Revista Ciencias

Gaia.

La tierra viviente

Lawrence E. Joseph,

Editorial Cuatro Vientos,

Chile, 1992, 237 p.

“La Tierra es un organismo viviente”. Esta asombrosa

hipótesis, propuesta hace veinte años por el químico británico James Lovelock y vigorosamente apoyada por la microbióloga estadounidense Lynn Margulis, sostiene que durante 350 millones de años los microbios, las plantas y los animales han coevolucionado con su ambiente como un superorganismo globalmente integrado.

Lawrence Joseph, periodista científico residente en Nueva York, ha hecho una labor magistral al mostrar en forma amena, inteligente e imparcial el tortuoso camino seguido por una idea improbable e increíble que —con sus ribetes ecológicos y hasta teológicos— se está convirtiendo en una de las más grandes y originales ideas de nuestro tiempo.

En el momento actual en que nuestro Cono Sur evidencia un inminente cambio climático que se hará extensivo a todo el globo, la Hipótesis Gaia, verdadera o falsa, parece estar influenciando significativamente el modo en que algunos de nuestros científicos (Capítulo chileno del Consejo Internacional de Uniones Científicas-ICSU Chile), junto con los científicos de Europa, Estados Unidos y Japón, están urgiendo el estudio de las ciencias ecológicas y propugnan la implantación por los gobiernos mundiales de medidas de protección ambientales que deben tomarse ahora y no mañana, cuando ya puede ser demasiado tarde.

Esta obra que, repetimos, es amena e imparcial, pone al alcance de un público no necesariamente interiorizado en lo que se ha dicho y hecho en torno a la Hipótesis Gaia, los vaivenes de esta fascinante teoría acogida por científicos, políticos, líderes religiosos, movimientos ecologistas, feministas y culturales como una de las pocas escapatorias que propone la Madre Tierra a la autodestrucción de la humanidad.

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Lawrence E. Joseph

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cómo citar este artículo →

Joseph, Lawrence E.. 1995. Gaia. La tierra viviente. Ciencias, núm. 37, enero-marzo, pp. 78. [En línea].

Lourdes Esteva Peralta y Faustino Sánchez Garduño

En la publicación anterior de Ciencias, hablamos de un tipo

particular de ondas que se presentan con cierta frecuencia en la naturaleza: las ondas viajeras. Estas se desplazan en el espacio a velocidad constante sin perder su forma. En el contexto matemático, una onda viajera corresponde a una solución especial de una ecuación de reacción y difusión, cumpliendo ciertas condiciones de frontera.

Detallaremos ahora dos aplicaciones de las ondas viajeras en biología.

1. Algunas ondas viajeras en epidemiología

El estudio de las epidemias tiene una larga historia. Esta incluye una gran cantidad de modelos y explicaciones encaminadas a desentrañar los mecanismos que dan lugar a la propagación de los brotes epidémicos.

La contribución fundamental a la epidemiología matemática fue dada por Kermack y McKendrick,⁷ quienes postularon un modelo que describe el desarrollo temporal de una enfermedad que se transmite por contacto directo, con la característica de que quien la padece, se recupera e inmuniza. En este modelo, la población total se divide en clases; usualmente se distinguen tres grupos:

1. Los susceptibles (S). Individuos propensos a adquirir la infección.

2. Los infecciosos (I). Padecen la enfermedad y pueden transmitirla.

3. Los recuperados (R). Individuos restablecidos de la enfermedad, ya inmunes a ella.

Para describir la dinámica temporal de la enfermedad, es suficiente conocer el número de individuos de las tres clases arriba mencionadas para todo tiempo t. Denotemos por S(t), I(t) y R(t) el número de individuos de cada clase al tiempo t. Estas cantidades dependen a su vez del flujo de individuos de una clase a otra. Un caso particular es aquel en el que se consideran las siguientes premisas sobre la transmisión de la enfermedad:

1. Los susceptibles se infectan a una tasa proporcional al número de infectados^a por el número de susceptibles. Denotemos por r > 0 a la constante de proporcionalidad. La interpretación de r, es la siguiente: es una medida de la transmisión de la enfermedad y depende de muchos factores, entre ellos la virulencia del agente infeccioso, la resistencia del huésped y las condiciones ambientales.

