CENIZA VOLCÁNICA II

Riesgos por la salud de la ceniza volcánica

Por lo general, el tamaño de las partículas suspendidas en el aire, que son inhaladas, se encuentra directamente vinculado con el potencial para provocar problemas de salud. Las pequeñas partículas de menos de 10 micrómetros (µm) de diámetro (fracción llamada PM10) suponen los mayores problemas, ya que pueden alcanzar la profundidad de los pulmones. De ellas, las partículas de tamaño igual o inferior a 2.5 µm (fracción PM2.5) son las más peligrosas porque pueden llegar a los bronquiolos y alvéolos pulmonares. Por esta razón también se llaman fracción respirable . Las partículas igual o inferiores de 0.1 µm pueden incluso llegar al torrente sanguíneo.

La exposición a partículas volcánicas puede afectar tanto a los pulmones como al corazón. Múltiples estudios científicos han vinculado la exposición a la contaminación por partículas a una variedad de problemas de salud, que incluyen muerte prematura en personas con enfermedades cardíacas o pulmonares, infartos de miocardio no mortales, arritmias cardíacas, agravamiento del asma, función pulmonar reducida por las reacciones inflamatorias, síntomas respiratorios aumentados, como irritación a las vías respiratorias, tos o dificultad para respirar (síndrome de silicosis).

Según los riesgos para la salud humana, el material particulado suspendido en el aire (aerosol) se distribuye en tres fracciones:

- Fracción inhalable : PM totales que entran el sistema respiratorio. Incluye las otras dos fracciones. Las mayores de 10 µm depositan mayoritariamente en el moco y la saliva de las vías superiores nasofaringeas para ser posteriormente ingeridas. Si las PM son insolubles (caso de la ceniza volcánica) pasan por el sistema digestivo sin mayores consecuencias.

- Fracción torácica : Son las PM10. Superan las vías superiores nasofaringeas y llegan al sistema muco-ciliar torácico. Las PM más grandes de esta fracción impactan en las paredes de los conductos respiratorios y son transportadas a las vías superiores por el sistema muco-ciliar. Posteriormente son ingeridas.

- Fracción respirable : Son las PM2.5. superan al árbol traqueobronquial y penetran en las vías no ciliadas y los espacios alveolares. Son las más peligrosas porque, al no poder ser expulsadas por el sistema muco-ciliar, pueden inducir una respuesta inflamatoria de cuerpo extraño (granuloma) que puede llegar a comprometer la función respiratoria. La cronificación de la inflamación puede llevar a neumonía, bronquitis crónica o EPOC. Las PM0.1 pueden atravesar la pared alveolar para entrar en la circulación sanguínea, provocando enfermedades cardiovasculares descritas más arriba.

 

Fracciones del material particulado ( Fuente )

 Debe aclararse que el tamaño de las partículas corresponde al llamado diámetro aerodinámico. Éste es un concepto asociado al comportamiento en el aire de objetos de forma no necesariamente esféricas. El diámetro aerodinámico es el diámetro de una hipotética esfera de densidad 1g/cm3 que tenga la misma velocidad final que la partícula, bajo las mismas condiciones de temperatura, presión y humedad relativa.

Éste es un aspecto importante porque la capacidad irritativa de una partícula respirada depende mucho de la forma de esta partícula. Por ejemplo, en la asbestosis (por inhalación de asbesto) la forma de espículas de las partículas hace muy difícil su aislamiento y expulsión por los mecanismos normales, contribuyendo a la gravedad de la enfermedad, a pesar de que el diámetro aerodinámico pueda ser pequeño. Por tanto, en el caso de la ceniza volcánica no sólo es importado el tamaño sino también la forma. La continua inhalación de material cristalino de sílice puede dar reacciones típicas asociadas a la silicosis.

La exposición a la contaminación por partículas tiende a afectar mayoritariamente a personas con enfermedades cardíacas o pulmonares, niños y adultos mayores.

En cuanto a los límites tolerables de contaminación por material particulado, la Organización Mundial de la Salud ( OMS-WHO, 2021 ) revisó en 2021 la evidencia epidemiológica reciente y actualizó los límites de material particulado inhalable.

