El próximo 31 de marzo se cumplirá el aniversario número 21 de la Revista Digital Universitaria, rdu, primera publicación periódica digital que, desde un enfoque experimental, creó la Universidad Nacional Autónoma de México (unam) en el año 2000, con los siguientes objetivos:

• Construir un espacio de innovación, desarrollo, aplicación y formación en publicación digital para artículos de investigación, análisis, creación y reflexión.
• Difundir mediante recursos digitales la investigación, el análisis, la creación y la reflexión universitaria entre la sociedad mexicana e internacional.
• Formar una comunidad virtual alrededor de la revista, que permita establecer vínculos entre autores, editores y lectores (Objetivos, 2000).

Sin lugar a dudas, podemos decir que la rdu ha cumplido cabalmente los propósitos para los que fue creada. Desde el primer número, curiosamente denominado “cero”, hasta el que ahora se está leyendo, se han publicado un total de 202 números.

En aquel inicial podía leerse la frase: “El quehacer universitario en línea”, la cual daba cuenta del sentido inicial de ser un medio decidido a dar a conocer la riqueza de la producción académica, del trabajo heurístico continuo, creativo e innovador, en una enorme variedad de campos, problemáticas y enfoques interpretativos de la comunidad universitaria. Esto muestra en los hechos el interés por divulgar el material de vanguardia producido en la institución, con un sentido cada vez más cercano al de la comunicación social de la ciencia.

Hacemos un reconocimiento expreso a todas y todos aquellos universitarios que prospectaron con claridad el avance vertiginoso de la tecnología y la importancia de introducir a la Universidad en el uso de los recursos y herramientas digitales, y de su incorporación en el movimiento internacional que permitiría a la unam darse a conocer más ampliamente y vincularse con el mundo exterior.

En ese sentido, la rdu fue un proyecto que se anticipó a ese movimiento que prontamente abarcó al planeta entero. Pensada y creada por el doctor Víctor Guerra Ortiz –en conjunto con un grupo de universitarios pioneros en el campo–, al frente de la entonces Dirección General de Servicios de Cómputo Académico (dgsca), él convenció a las autoridades universitarias de introducir las Tecnologías de la Información y la Comunicación en las tareas sustantivas de la institución, y a la vez visualizó la importancia de crear la primera revista digital en nuestro medio, como una estrategia institucional de vanguardia para hacer acto de presencia y mostrar al mundo el saber producido en la unam.

La rdu ha pasado por varias épocas a lo largo de sus dos décadas de aparición; las cuales han estado íntimamente ligadas a la evolución de la tecnología. Estuvo albergada en dgsca de 2000 a 2010, instancia que ese último año se transformó en la Dirección General de Cómputo y de Tecnologías de Información y Comunicación (dgtic). A partir de abril de 2017 fue transferida a la Coordinación de Desarrollo Educativo e Innovación Curricular (codeic). Y desde junio del año 2020 se encuentra alojada en la recién creada Coordinación de Universidad Abierta, Innovación Educativa y Educación a Distancia (cuaieed).

Las variaciones se han debido a criterios relacionados con el tipo de material a publicar: artículos, proyectos, semblanzas y entrevistas, reseñas, materiales interactivos, audios y videos, entre otros. Asimismo, la periodicidad de su aparición ha oscilado entre lo mensual, bimestral y trimestral. De igual manera, ha cambiado la diversidad o la unicidad de las temáticas a tratar por número; el primero de los casos abarcó 4 años, de 2000 a 2004; el segundo, 11, de 2005 a 2016. En la fase más reciente, de 2017 a 2021, se ha optado por una combinación de ambas modalidades, recurriendo a la monotemática cuando la situación contemporánea lo ha demandado. Así, se han tenido números dedicados a la inteligencia artificial, la violencia de género o la covid-19.

Como ya se dijo, hasta el momento se han publicado 202 números, incluido el presente. Si consideramos que en cada uno aparecen entre 7 y 10 materiales publicados, a final de cuentas encontramos que, a lo largo de su existencia, en la rdu se ha publicado un mínimo de 1,400 materiales, y más de 2,000, como máximo.

En la actualidad, nuestros autores y autoras, entre 2019 y 2020, provienen en su gran mayoría de la unam: de institutos y centros, facultades y escuelas (lo mismo del bachillerato que de los niveles profesionales y el posgrado), y de dependencias como la dgtic y la cuaieed. También se reciben continuamente contribuciones de diversas instituciones de educación superior de prácticamente todos los estados de la República. Asimismo, llegan artículos provenientes de los Estados Unidos de Norteamérica, Canadá, Alemania, Reino Unido, Holanda y Argentina, entre otros países.

En lo referente a nuestros lectores y lectoras, en estos mismos años, 2019 y 2020, sabemos que nos leen más mujeres (65.1% en 2019, 69.5% en 2020) que hombres (34.9% en 2019, 30.5% en 2020); que sus rangos de edad oscilan de los 18 a los 65 años y más. No obstante, quienes más nos visitan se encuentran en el rango de 25 a 34 años. También conocemos que aproximadamente 75% de nuestro público proviene de nuestro país, 2% de Estados Unidos de Norteamérica, 1.8% de España y el resto –21.2%– de América Latina, principalmente de Colombia, Perú, Argentina, Ecuador, Chile, Bolivia, Venezuela y Guatemala.

No son datos menores los que hemos expuesto en los párrafos anteriores acerca de nuestra entrañable e indispensable publicación: la rdu es la primera revista digital de la unam y cumple 21 años de aparición ininterrumpida. Es una publicación arbitrada e indexada en la que se han abordado temáticas que conjuntan todas las áreas del conocimiento, todas las problemáticas que ocupan o preocupan a la comunidad universitaria, mexicana y a la humanidad entera. En sus contenidos se han presentado todas las posturas y los enfoques clásicos, así como los más vanguardistas, innovadores y disruptivos; más existenciales y universales; asombrosos, confrontativos, dolorosos o motivadores, para conocer, asombrar y mover a la acción; todos aquellos asuntos resultado de la capacidad humana de observar con mirada penetrante aquello que nos “dice” el mundo natural, el social y el humanístico que nos rodea. De ahí que podamos afirmar que la misión de la rdu, que es mostrar y comunicar, se ha cumplido y se cumple justamente, y que ello puede marcar para sus visitantes la diferencia, el antes y el después de la aproximación a una lectura que nos conmueve.

Por todo ello, les invitamos a que nos acompañen y revisen las doce contribuciones que conforman este número 202, multitemático. En la sección Varietas se publican seis trabajos que, desde distintos campos del conocimiento, nos introducen en temas de vanguardia y de asombro, de reflexión urgente o de discusión obligada.

En el primero de ellos, Héctor Hugo Cerecedo Núñez y Patricia Padilla Sosa, ambos de la Facultad de Física de la Universidad Veracruzana, presentan el artículo “Física aplicada: apoyo al combate de la pandemia covid-19”, en el cual plantean cómo a través de la aplicación de métodos y conceptos, pruebas experimentales y sus resultados, propios de esta disciplina, se está apoyando al entendimiento del virus sars-CoV-2, causante de la enfermedad covid-19, así como la manera de combatirlo. Desde su perspectiva, la física aplicada ha contribuido a comprender el origen del virus, su composición y estructura, y sus formas de contagio y de propagación. Además, desde este conocimiento se puede proponer un control de su acción e, inclusive, una posible cura.

El siguiente artículo, “Disfunciones cognitivas en adultos mayores con depresión”, escrito por Jorge Darío López Sánchez y Dora Elizabeth Granados Ramos, de la Universidad Veracruzana, describe las disfunciones cognitivas significativas presentes en adultos mayores con depresión, los tratamientos usuales basados en Inhibidores Selectivos de la Recaptación de Serotonina (isrs), las limitaciones que éstos presentan y las pautas de tratamiento alternativo que los autores proponen.

Por su parte, Rafael Antonio López Martínez, Raquel Daza y Rocío Alcántara, del Instituto de Geología de la unam y de la Facultad de Ciencias de la unam, en su artículo “Cuevas volcánicas: entre la realidad y la ficción”, narran el proceso de investigación y los resultados obtenidos en el estudio del tubo de lava de Chimalacatepec, en México. Se trata de una de las pocas investigaciones de este tipo realizadas en nuestro contexto, que les ha permitido descubrir y estudiar la multiplicidad de microorganismos únicos en este tipo de hábitats, y su potencial para comprender más sobre el origen de la vida, o la posibilidad de hacer comparaciones futuras de formas de vida en otros planetas, como Marte, con condiciones extremas.

“Conchas marinas: exquisitos termómetros” es un texto de Javier Medina-Sánchez, quien desde la investigación que realiza en la Universidad de Stirling, Escocia, da a conocer una novedosa técnica de isótopos estables agregados (clumped isotopes), a través de la cual se puede conocer la temperatura del agua en la que se formaron las conchas marinas. Esta sofisticada técnica permite analizar las diferencias entre las masas de la multitud de átomos de oxígeno y carbono que las componen.

En el artículo “¿Hacia una nueva ‘tabla periódica’?”, elaborado por Iván de Jesús Arellano Palma, estudiante de la Maestría en Filosofía de la Ciencia de la unam, se hace un reconocimiento de la tabla periódica de elementos creada hace 150 años por el químico ruso Mendeléiev, cuya validez y valor han sido incuestionables. Señala, sin embargo, que durante ese tiempo dicha tabla sólo ha sufrido cambios mínimos, como el del acomodo de los elementos de acuerdo con la masa atómica, al del número atómico, que propuso el físico Henry Moseley. Y se atreve a plantear algunas preguntas como las siguientes: ¿algún día existirá un reemplazo a esta tabla periódica? Y si lo hubiera, ¿cuáles serían las razones para ello?