Figura 1. Trayectorias en el plano fase SI del sistema (1.1).

Lo expresado en esta premisa puede parafrasearse así: la pérdida de individuos susceptibles y la ganancia de individuos infecciosos es igual a la cantidad rSI.

2. Los infecciosos abandonan su clase, para formar parte de los recuperados a una tasa per capita a.

3. El periodo de incubación es lo suficientemente pequeño como para no tomarse en cuenta, esto es, un susceptible que contrae la enfermedad es inmediatamente infeccioso.

4. La población total N = S(t) + I(t) + R(t) permanece constante.

Bajo estas premisas, las variables S(t), I(t) y R(t) satisfacen el siguiente sistema de ecuaciones diferenciales:

Entra fórmula 03(1.1)

el que, aunado a las condiciones iniciales, S(0) = S₀, I(0) = I0 y R(0) = R₀, completan el problema matemático a analizar. Al sistema (1.1) se le conoce como Modelo de Kermack y McKendrick o modelo SIR.

Figura 2a. Número de infecciosos como función del tiempo cuando S₀ > a/r. 2b. Número de infecciosos como función del tiempo cuando S₀ = a/r.

Notamos que, en virtud de la constancia de la población total, basta con analizar el curso temporal de dos de las tres variables que aparecen en el modelo. Seleccionamos S(t) e I(t).

La figura 1 ilustra las trayectorias del sistema compuesto por las dos primeras ecuaciones de (1.1).

Cada trayectoria en el plano SI está determinada por las condiciones iniciales S₀, I₀. Una situación epidémica ocurre formalmente si el número de infecciosos aumenta, esto es, si I(t) > I₀ para t > 0. De la figura 1 se observa que esto ocurre siempre y cuando se satisfagan las condiciones:

Entra fórmula 04

La figura 2 muestra el comportamiento temporal del número de infectados I para S₀ > a/r y S₀ < a/r, respectivamente.

Definimos el número reproductivo R₀ como el cociente

R₀ = r S₀/a (1.2)

R₀ tiene el siguiente significado: es el número de infecciones secundarias producidas por un caso infeccioso primario, en una población de S₀ susceptibles. Si más de un caso secundario se produce a partir de una infección primaria, entonces R₀ > 1. Claramente en esta situación se habrá producido un brote epidémico. Este es el contenido del Teorema del umbral de Kermack y McKendrick, que establece: La condición umbral de ocurrencia de una epidemia es R₀ > 1.

El teorema del umbral tiene implicaciones importantes. Veamos. Si R₀ > 1, entonces existe una población mínima de susceptibles S_c = a/r para que pueda ocurrir un brote epidémico. En estos términos se tiene que una enfermedad puede erradicarse vacunando a una fracción p de la población susceptible, de suerte que la población restante no exceda el valor crítico S_c.

Gran parte de los modelos matemáticos en epidemiología tienen como propósito la descripción del curso temporal de una epidemia, siendo la difusión geográfica de una enfermedad un fenómeno poco estudiado. Sin embargo, es un hecho que las enfermedades viajan: la peste negra que azotó a la Europa medieval fue llevada desde el oriente por las caravanas de comerciantes de pieles. Los conquistadores españoles trajeron en sus barcos el virus de la viruela a América. Hoy, debido al desarrollo de los medios de transporte, las enfermedades viajan más rápido de un continente a otro. Así, una descripción más completa de un brote epidémico debiera considerar el aspecto difusivo del mismo.