En el resumen ejecutivo del documento WHO global air quality guidelines , las OMS fija los siguientes límites:

 

Donde AQG ( Air Quality Guideline ) es un nivel para arriba del que existen importantes riesgos para la salud de los humanos. Peer tanto, ese nivel vendría a ser el máximo deseable. Los objetivos intermedios ( Interim Targets ) son niveles provisionales que tienen como finalidad dar información sobre el estado del control de contaminados en un momento y lugar determinados. Estos niveles son aceptados por la UE. La norma mexicana NOMBRE-025-SSA1-2014 fija los siguientes valores límite de PM:

-Partículas menores a 10 micrómetros (PM10): 75 µg/m3, como promedio de 24 horas

-Partículas menores a 2.5 micrómetros (PM2.5): 45 µg/m3, como promedio de 24 horas

Así pues, en cuanto a los niveles de la OMS, los niveles permisibles de la legislación mexicana estarían en el rango 3 de niveles provisionales para PM10, mientras que para PM2.5 estarían en el rango 2.

La legislación mexicana data de 2014. Sería deseable que recogiera los niveles recomendados de la OMS a 2021. Sin embargo, en las proximidades de volcanes como el Popocatépelt será difícil (para no decir imposible) alcanzar los niveles AQG recomendados por la OMS.

 CENIZA VOLCÁNICA I

Análisis de la ceniza volcánica del Popocatépelt

La ceniza volcánica es una composición de partículas de roca y mineral muy finas (de menos de dos milímetros de diámetro) eyectadas por una abertura volcánica.

Hay tres mecanismos de formación de la ceniza volcánica:

1.-Liberación repentina de gases atrapados que al descomprimir provocan erupciones magmáticas.

2.-Contracción térmica debida a erupciones en agua o hielo.

3.-Eyección de partículas arrastradas durante las erupciones de vapor causando erupciones freáticas.

El mecanismo de emisión de ceniza del volcán Popocatépelt es del tercer tipo: Eyección (exhalación) de partículas de ceniza, arrastradas por gases (SO ₂ ) y vapor de agua.

Los aspectos generales de la ceniza volcánica se pueden consultar aquí y aquí .

 -El volcán Popocatépelt

El Popocatépetl es un volcán activo ubicado en el centro de México, específicamente entre los estados de Puebla, Morelos y el Estado de México. Su nombre proviene del náhuatl y significa “montaña que humea” puesto que periódicamente registra emisiones de gases, cenizas y erupciones diversas.

El volcán Popocatépetl se ubica a una distancia de 40 km al oeste de la ciudad de Puebla.

 

Volcán Popocatépelt

 

Situación del Popocatépelt (Google Maps)

 Los patrones de las corrientes de viento y la dirección de propagación de la pluma de contaminación tienen un papel muy importante en la distribución de los productos piroclásticos del volcán, la cual aumenta el alcance de la pluma de contaminación que pudiera afectar a la salud humana y ecosistema . La caída del material particulado se deposita sobre las hojas de las plantas y árboles, provocando la inhibición de la transpiración y disminución de la fotosíntesis, afectando la nutrición de las plantas. En el suelo causa cambios físico-químicos, modificando su composición, incrementando elementos inorgánicos, la conductividad y modifica el pH con tendencia a alcalino, disminuyendo la disposición de nitrógeno y fósforo, alterando sus procesos biológicos ( Santamaría-Juárez et al., 2022 ).

 -Análisis microscópico de la ceniza

La muestra de ceniza analizada fue recogida a mediados de diciembre de 2024.

La ceniza volcánica se compone de dos tipos de fragmentos, los amorfos (cristales) y los cristalinos.

Estudios realizados en ceniza en el período 2016-2019 mostraron que los principales constituyentes químicos de la ceniza eran en un 60% óxidos de silicio.

- Plagioclasas : Son estructuras cristalinas de óxido de silicio. La estructura cristalina está formada por tetraedros de SiO ₄ donde algunos aniones de Si se sustituyen por cationes de Al. En los huecos entre los tetraedros se ubican los cationes de Na+ y de Ca ₂ . Como se verá más abajo, las plagioclasas, por tener estructura cristalina, se ven brillantes con luz polarizada.

