a partir da Revoluci—n
Industrial e, sobre todo, da Segunda
Guerra Mundial, esta capacidade de
producci—n/alteraci—n multiplicouse e
xerou os grandes problemas ambientais do presente.
Sen embargo, malia estas cat‡strofes m‡is ou menos puntuais, a maior
parte dos autores est‡n de acordo en
que os problemas do ambiente se producen, de forma insidiosa e continua,
por mor do incremento de poboaci—n e
das necesidades humanas, o que conduce ‡ explotaci—n intensiva dos recursos naturais coa ameaza do seu esgotamento. Quizais o argumento m‡is forte
neste sentido foi o exposto polo Club
de Roma que, na sœa primeira mensaxe
realizada na dŽcada dos setenta, ÒOs
l’mites do crecementoÓ, indicaba a
imposibilidade de mante-los ritmos do
crecemento econ—mico e da poboaci—n.
Segundo eles, os recursos non renovables estaban esgot‡ndose en moitos
casos e os renovables estaban sendo
explotados por riba da capacidade de
renovaci—n, polo que c—mpre enlentece-lo crecemento.
Por citar algunhas cat‡strofes con
consecuencias graves para o ambiente
e o home producidas desde a Segunda
Guerra, temos: o smog de Donora
(Pensilvania) de 1948, ou de Londres
en 1952, con miles de mortos, a contaminaci—n por dioxinas de Seveso
(Italia) en 1976, a morte lenta por contaminaci—n do lago Baikal en Rusia ou
do Eire (EUA), o centenar de mortos
por inxesti—n de peixes contaminados
de Minamata (Xap—n) en 1969, os accidentes das centrais nucleares de
Harrisburg e Chernobil, a contaminaci—n do Rin, a traxedia de Bhopal
(India) que supuxo m‡is de dous mil
mortos e decenas de miles de feridos
polo escape de gases t—xicos, as mareas
negras, as inversi—ns de temperatura,
de
Sudbury
Medindo os niveis de radiación exterior en Chernobil.
2 COLABORACION nueva
348
4/4/01
21:48
Página 348
Felipe Macías Vázquez
Estas ideas de crecemento cero
e da necesidade de aplicar fortes
restricci—ns — incremento da poboaci—n
foron posteriormente moi discutidas e,
tras algœns fallos importantes nas predicci—ns, chegouse — convencemento
na dŽcada dos noventa de que as ideas
do Club de Roma eran excesivamente
catastrofistas e malthusianas (Margalef, 1987). A este cambio de filosof’a
contribu’ron feitos como o descubrimento de novos dep—sitos, a aparici—n
de substitutos dalgœns productos que
se consideraban imprescindibles, o
menor crecemento da demanda, o claro
enlentecemento no crecemento da
poboaci—n, o grande incremento tecnol—xico e a demostraci—n da capacidade
de eliminar moitos dos productos nocivos dos procesos industriais e de corrixi-los efectos degradativos producidos,
etc., todo o cal contribu’u a crear unhas
previsi—ns moito m‡is optimistas c‡s
que se ti–an no per’odo da crise do
petr—leo.
Do tema de discusi—n dos setenta,
Òo l’mite dos recursosÓ, pasouse nos
noventa a formula-los problemas dos
Òl’mites dos recipientes de residuos
humanosÓ, o que indicaba que unha
nova etapa productivista se iniciaba.
Outros cambios de concepci—n entre o
setenta e o noventa, indicados por diferentes autores, son, entre outros, o paso
da preocupaci—n polos impactos relacionados coa producci—n — maior interese polos impactos producidos durante o uso dos productos e, sobre todo,
polos residuos; da atenci—n ‡s fontes
puntuais de contaminaci—n e os danos
locais, ‡ maior preocupaci—n polas fontes difusas e os riscos; da preocupaci—n
pola escaseza do gas e o carb—n ‡ consideraci—n de que hai e se utiliza demasiado. ƒ dicir, pasouse dunha preocupaci—n ambiental polas actuaci—ns
puntuais de contaminaci—n industrial a
considerar m‡is as consecuencias globais do noso modo de vida, o que sen
dœbida ten que ver coas importantes
modificaci—ns que sufriu a actividade
industrial, primeiro con soluci—ns de
Ôfinal de entubadoÕ, que reduciron fortemente a emisi—n de contaminantes
atmosfŽricos e, m‡is tarde, de Ômodificaci—n dos procesos productivosÕ, o
que permitiu un maior control ambiental na cantidade e natureza dos residuos producidos. Este cambio de situaci—n e algunhas consideraci—ns sociais
sobre a necesidade dun certo crecemento reactivaron as ideas desenvolventistas na œltima dŽcada, se ben se conserva e ampl’a a preocupaci—n polos
problemas ambientais, sendo o Ôcrecemento sostibleÕ a idea b‡sica desta fin
de sŽculo tal como o recolle o 5¼ Plan da
Comunidade Europea (ampliado ata o
2002) que leva por t’tulo Hacia un crecimiento sostenible.
A pesar deste importante cambio
de tendencia entre os setenta e os
noventa, o certo Ž que continœa existindo un importante debate sobre as concepci—ns ambientais e coexisten posturas catastrofistas con postulados
fortemente desenvolventistas. Non cabe
dœbida de que existen problemas
ambientais e que c—mpre acometelos
con rigor cient’fico para atopar medi-
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 349
Medio ambiente
das tecnol—xicas e socioecon—micas
que permitan evitalos o mitigalos. Hai
productos que comezan a ser escasos:
petr—leo, ouro, cobre. TamŽn os recursos renovables est‡n sometidos a uns
l’mites de utilizaci—n xa que non se
pode forza-lo seu uso cando se pon en
perigo a sostibilidade da sœa capacidade de renovaci—n. Isto por exemplo Ž o
que est‡ ocorrendo coa auga nalgunhas
rexi—ns do planeta onde a contaminaci—n supera a capacidade depuradora
do ciclo hidrol—xico. TamŽn a fauna salvaxe experimentou unha forte reducci—n nos œltimos cincuenta anos tanto
en cantidade coma en variedade, debido ‡ forte presi—n da caza e a pesca
combinada coa destrucci—n dos seus
h‡bitats. No Programa para o Medio
Ambiente das Naci—ns Unidas 2000-2001, af’rmase que Òha desaparecido
el 50 % de los humedales y de los bosques, la degradaci—n ha afectado a los
2/3 de las tierras agr’colas en los œltimos 50 a–os y el 60 % de los grandes
r’os est‡n fragmentados por presas y
canales, ha desaparecido el 30 % de las
especies marinas de agua dulce y se ha
producido degradaci—n incluso en
terrenos antes inalcanzables tales como
la tundra, el ‡rtico o las profundidades
m‡s remotasÓ.
ç vista do anterior non Ž estra–o
que autores como Goodland (1991)
afirmen que chegamos —s l’mites do
crecemento, sinalando, para xustifica-la sœa afirmaci—n as seguintes probas:
Ñ O enorme incremento da erosi—n dos solos producido en amplas
zonas da Terra.
349
Ñ As importantes perdas de
diversidade biol—xica.
Ñ O excesivo consumo humano
de biomasa: o home utiliza aproximadamente o 40 % da producci—n neta
total da fotos’ntese (25 % se se considera a fotos’ntese, oce‡nica). Se se duplica a poboaci—n (o que est‡ previsto
aproximadamente para o 2016), utilizar’ase respectivamente o 80 % ou o 50 %
da capacidade da fotos’ntese co que a
seguinte duplicaci—n ser’a xa imposible
a non ser que se incrementase a eficiencia do proceso fotosintŽtico que, segundo a maior’a dos autores, Ž moi baixa,
de arredor do 1 % da enerx’a solar ou
se descubrisen outras formas de producir biomasa.
Ñ O efecto invernadoiro: pola sœa
importancia, analizarŽmolo con m‡is
detalle. O denominado Ôefecto invernadoiroÕ ou Ôquentamento clim‡ticoÕ Ž un
tema xa cl‡sico nas discusi—ns ambientais. A partir das medidas de concentraci—n de CO na atmosfera iniciadas
por Keeling na cima do Mauna Loa en
Hawai, a finais dos cincuenta, quedou
en seguida claro que se estaba producindo un incremento do contido deste
gas na atmosfera e, dado que as
emisi—ns producidas pola queima de
combustibles f—siles experimentou un
forte aumento desde finais da Segunda
Guerra Mundial, atribu’uselle a este
proceso o incremento do C atmosfŽrico. C‡lculos posteriores deron como
resultado que se produciu un aumento
da orde do 25 % nos œltimos cento trinta anos e, de seguir ese ritmo, a concentraci—n de CO atmosfŽrico (arredor do
2
2
2 COLABORACION nueva
350
4/4/01
21:48
Página 350
Felipe Macías Vázquez
0,03 % na dŽcada dos sesenta) duplicar’a a do per’odo preindustrial (IPCC,
1966). Este feito, xunto co incremento
da presencia doutros gases de efecto
invernadoiro, como o CH4, NOx e os
clorofluocarbonos (a contribuci—n —
efecto invernadoiro, segundo o European Environmental Assessment, Ž:
CO2: 65 %, CH4: 20 %; CFC: l0 % e
H2O: 5 %) levou a diferentes expertos
clim‡ticos a predicir un incremento da
temperatura media da Terra que inicialmente se estimou nuns 8 ¼C para o
2100 e na actualidade considŽrase que
poder’a oscilar entre 1 e 3,5 ¼C (IPCC,
1998).
As consecuencias dun quentamento como o previsto polo Panel
Internacional do Cambio Clim‡tico
(IPCC) ser’an moi graves para a biodiversidade e producir’an importantes
trastornos socioecon—micos. Fisicamente producir’ase un incremento do
nivel do mar (sobre 50 cm, IPCC 1998),
causado pola fusi—n total ou parcial
dos casquetes polares, co alagamento
de grandes superficies de terreo e a
pr‡ctica desaparici—n dalgœns pa’ses
(pequenas illas do Pac’fico ou zonas de
extensos litorais como Birmania...), un
cambio na circulaci—n atmosfŽrica con
fortes modificaci—ns das temperaturas
e distribuci—n das precipitaci—ns e tormentas, o que leva consigo unha
importante modificaci—n dos cultivos e
dos recursos econ—micos (o millo ou o
eucalipto poder’an cultivarse en
Escandinavia e quizais as zonas de
turismo estival se situasen — norte de
Escocia). Con todo, os maiores proble-
mas ambientais ser’an sufridos polas
comunidades bi—ticas que non poden
trasladarse seguindo os cambios clim‡ticos, a vexetaci—n, os invertebrados e
sobre todo os microorganismos, ver’an
modificado bruscamente o seu h‡bitat
e os que non puideran adaptarse ‡s
novas condici—ns ser’an eliminados.
Esta situaci—n obriga a realizar
importantes modificaci—ns nas emisi—ns ou ben nos sistemas de retirada
do CO e os outros gases de efecto
invernadoiro da atmosfera. Deber’an
reducirse do 30 — 35 % as emisi—ns de
gases de invernadoiros para que os
incrementos sexan compatibles coa
sostibilidade dos ecosistemas e do 50 —
70 % para que no ano 2010 se tivese
unha concentraci—n de XO2 similar ‡
de 1990. Estas cifras son bastante superiores ‡s aprobadas na Conferencia de
Kioto (Europa 8 % menos en 2010 ca en
1990), polo que algœns pa’ses europeos
(Austria, Finlandia, Suecia e Noruega)
propuxeron taxas engadidas para as
enerx’as tŽrmicas obtidas a partir de
combustibles f—siles.
2
Outros investigadores consideran
que non est‡ claro o grao de quentamento que se producir‡ (de feito o descenso das estimaci—ns do propio IPCC
dos 8 ¼C iniciais —s entre 1 e 3,5 actuais
indica que a calidade das modelizaci—ns primeiras era bastante mala) e
que, polo tanto, hai dœbidas razoables
para estima-lo grao de quentamento
que se producir‡, fundamentalmente
porque os modelos de predicci—n son
basicamente modelos f’sicos que
non te–en en conta a capacidade de
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 351
Medio ambiente
amortecemento dos procesos que ten a
Terra. As’, non se inclœen nos modelos
o incremento da alteraci—n mineral e
do transporte de i—ns bicarbonato —
mar que se producir‡ como consecuencia da maior acidez das chuvias — estar
en contacto a auga cunha maior presi—n de CO nin tampouco se inclœen os
efectos do incremento de absorci—n de
CO pola biomasa (efecto fertilizante do
CO ), nin o incremento da fixaci—n de C
en corais, moluscos, etc. ƒ dicir, hai un
gran nœmero de mecanismos reguladores dos sistemas biosfŽricos que interve–en na temperatura da Terra e que
non foron considerados, entre outras
cousas porque se desco–ece a sœa capacidade e velocidade de actuaci—n e,
como consecuencia, util’zanse s— magnitudes f’sicas. O debate est‡ aberto e,
2
2
2
351
se ben queda demostrado que hai un
incremento do CO atmosfŽrico claramente atribu’ble ‡ queima dos combustibles f—siles, non o Ž menos que se desco–ece a capacidade reguladora dos
mecanismos bioxeoqu’micos e, polo
tanto, as predicci—ns dos nosos modelos f’sicos poden ser err—neas. De a’
que moitos investigadores falen s— da
Ôhip—tese do efecto invernadoiroÕ e non
dun feito que se producir‡ inexorablemente.