En los últimos años han habido aportaciones importantes al estudio de la propagación espacial de una enfermedad. Entre ellos cabe mencionar los trabajos de Kendall,⁸ Mollison,⁹ Busenberg,¹ Källen, Acure y Murray,⁶ Murray et al.¹⁰ Igualmente, la escuela de la ex Unión Soviética ha hecho contribuciones fundamentales en el entendimiento de la dispersión de enfermedades.

En el enfoque continuo se han propuesto modelos continuos de un sistema de reacción-difusión, en el que la parte reactiva está dada por una variante del modelo SIR. Si denotamos por D₁, D₂ y D₂ a los coeficientes de propagación de los susceptibles, infectados y recuperados, respectivamente, entonces un modelo típico de la propagación de una enfermedad está dado por las siguientes ecuaciones

Entra fórmula 06(1.2)

Källen, Acuri y Murray⁶ aplicaron este tipo de modelos para describir la propagación espacial de una epidemia de rabia entre zorros europeos. A pesar de que el modelo en cuestión es relativamente simple, las estimaciones teóricas obtenidas a partir de él concuerdan bastante bien con las evidencias epidemiológicas disponibles.

Tal epidemia parece haber comenzado alrededor de 1939 en Polonia, y a partir de ese año se ha movido constantemente hacia el oeste a una razón de 30 a 60 km por año. En el modelo propuesto por Källen et al., se divide a la población de zorros en dos clases: susceptibles e infectados. Tomando como base las características epidemiológicas de la rabia y las observaciones empíricas sobre el comportamiento de los zorros (tanto sanos como enfermos) Källen et al., consideran las siguientes premisas:

1. El virus de la rabia se transmite de los zorros infectados a los zorros susceptibles a una tasa promedio igual a rSI.

2. La rabia es una enfermedad fatal. Los zorros mueren de rabia a una tasa per capita a, donde 1/a es la esperanza de vida del zorro infectado.

3. Los zorros sanos son territoriales.

4. El virus de la rabia produce cambios en la conducta de los zorros. Los zorros infectados pierden el sentido de territorio (orientación) y vagabundean de una manera más o menos errática. Sea D (km²/año) el coeficiente de difusión de los zorros infectados.

En este modelo no se toma en cuenta el periodo de incubación de la rabia, que puede durar hasta 150 días. Murray, Stanly y Brown¹⁰ incluyeron el periodo de incubación en un modelo más realista.

Si suponernos que el hábitat es unidimensional, las premisas 1, 2 y 3 conducen al siguiente modelo:

Entra fórmula 07(1.3)

el que, junto con las condiciones S(x,0) = S₀(x), I(x,0) = I₀(x) forman parte del problema matemático al que conduce la difusión espacio-temporal de la rabia entre los zorros.

Los datos epidemiológicos de esta enfermedad sugirieron a los autores que la forma como se propaga la rabia es siguiendo un patrón de tipo onda viajera. La figura 3 muestra las fluctuaciones de la densidad poblacional de zorros como función de la onda epizoótica.

Figura 3. Fluctuaciones de la densidad de zorros susceptibles debidas al paso de la onda epizoótica de la rabia. Datos del Centre National d’Etudes sur la Roge (1977). Tomada de Murray, 1986.

Debido a los argumentos del párrafo anterior, se puede suponer que:

S(x,t) = s(ξ) e I(x,t) = I(ξ)

donde ξ = x - ct, siendo el comportamiento de ambas funciones (S e I) como el ilustrado en la figura 4.

En virtud de que lo observado en la realidad es una onda tipo pulso de infectados que se propaga en la población de susceptibles, el efecto que el paso de esta onda tiene sobre la población de susceptibles es que ésta decrezca hasta un límite S_∞ > 0 (ver figura 4). De acuerdo con la figura, las condiciones de frontera para S e I son las siguientes:

I(-∞) = I(∞) = 0; S(∞) = 1, S’(-∞) = 0

Sustituyendo I(ξ) y S(ξ) en (1.3) obtenemos el siguiente par de ecuaciones diferenciales.