- Piroxeno : Tienen una estructura común que consiste en cadenas simples de tetraedros de sílice. Su fórmula general es XY(Si, Al) ₂ O ₆ , donde "X" representa calcio, sodio, hierro2+, manganeso, litio o magnesio, y "Y" representa iones más pequeños como el cromo, aluminio, hierro2+, hierro3+, magnesio, manganeso o titanio. Los piroxenos férricos son negros

- Cristobalita : Es un óxido de silicio microcristalino. Su color depende de las impurezas, que pueden ser hierro, calcio, aluminio, potasio, sodio, titanio, manganeso, magnesio y fósforo.

- Cristales amorfos blancos, verdosos o marrones. Son óxidos de silicio sin estructura cristalina. Los colores son dados por las impurezas, como en el caso de la cristobalita.

La ceniza de las muestras recogidas presentan estructura similar a la descrita. La fotomicrografía muestra un detalle de la ceniza a pequeño aumento.

 

Ceniza volcánica a pequeño aumento (40x aprox.)

A pequeño aumento (40x, aprox.), se observan partículas heterogéneas más bien pequeñas, de tamaño igual o inferior a 100 micrometros (0.1 mm o 100 µm). Destacan las partículas de negros grandes, aunque también existen partículas grandes de material blanquecino, probablemente de plagioclasa.   Así pues, el color gris de la ceniza bien dado por material particulado mayoritariamente blanquecino, mezclado con piroxenos negros.

Además, se puede ver cómo el material blanquecino puede ser amorfo o cristalino. El material cristalino (posiblemente plagioclasa) brilla con luz polarizada, presentando a menudo iridescencias (ver imágenes siguientes). Las partículas blanquecinas que no destacan con luz polarizada son posiblemente óxidos de silicio amorfos (cristales). 

   Imagenes con luz normal y con luz polarizada  (200x, aprox.)                                   

 Historia de una neurona

"Conocer el cerebro equivale a averiguar el cauce material del pensamiento y de la voluntad, sorprender la historia íntima de la vida en su perpetuo duelo con las energías exteriores. " Santiago Ramón y Cajal

La imagen que encabeza este artículo es una neurona multipolar del cerebro de un pollito de 14 días de edad. Concretamente, pertenece a la región llamada córtex dorsomedial, que parece corresponder a una parte de lo que en mamíferos se llama el hipocampo.

La neurona de la imagen forma parte de un conjunto de cerca de 800 neuronas del hipocampo de pollito, repartidas en etapas embrionarias, pollito de pocos días y pollo adulto. Estas neuronas las utilicé como el material principal de mi tesis doctoral, presentada en 1984 en la Universidad Autónoma de Bellaterra. Todas estas neuronas fueron dibujadas a mano, una por una, a fin de obtener una serie de parámetros que caracterizaran los diferentes tipos celulares. Cuando yo empecé la tesis sólo tenía como precedente un estudio superficial realizado a principios del siglo pasado por un disciple de Ramón y Cajal.

Neuronas de la región del hipocampo de pollito (de la tesis del autor)

Una vez presentada la tesis y obtenido el grado de Doctor en Ciencias Biológicas, entré a trabajar en un laboratorio farmacéutico y me desvinculé del tema. A menudo me han preguntado qué utilidad tiene conocer los tipos neuronales de una zona del cerebro del polluelo. Yo siempre he contestado que sobre la ciencia básica, sin utilidad práctica inmediata, se levanta el edificio de conocimientos que, con la tecnología adecuada, nos hará la vida más fácil.

La ciencia básica a veces queda "arrinconada" hasta que los avances en otros campos permiten su reconsideración. Con mi investigación ha ocurrido un poco esto. Después de unos 30 años de general desinterés por las estructuras del cerebro de las aves, ahora se reanuda su estudio y mi modestísima aportación empieza a tener una razón de ser, más allá de facilitarme el grado de Doctor.

En 40 años el conocimiento del cerebro, tanto el humano como el de otros animales, ha avanzado extraordinariamente. Ya no hace falta dibujar neuronas a mano. La tecnología permite un análisis detallado de la morfología y fisiología del cerebro de una persona viva y consciente (técnicas de imágenes por RMN o PET). Pero persiste un problema: La enorme complejidad del cerebro de los humanos hace muy difícil el estudio detallado de su fisiología (los árboles no nos dejan ver el bosque). Por tanto, parece adecuado buscar modelos más sencillos.