2
De t—dalas formas Ž importante
sinalar que o efecto invernadoiro Ž un
proceso natural producido pola presencia de pequenas cantidades de
gases que te–en esta propiedade na
atmosfera. Se esta s— contivese os’xeno
e nitr—xeno, a temperatura da Terra
Fig. 3.- Variación do índice de temperatura nos últimos 4000 anos de acordo co contido de Hg nunha turbeira do
Xistral (Martínez Cortizas, et al., 1999).
2 COLABORACION nueva
352
4/4/01
21:48
Página 352
Felipe Macías Vázquez
ser’a duns 33 ¼C m‡is baixa, co cal a
vida, tal como a co–ecemos, non existir’a. TamŽn Ž preciso sinalar que non
estamos nun dos momentos m‡is c‡lidos e de maior presi—n de CO da historia da Terra, sen—n que en realidade
estamos nun dos m‡is fr’os e case acabados de sa’r do œltimo episodio glaciar. As’, o modelo BLAG, elaborado
por tres grandes xeoqu’micos ÑBerner,
Lasaga e Garrels (1983)Ñ, indica que
no Mioceno a concentraci—n de CO
deb’a de ser en volta de dez veces a
actual e no Cret‡ceo unhas cincuenta
veces m‡is, coas conseguintes elevaci—ns da temperatura que neste œltimo
per’odo se estima que deb’a supera-los
25 ¼C de media. TamŽn as investigaci—ns nas columnas de xeo de diferentes lugares Ñprincipalmente a gran
columna de xeo estudiada en Vostok,
na Ant‡rtida, por un equipo franco-ruso (Lorius, et al., 1990)Ñ indican que
a temperatura hai uns cento cincuenta
mil anos era superior ‡ actual e que
tralo avance dos xeos se produciron
diferentes per’odos intermedios nos
que a temperatura e a concentraci—n de
CO atmosfŽrico subiron a ritmos similares —s observados actualmente, Ž
dicir, unha duplicaci—n en per’odos por
volta dos cento cincuenta anos. M‡is
recentemente, Mart’nez Cortizas et al
(1999) puideron precisar que os cambios de temperatura da orde dos que
agora espera o IPCC son normais na
historia recente do planeta: nos œltimos
catro mil anos present‡ronse episodios
fr’os como a pequena glaciaci—n, xunto
a per’odos m‡is c‡lidos, como os —ptimos do ano 1000 e do per’odo roma2
2
2
no (fig. 3) cando a temperatura era
superior ‡ actual (uns 3 ¼C) e similar ‡
que se espera polo IPCC para o ano
2100. ƒ dicir, que a suba de temperatura prevista na estimaci—n m‡is desfavorable actual Ž semellante ‡s oscilaci—ns
naturais experimentadas na Terra incluso en per’odos pr—ximos, se ben quizais cunha variaci—n algo m‡is r‡pida.
Por outra parte, datos recentes
demostraron que o normal da historia
da Terra Ž que non existan polos (m‡is
do 90 % do tempo). Non Ž estra–o,
logo, que se discuta bastante verbo da
intensidade do forzamento clim‡tico
producido polo home e que, curiosamente, mentres cient’ficos como os f’sicos, meteor—logos e ec—logos, que estudian series de tempo relativamente
curtas, se pronuncian claramente polo
cambio clim‡tico, outros, como os xe—logos, xeoqu’micos... que estudian
series maiores de tempo, po–an en
cuestion a importancia destes mesmo
admitindo que, efectivamente, hai un
considerable incremento das emisi—ns
de gases de efecto invernadoiro e que o
interglaciar no que nos atopamos est‡
sendo algo m‡is longo do normal.
AllŽgre (1990) sintet’zao dicindo:
Àinducir’a o home un superinterglaciar? A resposta depende da capacidade dos sistemas de biorregulaci—n da
composici—n da atmosfera que te–a a
Terra e da sœa velocidade de resposta,
as’ como, por suposto, das medidas
tomadas polo home, se ben parece
claro xa que, considerando grandes
per’odos, a temperatura da Terra depende fundamentalmente da enerx’a
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 353
Medio ambiente
que recibe do espacio, Ž dicir, da sœa
posici—n astron—mica, sendo menor o
efecto producido polos cambios na
composici—n dos gases da atmosfera.
A controversia sobre o efecto
invernadoiro creou un novo principio
ambiental denominado Ôprincipio de
precauci—nÕ (WCED, 1987), que foi
adoptado internacionalmente naqueles
casos en que hai un risco de consecuencias ambientais irreversibles.
Segundo este principio, a carencia de
seguridade nas probas cient’ficas non
debe ser un argumento para frea-las
acci—ns e medidas que reduzan os problemas ambientais, ou, como se di en
World in Environmental Transition, Òos
custos de rexeita-la hip—tese de efecto
invernadoiro, se Ž correcta, son moi
superiores —s que se producir’an aceptando a hip—tese a’nda que se probe
posteriormente que era falsaÓ. En esencia, este principio de prevenci—n ou
precauci—n para os feddbacks difusoss
deriva do feito de que resulta moito
m‡is custoso corrixi-los problemas
cando xa se produciron c—s custos que
se invisten na prevenci—n para evitar
que se produzan, que Ž o principio en
que asenta a Avaliaci—n de Impacto
Ambiental.
Non cabe dœbida de que este
principio debe ser aplicado sempre,
pero tamŽn hai cr’ticas no sentido de
que moitos problemas ambientais con
causas perfectamente co–ecidas e cientificamente demostradas non son atendidos e, sen embargo, no caso do efecto invernadoiro hai un importante
interese por parte dalgœns pa’ses en
353
consideralo como prioritario. Por outra
parte, aplicar indiscriminadamente o
principio de precauci—n poder’a levar a
un certo colapso nas actuaci—ns humanas, polo que autores como Cameron e
Wade-Gery (1992) consideran que o
principio de precauci—n debe utilizarse
s— cando existan bases cient’ficas e s—
refer’ndose a procesos con consecuencias irreversibles. A mesma idea de
poder aplica-los co–ecementos dispo–ibles at—pase no concepto de ÔCarga
Cr’tica de ContaminantesÕ, que na sœa
defini—n sinala que Ž a Òm‡xima cantidade de contaminante que un sistema
pode recibir sen que se modifiquen a
longo prazo nin a sœa composici—n nin
a sœa funci—n, polo menos segundo os
co–ecementos dispo–iblesÓ, admitindo
que a pesar de que non se co–ece todo
poden planificarse actuaci—ns de acordo coa informaci—n existente. Este principio foi a base dos acordos internacionais para a reducci—n das emisi—ns de
xofre dentro do Convenio de Contaminaci—n AtmosfŽrica Transfronteiriza
(Convenio de Xenebra) e ultimamente
da Directiva de Teitos de Emisi—n de S
(2000).
En s’ntese, os problemas ambientais existen pero son complexos e non
sempre se posœe o co–ecemento cient’fico suficiente para comprender
t—dalas interacci—ns, polo que non
resulta extra–a a polarizaci—n entre
posturas catastrofistas ou excesivamente optimistas acerca da capacidade
da Terra para soporta-las nosas actuaci—ns. A pesar disto, parece que a postura europea Ž bastante coherente.
2 COLABORACION nueva
354
4/4/01
21:48
Página 354
Felipe Macías Vázquez
Medio ambiente e desenvolvemento
poden ser compatibles se se realizan as
consideraci—ns precisas, localizando as
actuaci—ns que causen maiores impactos nos lugares resistentes e protexendo
as zonas sensibles, Ž dicir, co–ecendo
previamente a sensibilidade do espacio
‡s nosas actuaci—ns. MŽtodos como os
Estudios de Avaliaci—n de Impacto
Ambiental e conceptos como o de Ôcargas cr’ticasÕ ou o de Ôbombas qu’micasÕ
(Mac’as, 1996) deben utilizarse como
instrumentos b‡sicos da planificaci—n
dun desenvolvemento sostible mesmo
a pesar de t—dalas dœbidas que efectivamente seguen existiendo sobre a
posibilidade da sostibilidade.
Para entender correctamente este
concepto debe terse en conta que as
Naci—ns Unidas consideran que Òo
desenvolvemento s— o Ž se permite un
incremento da calidade de vidaÓ. Neste
sentido, Ž co–ecida a conclusi—n da
Conferencia de Naci—ns Unidas de
Nairobi na que se afirma que a pobreza
Ž a peor das contaminaci—ns. Na
mesma li–a, o informe de 1987 da
Comisi—n Mundial para o Medio
Ambiente e o Desenvolvemento, m‡is
co–ecido como ÒInforme BrudtlandÓ,
insiste en que a actividade humana ten
que desenvolverse de xeito sostible
para todo o planeta no cami–o cara —
futuro, entendendo por desenvolvemento sostible o que satisfai as necesidades do presente sen po–er en perigo
a capacidade das xeraci—ns futuras
para cubri-las sœas propias necesidades. Isto implica que debe protexerse o
equilibrio xeral e o valor da reserva de
capital natural e te-las seguintes caracter’sticas: mante-la calidade de vida
xeral, permitir un acceso continuo —s
recursos naturais, impedir que perduren os danos — medio natural. De forma
did‡ctica: ÒNon c—ma-las sementes
coas que has sementa-la colleita de
ma–‡Ó.
A XESTIÓN AMBIENTAL: O MEDIO AMBIENTE E AS
POLÍTICAS SECTORIAIS
Hai s— trinta anos, os problemas
ambientais eran similares ou incluso
m‡is intensos, nalgœns casos, c—s que
se producen hoxe en d’a; sen embargo,
a sensibilidade social fronte ‡s mœltiples alteraci—ns do contorno era moito
menor. Os problemas da contaminaci—n consider‡banse consecuencias
l—xicas e inevitables do ÔprogresoÕ, polo
que se asum’an como algo que deb’a
aceptarse a cambio das melloras no
nivel de vida. Emporiso, xa daquela
algœns cient’ficos advert’an sobre o
perigo que se aveci–aba se as ÔexternalidadesÕ ou os Ôcustos sociais dos procesos productivosÕ segu’an medrando. î
tempo naceron os primeiros movementos sociais sensibilizados pola crecente
deterioraci—n do contorno natural.
Desde ent—n a sensibilidade ou o respecto ‡ natureza incrementouse. En
Europa, esta sensibilidade pasou a
t—dalas pol’ticas de actuaci—n. No
cumio de 1972 aparece a primeira menci—n expl’cita dos xefes de Estado e de
Goberno europeos sobre a necesidade de prestar unha atenci—n especial —
medio. Esa primeira declaraci—n
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 355
Medio ambiente
concretouse m‡is tarde nos Programas
de Acci—n multianuais, dos que se
desenvolveron cinco.
Os Programas Comunitarios de
Acci—n sobre o Medio Ambiente derivan da Conferencia de Naci—ns Unidas
de Estocolmo (1972) e in’cianse en
1973. Os dous primeiros estaban dirixidos a palia-los danos ambientais ocasionados polas actividades productivas. No terceiro (1983-86) postul‡base
unha pol’tica de protecci—n baseada na
prevenci—n dos danos mediante a integraci—n das esixencias ambientais na
planificaci—n e execuci—n das actividades econ—micas, afirm‡ndose que a
prevenci—n Ž m‡is barata c‡ reparaci—n.
No cuarto (1987, Ano Europeo do
Medio Ambiente-1992), ref—rzase o
proxecto integrador e rexŽitase a concepci—n do medio ambiente como restricci—n — desenvolvemento, reco–ecŽndose pola contra que a pol’tica de
protecci—n ambiental pode e debe contribu’r — crecemento e ‡ creaci—n de
empregos (Medio Ambiente motor de
desenvolvemento). Derivado deste
cuarto programa, a pol’tica ambiental
alcanza unhas dimensi—ns tales que a
fan formar parte esencial de t—dalas
pol’ticas econ—micas, industriais, agr’colas e sociais que po–an en pr‡ctica a
Comunidade e os Estados membros.
Sen embargo, Ž importante insistir en
que a pol’tica ambiental non debe ser
unha m‡is das pol’ticas sectoriais (concepci—n baseada na vella idea napole—nica da organizaci—n do Estado) sen—n
algo integrador que impregne t—dalas
demais pol’ticas. De xeito paralelo a
355
este esforzo, a pol’tica ambiental foi
subindo de nivel: a Acta ònica Europea
engade en 1987 un t’tulo espec’fico no
Tratado Constitutivo da Comunidade
Europea e formula a relaci—n co medio
ambiente como un dos obxectivos e
principios fundamentais da acci—n
europea. Este tratado, asinado en
Roma en 1957, non ti–a en conta o
medio ambiente entre os seus obxectivos de regulaci—n e, por outra parte, o
desenvolvemento econ—mico da dŽcada dos sesenta acomp‡–ase de agresi—ns importantes contra o medio. A
sœa degradaci—n vai creando na opini—n pœblica un sentimento crecente de
preocupaci—n. O Cumio de Xefes de
Estado e de Goberno da Comunidade
Europea, celebrada en Par’s en 1972,
afirma na sœa resoluci—n final que se
Òconceder‡ unha atenci—n particular —s
valores e bens non materiais e ‡ protecci—n do medio ambiente co fin de po–e-lo progreso — servicio dos homesÓ. En
1973 in’ciase o primeiro programa
ambiental e, a partir de a’, produciuse
unha enorme proliferaci—n de normativas sobre augas, residuos, aire, natureza, etc. A Acta ònica Europea modifica
os Tratados Constitutivos da Comunidade Europea introducindo, entre
outras cousas, un novo t’tulo na terceira parte do Tratado de Roma: ÒO
medio ambienteÓ.