Figura 4. Soluciones tipo onda viajera del sistema (1.3).

(Entra fórmula 10)(1.4)

Introduzcamos la variable V = I’. En estos términos, el sistema anterior se escribe como el siguiente sistema de tres ecuaciones diferenciales ordinarias:

(Entra fórmula 11)(1.5)

El siguiente paso en el análisis de existencia de la onda epizoótica, se redUce a determinar el conjunto de parámetros para los cuales el sistema (1.5) posea trayectorias heteroclínicas que cumplan, además, condiciones epidemiológicas adecuadas.

Figura 5. Proyección en le plano v = 0 de las trayectorias solución del sistema (1.5). La trayectoria en línea gruesa corresponde a una órbita heteroclínica conectando los puntos de equilibrio (1, 0, 0) con (2, 0, 0). Los parámetros en la simulación son λ = .5 y c = √2.

Los puntos de equilibrio de (1.5) están dados por (S, 0, 0) con 0≤ S≤ 1. En particular el punto (1, 0, 0) es un equilibrio cuya interpretación es: el 100% de la población es susceptible, no hay infectados y la velocidad de aumento de éstos es cero.

Las ondas viajeras que nos interesan, corresponden a aquellas trayectorias heteroclínicas de (1.5) en el espacio SIV que conectan a un punto de equilibrio (S_∞, 0, 0) con el punto (1, 0, 0) siendo 0 < S_∞ < 1, de tal forma que ambas S(t) e I(t) permanezcan positivas para todo t > 0.

Haciendo un análisis local alrededor del punto de equilibrio (1, 0, 0), se encuentra que dichas trayectorias pueden existir siempre y cuando se satisfaga la siguiente relación entre la velocidad de propagación y los parámetros a, D, r:

(Entra fórmula 12)

La ecuación ii) expresa la condición umbral para la existencia de una onda epizoótica. Observemos que esta condición umbral es la misma que se encuentra en el caso de la propagación temporal de una epidemia.

La ecuación i) nos dice que la velocidad mínima de propagación de la onda epizoótica es

C = 2[D(rS₀ - a)]^1/2

La figura 5 muestra la trayectoria heteroclínica conectando los puntos (S_∞, 0) y (1, 0), mientras que la figura 4 ilustra las correspondientes ondas viajeras para S e I, con λ = .5, c = √2.

Comparando la figura 4 con los datos de población de zorros susceptibles ilustrados en la figura 3 observamos una notable coincidencia en los frentes de onda ilustrados en ambas figuras. Sin embargo, también hay grandes diferencias en el comportamiento trasero de la onda; la figura 4 no muestra las oscilaciones que se presentan en la figura 3.

Esto se debe a que el modelo sólo intenta describir el paso de un frente epidémico; evidentemente después de que este frente ha pasado, la población de zorros susceptibles comienza de nuevo a crecer en un ambiente que admite un número mayor de ellos. Para reproducir el patrón que se observa en la realidad, Källen et al., incluyeron en el modelo (1.3) un término que toma en cuenta la reproducción de zorros.

2. Ondas viajeras en algunos modelos de conducción nerviosa

Se sabe que una forma básica de comunicación entre las células del sistema nervioso es mediante señales eléctricas. El estímulo sensorial se traduce en actividad eléctrica. La contracción muscular se controla por medio de señales que son mandadas por las neuronas.

Una neurona integra las señales de entrada que recibe de muchas otras neuronas. En respuesta, desarrolla una señal de salida que se propaga a otras células nerviosas o musculares.

Para describir este fenómeno, Hodkin y Huxley⁵ desarrollaron una teoría a mediados de este siglo. La parte matemática de éste consiste en un sistema de ecuaciones no lineales acopladas: una de tipo reacción-difusión y tres ordinarias. Este sistema describe la variación espacio-temporal del voltaje y la corriente eléctrica que fluye a través de una neurona.