Hasta hace pocos años, las aves eran poco usadas como modelo de fisiología cerebral. Yo creo, y es una opinión personal, que los científicos vemos más cercanos a nosotros mismos a los mamíferos como la rata o el ratón. Al fin y al cabo rata y ratón tienen cuatro patas y se asemejan mucho a nosotros tanto anatómica como fisiológicamente. Pero en cuanto a la función cerebral las aves no son tan distintas de los mamíferos. Es más, familias de aves como loros y cuervos han demostrado unas habilidades cognitivas perfectamente comparables a los mamíferos. Estos pájaros aprenden a hablar (a veces con cierto sentido, como el loro que sólo dice "buenos días" por la mañana) y tienen capacidades de orientación en el espacio superiores a muchos humanos (las palomas tienen un auténtico GPS en el cerebro). También pueden recordar sucesos pasados ​​y planificar conductas futuras en consecuencia.

Muchos investigadores se han preguntado cómo son posibles estas capacidades cognitivas en cerebros tan pequeños y diferentes de los nuestros.

En el caso del cerebro, el tamaño no importa. Lo más importante es la densidad de neuronas. Cada cada neurona es en sí misma un centro de integración de la información, de modo que, cuantas más neuronas, mayor capacidad de procesamiento. Y la densidad de neuronas en el cerebro de las aves es muy superior a la densidad de neuronas en los simios (aunque la cantidad de neuronas, en términos absolutos, sea muy inferior). Esta alta densidad de neuronas hace que las aves tengan altas capacidades cognitivas.

En cuanto a las diferencias anatómicas, pensamos que las aves son descendientes de dinosaurios primitivos y la evolución de sus estructuras cerebrales son muy distintas a la evolución de las estructuras de los mamíferos (e incluso de los reptiles). En los últimos años, muchos investigadores aceptan que, en el caso de ciertas partes del cerebro, por ejemplo el córtex cerebral, las aves tienen estructuras comparales a los mamíferos (ver una revisión en inglés aquí , un artículo de dominio público).

Pero ahora hablaremos del hipocampo. Las regiones hipocampales en aves parecen análogas a las del hipocampo en mamíferos. Análogos significa que tienen la misma (o similar) función. Sin embargo, no están claras las homologías; es decir, un origen evolutivo común.

En humanos (y en simios y, supuestamente, otros mamíferos) el hipocampo sirve principalmente para convertir la memoria a corto plazo en memoria a largo plazo (memoria episódica). Pero también ayuda en la orientación espacial, en el aprendizaje y en la coordinación de la percepción visual con los recuerdos, que permiten recordar sitios y personas. La enfermedad de Alzheimer se inicia en el hipocampo y por eso las funciones mencionadas son las primeras en mostrar alteraciones en los afectados por esta enfermedad. Algunas de estas funciones, especialmente la orientación espacial y la memoria, han sido demostradas en aves. Lesiones del hipocampo en palomas han alterado la capacidad de orientación de estas aves. A pesar de los importantes avances que se están haciendo para combatir la enfermedad de Alzheimer, todavía hay mucho camino por recorrer.

El hipocampo de las aves podria ser un modelo sencillo para estudiar la fisiología normal del hipocampo de humanos y ver de que manera afectan las terapias en la enfermdad de Alzheimer. Es en estos campos donde el estudio de la neurona del encabezamiento cobra su sentido.

LO QUE SE SABE Y LO QUE SE IGNORA SOBRE LA TOXICIDAD DE LOS MICROPLÁSTICOS.

 

LO QUE SE SABE Y LO QUE SE IGNORA SOBRE LA TOXICIDAD DE LOS MICROPLÁSTICOS.

(Este artículo es una actualización del publicado aquí en setiembre de 2019) . 

Según un informe del gobierno del Reino Unido de 2018, la cantidad de plásticos de los océanos mundiales se triplicará en los próximos diez años.