En 1993 d‡se un avance de extraordinaria importancia coa entrada en
vigor do Tratado da Uni—n Europea no
que se introduce o crecemento sostible,
repectuoso co medio ambiente, entre as
misi—ns da Comunidade Europea. No
2 COLABORACION nueva
356
4/4/01
21:48
Página 356
Felipe Macías Vázquez
apartado 2 do artigo 130 R dise que as
Òesixencias da protecci—n do medio
ambiente deber‡n integrarse na definici—n e na realizaci—n das demais pol’ticas da ComunidadeÓ, o que queda
especificamente consagrado no artigo 6
do Tratado de Amsterdam en 1996.
TamŽn en 1993 se introduce o denominado Ôprincipio de cautelaÕ e en xu–o
de 1998 o cumio de Cardiff senta as
bases dunha actuaci—n coordinada a
escala comunitaria no que se refire ‡
integraci—n das esixencias ambientais
nas pol’ticas da Uni—n. Os primeiros
sectores para os que se elabora unha
estratexia de integraci—n son os de
Enerx’a, Transporte e Agricultura. No
Transporte, esta pol’tica de integraci—n
incide na necesidade de reduci-las
emisi—ns de CO2 de acordo co cumio
de Kioto, mentres que en 1992 a reforma da PAC introduciu algœns cambios
para reduci-la excesiva intensificaci—n
da agricultura que producira e que, se
ben elevara moi considerablemente as
cotas de producci—n de alimentos,
tamŽn ocasionou graves desequilibrios
ambientais. De acordo coa reuni—n de
Cardiff en 1999, a Comisi—n presenta as
ÒOrientaci—ns para unha agricultura
sostibleÓ, expo–endo con forza os problemas ambientais da agricultura
actual. En 1998, o Cumio de Viena invita os Consellos do Mercado Interior,
Industria e Desenvolvemento a defini-las sœas propias estratexias de integraci—n ambiental. En 1999 presŽntase a
Comunicaci—n sobre Mercado Interior
e Medio Ambiente con propostas de
impostos e gravames ambientais. En
abril do mesmo ano o Consello de
Industria presenta novos modelos de
producci—n e consumo sostibles nos
que se formula a necesidade de combina-la protecci—n do medio ambiente
coa competencia industrial. TamŽn en
1999 se presenta a Comunicaci—n sobre
a Pesca, cunha estratexia sostible de
reducci—n da presi—n da pesca, a reordenaci—n integrada das zonas costeiras,
a mellora das investigaci—ns cient’ficas,
etc. En novembro Ž o Medio Urbano o
que se trata no Parlamento Europeo.
En resumo, xa Ž moi dif’cil que en
calquera das pol’ticas non se fale de
medio ambiente e que non se discutan
criterios ambientais. Agora o que se
necesita Ž que se aumente o co–ecemento, que este se po–a en acci—n e que
as consideraci—ns ambientais pasen a
realizarse desde unha disciplina m‡is,
a’nda que moi complexa e dif’cil, do
campo do saber cient’fico.
BIBLIOGRAFÍA
All•gre, C., Economiser la plan•te, Ed.
Fayard, 1990.
Berner, R. A., A. Lasaga, R. M. Garrels,
ÒThe carbonate-silicae geochemical cycle and its effect on atmospheeric carbon dioxide over the
past 100 million yearsÓ, Am. Sci.,
283, 1983, 641-683.
Cameron, J., e W. Wade-Gery, ÒAddressing Uncertainity, Law, Policy
and the Development of the
Precautionary PrincipleÓ, SERGE
Working Paper, GEC, Reino Unido,
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 357
Medio ambiente
Norwich, University of East
Anglia, 1992, 92-43.
Commomer, B., Making Peace with the
Planet, Nova York, Pantheon
Books, 1990.
European Environment Agency, Europe«s Environment: The Secodn
Assessment, Elsevier, 1998.
Fšrstner, U., Contaminated Sediments,
Berl’n, Springer-Verlag, 1989.
Goodland, R., The case that the world has
reached limits, en Environmental
sustainable Economic Development:
Building on Brundtland, Par’s,
United Nations Educational,
Scientific and cultural Organization, 1991.
Holmberg, J., Principles and tools in planning for sustainability. In sustainability in the Municipal planning. SBI
Report 92, Copenhagen, The National Institute for Construction
Research, 1992.
Hoyer, K.G., World in environmental
Transition. In The Gobal Environment. Science, Technology and Management, ed. By Brune, D, et al.,
John Wiley, 1997.
Lorius, C., et al., ÒThe ice-core record
climate sensitivity and future greenhouse warmingÓ, Nature, 347,
1990, 139-145.
Lovelock, J. E., Gaia: A New Look at Life
on Earth, Oxford Univ. Press, 1982.
Mac’as, F., Nuevos conceptos de planificaci—n y gesti—n ambiental. Evaluaci—n
357
de Impactos y Cargas Cr’ticas de
Contaminantes, Conferencia invitada en XIII Congreso Latinoamericano de Ciencias do Solo, Brasil,
CD Software Grafico Comercio e
Servi•os Ltda., 1996.
Margalef, R., La biosfera. Entre la termodin‡mica y el juego, Ed. Omega,
1980.
____Pr—logo de la Biosfera de Vladimir I.
Vernadsky, Fundaci—n Argentaria,
1997.
Mart’nez Cortizas, A., et al., ÒFour
thousand years of a atmospheric
Pb, Cd and Zn deposition recorded by the ombrotrophic peat bog
of Penido Vello (Northwestern
Spain)Ó, Water, Air and soil
Pollution, 100, 1997, 387-403.
Mart’nez Cortizas, A., et al., ÒMercury
in a Spanish Peat Bog: Archive of
Climate Change and Atmospheric
Metal DepositionÓ, Science, 284,
1999, 939-942.
Naci—ns Unidas, Gu’a Mundial de los
Recursos 2000-2001: Pueblos y ecosistemas: la deshilachada red de la
vida, Naci—ns Unidas, Programa
para el Medio Ambiente, 2000.
Odum, E. P., ÒInput management of
production systemsÓ, Science,
1989, 243.
Vernadsky, V. I., La GŽochimie, 1924.
____La biosfera, Fundaci—n Argentaria,
1997.
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 358
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 359
Premios Nobel
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 360
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 361
Premios Nobel
361
PREMIOS NOBEL DE FISIOLOXÍA OU MEDICINA
Ano
Laureados
Motivos
1901
Emil Adolf von Behring
Òpolo seu estudio da terapia de soro, en especial para
combate-la difteria, co que abriu unha nova v’a no campo
da ciencia mŽdica e mais puxo nas mans dos mŽdicos
unha arma victoriosa contra a doenza e a morteÓ
1902
Ronald Ross
Òpolo seu estudio da malaria, co que amosou c—mo se
introduce no organismo e sentou os alicerces para unha
magn’fica investigaci—n sobre esta doenza e os mŽtodos
para combatelaÓ
1903
Niels Ryberg Finsen
Òen reco–ecemento da sœa contribuci—n — tratamento con
radiaci—n luminosa dalgunhas doenzas, especialmente a
lupus vulgaris, co que abriu unha nova v’a para a ciencia
mŽdicaÓ
1904
Ivan Petrovich Pavlov
Òen reco–ecemento do seu estudio da fisiolox’a da dixesti—n, co que transformou e ampliou o co–ecemento sobre
aspectos vitais desta cuesti—nÓ
1905
Robert Koch
Òpolas sœas investigaci—ns e descubrimentos relacionados
coa tuberculoseÓ
1906
Camillo Golgi
Santiago Ram—n y Cajal
Òen reco–ecemento do seu estudio da estructura do sistema nerviosoÓ
1907
Charles Louis Alphonse Laveran
Òen reco–ecemento do seu estudio do papel dos protozoos
como causa das doenzasÓ
1908
Ilya Ilyich Mechnikov
Paul Ehrlich
Òen reco–ecemento do seu estudio da inmunolox’aÓ
1909
Emil Theodor Kocher
Òpolo seu estudio da fisiolox’a, a patolox’a e a cirurx’a da
gl‡ndula tiroideÓ
1910
Albrecht Kossel
Òen reco–ecemento das contribuci—ns — noso co–ecemento
da qu’mica celular a travŽs do seu estudio das prote’nas,
inclu’das as substancias nucleicasÓ
1911
Allvar Gullstrand
Òpolo seu estudio das dioptr’as do olloÓ
1912
Alexis Carrel
Òen reco–ecemento do seu estudio das suturas vasculares
e os transplantes de vasos sangu’neos e —rganosÓ
1913
Charles Robert Richet
Òen reco–ecemento do seu estudio da anafilaxeÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 362
362
1914
Robert B‡r‡ny
Òpolo seu estudio da fisiolox’a e a patolox’a do aparello
vestibularÓ
1919
Jules Bordet
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ inmunolox’aÓ
1920
Schack August Steenberger Krogh
Òpolo seu descubrimento da capilaridade como mecanismo reguladorÓ
1922
Archibald Vivian Hill
Òpolo seu descubrimento relativo ‡ producci—n de calor no
mœsculoÓ
Otto Fritz Meyerhof
Òpolo seu descubrimento da relaci—n estable entre o consumo de os’xeno e o metabolismo do ‡cido l‡ctico no
mœsculoÓ
1923
Frederick Grant Banting
John James Richard Macleod
Òpolo descubrimento da insulinaÓ
1924
Willem Einthoven
Òpolo seu descubrimento do mecanismo do electrocardiogramaÓ
1926
Johannes Andreas Grib Fibiger
Òpolo seu descubrimento do carcinoma SpiropteraÓ
1927
Julius Wagner-Jauregg
Òpolo seu descubrimento do valor terapŽutico da inoculaci—n da malaria no tratamento da demencia paral’ticaÓ
1928
Charles Jules Henri Nicolle
Òpolo seu estudio do tifoÓ
1929
Christiaan Eijkman
Òpolo seu descubrimento da vitamina antineur’ticaÓ
Frederick Gowland Hopkins
Ò polo seu descubrimento das vitaminas que estimulan o
crecementoÓ
1930
Karl Landsteiner
Òpolo seu descubrimento dos grupos sangu’neos humanosÓ
1931
Otto Heinrich Warburg
Òpolo seu descubrimento da natureza e o modo de actuaci—n da enzima respiratoriaÓ
1932
Charles Scott Sherrington
Edgar Douglas Adrian
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡s funci—ns das neuronasÓ
1933
Thomas Hunt Morgan
Òpolos seus descubrimentos relativos — papel do cromosoma na herdanzaÓ
1934
George Hoyt Whipple
George Richards Minot
William Parry Murphy
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ terapia do f’gado
nos casos de anemiaÓ
1935
Hans Spemann
Òpolo seu descubrimento do efecto organizador no desenvolvemento embrionarioÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 363
Premios Nobel
363
1936
Henry Hallett Dale
Otto Loewi
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ transmisi—n qu’mica dos impulsos nerviososÓ
1937
Albert Szent-Gyšrgyi von Nagyrapolt Òpolos seus descubrimentos relacionados cos procesos de
combusti—n biol—xica, con especial referencia ‡ vitamina C
e a cat‡lise do ‡cido fum‡ricoÓ
1938
Corneille Jean Fran•ois Heymans
Òpolo descubrimento do papel dos mecanismos que regulan a respiraci—nÓ
1939
Gerhard Domagk
Òpolo descubrimento dos efectos antibacterianos do prontosilÓ
1943
Henrik Carl Peter Dam
Edward Adelbert Doisy
Òpolo seu descubrimento da vitamina KÓ
Òpolo seu descubrimento da natureza qu’mica da vitamina KÓ
1944
Joseph Erlanger
Herbert Spencer Gasser
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡s funci—ns altamente diferenciadas das fibras nerviosasÓ
1945
Alexander Fleming
Ernst Boris Chain
Howard Walter Florey
Òpolo descubrimento da penicilina e o seu efecto curativo
en varias doenzas infecciosasÓ
1946
Hermann Joseph Muller
Òpolo descubrimento da producci—n de mutaci—ns pola
irradiaci—n de raios XÓ
1947
Carl Ferdinand Cori
Gerty Theresa Cori (nada Radnitz)
Òpolo seu descubrimento do curso da conversi—n catal’tica
do glic—xenoÓ
Bernardo Alberto Houssay
Òpolo seu descubrimento do papel da hormona do l—bulo
anterior pituitario no metabolismo do azucreÓ
1948
Paul Hermann MŸller
Òpolo seu descubrimento da alta eficacia do DDT como
veleno contra varios artr—podosÓ
1949
Walter Rudolf Hess
Òpolo seu descubrimento da organizaci—n funcional do
cerebro como coordinador das actividades dos —rganosÓ
Antonio Caetano de Abreu
Freire Egas Moniz
Òpolo seu descubrimento do valor terapŽutico da leucotom’a en certas psicosesÓ
1950
Edward Calvin Kendall
Tadeus Reichstein
Philip Showalter Hench
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡s hormonas do c—rtex, a sœa estructura e os seus efectos biol—xicosÓ
1951
Max Theiler
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ febre amarela e —
xeito de combatelaÓ
1952
Selman Abraham Waksman
Òpolo seu descubrimento da estreptomicina, o primeiro