En el último de los trabajos de la sección, “¿Héroes o villanos? Azúcares en la salud y la enfermedad”, Ángela Ávila Fernández, Sandra del Moral y María Elena Ortiz-Soto, de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, el Instituto Tecnológico de Veracruz y la Universidad de Würzburg, Alemania, respectivamente, plantean la errónea y generalizada asociación que considera a los azúcares como nocivos para nuestra salud y causa principal de enfermedades como la caries, diabetes y obesidad. En redes sociales, blogs y revistas, se refuerza frecuentemente esta idea de que los azúcares son los “villanos malvados” que tenemos que evitar. Sin embargo, se desconoce que, además de los relacionados con la dieta, existen otros azúcares con gran diversidad funcional, cuyo papel es fundamental en varios eventos fisiológicos y patológicos, pues ellos son los que los dirigen, regulan o acompañan, y su ausencia tiene efectos en la salud y la enfermedad.

En la sección Universidades, en el trabajo titulado “Transición de la educación media superior a la educación superior: estudio en la unam”, los autores Melchor Sánchez, Careli Herrera, Enrique Buzo, Manuel García, Marypaola Maya y Adrián Martínez, presentan un estudio de seguimiento de las trayectorias escolares de los estudiantes universitarios que pasan de la educación media superior a la superior, el cual explora el desempeño escolar y la eficiencia terminal de los estudiantes de la generación 2009 del bachillerato de la unam (tanto del Escuela Nacional Preparatoria como del Colegio de Ciencias y Humanidades), a lo largo de su paso por dicho nivel educativo, y la interrelación con su desempeño escolar y regularidad durante el primer año de la licenciatura. Los resultados de estos estudios son de relevancia ya que permiten identificar, desarrollar e impulsar, de manera precisa, las necesidades de acompañamiento al estudiantado, con el fin de abatir el abandono y el rezago escolares en el nivel profesional.

Por su parte, en la colaboración “Trabajo social en la educación: el futuro del bienestar infantil”, Julio César Matus Avendaño, Lizbeth Alejandra Cornejo Hernández y Valeria López Pérez, de la Escuela Nacional de Trabajo Social de la unam , exponen la importancia y facetas de la participación de los profesionales de este campo en el logro de los objetivos que se plantean las instituciones educativas, destinadas a ofrecer educación básica, la cual, en nuestro contexto, incluye la educación inicial y los niveles preescolar, primaria y secundaria.

En la última contribución de esta sección, Larisa Enríquez Vázquez y Myrna Hernández Gutiérrez, de la cuaieed, nos presentan el artículo “Alumnos en pandemia: una mirada desde el aprendizaje autónomo”, en el cual exponen los resultados obtenidos en un estudio que inició en el marco de la pandemia de la covid-19, en el que durante el mes de mayo de 2020 se aplicó el Cuestionario Aprendizaje autónomo en tiempos de covid-19. Este estudio, centrado en el concepto de aprendizaje autónomo, considera formar a las y los estudiantes como aprendices autogestivos permanentes, con la capacidad de tomar el control y regular sus procesos de aprendizaje para el resto de la vida.

En la sección Continuum educativo se presentan dos artículos. El primero de ellos es la colaboración de Jesús Carlos Salazar Peña, académico de la Universidad Autónoma de Madrid, quien da a conocer “AlfaBtiCs para la mejora de habilidades y conocimientos digitales”, un curso digital multimedia que ha permitido capacitar al profesorado en los procesos de adaptación, comprensión, aplicación e implementación de las tecnologías en la educación. AlfaBtiCs es una herramienta que permite a los profesores comprender algunos elementos básicos, tales como la interfaz de usuario, la navegación por internet y la búsqueda, así como el uso y presentación de información en la práctica docente, en beneficio del aprendizaje del estudiantado.

Por su parte, Jesús Martínez Pérez y Berenice Martínez Cuatepotzo, docentes de la Facultad de Química de la unam y del cch Sur, respectivamente, proponen dos estrategias para la enseñanza de la química en el nivel medio superior, mismas que utilizan como herramientas principales el teléfono inteligente (smartphone ) y la fotografía. Desde su experiencia, nos muestran “La fotografía en el aula de ciencias: propuestas didácticas”, las que, además de lograr los aprendizajes estipulados en los programas de estudios, permiten que el estudiante se relacione con su entorno y desarrolle habilidades de expresión escrita y de intercambio de ideas.

Finalmente, en la sección Caleidoscopio, Federico Morales Corona nos comparte un podcast titulado “¿Cómo prevenir la caries dental?”. Éste es resultado de un ejercicio de divulgación en medios digitales, en el que se reúnen el conocimiento del especialista, la voluntad de compartir información, y el esfuerzo y creatividad implicados es crear un producto de difusión, que pueda llegar a todos y que logre ser atractivo.

Como puede verse, los doce trabajos de que se compone este número marzo-abril de 2021 presentan temas para todas y todos. Les invitamos a leernos a su ritmo, desde sus puntos de interés, y a retroalimentar con sus comentarios nuestro quehacer y el de nuestras autoras y autores.

Referencias

• Estrada Corona, A. (2015, 1 de marzo). Revista Digital Universitaria: 15 años del quehacer universitario en línea. Revista Digital Universitaria, 16(3). http://www.revista.unam.mx/vol.16/num3/art17/art17.pdf
• Del Ángel Martínez, R. M. y Carranco Arenas, M. P. (2020, 11 de septiembre). Comité editorial Revista Digital Universitaria [diapositivas]. Revista Digital Universitaria.
• Objetivos. (2000). Revista Digital Universitaria, 1(1). http://www.revista.unam.mx/vol.1/

Resumen

Casi todos hemos admirado la exquisita arquitectura de las conchas marinas, sus colores y disfrutado su delicioso contenido ¿Sabía usted que su química nos puede decir la temperatura del mar? Si tomamos la concha de una almeja o un ostión y analizamos las diferencias entre las masas de la multitud de átomos de oxígeno y carbono que la componen, podemos saber la temperatura a la que se formó, y con ello, la temperatura del agua. Esto es gracias a la novedosa técnica de isótopos estables agregados, una celebridad científica relativamente nueva y conocida internacionalmente por su nombre en inglés como “clumped isotopes”. El descubrimiento de la propiedad que tienen algunos átomos pesados de unirse entre ellos con mayor o menor frecuencia, dependiendo de la temperatura, y la posibilidad de medir esta propiedad, abren grandes perspectivas de avances en numerosos campos científicos.
Palabras clave: isótopos estables, minerales biológicos, carbonatos de calcio, termómetro marino.

Seashells: exquisite thermometers

Abstract

Seashells are highly prized for their exquisite architecture, colours and in some cases, their delicious content. Did you know that the chemistry of those shells can tell us the temperature of the sea? If we analyse how common it is for oxygen and carbon atoms of different masses to come together within an oyster or mussel shell, we can work out the temperature at which those shells were formed, and from that we can infer the sea water temperature. This is possible thanks to the cutting-edge technique of clumped isotopes, one of the most recent international celebrities in Earth Sciences. The discovery many decades ago of the property of some heavy atoms to bond with each other more or less frequently, depending on the temperature, and the recent advances which have made it possible to measure such a property, have opened up new possibilities for diverse scientific fields.
Keywords: clumped stable isotopes, biominerals, calcium carbonate, thermometry.

Introducción

Conocer cómo ha cambiado la temperatura del mar durante cientos, miles y millones de años ha sido un enorme reto para la comunidad científica dedicada a estudiar la evolución biológica y geológica en la Tierra. Este conocimiento es importante ya que permite tener ideas más claras sobre el futuro de los ecosistemas ante los cambios climáticos que se avecinan. Uno de los avances más importantes dentro de los estudios sobre el cambio climático pasado es el uso de moléculas formadas por diferentes combinaciones de carbono y oxígeno como termómetros (Eiler, 2007).

Las conchas marinas están hechas de una sustancia llamada carbonato de calcio, y cada una de estas moléculas está formada de un átomo de calcio (Ca), uno de carbono (C) y tres de oxígeno (O₃). Su fórmula química se expresa como CaCO₃. Este es un mineral blanquecino al que las conchas le deben su dureza y durabilidad; mientras que su gran variedad de colores se la deben a otros compuestos orgánicos. Lo que crea una exquisita diversidad (Ver la Figura 1).

Figura 1. Los biominerales marinos, con su exquisita arquitectura y colores, son además una rica fuente de información científica.

Debido a que el carbonato de calcio es un mineral hecho por un ser vivo, le llamamos biomineral (Crichton, 2019). La parte dura de nuestros dientes es también un ejemplo de biomineral, pero hecho en su mayor parte de fosfato de calcio. Sorprendentemente, muchos biominerales de carbonato de calcio representan una valiosa fuente de información sobre la temperatura del mar en el pasado geológico. A continuación, se presenta una breve explicación sobre cómo es que este biomineral puede funcionar como termómetro.

Un mar de termómetros

Para crear sus conchas de carbonato de calcio, los organismos marinos toman los elementos químicos del agua que les rodea, y al hacerlo llevan a su interior información de la temperatura del momento. Además de los moluscos, existen muchos otros organismos marinos que crean estructuras duras en forma de conchas y esqueletos de carbonato de calcio, como por ejemplo, los corales, algunas algas, los braquiópodos, las galletas y el erizos de mar; también algunos organismos microscópicos como los foraminíferos. Estos seres vivos han depositado sus conchas y esqueletos en el fondo del mar de manera continua, durante muchos millones de años, incluso formando muchas de las rocas que hoy en día se observa en la corteza terrestre. Debido a esto podemos decir que los biominerales de carbonato de calcio marino son, en conjunto, uno de los termómetros más abundantes en nuestro planeta, son un verdadero mar de termómetros.

El termómetro de los pesos pesados

La clave, para investigar la temperatura del agua a la que los biominerales se formaron, está en el carbono y en el oxígeno de la molécula de carbonato de calcio. Primero hay que recordar que no todos los átomos de un elemento son iguales. Consideremos a el carbono como ejemplo, en la naturaleza algunos átomos de carbono tienen una mayor masa que otros, el peso pesado más conocido es el carbono catorce, identificado con el símbolo ¹⁴C (el número 14 es el resultado de sumar los 6 protones y los 8 neutrones en su núcleo). Mucho se ha hablado del carbono catorce en disciplinas como la arqueología y en estudios del cambio climático por su uso para conocer la edad de algunas moléculas orgánicas antiguas, pero no es útil como termómetro debido a su propiedad radiactiva que provoca que cambie con el tiempo hasta convertirse en uno más ligero.