Podemos identificar en una neurona típica tres estructuras básicas: ramificaciones llamadas dendritas, que emanan del cuerpo de la célula llamado soma, y un filamento más largo que las dendritas, originado también en el soma y al que se denomina axón.

La variable física que se mide usualmente en el laboratorio es la diferencia de voltaje a través de la membrana de la neurona que se denota como potencial de membrana; y sus unidades son milivolts (mV). Cuando la célula no ha sido excitada por otras células o artificialmente por medio de una descarga eléctrica, al potencial que se registra se le llama potencial de reposo.

Las corrientes de iones Potasio (K⁺) y Sodio (Na⁺) —que fluyen tanto en el interior de la neurona como a través de su membrana— producen cambios en el potencial de ésta. Estos cambios son precisamente las señales mediante las cuales se establece la comunicación entre las neuronas. Las características de las señales que pueden producirse dependerán de la estructura, geometría y propiedades físicas de cada membrana. Un tipo de señal observado es el impulso nervioso, evento de corta duración (milisegundos) de naturaleza electroquímica que viaja como una onda a velocidad constante a lo largo del axón. Durante el impulso nervioso el potencial de la membrana cambia. A dicho cambio se le llama potencial de acción y su valor máximo es alrededor de 100 mV por arriba del potencial de reposo. La forma típica del potencial de acción se encuentra ilustrada en la figura 6.

Figura 6. Forma típica del potencial de acción.

En un axón largo y uniforme, la velocidad de propagación del impulso nervioso varía desde 1 m/seg hasta 100 m/seg.

Ahora bien, para que un impulso nervioso comience se requiere de un estímulo suficientemente grande; uno pequeño producirá sólo una respuesta local.

Se dice entonces que existe un umbral para que ocurra una excitación nerviosa. Una vez alcanzado el umbral, tanto la velocidad de propagación del estimulo nervioso como la forma del potencial de acción no cambia si se aumenta la intensidad del estímulo. Esto es, un estímulo mayor produce la misma respuesta.

Los sistemas biológicos y químicos que presentan propiedades similares a las descritas en el párrafo anterior se llaman excitables. El axón es un ejemplo típico de este tipo de sistemas.

Se tiene entonces que el axón transmite sucesiones de impulsos nerviosos, originados en el soma, hacia otras células nerviosas o también hacia fibras musculares. La información recibida por estas células es codificada de acuerdo con la frecuencia de los impulsos.

A mediados de este siglo, Hodgkin, Huxley y Kats descubrieron, a partir de una serie de experimentos en extremo finos —para los cuales usaron el axón del calamar gigante—, que el impulso nervioso básicamente se produce por el flujo transmembránico de iones. Basados en la evidencia experimental, hicieron la analogía entre el axón y un circuito eléctrico obteniendo, de esta manera, un modelo matemático para descubrir la formación y propagación del impulso nervioso. Para su deducción, comenzaron por considerar un segmento de axón con una sección circular uniforme de diámetro d. La imagen física que nos podemos hacer del axón es la de un tubo de membrana delgada que encierra al líquido intracelular.

Una resistencia ohmica R_i (ohm/cm) caracteriza a este líquido. La membrana está representada en el circuito eléctrico como un capacitor cuya capacitancia C(µF/cm²) es constante, en paralelo con circuitos por los cuales se conducen las diferentes corrientes iónicas. La figura 7 muestra el modelo físico del axón.

Figura 7. Modelo físico del axón. g_K, g_Na y g_Cl son las conductancias de K⁺, Na⁺ y Cl^– respectivamente; R_i y R₀ representan las resistencias del medio ambiente interior y exterior respectivamente; C denota la capacitancia de la membrana.