antibi—tico efectivo contra a tuberculoseÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 364
364
1953
Hans Adolf Krebs
Òpolo seu descubrimento do ciclo do ‡cido c’tricoÓ
Fritz Albert Lipmann
Òpolo seu descubrimento da coenzima A e a sœa importancia no metabolismoÓ
1954
John Franklin Enders
Thomas Huckle Weller
Frederick Chapman Robbins
Òpolo seu descubrimento da capacidade dos virus da poliomielite de crecer en cultivos de varios tipos de tecidoÓ
1955
Axel Hugo Theodor Theorell
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ natureza e — modo
de actuaci—n das enzimas oxidantesÓ
1956
AndrŽ FrŽdŽric Cournand
Werner Forssmann
Dickinson W. Richards
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ caterizaci—n do
coraz—n e —s cambios patol—xicos no sistema circulatorioÓ
1957
Daniel Bovet
Òpolos seus descubrimentos relativos —s compo–entes sintŽticos que inhiben a actuaci—n de certas substancias do
corpo, e especialmente a sœa actuaci—n sobre o sistema
vascular e os mœsculosÓ
1958
George Wells Beadle
Edward Lawrie Tatum
Òpolo seu descubrimento de que os xenes actœan regulando sucesos qu’micosÓ
Joshua Lederberg
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ recombinaci—n
xenŽtica e ‡ organizaci—n do material xenŽtico da bacteriaÓ
1959
Severo Ochoa
Arthur Kornberg
Òpolo seu descubrimento dos mecanismos da s’ntese biol—xica do ‡cido ribonucleico e do ‡cido desoxirribonucleicoÓ
1960
Frank Macfarlane Burnet
Peter Brian Medawar
Òpolo descubrimento da tolerancia inmunol—xica adquiridaÓ
1961
Georg von BŽkŽsy
Òpolos seus descubrimentos do mecanismo f’sico da estimulaci—n no cochleaÓ
1962
Francis Harry Compton Crick
James Dewey Watson
Maurice Hugh Frederick Wilkins
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ estructura molecular dos ‡cidos nucleicos e a sœa importancia para a transferencia de informaci—n en materiais biol—xicosÓ
1963
John Carew Eccles
Alan Lloyd Hodgkin
Andrew Fielding Huxley
Òpolos seus descubrimentos relativos —s mecanismos i—nicos implicados na excitaci—n e na inhibici—n nas partes
perifŽricas e centrais da membrana da cŽlula nerviosaÓ
1964
Konrad Bloch
Feodor Lynen
Òpolos seus descubrimentos relativos — mecanismo e ‡
regulaci—n do colesterol e do metabolismo do ‡cido
graxoÓ
1965
Fran•ois Jacob
AndrŽ Lwoff
Jacques Monod
Òpolos seus descubrimentos relativos — control xenŽtico da
s’ntese de enzimas e virusÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 365
Premios Nobel
1966
365
Peyton Rous
Òpolo seu descubrimento dos virus que inducen tumoresÓ
Charles Brenton Huggins
Òpolos seus descubrimentos relativos — tratamento hormonal do cancro de pr—stataÓ
Òpolos seus descubrimentos relativos —s procesos visuais
primarios, fisiol—xicos e qu’micos no olloÓ
1967
Ragnar Granit
Haldan Keffer Hartline
George Wald
1968
Robert W. Holley
Har Gobind Khorana
Marshall W. Nirenberg
Òpola sœa interpretaci—n do c—digo xenŽtico e a sœa funci—n na s’ntese de prote’nasÓ
1969
Max DelbrŸck
Alfred D. Hershey
Salvador E. Luria
Òpolos seus descubrimentos relativos — mecanismo de
replicaci—n e ‡ estructura xenŽtica dos virusÓ
1970
Bernard Katz
Ulf von Euler
Julius Axelrod
Òpolos seus descubrimentos relativos —s transmisores
humorais nos terminais nerviosos e — mecanismo do seu
almacenamento, liberaci—n e inactivaci—nÓ
1971
Earl W. Jr. Sutherland
Òpolos seus descubrimentos relativos —s mecanismos de
actuaci—n das hormonasÓ
1972
Gerald M. Edelman
Rodney R. Porter
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ estructura qu’mica
dos anticorposÓ
1973
Karl von Frisch
Konrad Lorenz
Nikolaas Tinbergen
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ organizaci—n dos
modelos de comportamento individual e socialÓ
1974
Albert Claude
Christian de Duve
George E. Palade
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ organizaci—n
estructural e funcional da cŽlulaÓ
1975
David Baltimore
Renato Dulbecco
Howard Martin Temin
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ interacci—n entre
os virus tumorais e o material xenŽtico da cŽlulaÓ
1976
Baruch S. Blumberg
D. Carleton Gajdusek
Òpolos seus descubrimentos relativos —s novos mecanismos para a orixe e a diseminaci—n das doenzas contaxiosasÓ
1977
Roger Guillemin
Andrew V. Schally
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ producci—n da hormona pŽptida do cerebroÓ
Rosalyn Yalow
Òpolo desenvolvemento de probas radioinmunol—xicas
das hormonas pŽptidasÓ
Werner Arber
Daniel Nathans
Hamilton O. Smith
Òpolo descubrimento das enzimas de restricci—n e a sœa
aplicaci—n —s problemas da xenŽtica molecularÓ
1978
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 366
366
1979
Alan M. Cormack
Godfrey N. Hounsfield
Òpolo desenvolvemento da tomograf’a asistida por ordenadorÓ
1980
Baruj Benacerraf
Jean Dausset
George D. Snell
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡s estructuras xeneticamente determinadas sobre a superficie celular que
regulan as reacci—ns inmunol—xicasÓ
1981
Roger W. Sperry
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ especializaci—n
funcional dos hemisferios cerebraisÓ
David H. Hubel
Torsten N. Wiesel
Òpolos seus descubrimentos relativos — procesamento de
informaci—n no sistema visualÓ
1982
Sune K. Bergstršm
Bengt I. Samuelsson
John R. Vane
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡s prostaglandinas e
‡s substancias bioloxicamente activas relacionadasÓ
1983
Barbara McClintock
Òpolo descubrimento dos elementos xenŽticos m—bilesÓ
1984
Niels K. Jerne
George J. F. Kšhler
CŽsar Milstein
Òpolas teor’as relativas ‡ especificidade do desenvolvemento e o control do sistema inmunol—xico e o descubrimento do principio para a producci—n de anticorpos
monoclonaisÓ
1985
Michael S. Brown
Joseph L. Goldstein
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ regulaci—n do
metabolismo do colesterolÓ
1986
Stanley Cohen
Rita Levi-Montalcini
Òpolo seu descubrimento dos factores de crecementoÓ
1987
Susumu Tonegawa
Òpolo seu descubrimento do principio xenŽtico para a
xeraci—n da diversidade de anticorposÓ
1988
James W. Black
Gertrude B. Elion
George H. Hitchings
Òpolos seus descubrimentos de importantes principios
para o tratamento con f‡rmacosÓ
1989
J. Michael Bishop
Harold E. Varmus
Òpolo seu descubrimento da orixe celular dos oncoxenes
retroviraisÓ
1990
Joseph E. Murray
E. Donnall Thomas
Òpolos seus descubrimentos relativos — transplante de
—rganos e cŽlulas no tratamento de doenzas humanasÓ
1991
Erwin Neher
Bert Sakmann
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ funci—n das canles
i—nicas nas cŽlulasÓ
1992
Edmond H. Fischer
Edwin G. Krebs
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ fosforilaci—n reversible de prote’nas como mecanismo biol—xico reguladorÓ
1993
Richard J. Roberts
Phillip A. Sharp
Òpolos seus descubrimentos independentes sobre o desdobramento dos xenesÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 367
Premios Nobel
367
1994
Alfred G. Gilman
Martin Rodbell
Òpolo seu descubrimento das prote’nas G e do papel destas prote’nas na transducci—n de sinais nas cŽlulasÓ
1995
Edward B. Lewis
Christiane NŸsslein-Volhard
Eric F. Wieschaus
Òpolos seus descubrimentos relativos — control xenŽtico do
desenvolvemento embrional temper‡nÓ
1996
Peter C. Doherty
Rolf M. Zinkernagel
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ especificidade da
defensa inmune celularÓ
1997
Stanley B. Prusiner
1998
Robert F. Furchgott
Louis J. Ignarro
Ferid Murad
Òpolo seu descubrimento dos prions Ñun novo principio
biol—xico da infecci—nÑÓ
Òpolos seus descubrimentos relativos — —xido n’trico como
molŽcula sinaladora no sistema cardiovascularÓ
1999
GŸnter Blobel
Òpolo descubrimento do feito de que as prote’nas posœen
sinais intr’nsecos que rexen o seu transporte e localizaci—n
na cŽlulaÓ
PREMIOS NOBEL DE FÍSICA
Ano
Laureados
Motivos
1901
Wilhelm Conrad Ršntgen
Òen reco–ecemento dos extraordinarios servicios prestados
— descubri-los notables raios que, en consecuencia, recibiron o seu nomeÓ1
1902
Hendrik Antoon Lorentz
Pieter Zeeman
Òen reco–ecemento do extraordinario servicio que prestaron coas sœas investigaci—ns sobre a influencia dos campos
magnŽticos nos fen—menos de radiaci—nÓ
1903
Antoine Henri Becquerel
Òen reco–ecemento dos extraordinarios servicios que prestou co seu descubrimento da radioactividade espont‡neaÓ
Pierre Curie
Marie Curie (nada Sklodowska)
Òen reco–ecemento dos extraordinarios servicios que prestaron coas sœas investigaci—ns conxuntas sobre os fen—menos da radiaci—n descubertos polo profesor Henri
BecquerelÓ
1904
John William Strutt Rayleigh
Òpolas sœas investigaci—ns sobre as densidades dos m‡is
importantes gases e polo seu descubrimento do argon en
relaci—n con estes estudiosÓ
1905
Philipp Eduard Anton Lenard
Òpolo seu traballo sobre os raios cat—dicosÓ
1906
Joseph John Thomson
Òen reco–ecemento dos grandes mŽritos das sœas investigaci—ns te—ricas e experimentais sobre a conducci—n da
electricidade en gasesÓ
1907
Albert Abraham Michelson
Òpolos seus instrumentos —pticos de precisi—n e as investi-
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 368
368
gaci—ns espectrosc—picas e metrol—xicas levadas a cabo coa
sœa axudaÓ
1908
Gabriel Lippmann
Òpolo seu mŽtodo de reproducci—n fotogr‡fica de cores
baseado no fen—meno da interferenciaÓ
1909
Guglielmo Marconi
Karl Ferdinand Braun
Òen reco–ecemento das sœas contribuci—ns — desenvolvemento da telegraf’a sen f’osÓ
1910
Johannes Diderik van der Waals
Òpolo seu traballo sobre a ecuaci—n do estado para os
gases e os l’quidosÓ
1911
Wilhelm Wien
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡s leis que rexen a
radiaci—n de calorÓ
1912
Nils Gustav DalŽn
Òpola sœa invenci—n de reguladores autom‡ticos para usar
en conxunci—n con acumuladores de gas para iluminar
faros mar’timos e boiasÓ
1913
Heike Kamerlingh-Onnes
Òpolas sœas investigaci—ns sobre as propiedades da materia a baixas temperaturas, que conduciron, entre outras
cousas, ‡ obtenci—n do helio l’quidoÓ
1914
Max von Laue
Òpolo seu descubrimento da difracci—n dos raios X polos
cristaisÓ
1915
William Henry Bragg
William Lawrence Bragg
Òpolos seus servicios na an‡lise da estructura dos cristais
mediante os raios XÓ
1917
Charles Glover Barkla
Òpolo seu descubrimento da radiaci—n de raios X caracter’stica dos elementosÓ
1918
Max Karl Ernst Ludwig Planck
Òen reco–ecemento dos servicios prestados — progreso da
F’sica co seu descubrimento dos cuantos de enerx’aÓ
1919
Johannes Stark
Òpolo seu descubrimento do efecto Doppler en raios canles e o desdobramento de li–as espectrais en campos elŽctricosÓ
1920
Charles Edouard Guillaume
Òen reco–ecemento do servicio prestado ‡s medici—ns de
precisi—n na F’sica co seu descubrimento das anomal’as en
aliaxes de n’quel e aceiroÓ
1921
Albert Einstein
Òpolos seus servicios ‡ F’sica te—rica, e especialmente polo
seu descubrimento da lei do efecto fotoelŽctricoÓ
1922
Niels Bohr
Òpolos seus servicios na investigaci—n da estructura dos
‡tomos e da radiaci—n que emana delesÓ
1923
Robert Andrews Millikan
Òpolo seu traballo sobre a carga elemental da electricidade
e sobre o efecto fotoelŽctricoÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 369
Premios Nobel
369
1924
Karl Manne Georg Siegbahn
Òpolos seus descubrimentos e investigaci—ns no campo da
espectrograf’a de raios XÓ
1925
James Franck
Gustav Hertz
Òpolo seu descubrimento das leis que rexen o impacto dun
electr—n nun ‡tomoÓ
1926
Jean Baptiste Perrin