Existen otros átomos de carbono más ligeros que el ¹⁴C, que no son radioactivos y que por ello no cambian con el tiempo, el doce y el trece (¹²C y ¹³C). A estos “hermanos” les llamamos isótopos estables, siendo el ¹³C el más pesado de los dos por tener en su núcleo un neutrón más que el ¹²C. De la misma forma, existen oxígenos ligeros y pesados; pero para nuestro termómetro, sólo sirven el dieciséis (¹⁶O), diecisiete (¹⁷O) y dieciocho (¹⁸O). Cuando tenemos dos o más isótopos pesados de estos elementos en la misma molécula de CO₂, les llamamos isótopos agregados. Si le es más fácil para recordar, usted les puede llamar: agrupados, amontonados, aglomerados, en mazacote, apelotonados, en bola, congregados, etc. (Ver Figura 2).

Figura 2. Cuando en una molécula de dióxido de carbono hay dos o más isótopos pesados, se les considera como isótopos agregados.
Fuente: elaboración propia.

Son esas diferencias de peso las que se usan para saber la temperatura a la que se formó el biomineral, así, podemos encontrar moléculas de carbonato de calcio formadas exclusivamente de isótopos ligeros (Ca ¹²C ¹⁶O ¹⁶O ¹⁶O); solamente de sus versiones más pesadas (Ca ¹³C ¹⁸O ¹⁸O ¹⁸O) o combinaciones intermedias (Ca ¹²C ¹⁷O ¹⁶O ¹⁷O). Para calcular la temperatura debemos medir qué proporción de todas las moléculas de carbonato de calcio de una muestra están formadas por dos o más átomos pesados. Otra diferencia fundamental en este termómetro es que los pesos pesados son extremadamente raros, en la naturaleza solo el 0.04 % del oxígeno es ¹⁷O y el 0.2 % es ¹⁸O, mientras que el restante 99.76 % es ¹⁶O (Vea el sitio web de la International Atomic Energy Agency).

Arrímese, que hace frío

Para formar sus biominerales de carbonato de calcio, los seres vivos tienen a su disposición una mezcla de isótopos de carbono y oxígeno ligeros contenidos en las moléculas de dióxido de carbono (CO₂), carbonatos (CO₃^2-) y bicarbonatos (HCO₃^–) que están disueltos en el agua. Hay dos aspectos a considerar: primero, los átomos ligeros vibran y reaccionan más rápido que los pesados para unirse a otros y formar nuevas moléculas; segundo, al disminuir la temperatura, también lo hace la velocidad a la que todos los átomos reaccionan.

Para formar moléculas de carbonato de calcio, los átomos de calcio, carbono y oxígeno tienen que “colisionar” entre sí en una reacción química. Imaginemos que vamos a formar muchas millones de moléculas de CaCO₃, con sólo el 0.2 % de los átomos disponibles de cada elemento siendo pesados (¹³C, ¹⁸O y ¹⁷O) y el resto (99.8 %) siendo ligeros (¹²C y ¹⁶O). Cuando hace calor, es como un gran baile en un verano tropical y con mucha “buena vibra”, por lo que es más probable que, al “bailar” a mucha velocidad, cada uno de los pesos pesados se unan por separado a uno ligero, ya que las vibraciones y colisiones entre los átomos son rápidas y la mayor parte de ellos son ligeros. Así, la inmensa mayoría de las moléculas de carbonato de calcio estaría formada exclusivamente de isótopos ligeros (Ca ¹²C ¹⁶O ¹⁶O ¹⁶O); una proporción muy pequeña tendría un solo isótopo pesado (Ca ¹²C ¹⁶O ¹⁶O ¹⁸O); mientras que en casos extremadamente raros encontraríamos dos o más isótopos pesados en la misma molécula de carbonato de calcio (por ejemplo: Ca ¹³C ¹⁶O ¹⁶O ¹⁸O).

Al bajar la temperatura, los pesos pesados se unen entre sí con mayor frecuencia. Ahora imaginemos que llega la madrugada y hace frío, en el baile de isótopos, los más pesados se vuelven todavía más lentos y son los últimos en levantarse de su silla al iniciar la música; los isótopos ligeros forman pareja primero y los pesados se van quedando solos, por lo que su única opción es formar pareja con otros pesos pesados. Al bajar la temperatura, encontraremos más parejas formadas de dos pesados. Otra forma de entenderlo es pensar en un grupo de pingüinos emperador congregados durante una fuerte tormenta, los pingüinos pesados se mueven con mayor lentitud y por ello son los últimos en unirse al grupo.

Así que, al bajar la temperatura del agua del mar, podemos encontrar con más frecuencia dos, o más isótopos pesados unidos entre sí formando la misma molécula de carbonato de calcio en una concha o esqueleto de un organismo marino (por ejemplo: Ca ¹³C ¹⁶O ¹⁶O ¹⁸O y Ca ¹³C ¹⁶O ¹⁷O ¹⁸O). En resumen, entre más fría sea el agua, mayor será la proporción de moléculas hechas de dos o más isótopos pesados en este biomineral (Ver Figura 3).

Figura 3. El termómetro de isótopos agregados solo sirve si al disminuir la temperatura, los isótopos pesados se agrupan con más frecuencia de lo que lo harían al azar. Las uniones al azar entre átomos pesados y ligeros ocurren a temperaturas muy altas, cerca de los mil grados centígrados.
Fuente: elaboración propia.

¿Qué tan caliente es frío?

Para calibrar el termómetro de isótopos agrupados, primero hay que medir su proporción en una muestra y compararla con una ya conocida, llamada estándar que en este caso es el valor al azar. Funciona así: si calentamos una muestra de CO₂ a mil grados o más, los átomos ligeros y pesados se unirán entre ellos al azar, dependiendo solamente del número de ligeros y pesados de cada elemento, no de su masa, porque debido a tanta energía disponible, el peso no hace ninguna diferencia y todos se comportan prácticamente igual, como si todos pesaran lo mismo; es decir, no hay agregación de isótopos. Dicho de otra forma, a mil grados, la agregación es igual a cero y a partir de ese punto, al bajar la temperatura, los pesados se agregaran con más frecuencia de lo que lo harían a 1000 grados (agregación 0), así que podemos concluir que estos no se agregan al azar (Ver Figura 3).

Una báscula para las moléculas

Para saber las diferencias de masa del oxígeno y el carbono no se usa estrictamente una báscula, sino un instrumento llamado espectrómetro de masas de proporciones de isótopos. Lo primero que se hace para interrogar a los biominerales de carbonato de calcio es disolverlos en ácido muy caliente, generalmente a 90 °C. Al hacerlo se obtiene el gas dióxido de carbono (CO₂), el cual se purifica y se hace pasar a lo largo de un tubo al vacío donde se le quita un electrón, provocando que se convierta en ion, es decir, adquiere una carga eléctrica.

Las moléculas continúan su trayectoria, llegando a una parte en forma de “L” del tubo al vacío, misma que está en contacto con un enorme imán que es el encargado de desviar la trayectoria de las moléculas cargadas eléctricamente dependiendo de su peso. Las moléculas de CO₂ más pesadas (mazacotes de isótopos) sólo chocarán con el detector que esté calibrado, alineado y posicionado para recibirles al final del tubo; mientras que las moléculas de menor masa (hechas de isótopos ligeros) adoptan trayectorias diferentes y llegan a otros detectores. De esta forma podemos medir la proporción de isótopos estables agregados en una muestra.

Un termómetro en peligro

La evolución ha permitido el desarrollo de múltiples formas de biominerales. La biología de cada especie es la encargada de controlar de manera exquisita y con mucho rigor tanto el tipo de mineral que se produce, como la forma en que se une cada uno de los miles de minerales individuales para formar estructuras como las conchas. Dependiendo de la forma en que los átomos de CaCO₃ se distribuyen en el espacio, se pueden formar diferentes tipos de mineral, como el aragonita, la calcita o el simple carbonato de calcio sin forma definida (amorfo). Pensemos en cada mineral como un ladrillo y cada especie biológica como un constructor que decide el tamaño, la forma, el tipo de material del que fabricará esos ladrillos y también decidirá la forma en que los unirá entre sí para construir una casa o edificio. Cada especie tiene la habilidad de controlar la fabricación de sus estructuras biominerales, y de ella depende la eficiencia de la función de cada biomineral.

La formación y estructura de los biominerales marinos pueden estar en riesgo debido al acelerado incremento en la emisión de CO₂ a la atmósfera, producto de múltiples actividades humanas. Este gas, además de que contribuye enormemente al calentamiento global, tiene un gran efecto en la acidificación del mar, lo cual causa que, algunas especies como los mejillones, tengan un menor control sobre el tipo de biomineral que producen y sobre la forma en que se unen entre ellos. Así que la acidificación del mar puede afectar negativamente la función protectora de la concha de estos organismos (Fitzer, et al., 2016). La información sobre la temperatura del mar contenida en las conchas marinas, está en su química, y no en su estructura, por lo que los estudios de isótopos estables son de gran valor para entender futuros riesgos del cambio climático.

Usos de la termometría de isótopos estables agregados

Los isótopos agrupados, además de saber la temperatura del mar, ya sea de hoy, o de millones de años atrás, pueden servir para hacer muchos otros descubrimientos. Por ejemplo, la técnica de termometría de isótopos pesados se emplea para conocer la temperatura corporal de algunos dinosaurios (Dawson et al., 2020); la velocidad a la que sistemas montañosos se han elevado (Spencer y Kim, 2015); así como para realizar estudios sobre el origen del metano, otro importante gas de efecto invernadero. Estas aplicaciones y muchas otras más son posibles gracias a que los carbonatos de calcio se forman en una multitud de sistemas terrestres, incluyendo sistemas no marinos, como suelos, lagos, cuevas y algunas plantas.

Estudios de isótopos estables agregados en México

El autor de este artículo, en colaboración con investigadores de la unam en México y las Universidades de Stirling y Glasgow en el Reino Unido realizan investigaciones empleando isótopos agregados de la región de Tehuacán en el centro-sur de México donde estudian, con dicha técnica, muestras de moluscos fósiles para conocer la temperatura del agua del mar Cretácico hace más de 100 millones de años. También se analizan algas coralinas modernas de las costas de Australia, Costa Rica, Escocia, Groenlandia, del Pacífico Mexicano y Noruega, con el objetivo de refinar la calibración de nuestro exquisito termómetro y evaluar su aplicación usando otros grupos de organismos marinos productores de biominerales.