La resistencia R₀ del medio extracelular influye de manera insignificante tanto en el potencial de membrana como en las corrientes a lo largo y a través del axón, por lo que no se toma en cuenta. Por último, la única variable espacial que es relevante en el fenómeno es la distancia x, a lo largo del segmento de axón. Insistimos en que las suposiciones del párrafo anterior están basados en la evidencia experimental.

Denotamos por v(x, t) e I_m(x, t) a la desviación del potencial de membrana de su valor de reposo y a la densidad de corriente de membrana (por unidad de área) en el punto x, al tiempo t, respectivamente. Por convención, tomaremos como corriente positiva la que fluye hacia el exterior del axón. De acuerdo al modelo físico, I_m, se compone de la corriente iónica (I_ion) y la corriente capacitiva I_c. Se cumple entonces la siguiente relación

I_m(x,t) = I_c(x,t) + I_ion(x,t). (2.1)

Puesto que en un capacitor se cumple la relación

I_c = C∂/∂t (2.2)

entonces la ecuación (2.1) toma la forma

I_m = [C∂v/∂t] + I_ion (2.3)

La corriente iónica I_ion depende de v(x,t) y de la permeabilidad de la membrana al paso de los distintos iones.

Denotamos por i_i(x,t) a la corriente intracelular a lo largo del axón y convendremos en que ésta sea positiva siempre que fluya en el sentido de las x crecientes. De acuerdo a la ley de Ohm, i_i satisface la siguiente relación:

i_i(x,t) = -(πd²/4R_i) (∂v/∂x) (x,t) (2.4)

por otro lado, la conservación de la corriente eléctrica requiere

(Entra fórmula 19)

que en términos matemáticos se expresa como:

I_mπd = -∂i_i/∂x + I_apπd

De esta relación de balance y de las ecuaciones (2.3) y (2.4), se obtiene la siguiente ecuación parabólica para v(x,t):

(Entra Fórmula 21)(2.5)

Para completar el modelo necesitamos, además, una expresión de la corriente iónica en términos del voltaje. A tal expresión se llega analizando la ecuación (2.5) bajo las siguientes condiciones.

Si de (2.5), se eliminan las corrientes capacitiva e intracelular, la corriente iónica será igual a la corriente aplicada por el electrodo I_ap. Esta observación fue puesta en práctica en el laboratorio por Hodgkin y Huxley mediante un ingenioso dispositivo experimental llamado método de fijación del voltaje. Este consiste en introducir un electrodo muy fino a lo largo de la porción de axón bajo estudio. Con esto se eliminan los cambios espaciales de la corriente y del potencial de membrana y, por tanto, ∂v/∂x = 0. Además se puede mantener el potencial de la membrana del axón a cualquier nivel constante deseado. Así, una vez fijado el voltaje se elimina también la corriente capacitiva, ya que ∂v/∂t = 0. Cuando el voltaje se fija en un valor constante v, la corriente iónica comienza a cambiar con el tiempo, y se debe aplicar una corriente apropiada l_ap para que el voltaje se mantenga en el valor prefijado.

Por lo tanto, la variable iónica para distintos voltajes se mide a través de la corriente aplicada. En este contexto usaremos la notación

I_ion(x,t) = I_ion(t;v)

y la ecuación (2.5) implica que:

I_ion(t;v) = I_ap(t;v)

De esta forma, Hodgkin y Huxley hicieron las gráficas de la corriente iónica I_ion como función del tiempo. Estas se ilustran en la figura 8. De hecho, son las curvas teóricas obtenidas a partir de su modelo: las predicciones concuerdan bastante bien con las curvas experimentales.

Figura 8. Curvas teóricas de Ion (t,v) versus t, calculados a partir del modelo de Hodgkin y Huxley para distintos voltajes v.

Hodgkin y Huxley descompusieron la corriente iónica en la suma de las corrientes iónicas individuales; basados en las evidencias empíricas, describieron el flujo temporal de cada una de esas corrientes por medio de una ecuación diferencial ordinaria.