Òpolo seu traballo sobre a estructura descontinua da materia, e en especial polo seu descubrimento do equilibrio de
sedimentaci—nÓ
1927
Arthur Holly Compton
Òpolo seu descubrimento do efecto que leva o seu nomeÓ
Charles Thomson Rees Wilson
Òpolo seu mŽtodo de detecci—n de part’culas electricamente cargadas a travŽs da condensaci—n de vaporÓ
1928
Owen Willans Richardson
Òpolo seu traballo sobre o fen—meno termoi—nico e especialmente polo descubrimento da lei que leva o seu nomeÓ
1929
Louis-Victor de Broglie
Òpolo seu descubrimento da natureza ondulatoria dos
electr—nsÓ
1930
Chandrasekhara Venkata Raman
Òpolo seu traballo sobre a difusi—n da luz e polo descubrimento do efecto que leva o seu nomeÓ
1932
Werner Heisenberg
Òpola creaci—n da mec‡nica cu‡ntica, que, entre outras
cousas, levou — descubrimento das formas alotr—picas do
hidr—xenoÓ
1933
Erwin Schršdinger
Paul Adrien Maurice Dirac
Òpolo descubrimento de novas formas productivas da teor’a at—micaÓ
1935
James Chadwick
Òpolo descubrimento do neutr—nÓ
1936
Victor Franz Hess
Òpolo seu descubrimento da radiaci—n c—smicaÓ
Carl David Anderson
Òpolo seu descubrimento do positr—nÓ
1937
Clinton Joseph Davisson
George Paget Thomson
Òpolo seu descubrimento experimental da difracci—n de
electr—ns a travŽs dos cristaisÓ
1938
Enrico Fermi
Òpolas sœas demostraci—ns da existencia de novos elementos radioactivos producidos polo bombardeo de neutr—ns,
e polo seu descubrimento das reacci—ns nucleares producidos por neutr—ns lentosÓ
1939
Ernest Orlando Lawrence
Òpola invenci—n e o desenvolvemento do ciclotr—n e polos
resultados obtidos con el, especialmente en relaci—n cos
elementos radioactivos artificiaisÓ
1943
Otto Stern
Òpola sœa contribuci—n — desenvolvemento do mŽtodo de
raios moleculares e o seu descubrimento do momento
magnŽtico do prot—nÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 370
370
1944
Isidor Isaac Rabi
Òpolo seu mŽtodo de resonancia para rexistra-las propiedades magnŽticas dos nœcleos at—micosÓ
1945
Wolfgang Pauli
Òpolo descubrimento do principio de exclusi—n, tamŽn
chamado principio de PauliÓ
1946
Percy Williams Bridgman
Òpola invenci—n dun aparello para producir presi—ns
extremadamente altas, e polos descubrimentos que con el
levou a cabo no campo da f’sica de altas presi—nsÓ
1947
Edward Victor Appleton
Òpolas sœas investigaci—ns en f’sica da atmosfera superior,
e especialmente polo descubrimento da chamada capa de
AppletonÓ
1948
Patrick Maynard Stuart Blackett
Òpolo seu desenvolvemento do mŽtodo da c‡mara de
nubes de Wilson, co que fixo descubrimentos nos eidos da
F’sica nuclearÓ
1949
Hideki Yukawa
Òpola sœa predicci—n da existencia de mes—ns sobre a base
dun traballo te—rico sobre as forzas nuclearesÓ
1950
Cecil Frank Powell
Òpolo seu desenvolvemento do mŽtodo fotogr‡fico para
estudia-los procesos nucleares e os seus descubrimentos
relativos —s mes—ns feitos con este mŽtodoÓ
1951
John Douglas Cockcroft
Ernest Thomas Sinton Walton
Òpolo seu traballo pioneiro sobre a transmutaci—n dos
nœcleos at—micos por medio de part’culas aceleradas artificialmenteÓ
1952
Felix Bloch
Edward Mills Purcell
Òpolo seu desenvolvemento de novos mŽtodos para a
medici—n nuclear magnŽtica de precisi—n e por outros descubrimentos relacionadosÓ
1953
Frits (Frederik) Zernike
Òpola sœa demostraci—n do mŽtodo de contraste de fase, e
especialmente pola sœa invenci—n do microscopio de contraste de faseÓ
1954
Max Born
Òpola sœa fundamental investigaci—n sobre Mec‡nica
cu‡ntica, e especialmente pola sœa interpretaci—n estat’stica da funci—n de ondaÓ
Walther Bothe
Òpolo mŽtodo de contadores en coincidencia e os seus descubrimentos feitos con elÓ
Willis Eugene Lamb
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ estructura do
espectro do hidr—xenoÓ
Polykarp Kusch
Òpola sœa determinaci—n precisa do momento magnŽtico
do electr—nÓ
William Shockley
John Bardeen
Walter Houser Brattain
Òpolas sœas investigaci—ns sobre semiconductores e o seu
descubrimento do efecto transistorÓ
1955
1956
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 371
Premios Nobel
371
1957
Chen Ning Yang
Tsung-Dao Lee
Òpola sœa penetrante investigaci—n das chamadas leis de
paridade, que conduciu a importantes descubrimentos
relativos ‡s part’culas elementaisÓ
1958
Pavel Alekseievich Cherenkov
IlÕia Mikhailovich Frank
Igor Ievgenievich Tamm
Òpolo descubrimento e a interpretaci—n do efecto
CherenkovÓ
1959
Emilio Gino Segr•
Owen Chamberlain
Òpolo seu descubrimento do antiprot—nÓ
1960
Donald A. Glaser
Òpola invenci—n da c‡mara de burbullasÓ
1961
Robert Hofstadter
Òpolos seus estudios pioneiros sobre a difusi—n de electr—ns en nœcleos at—micos e os conseguintes descubrimentos relativos ‡ estructura dos nucle—nsÓ
Rudolf Ludwig Mšssbauer
Òpolas sœas investigaci—ns relativas ‡ absorci—n por resonancia da radiaci—n gamma e mailo seu conseguinte descubrimento do efecto que leva o seu nomeÓ
1962
Lev Davidovich Landau
Òpolas sœas teor’as pioneiras acerca da materia condensada, especialmente o helio l’quidoÓ
1963
Eugene Paul Wigner
Òpolas sœas contribuci—ns ‡ teor’a do nœcleo at—mico e das
part’culas elementais, en particular a travŽs do descubrimento e a aplicaci—n de principios fundamentais da simetr’aÓ
Maria Goeppert-Mayer
J. Hans D. Jensen
Òpolos seus descubrimentos relativos ‡ estructura de capas
nuclearesÓ
1964
Charles H. Townes
Nicolai Gennadiyevich Basov
Aleksandr Mikhailovich Prokhorov
Òpolo traballo fundamental no campo da electr—nica cu‡ntica, que conduciu ‡ construcci—n de osciladores e amplificadores baseados no principio m‡ser-l‡serÓ
1965
Sin-Itiro Tomonaga
Julian Schwinger
Richard P. Feynman
Òpolo seu traballo fundamental na cu‡ntica dos campos
electromagnŽticos, de profundas consecuencias para a F’sica das part’culas elementaisÓ
1966
Alfred Kastler
Òpolo descubrimento e o desenvolvemento de mŽtodos
—pticos para o estudio das resonancias herzianas nos ‡tomosÓ
1967
Hans Albrecht Bethe
Òpolas sœas contribuci—ns ‡ teor’a das reacci—ns nucleares,
e especialmente os seus descubrimentos relativos ‡ producci—n de enerx’a nas estrelasÓ
1968
Luis W. Alvarez
Òpolas sœas contribuci—ns decisivas ‡ F’sica das part’culas
elementais, e en particular o descubrimento dun gran
nœmero de estados de resonancia feitos posibles a travŽs
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 372
372
do seu desenvolvemento da tŽcnica do uso a c‡mara de
burbullas de hidr—xeno e a an‡lise de datosÓ
1969
Murray Gell-Mann
Òpolas sœas contribuci—ns e descubrimentos relativos ‡ clasificaci—n das part’culas elementais e as sœas interacci—nsÓ
1970
Hannes AlfvŽn
Òpolo traballo fundamental e os descubrimentos na hidrodin‡mica magnŽtica, con fruct’feras aplicaci—ns en diferentes partes da f’sica do plasmaÓ
Louis NŽel
Òpolo traballo fundamental e os descubrimentos relativos
— antiferromagnetismo e o ferromagnetismo, que conduciron a importantes aplicaci—ns na f’sica do estado s—lidoÓ
1971
Dennis Gabor
Òpola sœa invenci—n e desenvolvemento do mŽtodo hologr‡ficoÓ
1972
John Bardeen
Leon N. Cooper
J. Robert Schrieffer
Òpola sœa teor’a da superconductividade, usualmente chamada teor’a BCS, desenvolvida conxuntamenteÓ
1973
Leo Esaki
Ivar Giaever
Òpolos seus descubrimentos experimentais relativos —s
fen—menos do efecto tœnel nos semiconductores e superconductores, respectivamenteÓ
Brian D. Josephson
Òpolas sœas predicci—ns te—ricas sobre as propiedades
dunha supercorrente a travŽs dunha barreira de tœnel, en
particular aqueles fen—menos que xeralmente se co–ecen
por efectos JosephsonÓ
1974
Martin Ryle
Antony Hewish
Òpola sœa investigaci—n pioneira na Astrof’sica: a Ryle
polas sœas observaci—ns e os seus inventos, en particular o
da tŽcnica da s’ntese de apertura, e a Hewish polo seu
papel decisivo no descubrimento dos pœlsaresÓ
1975
Aage Bohr
Ben Mottelson
James Rainwater
Òpolo descubrimento da conexi—n entre os movementos
colectivos e os movementos das part’culas nos nœcleos
at—micos e o desenvolvemento da teor’a do nœcleo at—mico baseada nesta conexi—nÓ
1976
Burton Richter
Samuel C. C. Ting
Òpolo seu traballo pioneiro no descubrimento dun novo
tipo de part’cula elemental pesadaÓ
1977
Philip W. Anderson
Neville F. Mott
John H. van Vleck
Òpolas sœas investigaci—ns te—ricas fundamentais da
estructura electr—nica dos sistemas magnŽticos e desordenadosÓ
1978
Piotr Leonidovich Kapitsa
Òpolas sœas invenci—ns b‡sicas e descubrimentos na ‡rea
da f’sica a baixas temperaturasÓ
Arno A. Penzias
Robert W. Wilson
Òpolo seu descubrimento da radiaci—n c—smica de fondoÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 373
Premios Nobel
373
1979
Sheldon Lee Glashow
Abdus Salam
Steven Weinberg
Òpolas sœas contribuci—ns ‡ teor’a da unificaci—n das interacci—ns dŽbil e electromagnŽtica entre part’culas elementais, inclu’da, entre outras cousas, a predicci—n da corrente
neutra dŽbilÓ
1980
James W. Cronin
Val L. Fitch
Òpolo descubrimento da violaci—n dos principios dunha
simetr’a fundamental na desintegraci—n dos mes—ns K
neutrosÓ
1981
Nicolaas Bloembergen
Arthur L. Schawlow
Òpola sœa contribuci—n — desenvolvemento da espectroscopia con l‡serÓ
Kai Manne Siegbahn
Òpola sœa contribuci—n — desenvolvemento do espectr—metro de electr—ns de alto poder de resoluci—nÓ
1982
Kenneth G. Wilson
Òpola sœa teor’a dos fen—menos cr’ticos en conexi—n coas
transici—ns de faseÓ
1983
Subramanyan Chandrasekhar
Òpolos seus estudios te—ricos dos procesos f’sicos relevantes para a estructura e a evoluci—n das estrelasÓ
William A. Fowler
Òpolos seus estudios te—ricos e experimentais sobre as
reacci—ns nucleares relevantes para a formaci—n dos elementos qu’micos no universoÓ
1984
Carlo Rubbia
Simon van der Meer
Òpolas sœas contribuci—ns decisivas — gran proxecto que
conduciu — descubrimento das part’culas de campo W e
Z, comunicadoras da interacci—n dŽbilÓ
1985
Klaus von Klitzing
Òpolo descubrimento do efecto Hall cu‡nticoÓ
1986
Ernst Ruska
Òpolo seu traballo fundamental na —ptica electr—nica, e
polo dese–o do primeiro microscopio electr—nicoÓ
Gerd Binnig
Heinrich Rohrer
Òpolo seu dese–o do microscopio electr—nico de efecto
tœnelÓ
1987
Johannes Georg Bednorz
Karl Alexander MŸller
Òpolo seu importante descubrimento da superconductividade nos materiais cer‡micosÓ
1988
Leon Max Lederman
Melvin Schwartz
Jack Steinberger
Òpolo mŽtodo de feixes de neutrinos e a demostraci—n da
estructura dos lept—ns a travŽs do descubrimento do neutrino mu—nicoÓ
1989
Norman Foster Ramsey
Òpola invenci—n do mŽtodo dos campos oscilatorios separados e o seu uso nos reloxos de m‡ser de hidr—xeno e
outros reloxos at—micosÓ
Hans Georg Dehmelt
Wolfgang Paul
Òpolo desenvolvemento da tŽcnica para atrapar i—nsÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 374
374
1990
Jerome I. Friedman
Henry W. Kendall
Richard E. Taylor
Òpolas sœas investigaci—ns pioneiras relativas ‡ difusi—n
profundamente inel‡stica de electr—ns sobre prot—ns e
neutr—ns ligados, que foron de esencial importancia
para o desenvolvemento do modelo dos quarks na f’sica
de part’culasÓ
1991
Pierre-Gilles de Gennes
Òpor descubrir que os mŽtodos desenvolvidos para estudia-los fen—menos ordenados en sistemas simples poden
ser xeneralizados para as formas m‡is complexas de materia, e en particular para os cristais l’quidos e os pol’merosÓ
1992
Georges Charpak
Òpola sœa invenci—n e desenvolvemento de detectores de
part’culas, e en particular a c‡mara proporcional multichispasÓ
1993
Russell A. Hulse
Joseph H. Taylor Jr.