A diferencia de otros efectos humanos en el medio ambiente como la polución atmosférica o la contaminación química de los ríos, la contaminación por plásticos es muy evidente. Vemos residuos plásticos en las ciudades, en los ríos, en el mar y en el campo. Hay plásticos en suspensión en el aire y se han encontrado plásticos en el ártico. Allí donde vamos nos encontramos con plásticos. Las imágenes de pájaros, piezas e incluso mamíferos marinos atrapados en plástico son impresionantes y cada vez está más extendida la idea de que consumir pescado o marisco contaminado por fragmentos de plásticos podría ser perjudicial para la salud. Por todo ello, no es de extrañar que la contaminación por plástico se haya convertido en un problema público de primera magnitud.

Los plásticos son sustancias poliméricas. Son como cadenas cuyos eslabones son estructuras químicas repetitivas. Estos eslabones se unen con tal fuerza que son muy difíciles de romper y, por esta razón, los plásticos se consideran materiales “casi” inertes. En este “case” están implicados procesos de lenta degradación que finalmente darán lugar a sustancias químicas diversas, anhídrido carbónico y agua. Los procesos de degradación son tan lentos que, según el tipo de plástico y su exposición a determinadas condiciones ambientales, pueden durar de cientos a miles de años, hasta su completa desaparición.

Es de sobra conocido que los residuos plásticos perjudican a los organismos vivos de los ecosistemas de madres y océanos, pero todavía hay muchas incertitudes en cuanto a la toxicidad real que los residuos plásticos pueden ocasionar en el tiempo presente y en el futuro.

¿De qué depende la toxicidad de los plásticos?

Producimos ingentes cantidades de plásticos cada año. Continuamente los vertemos como residuos en el medio ambiente y los polímeros que los forman se desintegran de forma extremadamente lenta pero inexorable.

Los efectos adversos de la contaminación por plásticos en los organismos vivos pueden ser muy diferentes en función del tipo y tamaño del plástico, del organismo considerado y del mecanismo de toxicidad implicado. Un fragmento de plástico de un milímetro de tamaño no tiene ningún tipo de incidencia en la salud de un ser humano (o de otros vertebrados) pero puede ocasionar la muerte por obstrucción intestinal a un organismo del plancton. Una red de pesca abandonada continúa pescando animales (piezas, aves y mamíferos marinos) en lo que se ha llamado gostfishing , pero esto es irrelevante en los organismos terrestres, por mucho que pueda afectar a la biodiversidad global. Por tanto, en el estudio de los efectos de los plásticos en los organismos y ecosistemas se deben evitar las generalizaciones, definiendo claramente el ámbito del estudio y los tipos de plástico considerados.

Además, si ya es preocupante lo que veíamos, aún lo es más lo que no veamos. Las regiones del fondo marino parecen contener la mayor parte de los residuos plásticos. Según estimaciones recientes , son el depósito del 94% de toda la masa de plásticos oceánica. Paradójicamente, son regiones sobre las que hay menos información sobre los efectos de los plásticos. Hay que investigar más para determinar la gravedad del problema a nivel global.

Distribución de la contaminación por plásticos en el océano ( Sherrington, 2016 )

Cuanto más pequeños, más peligrosos.

Los trozos de plástico grandes se fragmentan en piezas más pequeñas y éstas, a su vez, en otras más pequeñas, hasta dar lugar a lo que se conoce como microplásticos (técnicamente de 5 milímetros de diámetro o menos). Son partículas que se encuentran en el límite de la visión, y más pequeñas aún. Dado que los objetos de plástico son poco peligrosos en sí mismos para los humanos, salvo por los riesgos físicos de atragantamiento, el mayor motivo de preocupación está en la ingesta involuntaria de microplásticos.

Aunque en algunos ámbitos los microplásticos pueden acumularse hasta niveles en que pueden comprometerse a ecosistemas, hay estudios que demuestran que los microplásticos ingeridos por organismos superiores son liberados por el intestino sin efectos negativos. Por otro lado, la Autoridad Europea para la Seguridad Alimentación (EFSA, por sus siglas en inglés) considera en un informe que la ingesta de microplásticos en los alimentos es poco relevante en comparación con la exposición a otros contaminantes, porque se asume que las partículas de plástico se ingieren en poca cantidad y son eliminadas con la heces. En contraste, un reciente y polémico informe de la World Wildlife Fund (WWF) alerta de que en una persona del mundo occidental la cantidad ingerida de microplásticos en una semana podría ser el equivalente a una tarjeta de crédito (5 g), aspecto éste del que se han hecho eco varios medios de comunicación. Lo que no ha tenido tanta trascendencia mediática es que la propia WWF admite en su informe que esta cantidad es incierta porque se ha obtenido en base a extrapolaciones y que son necesarios estudios posteriores. Por otro lado, como ya hemos dicho que los fragmentos de plástico son difícilmente absorbibles, la cantidad de 5 g de plástico ingerido en una semana no dice gran cosa por sí misma respecto al riesgo tóxico (ver discusión sobre este tema aqui)