Otras interesantes líneas de investigación que se llevan a cabo actualmente en la reserva de la Biósfera de Tehuacán-Cuicatlán incluyen el estudio de biominerales formados por cactus gigantes, minerales de carbonatos en suelos modernos, en suelos fósiles y en rocas para obtener información sobre el levantamiento de una parte de la Sierra Madre del Sur. Estos estudios permitirán complementar trabajos previos sobre la evolución natural de la región. Se recomienda ver el video que el autor en colaboración con otros investigadores realizaron sobre el tema de termometría de isótopos pesados: https://vimeo.com/448922079.

Conclusión

El uso de los isótopos estables agrupados en fósiles hechos de carbonatos está revolucionando los estudios sobre el cambio climático, se trata de una técnica relativamente nueva, nacida de la Geoquímica y con apenas un poco más de una década de consolidación. Y aunque en el presente, solo existe un puñado de laboratorios en el mundo equipados para realizar tales trabajos, los avances recientes abren grandes perspectivas de descubrimientos en otros campos de la ciencia.

Es tiempo de pensar qué estudios sobre procesos geológicos, químicos y biológicos pueden beneficiarse de la posibilidad de poner en la báscula a los pesos pesados de los isótopos y qué preguntas científicas relevantes se pueden responder y explorar si dichos avances analíticos pueden ayudar a resolver algunos de los problemas globales que enfrentamos todos.

Referencias

• Crichton, R. (2019). Biomineralization. [R. Crichton, ed.]. Biological Inorganic Chemistry, 3, 517-544.
• Dawson, R. R., Field, D. J., Hull, P. M., Zelenitsky, D. K., Therrien, F. y Affek, H. P. (2020). Eggshell geochemistry reveals ancestral metabolic thermoregulation in Dinosauria. Science Advances, 6 (7), eaax9361. https://doi.org/10.1126/sciadv.aax9361.
• Eiler, J. M. (2007). Clumped-isotope geochemistry—The study of naturally-occurring, multiply-substituted isotopologues. Earth and Planetary Science Letters, 262, 309-327. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2007.08.020.
• Fitzer, S. C., Chung, P., Maccherozzi, F., Dhesi, S., Kamenos, N., Phoenix, V.R. y Cusack, M. (2016). Biomineral shell formation under ocean acidification: a shift from order to chaos. Scientific Reports, 6 (21076), 1-7. https://doi.org/10.1038/srep21076.
• Spencer, C. y Kim, S. (2015). Carbonate clumped isotope paleothermometry: a review of recent advances in CO2 gas evolution, purification, measurement and standardization techniques. Geosciences Journal, 19, 357-374. https://doi.org/10.1007/s12303-015-0018-1.

Sitios web

• International Atomic Energy Agency: https://nds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/VChartHTML.html.

Recepción: 08/05/2020. Aprobación: 18/01/2021.

Resumen

La depresión es uno de los trastornos mentales con mayor prevalencia a nivel mundial. Quien la padece ve afectada su funcionalidad diaria debido a la sintomatología negativa, aislamiento social y disminución de la actividad psicomotora. Si se presenta durante el envejecimiento, puede incapacitar a la persona cuando, además de los síntomas depresivos, existen alteraciones cognitivas significativas. El tratamiento usual para los trastornos depresivos son los Inhibidores Selectivos de la Recaptación de Serotonina (isrss), no obstante, en los adultos mayores que presentan disfunción ejecutiva, dicho tratamiento puede tener menor efectividad, por lo que se deben analizar otros fármacos y métodos psicoterapéuticos que mejoren la calidad de vida de las personas. Por lo anterior, el objetivo de este artículo fue proporcionar una descripción de las disfunciones cognitivas presentes en adultos mayores con depresión, así como brindar algunas pautas para su tratamiento.
Palabras clave: funciones ejecutivas, depresión, cognición, terapia.

Cognitive dysfunctions in older adults with depression

Abstract

Depression is one of the most prevalent mental disorders worldwide. The daily functionality of those who suffer from it is affected due to negative symptoms, social isolation, and decreased psychomotor activity. If it occurs in an elderly person, it can be incapacitating when, in addition to depressive symptoms, it is accompanied by cognitive disorders. The usual treatment for depressive disorders is Selective Serotonin Reuptake Inhibitors (ssris), however, in elderly adults with executive dysfunction, this treatment may be less effective, thus other psychotherapeutic drugs and methods should be analyzed to improve people’s quality of life. Therefore, the objective of this article is to provide a description of the cognitive dysfunctions present in older adults with depression, as well as some guidelines for their treatment.
Keywords: executive function, depression, cognition, therapy.

Introducción

La depresión es un trastorno mental común que se caracteriza por un estado anímico alterado, en el que el enfermo presenta tristeza, anhedonia,1 sentimientos de culpa e inferioridad; también se ve afectado el apetito, el sueño, y la capacidad cognitiva (American Psychological Association [apa], 2020). En 2015, se estimó que más de 300 millones de personas padecen este trastorno y se considera que es una de las principales causas de discapacidad, a diferencia de la tristeza, el miedo o alguna otra emoción exacerbada. La depresión es una enfermedad que puede ser diagnosticada clínicamente y tratada con fármacos antidepresivos y psicoterapia. El riesgo de padecerla se incrementa por condiciones de pobreza, enfermedad, abuso de sustancias, desempleo, o por eventos de la vida adversos como el fallecimiento de algún familiar y la insatisfacción profesional (ver figura 1). Las mujeres tienen mayor prevalencia de depresión que los hombres (5.1% contra 3.6% a nivel mundial). Asimismo, las muertes por suicidio derivadas de una depresión se calculan en alrededor de 800 000 personas al año, por lo que es uno de los trastornos que los organismos de salud pública buscan prevenir e intervenir (World Health Orgnization [who], 2017; 2019).

Figura 1. Factores y síntomas asociados a la depresión en el envejecimiento.
Elaboración propia basada en: WHO, 2017; APA, 2020.

En reportes derivados de datos provenientes del Institute for Health Metrics and Evaluation (Ritchie y Roser, 2018), se describe la depresión como el segundo trastorno de salud mental de mayor prevalencia, con 3.4% a nivel mundial, únicamente sobrepasado por los trastornos de ansiedad cuya prevalencia es de 3.8%. En México, la prevalencia de la depresión es de 2.8%, que corresponde a 3.3 millones de mexicanos. Ésta incrementa en función de la edad, duplicándose a partir de los 50 años (6% de 50 a 69 años y 6.2% para los mayores de 70 años), de modo que es más frecuente en la población envejecida (Ritchie y Roser, 2018). Si el episodio depresivo se presenta por primera vez en este último rango de edad, se diagnostica como depresión tardía (late life depression) y, de no tratarse, puede incrementar la mortalidad al disminuir el autocuidado ante enfermedades crónicas como la diabetes o la hipertensión, y al aumentar la probabilidad de desarrollar demencia (Fischer et al., 2008; Weisenbach, Boore, y Kales, 2012; Brown et al., 2014; Ritchie y Roser, 2018).

Procesos cognitivos afectados en la depresión

Los trastornos depresivos, además de modificar el estado anímico, también afectan la forma en que la persona percibe los estímulos de su entorno: disminuyen las respuestas conductuales y cognitivas, se modifican negativamente los significados que se asignan a las experiencias personales y se deteriora el desempeño de procesos psicológicos como la memoria y la atención (Bogner et al., 2007; Donovan et al., 2017; Pantzar et al., 2017; Baune et al., 2018).

Las complicaciones cognitivas presentes en la depresión deben considerarse a profundidad, dado que dichas complicaciones van a decrementar la capacidad personal para interactuar socialmente, continuar actividades laborales, y apegarse a tratamientos farmacológicos y psicoterapéuticos (Pantzar et al., 2017; Weisenbach, Boore y Kales, 2012; Baune et al., 2018).

En adultos mayores, los procesos cognitivos más afectados en personas con depresión son la memoria, la atención, la velocidad de procesamiento de la información, las funciones ejecutivas y la fluidez verbal (Fischer et al., 2008; Crocco, Castro y Loewenstein, 2010; Weisenbach, Boore y Kales, 2012; Pantzar et al., 2017; Thomas y O’Brien, 2008). No obstante, dichos déficits pueden aminorarse después del tratamiento, a esto se le denomina reversibilidad del síntoma. Debido a ello, algunos investigadores consideran que los déficits en los procesos cognitivos, a excepción de los de velocidad de procesamiento, son un estado transitorio asociado con la depresión y no un rasgo característico del trastorno, de ahí la importancia de atenderlos (Pantzar et al., 2017).

Se han descrito tres subtipos de disfuncionalidad cognitiva, asociadas con depresión, en adultos mayores. El primer subtipo se caracteriza por presentar únicamente complicaciones en la memoria. Los otros dos presentan combinaciones de dificultades de memoria y funciones ejecutivas o de memoria y atención. Sin embargo, quienes presentan disfunciones ejecutivas tienden a ser los de mayor alteración funcional y, aún cuando la sintomatología depresiva disminuye, estos adultos mayores mantienen algunas complicaciones cognitivas, por lo que la identificación temprana permite implementar estrategias terapéuticas más adecuadas para ellos (Crocco, Castro y Loewenstein, 2010; Weisenbach, Boore y Kales, 2012).

De los procesos mencionados, la disfunción ejecutiva suele agravar la calidad de vida de las personas, esto se debe a que las funciones ejecutivas son responsables de la planificación conductual, la secuenciación de actividades y pensamientos, la abstracción y la integración emocional. Por esta razón, su deterioro afecta la capacidad de realizar las actividades de la vida diaria (avd), tales como bañarse, vestirse, alimentarse, movilizarse, usar el sanitario, y también impacta en las actividades instrumentales de la vida diaria (aivd), entre las que se incluyen el cuidado de otras personas o mascotas, uso de dinero, cuidado del hogar, preparación de los alimentos, o la adquisición de productos diversos (Alexopoulos, 2001; Weisenbach, Boore y Kales, 2012). Por otra parte, la velocidad de procesamiento (también afectada en la disfunción ejecutiva) permite mantener y manipular información para su uso posterior. Si dicha velocidad decrementa, afectará directamente el desempeño de los procesos de atención y memoria, por lo tanto, el adulto mayor tendrá dificultad para realizar las actividades que dependan de ellos (Thomas y O’Brien, 2008).