Òpolo descubrimento dun novo tipo de pœlsar, que abriu
novas posibilidades para o estudio da gravitaci—nÓ
1994
Bertram N. Brockhouse
Òpolo desenvolvemento da espectroscopia de neutr—nsÓ
Clifford G. Shull
Òpolo desenvolvemento da tŽcnica de difracci—n de neutr—nsÓ
Martin L. Perl
Òpolo descubrimento do lept—n tauÓ
Frederick Reines
Òpola detecci—n dos neutrinosÓ
1996
David M. Lee
Douglas D. Osheroff
Robert C. Richardson
Òpolo seu descubrimento da superfluidez no helio 3Ó
1997
Steven Chu
Claude Cohen-Tannoudji
William D. Phillips
Òpolo desenvolvemento de mŽtodos para arrefriar e atrapar ‡tomos con luz l‡serÓ
1998
Robert B. Laughlin
Horst L. Stšrmer
Daniel C. Tsui
Òpolo seu descubrimento dunha nova forma de flu’do
cu‡ntico con excitaci—ns con carga fraccionariaÓ
1999
Gerardus Ôt Hooft
Martinus J. G. Veltman
Òpor explica-la estructura cu‡ntica das interacci—ns electrodŽbiles na f’sicaÓ
1995
PREMIOS NOBEL DE QUÍMICA
Ano
Laureados
Motivos
1901
Jacobus Henricus van Õt Hoff
Òen reco–ecemento dos extraordinarios servicios prestados
mediante o descubrimento das leis da din‡mica qu’mica e
da presi—n osm—tica en soluci—nsÓ
1902
Hermann Emil Fischer
Òen reco–ecemento dos extraordinarios servicios prestados
co seu traballo sobre a s’ntese de azucres purinasÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 375
Premios Nobel
375
1903
Svante August Arrhenius
Òen reco–ecemento dos extraordinarios servicios prestados
no progreso da Qu’mica coa sœa teor’a da disociaci—n electrol’ticaÓ
1904
William Ramsay
Òen reco–ecemento dos seus servicios co descubrimento
dos gases nobres no aire e maila sœa determinaci—n do seu
lugar no sistema peri—dicoÓ
1905
Johann Friedrich Wilhelm
Adolf von Baeyer
Òen reco–ecemento dos seus servicios no progreso da Qu’mica org‡nica e da industria qu’mica co seu traballo sobre
cores org‡nicas e compostos hidroarom‡ticosÓ
1906
Henri Moissan
Òen reco–ecemento dos grandes servicios prestados coa
sœa investigaci—n e o illamento da fluorina, e pola adopci—n, — servicio da ciencia, do forno elŽctrico que leva o
seu nomeÓ
1907
Eduard Buchner
Òpolas sœas investigaci—ns biomŽdicas e o seu descubrimento da fermentaci—n sen cŽlulasÓ
1908
Ernest Rutherford
Òpolas sœas investigaci—ns sobre a desintegraci—n dos elementos e maila qu’mica das substancias radioactivasÓ
1909
Wilhelm Ostwald
Òen reco–ecemento do seu traballo sobre a cat‡lise, e polas
sœas investigaci—ns sobre os principios fundamentais que
rexen os equilibrios qu’micos e as velocidades de reacci—nÓ
1910
Otto Wallach
Òen reco–ecemento dos seus servicios ‡ Qu’mica org‡nica
e ‡ industria qu’mica co seu traballo pioneiro no eido
dos compostos ac’clicosÓ
1911
Marie Curie (nada Sklodowska)
Òen reco–ecemento dos seus servicios — progreso da Qu’mica co descubrimento dos elementos radio e do polonio,
o illamento do radio e o estudio da natureza e os compo–entes deste notable elementoÓ
1912
Victor Grignard
Òpolo descubrimento do chamado reaxente de Grignard,
que nos œltimos anos permitiu un gran progreso da Qu’mica org‡nicaÓ
Paul Sabatier
Òpolo seu mŽtodo de hidroxenaci—n de compostos org‡nicos na presencia de metais finamente divididos, co que a
Qu’mica org‡nica progresou grandemente nos œltimos
anosÓ
1913
Alfred Werner
Òen reco–ecemento do seu traballo sobre as relaci—ns de
enlace de ‡tomos en molŽculas, co que deitou unha nova
luz sobre investigaci—ns anteriores e abriu novos campos
de investigaci—n, especialmente na Qu’mica inorg‡nicaÓ
1914
Theodore William Richards
Òen reco–ecemento das sœas determinaci—ns do peso at—mico dun amplo nœmero de elementos qu’micosÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 376
376
1915
Richard Martin WillstŠtter
Òpolas sœas investigaci—ns sobre os pigmentos das plantas,
e en particular a clorofilaÓ
1918
Fritz Haber
Òpolas s’ntese do amon’aco a partir dos seus elementosÓ
1920
Walther Hermann Nernst
Òen reco–ecemento do seu traballo sobre termoqu’micaÓ
1921
Frederick Soddy
Òpolas sœas contribuci—ns — noso co–ecemento da qu’mica
das substancias radioactivas e polas sœas investigaci—ns
sobre a orixe e a natureza dos is—toposÓ
1922
Francis William Aston
Òpolo seu descubrimento, a travŽs do seu espectr—grafo de
masas, de is—topos nun gran nœmero de elementos non-radioactivos, e pola formulaci—n da regra do nœmero
enteiroÓ
1923
Fritz Pregl
Òpola sœa invenci—n do mŽtodo de microan‡lise de compostos org‡nicosÓ
1925
Richard Adolf Zsigmondy
Òpola sœa demostraci—n da natureza heteroxŽnea das soluci—ns de coloides e polos mŽtodos utilizados, que se converteron en fundamentais na moderna qu’mica de coloidesÓ
1926
The (Theodor) Svedberg
Òpolo seu traballo sobre os sistemas dispersosÓ
1927
Heinrich Otto Wieland
Òpolas sœas investigaci—ns sobre a constituci—n dos ‡cidos
da bile e as substancias relacionadasÓ
1928
Adolf Otto Reinhold Windaus
Òpolos servicios prestados a travŽs da sœa investigaci—n
sobre a constituci—n dos esteroides e a sœa relaci—n coas
vitaminasÓ
1929
Arthur Harden
Hans Karl August Simon
von Euler-Chelpin
Òpolas sœas investigaci—ns sobre a fermentaci—n de azucres e enzimasÓ
1930
Hans Fischer
Òpolas sœas investigaci—ns sobre a constituci—n da haemina e a clorofila e especialmente pola sœa s’ntese da haeminaÓ
1931
Carl Bosch
Friedrich Bergius
Òen reco–ecemento das sœas contribuci—ns ‡ invenci—n e o
desenvolvemento de procesos qu’micos a altas presi—nsÓ
1932
Irving Langmuir
Òpolos seus descubrimentos e investigaci—ns sobre qu’mica de superficiesÓ
1934
Harold Clayton Urey
Òpolo seu descubrimento do hidr—xeno pesadoÓ
1935
FrŽdŽric Joliot
Ir•ne Joliot-Curie
Òen reco–ecemento da sœa s’ntese de novos elementos
radioactivosÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 377
Premios Nobel
377
1936
Petrus (Peter) Josephus
Wilhelmus Debye
Òpolas sœas contribuci—ns — noso co–ecemento da estructura molecular a travŽs das sœas investigaci—ns sobre
momentos dipolares e sobre a difracci—n de raios X e de
electr—ns en gasesÓ
1937
Walter Norman Haworth
Òpolas sœas investigaci—ns sobre os hidratos de carbono e
a vitamina CÓ
Paul Karrer
Òpolas sœas investigaci—ns sobre os carotenoides, as flavinas e as vitaminas A e B2Ó
1938
Richard Kuhn
Òpolo seu traballo sobre os carotenoides e as vitaminasÓ
1939
Adolf Friedrich Johann Butenandt Òpolo seu traballo sobre as hormonas sexuaisÓ
Leopold Ruzicka
Òpolo seu traballo sobre os polimetilenos e os terpenos
m‡is altosÓ
1943
George de Hevesy
Òpolo seu traballo sobre a aplicaci—n de is—topos como
indicadores na investigaci—n dos procesos qu’micosÓ
1944
Otto Hahn
Òpolo seu descubrimento da fisi—n de nœcleos pesadosÓ
1945
Artturi Ilmari Virtanen
Òpola sœa investigaci—n e os inventos na ‡rea da Qu’mica
agr’cola e dos alimentos, especialmente polo seu mŽtodo
de protecci—n da forraxeÓ
1946
James Batcheller Sumner
Òpor descubrir que as enzimas poden ser cristalizadasÓ
John Howard Northrop
Wendell Meredith Stanley
Òpola sœa preparaci—n de enzimas e prote’nas de virus en
forma puraÓ
1947
Robert Robinson
Òpolas sœas investigaci—ns sobre os productos vexetais de
importancia para a Biolox’a, especialmente os alcaloidesÓ
1948
Arne Wilhelm Kaurin Tiselius
Òpola sœa investigaci—n sobre a electroforese e a an‡lise de
adsorci—n, e especialmente polos seus descubrimentos
relativos ‡ natureza complexa das prote’nas do soroÓ
1949
William Francis Giauque
Òpolas sœas contribuci—ns no eido da Termodin‡mica qu’mica, e en especial no relativo — comportamento das substancias a temperaturas extremadamente baixasÓ
1950
Otto Paul Hermann Diels
Kurt Alder
Òpolo seu descubrimento e desenvolvemento da s’ntese de
diensÓ
1951
Edwin Mattison McMillan
Glenn Theodore Seaborg
Òpolos seus descubrimentos na qu’mica dos elementos
transur‡nicosÓ
1952
Archer John Porter Martin
Òpola sœa invenci—n da cromatograf’aÓ
Richard Laurence Millington Synge
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 378
378
1953
Hermann Staudinger
Òpolos seus descubrimentos no eido da Qu’mica macro
molecularÓ
1954
Linus Carl Pauling
Òpolas sœas investigaci—ns sobre a natureza do enlace qu’mico e a sœa aplicaci—n ‡ elucidaci—n da estructura das
substancias complexasÓ
1955
Vincent du Vigneaud
Òpolo seu traballo sobre os compostos sulfurosos bioquimicamente importantes, e en especial pola primeira s’ntese dunha hormona polipŽptidaÓ
1956
Cyril Norman Hinshelwood
Nikolai Nikolaevich Semenov
Òpolas sœas investigaci—ns sobre o mecanismo das reacci—ns qu’micasÓ
1957
Alexander R. Todd
Òpolo seu traballo sobre os nucle—tidos e as coenzimas
nucle—tidasÓ
1958
Frederick Sanger
Òpolo seu traballo sobre a estructura das prote’nas, e en
especial da insulinaÓ
1959
Jaroslav Heyrovský
Òpolo seu descubrimento e desenvolvemento dos mŽtodos
polarogr‡ficos de an‡liseÓ
1960
Willard Frank Libby
Òpolo seu mŽtodo para aplica-lo carbono 14 para a determinaci—n da idade na Arqueolox’a, a Xeolox’a, a Xeof’sica
e outras ramas da cienciaÓ
1961
Melvin Calvin
Òpola sœa investigaci—n sobre a asimilaci—n do ‡cido carb—nico polas plantasÓ
1962
Max Ferdinand Perutz
John Cowdery Kendrew
Òpolos seus estudios sobre as estructuras das globulinasÓ
1963
Karl Ziegler
Giulio Natta
Òpolos seus descubrimentos no eido da Qu’mica e a tecnolox’a dos pol’meros altosÓ
1964
Dorothy Crowfoot-Hodgkin
Òpolas sœas determinaci—ns por raios X das estructuras de
importantes substancias bioqu’micasÓ
1965
Robert Burns Woodward
Òpolos seus logros sobresalientes na arte da s’ntese org‡nicaÓ
1966
Robert S. Mulliken
Òpolo seu fundamental traballo relativo —s enlaces qu’micos e a estructura electr—nica das molŽculas polo mŽtodo
orbitalÓ
1967
Manfred Eigen
Òpolos seus estudios sobre as reacci—ns qu’micas extremaRonald George Wreyford Norrish damente r‡pidas provocadas mediante a perturbaci—n do
George Porter
equilibrio mediante impulsos moi curtos de enerx’aÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 379
Premios Nobel
379
1968
Lars Onsager
Òpolo descubrimento das relaci—ns rec’procas que levan o
seu nome, que son fundamentais para a termodin‡mica
dos procesos irreversiblesÓ
1969
Derek H. R. Barton
Odd Hassel
Òpolas sœas contribuci—ns — desenvolvemento do concepto
de conformaci—n e a sœa aplicaci—n ‡ Qu’micaÓ
1970
Luis F. Leloir
Òpolo seu descubrimento de nucle—tidos azucres e o seu
papel na bios’ntese dos hidratos de carbonoÓ
1971
Gerhard Herzberg
Òpolas sœas contribuci—ns — co–ecemento da estructura
electr—nica e da xeometr’a das molŽculas, e en particular