¿Quiere todo esto decir que no debemos preocuparnos?. Nada más lejos. Quiero decir que hace falta destinar muchos más recursos a mejorar nuestros conocimientos sobre los riesgos de los microplásticos sobre nuestra salud. Máxime teniendo en cuenta que la exposición a microplásticos por ingestión o por inhalación aumentó de forma inevitable en los próximos años.

Formas y tamaños de microplásticos (Crédito: Wang et al., 2019 )

Micro-microplásticos

La situación puede ser bastante peor en cuanto a los nanoplásticos. Los nanoplásticos son microplásticos con un tamaño inferior a 20 micrómetros (más pequeños de 20 milésimas de milímetro, sólo visibles al microscopio). En estudios de laboratorio se ha visto que los nanoplásticos pueden ser tan pequeños que pueden penetrar las células de los seres vivos provocando alteraciones denominadas de estrés oxidativo. No se sabe qué relevancia puede tener esto en la salud de los humanos porque se han realizado muy pocos estudios hasta el momento en este sentido (ver revisión reciente aquí ),   pero está claro que no son buenas noticias.

Los procesos de degradación físico-químicos de los plásticos dan lugar a fragmentos de polímero cada vez más pequeños y al final se degradan completamente para dar lugar a moléculas pequeñas no poliméricas. La liberación de estas sustancias en el tracto intestinal puede no ser importante, como indica la EFSA, pero si polímeros de tamaño nanométrico penetran las células, estas sustancias podrían provocar la muerte celular, ya sea por estrés oxidativo o por toxicidad directa. En organismos superiores como los seres humanos, la muerte celular debida a factores externos desencadena un proceso inflamatorio que puede derivar en enfermedad crónica.

Tampoco hay muchas datos en referencia al potencial cancerígeno de los nanoplásticos, pero una enfermedad inflamatoria crónica es por sí misma un factor de riesgo. Además, se sabe que algunas sustancias liberadas por los plásticos son cancerígenas o producen mutaciones en el material genético que pueden derivar en cáncer (ver info aquí , aquí y aquí ).

Es una cuestión de tiempo que todos los plásticos que no hayan sido incinerados se conviertan en nanoplásticos, tanto en ecosistemas acuáticos como terrestres. Esto es una verdadera espada de Damocles que pende sobre el jefe de las generaciones futuras.

Pasajeros indeseables en plásticos

Diferentes estudios han demostrado que los microplásticos pueden transportar otras sustancias adheridas a su superficie.

Sustancias tóxicas como metales o insecticidas podrían ser transportadas por microplásticos y terminar en lugares que de otro modo no llegarían. Hay información disponible al respecto y es preocupante que estas sustancias puedan ser ingeridas por organismos marinos y entran finalmente en la alimentación humana.

La mayoría de los estudios han mostrado que los agentes tóxicos asociados a los plásticos se encuentran a concentraciones demasiado bajas para ser tóxicas, o bien las sustancias se adhieren demasiado a los plásticos para ser liberadas a los organismos y causar problemas. Curiosamente, en un estudio óptico , los niveles de sustancias tóxicas en los tejidos de las aves marinas eran claramente menores cuando habían ingerido microplásticos. Los investigadores sugirieron que las sustancias tóxicas ya presentes dentro de los tejidos de aves se adherían a los plásticos y se eliminaban. Si esto es así, las sustancias adheridas a los plásticos podrían ser menos tóxicas para los organismos marinos de lo que se pensaba, aunque no se descarta la toxicidad de los microplásticos por otros mecanismos. Nuevamente, hay pocos estudios disponibles y las extrapolaciones a humanos están aventuradas. 