Así, el modelo propuesto por Hodgkin y Huxley consiste, entonces, de una ecuación de reacción y difusión y 3 ecuaciones diferenciales ordinarias.

Los rasgos cualitativos de este modelo son consistentes con el comportamiento observado en el laboratorio. Entre estos se encuentran: la propagación del impulso nervioso, la propiedad de umbral para su iniciación, dependencia de la propagación y del umbral respecto a la temperatura y otros parámetros.

La figura 8 compara el potencial de acción teórico obtenido con el modelo de Hodgkin y Huxley, con uno experimental.

Como puede apreciarse, la forma de ambos coincide bastante bien. La velocidad de propagación del primero es de 18.8 m/seg mientras que la del segundo es de 21.2 m/seg.

Figura 9. Potencial de acción teórico (figura superior) obtenido a partir de las ecuaciones de Hodgkin y Huxley, y potencial de acción registrado experimentalmente (figura inferior). Las comparaciones se muestran para dos escalas de tiempo (izquierda y derecha) (Tomado de Hodgkin y Huxley, 1952).

A partir del modelo de Hodgkin y Huxley se pueden calcular las corrientes iónicas teóricas que se usan para describir los eventos ocurridos durante el impulso nervioso. La corriente longitudal producida por el potencial de acción eleva el potencial de la porción de la membrana situada justo enfrente hasta un valor umbral. Una vez alcanzado éste, fluye una corriente rápida de sodio hacia el interior de la célula, lo que a su vez eleva el potencial de membrana aún más. Cuando v se aproxima a los 100 mV, la corriente de sodio comienza a disminuir y una corriente de potasio fluye hacia el exterior, haciendo que el voltaje v disminuya hasta alcanzar el punto de reposo. Así, sucesivamente se transmite el impulso nervioso a lo largo del axón.

Aunque el modelo de Hodgkin y Huxley es satisfactorio desde el punto de vista cuantitativo y cualitativo, tiene el inconveniente de que su análisis matemático es en extremo complicado. Por esta razón se han propuesto modelos más simples que capturan los rasgos fundamentales de dicho modelo. El más conocido y particularmente útil es el propuesto por Fitzhugh³ y Nagumo.¹¹

Este consta de sólo dos ecuaciones diferenciales, no obstante presenta soluciones que imitan muchos de los fenómenos de excitación y propagación. Está basado en el hecho de que la activación del sodio es rápida, mientras que su desactivación y la activación del potasio son lentas.

Si observamos los perfiles Ión(t;v) para v = 100 mV, en la figura 8, podemos identificar un mínimo local que ocurre poco tiempo después de que se ha fijado el voltaje v. Si denotamos por Ip(v) a dicho mínimo y graficamos Ip(v) vs. v, obtenernos la curva ilustrada en la figura 10, similar a la que se obtiene graficando a la corriente de sodio en su fase de activación. Esto nos dice que Ip refleja la activación del sodio.

Figura 10. Curvas de corriente vs. voltaje obtenidas a partir de la figura 8. La corriente transitoria I_p y la corriente estacionaria I_ss, están graficadas versus el potencial v. La figura pequeña en la parte superior es una amplificación de la región cercana al origen.

Ahora bien, de la figura 8 también se observa que cada una de las curvas ahí ilustradas tiende lentamente a un estado estacionario I_ss(v) cuando t tiende a infinito.

Lo anterior sugiere que I_ion(t;v) puede ser modelada como la suma de dos componentes, una rápida denotada por f(t;v) y otra lenta denotada por w(t;v).

Suponernos que f actúa tan rápido que podemos considerarla constante en el tiempo, esto es, dependiendo sólo de v, así:

f = f(v)

Suponemos además que w, satisface una ecuación diferencial de la forma

∂w/t = (w_∞/v - w)/τ_w con 2(0;v) = 0 (2.6)

Esta ecuación nos dice que la variable w, tiende a w_∞(v) cuando t, tiende a infinito y lo hace con una rapidez que depende de τ_w.