das radicais libresÓ
1972
Christian B. Anfinsen
Òpolo seu traballo sobre a ribonucleasa, e en especial sobre
a conexi—n entre a secuencia dos amino‡cidos e a confirmaci—n bioloxicamente activaÓ
Stanford Moore
William H. Stein
Òpola sœa contribuci—n ‡ comprensi—n da conexi—n entre
estructura qu’mica e actividade catal’tica do centro activo
da ribonucleasaÓ
1973
Ernst Otto Fischer
Geoffrey Wilkinson
Òpolo seu traballo pioneiro, levado a cabo independentemente, sobre a qu’mica dos compostos organo-met‡licos,
chamados compostos s‡ndwichÓ
1974
Paul J. Flory
Òpolos seus logros fundamentais, tanto te—ricos como
experimentais, na qu’mica f’sica das macromolŽculasÓ
1975
John Warcup Cornforth
Òpolo seu traballo sobre a estereoqu’mica das reacci—ns
catal’ticas das enzimasÓ
Vladimir Prelog
Òpola sœa investigaci—n sobre a estereoqu’mica das molŽculas org‡nicas e reacci—nsÓ
1976
William N. Lipscomb
Òpolos seus estudios sobre a estructura dos borados, que
deitaron luz sobre os problemas dos enlaces qu’micosÓ
1977
Ilya Prigogine
Òpolas sœas contribuci—ns ‡ termodin‡mica dos procesos
irreversibles, e en particular ‡ teor’a das estructuras disipativasÓ
1978
Peter D. Mitchell
Òpola sœa contribuci—n ‡ comprensi—n da transferencia de
enerx’a biol—xica a travŽs da formulaci—n da teor’a quimiosm—ticaÓ
1979
Herbert C. Brown
Georg Wittig
Òpolo seu desenvolvemento da aplicaci—n de compostos
org‡nicos borados e fosforados, respectivamente, en reaxentes importantes da s’ntese org‡nicaÓ
1980
Paul Berg
Òpolos seus estudios fundamentais da bioqu’mica dos ‡cidos nucleicos, con especial atenci—n — DNA recombinanteÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 380
380
Walter Gilbert
Frederick Sanger
Òpolas sœas contribuci—ns relativas ‡ determinaci—n das
secuencias b‡sicas nos ‡cidos nucleicosÓ
1981
Kenichi Fukui
Roald Hoffmann
Òpolas sœas teor’as, desenvolvidas independentemente,
relativas — curso das reacci—ns qu’micasÓ
1982
Aaron Klug
Òpolo seu desenvolvemento do microscopio electr—nico
cristalogr‡fico para elucidar estructuralmente complexos
prote’nicos e nucleicos bioloxicamente importantesÓ
1983
Henry Taube
Òpolo seu traballo sobre os mecanismos de reacci—n de
transferencia de electr—ns, especialmente nos complexos
de metaisÓ
1984
Robert Bruce Merrifield
Òpolo seu desenvolvemento da metodolox’a para a s’ntese
qu’mica sobre unha matriz s—lidaÓ
1985
Herbert A. Hauptman
Jerome Karle
Òpolos seus logros sobresalientes no desenvolvemento de
mŽtodos directos para a determinaci—n de estructuras cristalinasÓ
1986
Dudley R. Herschbach
Yuan Tseh Lee
John C. Polanyi
Òpolas sœas contribuci—ns relativas ‡ din‡mica dos procesos qu’micos elementaisÓ
1987
Donald J. Cram
Jean-Marie Lehn
Charles J. Pedersen
Òpolo seu desenvolvemento e aplicaci—n de molŽculas con
interacci—ns estructuralmente espec’ficas de alta selectividadeÓ
1988
Johann Deisenhofer
Robert Huber
Hartmut Michel
Òpola determinaci—n da estructura tridimensional do centro dunha reacci—n de fotos’nteseÓ
1989
Sidney Altman
Thomas Robert Cech
Òpolo seu descubrimento das propiedades catal’ticas do
‡cido ribonucleicoÓ
1990
Elias James Corey
Òpolo seu desenvolvemento da teor’a e da metodolox’a da
s’ntese org‡nicaÓ
1991
Richard Robert Ernst
Òpolas sœas contribuci—ns — desenvolvemento da metodolox’a da espectroscopia de resonancia magnŽtica nuclear
de alta resoluci—nÓ
1992
Rudolph A. Marcus
Òpolas sœas contribuci—ns ‡ teor’a das reacci—ns de transferencia electr—nica nos sistemas qu’micosÓ
1993
Kary Banks Mullis
Òpola sœa invenci—n do mŽtodo da reacci—n en cadea polimerasaÓ
Michael Smith
Òpolas sœas contribuci—ns fundamentais — establecemento
da mutaxŽnese baseada nos oligonucle—tidos e o seu
desenvolvemento para os estudios das prote’nasÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 381
Premios Nobel
381
1994
George A. Olah
Òpola sœa contribuci—n ‡ qu’mica da carbocaci—nÓ
1995
Paul Crutzen
Mario Molina
Frank Sherwood Rowland
Òpolo seu traballo sobre qu’mica atmosfŽrica, e en particular a relativa ‡ formaci—n e ‡ descomposici—n do ozonoÓ
1996
Robert F. Curl Jr.
Harold W. Kroto
Richard E. Smalley
Òpolo seu descubrimento dos fulerenosÓ
1997
Paul D. Boyer
John E. Walker
Òpola sœa elucidaci—n do mecanismo enzim‡tico subxacente na s’ntese do trifosfato de adenosina (ATP)Ó
Jens C. Skou
Òpolo primeiro descubrimento dunha enzima que transporta un i—n, NA+, K+-ATPaseÓ
Walter Kohn
Òpolo seu desenvolvemento da teor’a da densidade funcionalÓ
John A. Pople
Òpolo seu desenvolvemento de mŽtodos computacionais
na Qu’mica cu‡nticaÓ
Ahmed H. Zewail
Òpolos seus estudios sobre os estados de transici—n das
reacci—ns qu’micas por medio da espectroscopia de femto
segundoÓ
1998
1999
PREMIOS NOBEL DE CIENCIAS ECONÓMICAS
Ano
Laureados
Motivos
1969
Ragnar Frisch
Jan Tinbergen
Òpor teren desenvolvido e aplicado modelos din‡micos
para a an‡lise dos procesos econ—micosÓ
1970
Paul A. Samuelson
Òpolo traballo cient’fico a travŽs do cal desenvolveu unha
teor’a econ—mica est‡tica e din‡mica e contribu’u activamente a eleva-lo nivel da an‡lise na ciencia econ—micaÓ
1971
Simon Kuznets
Òpola sœa interpretaci—n empiricamente fundamentada do
crecemento econ—mico, que conduciu a unha visi—n nova
e m‡is profunda da estructura econ—mica e social e o proceso do desenvolvementoÓ
1972
John R. Hicks
Kenneth J. Arrow
Òpolas sœas contribuci—ns pioneiras ‡ teor’a do equilibrio
econ—mico xeral e ‡ teor’a do benestarÓ
1973
Wassily Leontief
Òpolo desenvolvemento do mŽtodo input-output e pola sœa
aplicaci—n a importantes problemas econ—micosÓ
1974
Gunnar Myrdal
Friedrich August von Hayek
Òpolo seu traballo pioneiro na teor’a do di–eiro e as fluctuaci—ns econ—micas e mais pola sœa penetrante an‡lise da
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 382
382
interdependencia dos fen—menos econ—micos, sociais e
institucionaisÓ
1975
Leonid Vitaliyevich Kantorovich
Tjalling C. Koopmans
Òpolas sœas contribuci—ns ‡ teor’a da colocaci—n —ptima
dos recursosÓ
1976
Milton Friedman
Òpolos seus logros nos campos da an‡lise do consumo, a
historia e a teor’a monetaria, e mais pola sœa demostraci—n da complexidade da pol’tica de estabilizaci—nÓ
1977
Bertil Ohlin
James E. Meade
Òpolas sœas innovadoras contribuci—ns ‡ teor’a do comercio internacional e dos movementos internacionais de
capitalÓ
1978
Herbert A. Simon
Òpola sœa investigaci—n pioneira do proceso de toma de
decisi—ns nas organizaci—ns econ—micasÓ
1979
Theodore W. Schultz
Arthur Lewis
Òpola sœa investigaci—n pioneira sobre o desenvolvemento
econ—mico, con especial consideraci—n dos problemas dos
pa’ses en v’as de desenvolvementoÓ
1980
Lawrence R. Klein
Òpola creaci—n de modelos economŽtricos e a aplicaci—n ‡
an‡lise das fluctuaci—ns e das pol’ticas econ—micasÓ
1981
James Tobin
Òpola sœa an‡lise dos mercados financeiros e as sœas relaci—ns coas decisi—ns sobre os gastos, o emprego, a producci—n e os prezosÓ
1982
George J. Stigler
Òpolos seus estudios seminais sobre as estructuras industriais, o funcionamento dos mercados e as causas e os efectos da regulaci—n pœblicaÓ
1983
Gerard Debreu
Òpor ter incorporado novos mŽtodos anal’ticos na teor’a
econ—mica e pola sœa reformulaci—n rigorosa da teor’a do
equilibrio xeralÓ
1984
Richard Stone
Òpolas sœas contribuci—ns fundamentais — desenvolvemento de sistemas de contabilidade nacional, que melloraron grandemente as bases da an‡lise econ—mica emp’ricaÓ
1985
Franco Modigliani
Òpola sœa an‡lise pioneira do aforro e dos mercados financeirosÓ
1986
James M. Buchanan Jr.
Òpolo seu desenvolvemento das bases contractuais e constitucionais da teor’a econ—mica e pol’tica da toma de decisi—nsÓ
1987
Robert M. Solow
Òpolas sœas contribuci—ns ‡ teor’a do crecemento econ—micoÓ
1988
Maurice Allais
Òpolas sœas contribuci—ns pioneiras ‡ teor’a dos mercados
e da utilizaci—n eficiente dos recursosÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 383
Premios Nobel
383
1989
Trygve Haavelmo
Òpola sœa clarificaci—n da teor’a da probabilidade, os fundamentos da econometr’a e as sœas an‡lises das estructuras econ—micas simult‡neasÓ
1990
Harry M. Markowitz
Merton H. Miller
William F. Sharpe
Òpolo seu traballo pioneiro na teor’a da econom’a financeiraÓ
1991
Ronald H. Coase
Òpolo seu descubrimento e clarificaci—n do significado dos
custos de transacci—n e dos dereitos de propiedade para a
estructura institucional e o funcionamento da econom’aÓ
1992
Gary S. Becker
Òpor ter estendido o dominio da an‡lise microecon—mica a
un amplo abano de comportamentos e interacci—ns humanos, inclu’do o comportamento non de mercadoÓ
1993
Robert W. Fogel
Douglass C. North
Òpor teren renovado a investigaci—n da historia econ—mica
— aplicaren a teor’a econ—mica e os mŽtodos cuantitativos
para explica-lo cambio econ—mico e institucionalÓ
1994
John C. Harsanyi
John F. Nash
Reinhard Selten
Òpola sœa an‡lise pioneira dos equilibrios na teor’a de
xogos non cooperativosÓ
1995
Robert E. Lucas Jr.
Òpor ter desenvolvido e aplicado a hip—tese das expectativas racionais, co que transformou a an‡lise macroecon—mica e afondou no noso co–ecemento da pol’tica econ—micaÓ
1996
James A. Mirrlees
William Vickrey
Òpolas sœas contribuci—ns fundamentais ‡ teor’a econ—mica dos incentivos baixo informaci—n asimŽtricaÓ
1997
Robert C. Merton
Myron S. Scholes
Òpor un novo mŽtodo para determina-lo valor de derivadosÓ
1998
Amartya Sen
Òpolas sœas contribuci—ns ‡ econom’a do benestarÓ
1999
Robert A. Mundell
Òpola sœa an‡lise da pol’tica monetaria e fiscal baixo diferentes rŽximes de tipos de cambio, e a sœa an‡lise das
‡reas de monetarias —ptimasÓ
2 COLABORACION nueva
4/4/01
21:48
Página 384
9 NORMASPA.RAO
4/4/01
21:49
Página 385
Normas para os autores
9 NORMASPA.RAO
4/4/01
21:49
Página 386
9 NORMASPA.RAO
4/4/01
21:49
Página 387
387
NORMAS PARA OS AUTORES
ComitŽ de Redacci—n
Os profesores interesados en remitir estudios, pr‡cticas, recensi—ns de
libros ou noticias para a sœa publicaci—n
na Revista Galega do Ensino (RGE) deber‡n aterse ‡s seguintes indicaci—ns,
tendo en conta que non se aceptar‡n os
traballos que non as respecten:
1») As colaboraci—ns ser‡n inŽditas.
Consistir‡n en investigaci—ns te—ricas ou
pr‡cticas relacionadas co ensino. Deben
presentar especial interese para calquera
dos tres niveis Ñprimario, secundario,
universitarioÑintegrados no contido
multidisciplinar da RGE. Preferiranse os
traballos dun s— firmante e non se aceptar‡n os asinados por m‡is de dous.