En las disfunciones ejecutivas existe un desempeño disminuido en tareas en las que se debe inhibir la respuesta, como la tarea stroop. En ella, se le presenta al evaluado nombres de colores (verde, rojo, azul o amarillo), impresos en tinta de un color que no concuerda con su nombre (palabra verde impresa en tinta azul), por lo que la persona debe leer las palabras e inhibir una de las dos características (generalmente el nombre) para responder a lo que el evaluador solicita. El desempeño disminuido en ésta y en otras pruebas enfocadas en la planeación conductual se ha asociado con efectos retardados del tratamiento farmacológico y a incrementos en la probabilidad de presentar otro episodio depresivo. Esto se debe a que dichos síntomas son característicos de la depresión isquémica subcortical, también llamada depresión vascular, condición que resulta en el endurecimiento de los vasos sanguíneos, lo que, en consecuencia, impide el flujo normal de la sangre al cerebro, afectando principalmente estructuras subcorticales y de proyecciones hacia la corteza prefrontal, que se encarga del procesamiento ejecutivo (Alexopoulos, 2001; Bogner, et al., 2007; Brown et al., 2014).

Se ha propuesto un modelo para explicar los déficits ejecutivos presentes en los trastornos depresivos, que se ha denominado disfunción ejecutiva depresiva, traducido de su nombre en inglés: depression-executive dysfunction (ded). Los que padecen ded presentan, además de alteraciones en funciones ejecutivas, retraso psicomotor, sintomatología depresiva limitada y dificultad para realizar actividades diarias (Alexopoulos, 2001).

Dicho modelo busca predecir la respuesta de las personas al tratamiento de la depresión con fármacos antidepresivos y considera que la sintomatología depresiva puede ser resultado de anormalidades neuroanatómicas en los circuitos fronto-límbico y fronto-estriado (Alexopoulos, 2001), que son responsables, entre otras funciones, de la regulación del estado anímico y del funcionamiento ejecutivo (ver figura 2). Además, las explicaciones de este modelo concuerdan con otras condiciones como la depresión vascular, descrita previamente (McLennan y Mathias, 2010).

Figura 2. Interacción entre estructuras subcorticales y la corteza prefrontal.
Elaboración propia basada en: Alexopoulos, 2001.

Actualmente, el abordaje farmacológico principal para el trastorno depresivo consiste en el tratamiento con Inhibidores Selectivos de la Recaptación de Serotonina (isrs), que, al bloquear el proceso recaptación de serotonina (5-HT) hacia la neurona presináptica, incrementan la cantidad de este neurotransmisor en la hendidura sináptica, favoreciendo así su disponibilidad para los receptores de la neurona postsináptica (ver figura 3). No obstante, los isrs tienen poco o nulo efecto sobre la concentración de otros neurotransmisores (Hiemke y Härtter, 2000).

Figura 3. Mecanismo de acción de los Inhibidores Selectivos de la Recaptación de Serotonina.
Elaboración propia basada en: Hiemke y Härtter, 2000.

Por su parte, el modelo ded se fundamenta en la alteración de los mecanismos de neurotransmisión necesarios para llevar a cabo las funciones ejecutivas, entre los que se encuentran la dopamina, la norepinefrina, la histamina, la acetilcolina y la serotonina, por lo que se propone que, en las personas con disfunción ejecutiva depresiva, la respuesta al tratamiento con isrs será menor (McLennan y Mathias, 2010). Derivado de lo anterior, si se detectan a las personas con disfunción ejecutiva y sintomatología depresiva, es posible establecer un plan de tratamiento adecuado para cada caso, que incluya fármacos distintos a los isrs para modificar las concentraciones de los demás neurotransmisores, y así se favorezca el funcionamiento ejecutivo y se disminuyan los síntomas depresivos. En este sentido, es importante que un equipo de psicólogos clínicos, neuropsicólogos y psiquiatras realicen una valoración exhaustiva e integral de las personas atendidas.

Conclusiones

Las complicaciones cognitivas comórbidas al trastorno depresivo en adultos mayores son numerosas. Se pueden observar desempeños bajos en tareas donde participan las funciones ejecutivas, la memoria, la atención y la velocidad de procesamiento. Dichas complicaciones deterioran aún más la calidad de vida del adulto mayor que padece depresión y, de la misma forma, dificultan su desenvolvimiento en actividades cotidianas, al modificar negativamente su autoconcepto y empeorar su sintomatología afectiva.

La evaluación y categorización de las dificultades cognitivas presentes en el trastorno depresivo en personas adultas mayores son herramientas que sirven de guía al profesional para establecer un diagnóstico diferencial entre el deterioro cognitivo comórbido y el trastorno afectivo, así como el que precede a una neuropatología. La identificación temprana de las complicaciones cognitivas permite a los especialistas en salud mental elaborar planes de tratamiento psicoterapéutico individualizados para mitigar los déficits que las personas adultas mayores presentan y establecer un tratamiento farmacológico más apropiado. Sin embargo, en México la prevalencia de enfermedades como obesidad, diabetes e hipertensión es elevada, y estas condiciones de salud también deterioran la función ejecutiva, por lo que son otros factores que considerar.

Es por esto que la valoración neuropsicológica es de suma importancia en el envejecimiento, ya que en los adultos mayores que presentan disfunción ejecutiva comórbida a la sintomatología depresiva, los isrs pueden tener un efecto reducido, por lo que se sugiere analizar el tratamiento con distintos fármacos. El enfoque que ha demostrado mayor efectividad para tratar la depresión es la terapia cognitivo conductual enfocada a resolución de problemas, que favorece el funcionamiento ejecutivo debido a que, durante el proceso psicoterapéutico, la persona identifica situaciones problemáticas, y planea, desarrolla y lleva a cabo estrategias cognitivas y afectivas para afrontarlas, estimulando así, procesos cognitivos y habilidades que mejorarán su calidad de vida. Este enfoque terapéutico es más efectivo si se acompaña de una intervención farmacológica adecuada.

Referencias

• Alexopoulos, G. S. (2001). The depression-executive dysfunction syndrome of late life: a specific target for D3 agonists? Am J Geriatr Psychiatry, 9(1), 22-29. doi: https://www.doi.org/10.1097/00019442-200102000-00004.
• American Psychological Association (apa). (2020). Depression. American Psychological Association. https://www.apa.org/topics/depression/.
• Baune, B., Malhi, G., Morris, G., Outhred, T., Hamilton, A., Das, P., Basset, D., Berk, M., Boyce, P., Lyndon, B., Mulder, R., Parker, G. y Singh, A. (2018). Cognition in depression: Can we THINC-it better? Journal of Affective Disorders, 225, 559-562. doi: https://www.doi.org/10.1016/j.jad.2017.08.080.
• Bogner, H. R., Bruce, M. L., Reynolds iii, C. F., Mulsant, B. H., Cary, M. S., Morales, K. y Alexopoulos, G. S. (2007). The effects of memory, attention, and executive dysfunction on outcomes of depression in a primary care intervention trial: the prospect study. Int J Geriatr Psychiatry, 22, 922-929. doi: https://doi.org/10.1002/gps.1767.
• Brown, P. J., Sneed, J. R., Rutherford, B. R., Devanand, D. P., y Roose, S. P. (2014). The nuances of cognition and depression in older adults: the need for a comprehensive assessment. Int J Geriatr Psychiatry, 29(5), 506-514. doi: https://doi.org/10.1002/gps.4033.
• Crocco, E. A, Castro, K. C. y Loewenstein, D. A. (2010). How Late-Life Depression Affects Cognition: Neural Mechanisms. Current Psychiatry Reports, 12, 34–38. doi: https://doi.org/10.1007/s11920-009-0081-2.
• Donovan, N. J., Wu, Q., Rents, D. M., Sperling, R. A., Marshall, G. A. y Glymour, M. M. (2017). Loneliness, depression and cognitive function in older U.S. Adults. Int J Geriatr Psychiatry, 32 (5), 564-573. doi: https://doi.org/10.1002/gps.4495.
• Fischer, C., Schweizer, T. A., Atkins, J. H., Bozanovic, R., Norris, M., Herrmann, N., Nisenbaum, R. y Rourke, S. B. (2008). Neurocognitive profiles in older adults with and without major depression. Int J Geriatr Psychiatry, 23(8), 851-856. doi: https://doi.org/10.1002/gps.1994.
• Hiemke, C. y Härtter, S. (2000). Pharmacokinetics of selective serotonine reuptake inhibitors. Pharmacology & Therapeutics, 85(1), 11-28. doi: https://doi.org/10.1016/S0163-7258(99)00048-0.
• McLennan, S. y Mathias, J. (2010). The depressión-executive dysfunction (ded) syndrome and response to antidepressants: a meta-analytic review. Int J Geriatr Psychiatry, 25(10), 933-944. doi: https://doi.org/10.1002/gps.2431.
• Pantzar, A., Atti, A. R., Fratiglioni, L., Fastbom, J., Bäckman, L., y Laukka, E. J. (2017). Cognitive performance in unipolar old-age depression: a longitudinal study. Int J Geriatr Psychiatry, 32(6), 675-684. doi: https://doi.org/10.1002/gps.4510.
• Ritchie, H. y Roser, M. (2018, January 20). Mental Health. Our World in Data. https://ourworldindata.org/mental-health.
• Thomas, A. J. y O’Brien, J. T. (2008). Depression and cognition in older adults. Current Opinion in Psychiatry, 21(1), 8-13. doi: https://doi.org/10.1097/YCO.0b013e3282f2139b.
• Weisenbach, S. L., Boore, L. A. y Kales, H. C. (2012). Depression and Cognitive Impairment in Older Adults. Current Psychiatry Reports, 14, 280-288. doi: https://doi.org/10.1007/s11920-012-0278-7.
• World Health Organization: [who]. (2017, January 3). Depression and Other Common Mental Disorders. https://www.who.int/publications-detail/depression-global-health-estimates.
• World Health Organization [who]. (2019, December 19). Mental Health. https://www.who.int/health-topics/mental-health.