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En resumen, aún existen importantes lagunas en le conocimiento de la toxicidad de los plásticos, sobetodo teniendo en cuenta que las partículas de plástico se acumulan en los ecosisemas por largos eriodos de tiempo. No podemos esperar a tener todas las respuestas para tomar medida, pero se deben evitar las especulaciones basadas en estudios parciales, que pueden generar alarmas infundadas y mal uso de los recusos disponibes.

La amenaza de la contaminación por plásticos es global y puede hipotecar el futuro de las generaciones venideras. Por tanto, hace falta hacer mucha y buena ciencia.

(Crédito de la imagen de portada: EP)

 

ARTE EN BIOLOGÍA:

Fotosíntesis en plantas acuáticas

La biología también es arte

A menudo se piensa que la biología experimental es propia de mentalidades analistas y cartesianas, donde no hay lugar para las emociones ni para la contemplación de la belleza. Parecería que el único objetivo y finalidad de un experimento es la demostración práctica de una hipótesis. Está claro que el objetivo es aceptar o rechazar una teoría, pero también puede servir para tomar conciencia de la complejidad del mundo vivo.

El Dr. Andrés de Haro, catedrático de zoología de la Universidad Autónoma de Bellaterra (un  buen profesor y mejor persona), nos decía “maravíllense al contemplar el mundo natural, porque esto les ayudará a entenderlo”. Tenía razón. Por pragmática que sea la ciencia, siempre nos da motivos para maravillarnos, como si de una inmensa obra de arte se tratara.

El artículo que viene a continuación, reproduce un experimento que hice bajo la dirección y supervisión de Carme Duran Manero el curso de bachillerato 1970-71 (yo tenía entonces 15 años). Este experimento me maravilló porque, en su sencillez, no sólo es absolutamente demostrativo de la hipótesis de trabajo (las plantas, cuando hacen la fotosíntesis, desprenden oxígeno) sino que es visualmente bellísimo.

Ahora que estoy jubilando, y visto que no he encontrado referencias actualizadas del procedimiento, he decidido replicarlo en casa y poner procedimientos y resultados al alcance de quien quiera disfrutar como yo he disfrutado haciéndolo.

El experimento de la demostración de la fotosíntesis me persuadió de que la ciencia también es arte. Quizá por eso soy biólogo… 

El experimento

Ante todo, recordemos que la fotosíntesis es el proceso por el que las plantas aprovechan el carbono del CO2 para su crecimiento, con desprendimiento de agua y oxígeno (ver  fotosíntesis )

El planteamiento básico del experimento se describe en el manual  Nuffield Biology Teachers Guide 3 The Maintenance of Life  (pp. 131-132). 

Este manual se editó en 1966. Cabe decir que la colección de manuales Nuffield fueron una herramienta pedagógica adelantada a su tiempo y, actualmente, todavía es un referente en la enseñanza de las ciencias naturales. 

En el experimento adaptado en 1970 por Carme Duran, del Instituto San José de Calasanz, se utilizó azul de metileno como indicador del desprendimiento de oxígeno, en lugar de  indigo-carmine . En la réplica de 2023, que describiré más abajo, también se utilizó azul de metileno por la facilidad en su obtención.

En el experimento replicado no es factible la utilización de la planta  Elodea  porque hace años que ha sido declarada en Catalunya como planta invasiva. Este vegetal ha invadido buena parte de nuestros lagos y estanques, y su venta en establecimientos de acuariofilia está estrictamente prohibida. Pero es posible utilizar otras plantas acuáticas con resultados igual de buenos.

El experimento adaptado aprovecha la característica del azul de metileno como indicador de reacciones REDOX (Reducción-Oxidación). En la forma reducida es incoloro, pero vira a azul en la forma oxidada. 

El hidrosulfito sódico es un potente reductor, que vuelve incoloro el azul de metileno, que se encuentra normalmente en forma oxidada. 

El procedimiento

 - Un poco de química

El experimento aprovecha la característica del azul de metileno como indicador de reacciones REDOX. El azul de metileno es azul en estado oxidado e incoloro en estado reducido. La presencia de oxígeno hace que el azul de metileno vuelva a la forma oxidada (azul), con liberación de agua.