O nome e os apelidos do autor, seguidos
do do centro docente ou instituci—n onde
traballe, figurar‡n debaixo do t’tulo. As
recensi—ns dar‡n noticia de libros de
actualidade (entŽndese do mesmo ano
en que se env’an ‡ Revista) e nelas o
nome, apelidos e centro do autor poranse — final. Cando se trate dunha primeira
colaboraci—n, indicaranse, en folio ‡
parte nome, centro, enderezo e telŽfono.
Axuntarase un breve curr’culo (15 a 20
li–as).
2») Os autores presentar‡n os traballos en disquete, acompa–ados de copia
impresa en letra Courier tama–o 12, paso
non compensado. Cada p‡xina debe ter
2.275 matrices (caracteres + espacios en
branco), o que equivale a folios Din A4
de 35 li–as con 65 matrices por li–a.
Aplicaci—ns soportadas.
Ficheiros de texto.
Sempre que sexa posible, o ficheiro
deber‡ estar almacenado en formato
Word 97 para Windows.
Word 97 para Windows soporta ficheiros de:
Word Perfect ata a versi—n 5.x para
MS.DOS e Windows,
Microsoft Publisher 2.0
E ficheiros MS.DOS e ASCII
Word Perfect 5.1 para MS-DOS.
QuarkXPress 3.3 para Power Macintosh
Postscript con formato MAC ou PC.
Follas de c‡lculo:
O xestor de follas de c‡lculo utilizado Ž Excel 97 para Windows.
Soporta conversi—n desde formato.
Revista Galega do Ensino-ISSN: 1133-911X- Nœm. 27 - Maio 2000
9 NORMASPA.RAO
4/4/01
21:49
Página 388
388
Lotus 1-2-3,
QuattroPro/DOS,
Microsoft Works,
dBASE,
versi—ns anteriores de Excel.
6») No caso de estaren divididos en
apartados e subapartados, os orixinais
han ir acompa–ados do correspondente
’ndice, organizado con cifras ou letras.
Este ’ndice non se publicar‡.
Bases de datos:
O xestor de base de datos Ž Acces 97
2.5 para Windows. Os ficheiros con formato
dBASE son reco–ecidos pola aplicaci—n.
7») O ComitŽ de Redacci—n decidir‡ a conveniencia da publicaci—n dos
traballos, que ser‡n avaliados por especialistas nas materias de que se trate.
3») Os orixinais deber‡n estar
correctamente redactados e puntuados, e
escritos, se for posible, en lingua galega.
A RGE, que seguir‡ as normas oficiais do
idioma galego, incluso nas opci—ns preferidas por elas, resŽrvase a capacidade
de facer correcci—ns de estilo, maiormente naqueles puntos que poidan resultar
escuros ou ambiguos. Non se usar‡ letra
negra (grosa). A cursiva ou as comi–as
deber‡n responder ‡s convenci—ns internacionais. Toda sigla ha de ser desenvolvida entre parŽnteses a primeira vez que
se cite nun traballo. Exemplo: RAG (Real
Academia Galega).
8») Os colaboradores da RGE recibir‡n unha ficha, que cubrir‡n cos seus datos
e o seu perfil acadŽmico e profesional.
4») As’ mesmo, a RGE prŽgalles —s
autores o env’o de ilustraci—ns de boa
calidade, en cor ou en branco e negro
(fotograf’as, fotocopias, mapas, debuxos,
gr‡ficos). Para a publicaci—n das recensi—ns Ž imprescindible a fotocopia da
cuberta do libro.
5») Os traballos ter‡n a extensi—n
seguinte (c’tanse a m’nima e a m‡xima
en folios Din A4, entendendo inclu’dos
cadros e esquemas): ÒColaboraci—ns
EspeciaisÓ, 15-25; ÒEstudiosÓ, 10-25;
ÒPr‡cticasÓ, 6-15; ÒRecensi—nsÓ, 3-5;
ÒNoticiasÓ, 1-4.
9») A cada autor dun traballo publicado na RGE enviar‡nselle tres exemplares dela e vintecinco separatas.
10») Os estudios con notas presentar‡n estas preferentemente a pŽ de p‡xina.
11») As referencias bibliogr‡ficas
que aparezan no corpo do traballo disporanse abreviadamente segundo un
dos modos seguintes, m‡is adiante detallados:
(A. Parrilla, La integraci—n..., p. 18)
Ñ sistema europeo:
(Parrilla, 1992a, 18) Ñ sistema americano:
Debe terse en conta que o sistema
europeo prefire a substituci—n das referencias bibliogr‡ficas incrustadas no
corpo do traballo por chamadas e notas a
pŽ de p‡xina, nas que non hai orde alfabŽtica e os nomes dos autores figuran
antes dos apelidos; nelas adoitan usarse
as referencias bibliogr‡ficas cos datos
editoriais completos.
9 NORMASPA.RAO
4/4/01
21:49
Página 389
389
O sistema americano permite suprimi-las notas a pŽ de p‡xina cando son
exclusivamente bibliogr‡ficas, polo que
resulta indispensable unha bibliograf’a
final na que se detallen t—dolos datos.
12») A bibliograf’a consultada como
base das colaboraci—ns colocarase — final
delas, ordenada alfabeticamente polos
apelidos dos autores, seguidos dos seus
nomes, completos ou abreviados coa
letra inicial; despois po–erase coma ou
dous puntos. Debe entenderse que, feita
calquera destas elecci—ns, non se mesturar‡ coa outra.
Utilizarase sangr’a francesa, Ž dicir,
sangraranse t—dalas li–as, ag‡s a primeira de cada entrada.
Os t’tulos de libros, revistas e xornais ir‡n en letra cursiva; os de cap’tulos
de libros, de artigos aparecidos en revistas e xornais, ou de traballos en libros
colectivos po–eranse entre comi–as,
indicando a continuaci—n o xornal, revista ou libro en que se integran.
Escribiranse logo t—dolos datos editoriais, sempre pola mesma orde: lugar
de edici—n, editorial, ano (se non se citou
antes, segundo o sistema americano) e,
se se desexa, colecci—n. No caso das
revistas abonda con po–e-lo nœmero e o
ano; no de xornais, a data completa.
Indicarase o nœmero da edici—n do
libro, abreviadamente ou voado, s—
cando non sexa a primeira.
Sinalaranse as p‡xinas que comprenden o cap’tulo ou o artigo —s que se
fai referencia.
Cando se citen dous ou m‡is traballos dun autor, ordenaranse cronoloxicamente, pero o apelido e o nome s— aparecer‡n na primeira entrada: nas seguintes
substituiranse por un trazo longo — que
seguir‡, sen puntuaci—n intermedia, o
t’tulo que corresponda.
Elixido un sistema (o europeo ou o
americano), non se mesturar‡ co outro.
PrŽgase un uso atento e rigoroso da
puntuaci—n, tal como se observa nos
exemplos que seguen. Os apartados, que
aparecen aqu’ por raz—ns de claridade,
non se reproducir‡n na lista de referencias bibliogr‡ficas, que debe compo–erse
con atenci—n exclusiva ‡ orde alfabŽtica.
ReitŽrase, as’ mesmo, que esta orde
non se respecta nas notas a pŽ de p‡xina,
nas que os nomes propios van antepostos —s apelidos. En todo caso, os nœmeros
xa publicados da RGE poden servir de
gu’a para estas ou outras dœbidas.
SISTEMA EUROPEO
A) LIBROS dun s— autor:
Goldstein, A., Prescription for child
mental health and education, New York,
Pergamon, 1978.
Parrilla, A., La integraci—n escolar y
los profesores, Madrid, Cincel, 2» ed., 1992
(ou 19922).
Tarr’o Varela, A., Literatura galega.
Aportaci—ns a unha Historia cr’tica, Vigo,
Xerais, 1995.
★★★
9 NORMASPA.RAO
4/4/01
21:49
Página 390
390
B) LIBROS de varios autores:
Cando os autores son dous ou tres,
s— se inverte o nome do primeiro. Se son
m‡is de tres ad—itase citar s— o primeiro,
seguido de Òe outrosÓ. Se foran moitos e
ningœn deles figurase como coordinador,
editor, director, recompilador, etc., utilizaranse as siglas AA.VV. ou VV. AA. (Varios
Autores).
Ares V‡zquez, M. Carme, e outros,
Diccionario Xerais da Lingua, Vigo, Xerais,
1986.
L—pez Casanova, A., e E. Alonso, El
an‡lisis estil’stico. Poes’a /Novela. Valencia,
Bello, 1975.
Santamar’a, AndrŽs, Augusto Cuartas
e Joaqu’n Mangada, Diccionario de incorrecciones, particularidades y curiosidades del lenguaje, Madrid, Paraninfo, 1995.
VV. AA., Comprensi—n lingŸ’stica en
estudiantes de Primaria y ESO, Madrid,
Ministerio de Educaci—n y Cultura, 1996.
★★★
C) ARTIGOS aparecidos en revistas
e xornais:
La’n Entralgo, P., ÒÀGeneraci—n del
98?Ó, El Pa’s, 26-XI-1996, pp. 13-14.
Sigu‡n, M., ÒO ensino bilingŸe.
Unha perspectiva de conxuntoÓ, Revista
Galega do Ensino, 1, 1993, pp. 13-30.
Theilgaard, A., ÒAggression and the
XYY personalityÓ, International Journal
Law & Psychiatric, 6, 1983, pp. 413-421.
★★★
D) CAPêTULOS de libros dun s—
autor:
Moreno B‡ez, E., ÒManierismo y
BarrocoÓ, en Reflexiones sobre el ÔQuijoteÕ,
Madrid, Prensa Espa–ola, 19712, pp. 107-125.
★★★
E) TRABALLOS en publicaci—ns colectivas (libros de varios autores, diccionarios, enciclopedias, actas, miscel‡neas...):
Fern‡ndez Mosquera, S., ÒQuevedo
y los emblemas: una comunicaci—n dif’cilÓ, en S. L—pez Poza (ed.), Literatura
emblem‡tica hisp‡nica. Actas del I Simposio
Internacional, A Coru–a, Universidade,
1996, pp. 447-459.
Oliveira, A. Resende de, ÒPai
G—mez CharinhoÓ, en G. Tavanni e G.
Lanciani (eds.), Diccionario de Literatura
Medieval Galega e Portuguesa, Lisboa,
Caminho, 1993, pp. 502-503.
Requejo Osorio, A., ÒDesarrollo
Comunitario y Educaci—nÓ, en J. M.
Quintana (coord.), Iniciativas sociales en
educaci—n informal, Madrid, Rialp, 1991,
pp. 349-360.
SISTEMA AMERICANO
O sistema americano permite unha
maior brevidade debido ‡s referencias
bibliogr‡ficas intercaladas no corpo do
traballo e — aforro de notas a pŽ de p‡xina. Na bibliograf’a todo se pon igual ca
no europeo, con excepci—n da data, que
figura entre parŽnteses despois do nome
do autor. Cando se mencionen varios
9 NORMASPA.RAO
4/4/01
21:49
Página 391
391
libros dun autor publicados no mesmo
ano, usaranse letras minœsculas comezando polo a. Daremos s— algœns exemplos
elixidos entre os dos apartados anteriores:
A)
Parrilla, A. (1992a): La integraci—n escolar y los profesores, Madrid, Cincel, 2» ed.
Tarr’o Varela, A. (1995): Literatura
galega. Aportaci—ns a unha Historia cr’tica,
Vigo, Xerais.
13») Nas RECENSIîNS deben figurar sempre os mesmos datos e pola
mesma orde:
T’tulo: Letra cursiva minœscula.
Autor: Nome e apelidos.
Traductor: Cando sexa pertinente.
Editorial: Nome dela, lugar e ano
de edici—n.
Colecci—n: Se a hai e desexa mencionarse.
Nœm. pp.: Nœmero de p‡xinas.
Tama–o: Nœmero de cm de alto
por nœmero de cm de largo.
B)
L—pez Casanova, A., e E. Alonso
(1975): El an‡lisis estil’stico. Poes’a/Novela,
Valencia, Bello.
C)
Sigu‡n, M. (1993): ÒO ensino bilingŸe. Unha perspectiva de conxuntoÓ,
Revista Galega do Ensino, 1, 13-30.
D)
Moreno B‡ez, E (19712): ÒManierismo
y BarrocoÓ, en Reflexiones sobre el ÔQuijoteÕ,
Madrid, Prensa Espa–ola, 107-125.
E)
Oliveira, A. Resende de (1993): ÒPai
G—mez CharinhoÓ, en G. Tavanni e
G. Lanciani (eds.), Diccionario de Literatura Medieval Galega e Portuguesa,
Lisboa, Caminho, 502-503.
14») Os repertorios de NOVIDADES EDITORIAIS respectar‡n as indicaci—ns bibliogr‡ficas descritas.
15») EntŽndense como NOTICIAS as
que informen sobre investigaci—n, educaci—n e ensino. Poder‡n anunciarse congresos, cursos, certames, bolsas, actos culturais, etc., sempre que sexa coa anticipaci—n
conveniente e non resulten desfasadas no
momento da aparaci—n da RGE.
As’ mesmo, mediante breves resumos, p—dense dar NOTICIAS de acontecementos recentes: congresos, cursos,
exposici—ns, estreas teatrais, concertos e
actos culturais diversos.
16») O ComitŽ de Redacci—n resŽrvase a facultade de introduci-las modificaci—ns que estime oportunas na aplicaci—n
das normas publicadas. Os orixinais non
ser‡n devoltos.
9 NORMASPA.RAO
4/4/01
21:49
Página 392