Material complementario

Si el lector desea conocer más, los autores recomiendan los libros: El cerebro ejecutivo por Elkhonon Goldberg, Neuropsicología de la corteza prefrontal y las funciones ejecutivas por Javier Tirapu Ustárroz, y Envejencimiento cognitivo por Denise Park y Norbert Schwarz.

Recepción: 08/06/2020. Aprobación: 18/01/2021.

Resumen

El estudio de las cuevas volcánicas ha despertado el interés de los científicos de todo el mundo, debido a sus microorganismos únicos y a la posibilidad de su uso como análogos marcianos. Sin embargo, en México existen pocos estudios al respecto, pero una enorme cantidad de cuevas volcánicas por explorar y estudiar. El presente trabajo narra el proceso de investigación y los resultados obtenidos por un grupo de investigadores del Instituto de Geología de la Universidad Nacional Autónoma de México (unam) en el estudio del tubo de lava de Chimalacatepec, en México.
Palabras clave: tubos de lava, estromatolitos, cuevas.

Volcanic caves between the reality and fiction

Abstract

The study of volcanic caves is a topic of interest for scientists worldwide. This is due to the unique microorganisms they contain and its possible use as Martian analogs. Despite the high number of lava caves in Mexico, there are only few scientific studies. This article narrates the process and results of the investigations in Chimalacatepec lava caves conducted by researchers from the Institute of Geology of the National Autonomous University of Mexico (unam).
Keywords: lava tubes, stromatolites, caves.

Viaje al centro de la tierra

Habían pasado muchos años desde que el libro de Julio Verne (1828-1905) había estado en la cabecera de mi cama, pero la conversación entre el profesor Lidenbrock y Axel se repetía una y otra vez en mi cabeza. ¿Será acaso que las palabras de Arne Saknussemm sobre cómo penetrar a las entrañas de la tierra a través de un volcán de Islandia puedan guiarme en México? ¿Encontraremos también formaciones y criaturas maravillosas? Tal vez, sólo tal vez, me había convertido en verniano sin darme cuenta y en ese momento me encontraba conduciendo desde el Instituto de Geología de la unam hacia Tepoztlán en busca de mi propio Sneffels.

Recordaba perfectamente cómo el profesor describía la montaña de 5000 pies de altura (1524 metros sobre el nivel del mar) y no pude evitar sonreír, trasladarme a aquella sala y decirle:

—Profesor, voy rumbo al poblado de San Juan Tlacotenco, a más de 2400 metros de altura, con numerosos cuerpos volcánicos extintos y kilómetros de cuevas volcánicas mapeadas.

Evidentemente, nunca le hablé a mis compañeros de viaje sobre esta plática o me tildarían de loco o, al menos, de verniano.

Snæfellsjökull mexicano

Las cuevas volcánicas, también llamadas tubos de lava, se forman en complejos volcánicos activos, en los que la parte exterior del flujo se enfría y solidifica mientras que en el interior sigue fluyendo lava a través de conductos subterráneos (Detay y Hróarsson, ver figura 1).

Figura 1. Formación de los tubos de lava. A. El flujo de lava desciende por la ladera del volcán. La lava fundida tiende a canalizarse y, en contacto con el aire y la roca adyacente, se enfría muy rápido. Así, se forma una corteza más o menos endurecida por enfriamiento de la superficie de la colada y un aislamiento del flujo de lava líquida interior. B. La erupción volcánica cesa y se reducen las emisiones de lava. El nivel del flujo lávico interior decrece por lo que se forma un espacio vacio bajo la corteza. La lava sigue circulando por el tubo lávico. C. Cese total de la erupción y formación del tubo de lava o cueva volcánica. Aparecen colapsos parciales de techo a lo largo del tubo, debidos a la última fase de enfriamiento, estos agujeros se denominan ventanas o skylights en inglés. En fases posteriores ocurre la colonización de las entradas y alrededores por la vegetación. Diagrama elaborado por Raquel Daza.

Fue a través de estos conductos que Julio Verne imaginó un viaje hasta el centro de la Tierra, lleno de aventuras y criaturas extraordinarias. En México, existe un área llamada el Cinturón Volcánico Transmexicano que posee una gran variedad de tubos de lava y maravillas dignas de una novela de Verne.

Dentro de esta área hay una cueva muy especial llamada cueva de Chimalacatepec, mapeada por el Dr. Ramón Espinasa Pereña hace algunos ayeres. Esta cueva se encuentra en el interior de uno de los derrames de lava del volcán Suchiooc, en el estado de Morelos y tiene un poco más de 200 m de profundidad. Es decir, sería un poco más profunda que bajar la Torre Latinoamericana; claro está, desde la antena (ver figura 2).

Figura 2. Mapa de la cueva Chimalacatepec comparada con la Torre Latinoamericana. La topografía original de la cueva fue realizada por el Dr. Ramón Espinaza Pereña.

Para acceder a ella, es necesario usar técnicas de espeleología, pues inicia con una entrada de 15 m de profundidad. Una vez dentro, comenzamos a andar sumidos en la más profunda oscuridad —sólo alumbrados por las lámparas en nuestros cascos—, por un paisaje volcánico lleno de bloques tambaleantes y formaciones caprichosas producidas por la lava. Estas formaciones recuerdan a las estalactitas que tantas veces hemos visto en las cuevas, pero en este caso son de roca volcánica (basalto), formadas por el goteo de la roca derretida cuando la lava aún corría por el interior de estos túneles (ver figura 3). Una manera de imaginarnos cómo se originan, es ver detenidamente una vela encendida derritiéndose y goteando. Esta comparación pareciera muy básica, no obstante, es el método que ha permitido modelar la formación de estas estructuras tan interesantes, conocidas como estalactitas de lava o piro-estalactitas (Vela-Turcott, 2014).

Figura 3. Fotografías del tubo de lava Chimalacatepec. A. Entrada a la cueva de Chimalacatepec mediante el uso de técnicas verticales. B y C. Aspecto del tubo principal. D. Piroestalactitas o estalactitas de lava formadas por el goteo de la roca fundida dentro de la cueva.
Foto de Rafael López Martínez.

Sin embargo, hay algo que nos llama más la atención en la cueva de Chimalacatepec: la aparición de unas estructuras de colores claros, que evidentemente no estaban hechas por lava.

Los depósitos químicos de las cuevas son llamados espeleotemas. Por ejemplo, las estalactitas y las estalagmitas son tipos de espeleotemas, pero hay una enorme variedad de estos depósitos que no siempre son tan evidentes. Esas formas aplanadas que empezamos a ver dentro de la cueva tienen una composición silícea, en una variedad conocida como ópalo-A (SiO2 + nH2O), que no tiene cristales, como el cuarzo que todos conocemos, sino que es amorfa, como si se tratara de un gel endurecido (ver figura 4).

Figura 4. Formas de algunos espeleotemas encontrados en Chimalacatepec. En la izquierda se muestra un espeleotema en forma de “galleta” y a la derecha un conjunto de espeleotemas aplanados y botroidales.
Foto de Rafael López Martínez.

Pero algo parece estar mal. Todos conocemos las estalactitas y estalagmitas: las hemos visto en cuevas y documentales de todo el mundo y siempre hemos escuchado que están compuestas por carbonato de calcio (CaCO₃). ¿Por qué, entonces, en los tubos de lava serían de sílice?

La respuesta a esa pregunta está en la disponibilidad de un elemento u otro. Por ejemplo, Chimalacatepec está formada en basaltos, roca compuesta por vidrio volcánico, aluminosilicatos y otros minerales. Todos ellos tienen en común una gran cantidad de silicio en su composición química, pero muy poco calcio. Cuando la roca se expone a agentes como la lluvia, la vegetación, el suelo y los microorganismos, estos minerales son transformados y la sílice se libera, por lo que viaja hacia el interior de la cueva a través de las grietas. Por tanto, la aparición de espeleotemas silíceos es poco común, pero posible en ambientes volcánicos como los tubos de lava que estudiamos, o en las rocas graníticas o las areniscas cuarcíferas conocidas en los Tepuis de Venezuela.

En ese momento, dentro de la cueva, hay más preguntas que respuestas. Así que esnecesario hacer lo que todo científico hace: tomar muestras del agua y de los espeleotemas, tratando de no dañar la cueva; medir parámetros de la atmósfera de la cueva, como la temperatura, humedad, CO₂, e ir al laboratorio a analizar los datos.

En el laboratorio, ya sin casco, cambiamos la vestimenta de las cuevas por la bata blanca y comienza otra parte fascinante del trabajo del geólogo en su labor milenaria de hacer hablar a las rocas. Pero ellas guardan celosamente sus secretos y sólo los revelarán si hacemos las preguntas correctas.

Los espeleotemas cortados en secciones muy finas son vistos a través de diferentes microscopios. La primera revelación es que están compuestos por microcapas de ópalo-A, que se van acomodando una tras otra, pero de una forma muy particular que recuerda a las primeras estructuras en las que se originó la vida en la Tierra: los estromatolitos (ver figura 5A).

Figura 5. A. Vista al microscopio petrográfico de la laminación interna de los espeleotemas. B y C. Vista al Microscopio Electrónico de Barrido, donde se muestra el ópalo A y los tapetes microbianos fosilizados. D. Colonias microbianas actuales que cubren algunas secciones de las paredes de la cueva.
Foto de Rafael López Martínez.

Sin embargo, los estromatolitos —formas de vida que datan de hace 3500 millones de años— existen actualmente en muy pocos lugares del planeta, como en los lagos de Alchichica, Cuatro Ciénagas o Bacalar, en México, y en Bahamas y Australia, por nombrar algunos. Habitan dentro del agua y están expuestos a la luz del sol, características muy diferentes al ambiente oscuro de la cueva volcánica de Chimalacatepec. ¿Será posible que estos espeleotemas estén formados por microorganismos al igual que los estromatolitos?