Reacción a azul de metileno reducido (blanco o glaucomethylene):

 - Reactivos  necesarios

- Hidrosulfito sódico 5%  en agua destilada,  preparado en el momento .

(sinónimo: sodio dithionite) 

                                       Hidrosulfito so dique (sodium dithionite)

 El hidrosulfito sódico en polvo se puede encontrar, en pequeñas cantidades, en tiendas de materiales para teñir ropa.

Proveedores:

 https://tejoloquehilo.es/es/mordientes-/156-1112-comprar-hidrosulfito.html  (de Sant Celoni)

 https://lanaytelar.es/producto/hidrosulfito-2/  (de Sevilla, algo más económico que el de Sant Celoni)

 - Azul de metileno 1-2%.

El azul de metileno se utiliza como desinfectante de acuarios. Se puede encontrar en el 1% (Amazon) o en el 2% (Aliexpress). También en tiendas de acuariofilia. Ambas soluciones son igualmente adecuadas

- Agua desionizada : Una botella. Se puede comprar en cualquier droguería.

- Planta acuática

Se compra ambulía ( Limnophila sessiliflora)  en cualquier tienda de acuicultura. La planta se mantiene en una cubeta con agua mineral (no del grifo porque puede tener cloro).

Ambulia ( Limnophila sessiliflora) 

- PROCEDIMIENTO :

-Preparación de la planta : Se llena una cubeta de cristal transparente, cubierta, de 500-600 mL con agua mineral y se deja bajo una luz fuerte, por 1 hora, Al menos, para activar la fotosíntesis. 

- Preparación de los reactivos :

- Azul de metileno al 2% . Comprado en tienda de aquariofilia o por tienda online. Si está al 1% también va bien.

- Hidrosulfito sódico al 2.5% : Se pesa 2.5 g de hidrosulfito y se pone en un frasco de vidrio con 100 mL de agua desionizada. Si no tenemos una balanza, ponemos media cucharada de café de hidrosulfito en un vaso de agua destilada.

La solución de hidrosulfito debe prepararse al momento . Pierde efectividad como reductor del azul de metileno con rapidez.

El hidrosulfito sódico es cáustico en polvo, y en disolución desprende vapores sulfurosos irritantes . Es necesario manipular este reactivo con guantes, mascarilla y gafas de protección.

- Procedimiento :

1. Se llena de agua mineral una la cubeta o bote de vidrio de 500-600 mL. Lo mejor es una cubeta de cristal rectangular, que se puede comprar en tiendas de jardinería.

2. Con una jeringa de plástico o cuentagotas se pone 1.5 mL (aproximadamente) de solución de azul de metileno y se mezcla suavemente con un bastón o varilla de vidrio.

3. Con un cuentagotas se va poniendo hidrosulfito al 2.5% y se va removiendo con suavidad, hasta que el azul vire a incoloro (1.5-2 mL de hidrosulfito).

4. Se coge la ambulía y se fija en la base con un poco de plastilina para que la planta esté recta. Esto se puede hacer con una pinza larga de cocina o con palitos de comida china. Atención: la plastilina se deshace con el agua si está mucho tiempo.

5. Se pone la planta en la cubeta y se deja en reposo bajo la luz directa del sol o una fuente de luz intensa.

Para evitar que el oxígeno del aire vuelva azul el agua superficial, se puede poner cuidadosamente, en la superficie de la cubeta, un poco de aceite de girasol.

El desprendimiento de oxígeno debido a la fotosíntesis se pone de manifiesto por la aparición en el agua de delicados hilos de color azul que se salen de las hojas de la planta y avanzan hacia la superficie del agua. Los hilos son producidos por la disolución del oxígeno en el agua, que se desprende de la planta durante la fotosíntesis, provocando la oxidación del azul de metileno disuelto (previamente reducido con el hidrosulfito), con el cambio de color a azul .

Este sencillo, a la vez que bello espectáculo puede durar horas, hasta que toda el agua se vulve azul.

 (Si el procedimiento anterior no funciona suficientemente bien, se puede intentar añadir un poco de bicarbonato sódico como suministro de dióxido de carbono) 

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Este artículo está dedicado a la memoria de Carme Duran Manero, que fue catedrática de Ciencias Naturales en el Instituto San José de Calasanz de Barcelona. Soy biólogo por su culpa.