El microscopio óptico que usamos no puede darnos esta respuesta. Para ello, debemos ir más a detalle, buscar estructuras más pequeñas -—de una milésima parte de un milímetro— dentro de la roca, con el Microscopio Electrónico de Barrido. A los varios minutos de inspección con este microscopio, comienzan a aparecer evidencias de que podríamos estar en lo cierto. Apreciamos atónitos moldes de bacterias fosilizadas dentro de las capas de ópalo-A (ver figuras 5B y 5C). Lo que observamos apunta a que estos espeleotemas están formados por comunidades de bacterias que como tapetes cubren algunas partes de las paredes de esta cueva (ver figura 5D).

En ese momento, al ver las evidencias de microorganismos fosilizados en el interior de los espeleotemas, pude escuchar en mi mente a Axel platicando con el profesor Lidenbrock en las profundidades del centro de la Tierra:

—Pero si en estas regiones subterráneas han vivido animales antediluvianos, ¿quién nos dice que algunos de estos monstruos no anden todavía errantes por estas selvas umbrosas o detrás de esas rocas escarpadas?

Y así, una vez más, siguiendo los pasos del profesor Lidenbrock, su pupilo Axel y su guía Hans, el grupo de científicos emprende la búsqueda de vida dentro de estas rocas en las cuevas volcánicas de México. De nuevo, nos encontramos poniendo cuerdas y equipo para descender a la cueva de la que hacía poco habíamos regresado. Pero ahora, nuestro objetivo es saber qué tipo de microorganismos vivían en estos espeleotemas y si eran capaces de crear estas formaciones tan particulares. Para ello, se usa el método de secuenciación de adn, técnica que nos permite saber si efectivamente los espeleotemas contienen microorganismos como bacterias y que, de alguna manera, pueden vivir en esas condiciones de oscuridad absoluta. Y si esos organismos tan pequeños, lentamente, capa a capa, han ido atrapando las aguas cargadas de gel de sílice y formando estas formaciones estromatolíticas tan particulares.

La tarea no es fácil: muestrear en estos ambientes es complicado, extraer adn en el laboratorio de ellos aún más. Pero los resultados son claros: existen microorganismos en los espeleotemas que son capaces de vivir en la oscuridad y atrapar la sílice en sus estructuras microbianas.

Estos microorganismos se alimentan de los escasos nutrientes y compuestos inorgánicos que vienen en el agua de goteo y de algunos minerales disueltos generados por el intemperismo de los basaltos. Además, por si esto fuera poco, el adn reveló que algunos de los microorganismos de Chimalacatepec son parientes de aquellos encontrados en los basaltos de Islandia, muy cerca de nuestro querido Sneffels.

Conclusiones

A pesar de los descubrimientos aquí narrados, aún falta mucho por entender sobre los microorganismos que viven dentro de estas cuevas y los tipos de espeleotemas que pueden formar. Estos tipos de estudios abren nuevas posibilidades para comprender más sobre el origen mismo de la vida o la posibilidad de comparar en un futuro formas de vida en otros planetas —como Marte—, donde las condiciones son extremas.

¿Acaso los tubos de lava podrían servir como refugio para la vida microbiana en otros planetas? ¿Estos tubos de lava serían similares a los encontrados en Marte o la Luna? Pero esto ya es harina de otro costal. De la Tierra a la Luna es otro magnífico libro de Julio Verne, pero lo dejaremos para futuras aventuras…

Referencias

• Detay, M. y Hróarsson, B. (2011). Túneles de lava. Investigación y ciencia, (420), 62-67. https://www.investigacionyciencia.es/revistas/investigacion-y-ciencia/la-fsica-de-la-inteligencia-533/tneles-de-lava-9131.
• Vela-Turcott, G. (2014). Tubos de lava: Un desafío subterráneo en Veracruz. México desconocido. https://www.mexicodesconocido.com.mx/tubos-lava-desafio-subterraneo-veracruz.html.

Agradecimientos

Este artículo es un resultado directo del proyecto papiit in113020. Los autores agradecen la participación de los estudiantes de la asignatura Karstología del Posgrado en Ciencias de la Tierra, así como el apoyo brindado en las campañas de campo por Hugo Salgado Garrido, Salvador Trejo Pelayo, Ángeles Verdes, Ramsés Miranda y Nayeli Vargas. Agradecemos especialmente a las autoridades del municipio San Juan Tlacotenco que tan amablemente nos han acogido en la localidad.

Recepción: 13/06/2020. Aprobación: 27/01/2021.

Resumen

En 2019 se celebraron los 150 años de la creación de la tabla periódica por el químico ruso Mendeléiev. En ese siglo y medio, pocos son los cambios que ha sufrido la tabla periódica —el más importante es pasar del acomodo de los elementos de acuerdo con la masa atómica, al del número atómico, que propuso el físico Henry Moseley—, lo que demuestra la validez y el valor del trabajo del químico ruso. Pero ¿algún día existirá un reemplazo a esta tabla periódica? Y si lo tuviera, ¿cuáles serían las razones para ello?
Palabras clave: nuevas tablas periódicas, universalidad química, nuevos elementos, Mendeléiev.

A new “periodic table”?

Abstract

In 2019, the 150th anniversary of the creation of the periodic table by the Russian chemist Mendeleyev was celebrated. In that century and a half, few have been the changes in the periodic table —the most important is the switch from the arrangement of elements according to atomic mass, to the arrangement by atomic number, proposed by physicist Henry Moseley—, which demonstrates the validity and worth of the Russian chemist’s work. But then, will there ever be a replacement for this periodic table? And if it did, what would be the reasons for it?
Keywords: new periodic tables, chemical universality, new elements, Mendeleyev.

El corazón de la química

Una de las imágenes científicas más conocidas es la de la tabla periódica. Su poder de síntesis del conocimiento químico es enorme. Basta saber unos pocos conceptos relacionados con esta ciencia para poder predecir el comportamiento de los elementos químicos; por ejemplo, qué elementos —un elemento es materia constituida por átomos de su misma clase— pueden reaccionar entre sí más fácilmente. Tras 150 años de permanecer casi invariante1 a como la propuso Mendeléiev, un cambio radical parece imposible. ¿Será así?

¿Es universal la tabla periódica?

Enorme fue mi sorpresa al enterarme que en Costa Rica no sólo se utiliza la tabla periódica “clásica”. En ese país centroamericano también se usa la tabla de Gil Chaverri, que fue un químico y físico tico (Mora, 2019). Esa tabla periódica ordena a partir de la estructura electrónica2 a los elementos químicos. Pero ¿por qué utilizar una tabla periódica diferente? Nos enseñaron, al menos así ocurrió conmigo, que la tabla periódica era la mejor forma de acomodar los elementos. ¿Será cierto? ¿O habrá dudas sobre si esa es la mejor configuración posible?

La química es un juego de electrones

Algunos químicos consideran que la tabla periódica, en su configuración actual, no es la mejor forma de acomodar la mayoría de los elementos. Es decir, piensan que algunos deberían ser reubicados. Para ponernos en contexto sobre la tabla periódica y comprenderla necesitamos saber dos cosas. Primera, los elementos de la tabla “desean” parecerse a los que están en el lado derecho de ésta —anteriormente llamados gases nobles, ahora, gases inertes—. En esta familia encontramos al helio, neón, argón, radón, kriptón, xenón y el sintético organesón. Segunda, para llegar a “parecerse” a los gases inertes, los elementos de la tabla periódica ceden, ganan y/o comparte electrones.

Francisco Rebolledo es un químico y literato mexicano, interesado en la divulgación de la ciencia. En sus textos “De palabras y elementos” y “Carbono”, que se encuentran en los libros La ciencia nuestra de cada día, volumen i y ii, respectivamente, Rebolledo compara los comportamientos de los elementos con los seres humanos —más preciso sería llamarlos personalidades—, para entender mejor las propiedades de los elementos químicos.

Por ejemplo, Rebolledo compara al sodio (Na, un alcalino) “con un chico pelirrojo, hiperactivo y siempre ávido por ceder al vecino la canica que no cabe en sus bolsillos” (Rebolledo, 2010, 114). Al estar en la familia i —así se comportan la mayoría de los elementos de esta familia—, al sodio le “sobra un electrón” —la canica—, por lo que siempre desea desprenderse de él. En palabras de Rebolledo “sólo logra quedarse tranquilo cuando se le extrae el trauma que pesa en su conciencia” (Rebolledo, 2010, 114). Por otra parte, al radón —un gas inerte— lo compara “con un venerable anciano, un verdadero budista, que reposa en el nirvana indiferente a los deseos que acosan a casi todos los demás elementos”. Esto se puede entender al saber que el radón es un gas noble que se encuentra casi al final de la tabla periódica; por ende, rarísima vez reacciona con otros elementos, pues no necesita más electrones. Por último, al carbono lo imagina “como una mujer joven y serena, precozmente sabia y equilibrada, con una capacidad infinita de compartir sus bienes” (Rebolledo, 2012, p. 107).

Pero, como ya mencionamos, no todos los químicos están conformes con la ubicación actual de todos los elementos de la tabla periódica.

Reacomodando elementos químicos

Hablemos del hidrógeno (H), que es el elemento más abundante en el universo. Parece ser un paria. Está colocado en la familia i —llamados alcalinos—, pero todos los elementos de ahí son metales —a excepción del H que es un gas—. Requiere de un solo electrón para alcanzar la estabilidad de los gases inertes, por lo que, quizá, sea mejor acomodarlo en la familia xvii, donde se encuentran el flúor o el cloro, que son igual de reactivos que el H.

Otro elemento “rebelde” es el mercurio (Hg). Éste es un metal líquido a temperatura ambiente, caso contrario a los demás miembros de su familia que son metales sólidos. Otros parias son el escandio (Sc) y el itrio (Y), que parecen no encontrar su sitio adecuado en la tabla. Dependiendo de que característica fisicoquímica —como la configuración electrónica, radio atómico o punto de fusión— se tenga como primordial para su acomodo, los elementos de la familia iii —donde se encuentra el Sc y el Y— pueden estar en uno u otro lado de la tabla.

Por estos y otros motivos, en el año 2015, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (iupac) publicó un proyecto, liderado por Eric Scerri —químico maltés y filósofo de esta disciplina—, para un posible reacomodo de la familia 3 de la tabla periódica. Todas estas críticas han hecho pensar que la tabla periódica necesita más que un simple reacomodo de los elementos químicos. Pero no parece haber un acuerdo. Veamos algunas propuestas.

De árboles, flores, torres y grafos

Las críticas anteriores han convencido a algunos químicos de que se necesita encontrar una nueva configuración para el acomodo de los elementos en una “tabla periódica”. Afortunadamente no hay escasez de ideas. Por ejemplo, las configuraciones en tres dimensiones representan mejor el acomodo de los elementos. La propuesta del químico canadiense Fernando Dufour, que tiene forma de árbol de navidad, es un nuevo intento para rediseñar el acomodo de los elementos químicos. Esta configuración tiene un tronco alrededor del cual los elementos químicos dan giros, haciéndose más ancha llegando al tronco del árbol. Esta nueva configuración deja ver mejor la continuidad donde termina una fila en la tabla periódica actual.

Otra tabla es la de Paul Giguère, llamada Flor en 3D (ver figura 1). Cada “pétalo” representa algo distinto. Por ejemplo, el primero de éstos —verde azulado— contiene a todos los metales alcalinos y en la parte posterior de este mismo pétalo los metales alcalinotérreos —familias i y ii—. El resto de los pétalos contiene los otros elementos químicos.

Figura 1. Flor en 3D del químico Paul Giguere, desarrollada en 1965.
Fuente: Тимохова Ольга, 2009.

Por otra parte, Theodor Benfey desarrolló otra configuración llamada tabla en espiral (ver figura 2), que incluso deja espacios vacíos para colocar los elementos del octavo período y para unos elementos nuevos que llamó superactínidos.3 Éstas no son las únicas configuraciones nuevas, las hay en forma de óvalos, circulares, semicirculares, lazos arcoíris, con muchos colores, etcétera.

Figura 2. Tabla en espiral del químico Theodor Benfey. Se publicó por primera vez en “The pictorial Periodic Table”.
Fuente: DePiep, 2013a.

No todas las configuraciones desechan el arreglo de la tabla actual como el mejor acomodo de los elementos. Una tabla no tan “radical” la propone el ya citado químico Eric Scerri. Su tabla de forma alargada es más simétrica que la tradicional. En esta configuración el H y el He están uno junto al otro, y los actínidos y lantínidos —los elementos “raros” que están hasta abajo de la tabla periódica y que algunos llevan nombre de científicos, por ejemplo, einstenio, nobelio, etcétera— ya están junto a los otros elementos químicos (ver figura 3). Esta tabla es más simétrica, pues Scerri buscaba maximizar el número de tríadas, los conjuntos de tres elementos químicos que están muy relacionados por sus propiedades fisicoquímicas y sus masas atómicas.

Figura 3. Tabla “alargada” similar a la propuesta por el químico Eric Scerri.
Fuente: Sandbh, 2015.

Por su parte, Valery Tsimmerman en 2006 desarrolló una torre, en la que acomoda los elementos, y no por sus números atómicos. A esta torre la llamó adomah y su configuración organiza a los elementos químicos de acuerdo con los cuatro números cuánticos4 que gobiernan la organización de la tabla periódica. No fue la única configuración propuesta de Tsimmerman, también tiene otra en forma de tetraedro.

Figura 4. Organización de los elementos en forma de torre (adomah ) de Valery Tsimmerman.
Fuente: DePiep, 2013b.

Por si fuera poco, los matemáticos no han quedado fuera, y también han propuesto una nueva configuración de la tabla periódica. A mediados del año pasado, los investigadores Wilmer Leal y Guillermo Restepo (2019), de los institutos Max Planck, diseñaron una tabla, basada en el orden y la similitud, en forma de hipergrafo, que publicaron en la revista Proceedings of the Royal Society, en abril 2019. Esta nueva configuración adopta diferentes maneras de acomodar los elementos dejando de lado la utopía de que existe una configuración verdadera y única. Esta característica de flexibilidad la hace, para mí, la más atractiva. Y a ti, ¿cuál te parece más adecuada?

Hemos visto que los criterios para aspirar a una nueva configuración en la tabla periódica se deben a desacuerdos de su acomodo, debido a las propiedades fisicoquímicas de los elementos. Pero ¿tendríamos una nueva configuración en la tabla debido al descubrimiento de nuevos elementos? Es decir, ¿faltan muchos elementos por descubrir qué hagan que la tabla periódica mude de forma?

¿Cuál será el último elemento de la tabla periódica?

Era el año 2010 y el período 7 de la tabla periódica fue completado (aunque no fue hasta 2016 que la iupac aceptó ese cambio). Ese año se completó el descubrimiento del elemento 117 llamado teneso (Ts) —anteriormente ununseptio—, por medio de una colaboración entre científicos rusos y estadounidenses en Dubna, Rusia. Si se lograra sintetizar un nuevo elemento químico se debería agregar una nueva fila o período a nuestra actual tabla periódica. Esto suscita preguntas interesantes, por ejemplo: ¿cuándo se descubrirá el elemento 119 llamado provisionalmente unonenio?, ¿quedan muchos elementos químicos por descubrir? y ¿existe un límite o son “infinitos” los elementos químicos?

Al momento de escribir este artículo el elemento más grande es el 118. De estos 118, 91 son encontrados “fácilmente”, ya que son encontrados de forma natural —incluso el tecnecio que fue el primer elemento químico sintetizado y que se creía no se encontraba de manera natural—. A partir de del uranio, los demás elementos químicos han sido sintetizados artificialmente como el neptunio, americio, einstenio, fermio, etcétera. Aunque parece que algunos de éstos pueden ser encontrados naturalmente en minerales como la uraninita. En conclusión, tenemos 98 elementos que se han encontrado en la naturaleza —aunque sea en trazas— y 118 elementos totales.

Figura 5. Ecuación de química nuclear que explica la formación de nuevos elementos químicos.

Los restantes 20 han sido sintetizados en dispositivos que aceleran partículas a altas velocidades para hacerlas colisionar. En resumen, lo que se hace es “disparar” elementos pesados (como el oro) con proyectiles de elementos ligeros (el hidrógeno). Así fueron obtenidos, por ejemplo, los elementos 114 a 118, entre 1999 y 2010. Allí el “proyectil” lanzado era el calcio que bombardeaba a los actínidos pesados.

Lo que se intenta hacer en estos experimentos es que los neutrones de los elementos hagan surgir nuevos elementos químicos (ver imagen 5). Esto conlleva una dificultad técnica considerable y la mayoría de los elementos creados viven sólo milisegundos, por lo que es difícil saber sus propiedades fisicoquímicas. Parecería ser una cuestión de no contar con la tecnología adecuada, incluso si la tuviéramos, ¿encontraremos más elementos?

Las estimaciones sobre cuán grande puede llegar a ser la tabla periódica vienen de una rama de la química apoyada en la física moderna; se le llama química cuántica relativista.5 El brillante físico Richard Feynman, apoyado en la teoría de relatividad de Einstein, predijo que el elemento 137 era el límite para el último elemento de la tabla periódica. Feinmanium es el apodo de este hipotético elemento. Pero ¿qué tiene que ver la teoría de relatividad con la tabla periódica? Pues bien, cuando los núcleos atómicos son cada vez más grandes los electrones deben aumentar su velocidad; por ende, los cálculos de la química cuántica relativista afirman que llegando a un límite los electrones tendrían que ir más rápido que la velocidad de la luz. Imposible.

Posteriormente otros químicos y físicos teóricos han afinado los cálculos para proyectar que el 137 no es el elemento límite. Por ejemplo, Pekka Pyykoo, químico teórico finlandés, experto en química cuántica numérica, ha propuesto un modelo informático-químico para establecer los períodos ocho y nueve de la tabla periódica —hoy son siete—. Además, proyectó que deberían existir 54 elementos más. Es decir, si Pekka tiene razón, la tabla periódica podría albergar hasta un elemento 172, que va mucho más allá de los 118 actuales y el hipotético feinmanium. Esto, sin duda, cambiaría la actual configuración de la tabla periódica.

El fin del reinado de Mendeléiev

La tabla periódica de Mendeléiev ha sido (y seguirá siendo) una herramienta de trabajo invaluable para todo químico. Pero, debido a sus inconsistencias y ciertas limitaciones, es seguro que más temprano que tarde tengamos una nueva configuración, que acomode de mejor manera a los elementos químicos. Entonces, la respuesta a la pregunta con la que abrimos este artículo es sí, seguramente existirá un reemplazo para la tabla periódica. Así es la ciencia, se trata de un conocimiento humano que no es perfecto, pero sí es perfectible. ¿Cuánto tiempo durará la siguiente “tabla periódica”?

Referencias

• Asimov, I. (2013). Breve historia de la química. Alianza.
• DePiep. (2013a, 18 de agosto). adomah periodic table – electron orbitals (polyatomic) [imagen]. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ADOMAH_periodic_table_-_electron_orbitals_(polyatomic).svg.
• DePiep. (2013b, 18 de agosto). Elementspiral (polyatomic) [imagen]. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Elementspiral_(polyatomic).svg.
• Leal, W. y Restrepo, G. (2019, 3 de abril). Formal structure of periodic system of elements. Proceedings of the Royal Society A, 475(2224), 20180581. doi: https://doi.org/10.1098/rspa.2018.0581.
• Mora, K. (2019). Gil Chaverrí: El costarricense que arregló la Tabla Periódica. Ciencia 506. https://ciencia506.com/2019/01/27/gil-chaverri-el-costarricense-que-arreglo-la-tabla-periodica/.
• Rebolledo, F. (2010). La ciencia nuestra de cada día. fce.
• Rebolledo, F. (2012). La ciencia nuestra de cada día ii. fce.
• Sandbh. (2015, 26 de diciembre). 32 column pt [imagen]. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:32_column_PT.jpg.
• Scerri, E. (2013). La tabla periódica. Una breve introducción. Alianza.
• Тимохова Ольга (2009, 12 de abril). Mendeleev flower [fotografía]. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mendeleev_flower.jpg.

Recepción: 19/06/2020. Aprobación: 22/01/2021.