Para tiempos muy pequeños, la variable w es muy pequeña, por lo que

Ip(w) = f(w) (2.7)

Para tiempos muy grandes w es aproximadamente igual a

(Entra fórmula 26)(2.8)

(Recuérdese que f, no depende de t).

La función f(v) imita la activación del sodio en el modelo de Hodgkin y Huxley y está asociada a los mecanismos de excitabilidad. La variable lenta w, imita la desactivación del sodio y la activación del potasio. Como estas dos últimas variables son responsables de que el potencial de membrana regrese a su estado de reposo, Fitzugh se refirió a ellas (y como consecuencia a w) como las variables de recuperación.

Una aproximación que usualmente se hace en este tipo de modelos es reemplazar w_∞(v) por el término proporcional a v.

A la versión final del modelo de Fitzugh-Nagumo se llega cambiando las variables originales por otras, las cuales son adimensionales. En estas últimas variables el modelo citado se escribe como:

(Entra fórmula 27)(2.9)

donde la gráfica de f, tiene el aspecto cualitativo de aquella correspondiente a un polinomio cúbico, según lo muestra la figura 11.

Figura 11. Corriente instantánea, f(v) versus v, para el modelo de FHN.

En las ecuaciones 2.9, las constante b y γ, son mayores o iguales a cero, y usualmente se consideran lo suficientemente pequeñas como para que

v(x,t) = 0 y w(x,t) = 0

sea la única solución homogénea y estacionaria de 2.9. Esta solución corresponde al estado de reposo de la neurona.

Una hipótesis adicional sobre f, es que el área sombreada con líneas horizontales en la figura 11 sea mayor que el área sombreada con líneas verticales.

En general se propone

f(v) = v(v - a) (v - 1) con 0 < a < 1/2

El modelo descrito en el sistema 2.9 fue propuesto por Fitzugh como una modificación del oscilador de Van der Pol.

De forma independiente, Nagumo, Arimoto y Yoshizawa, construyeron un circuito eléctrico cuyo comportamiento está modelado por el sistema 2.9.

Por esta razón a dicho sistema se le conoce como el modelo de Fitzugh-Nagumo (FHN).

En el caso b = 0, obtenemos una versión simplificada del modelo FHN:

∂v/∂t = ∂²v/∂x² - f(v) (2.10)

A esta ecuación se le conoce como la ecuación de Nagumo; fue estudiada en la primera parte de este trabajo (Ciencias número 36). Como se menciona allí, la ecuación 2.10 presenta distintos tipos de ondas viajeras: oscilatorias, frentes de onda y periódicas.

Como es de esperarse, el caso b distinto de 0 presenta aún más dificultades para su estudio que el caso b = 0. Bajo la suposición de queγ es igual a cero y b, muy pequeña. Hastings⁴ y Carpenter² demostraron que el modelo FHN presenta ondas viajeras tipo pulso, siempre y cuando 0 < a < 1/2.

Conclusiones

Por la variedad de aplicaciones que tienen las ecuaciones de reacción-difusión, particularmente en sistemas químico-biológicos, la interdisciplina es una de sus características.

Las ecuaciones de reacción-difusión son hoy día un campo muy activo, gracias a la gran cantidad de publicaciones que están apareciendo. Éstas atraen la atención de muchos profesionistas tanto de la matemática como de las ciencias de la vida.

Desde el punto de vista matemático, el análisis de un sistema de reacción-difusión presenta variados aspectos de interés. Estos van desde los más teóricos, en donde las técnicas analíticas —sea que existan o que deban desarrollarse— son requeridas, hasta los aspectos numéricos que conllevan la aproximación de las soluciones a problemas con condiciones iniciales de frontera. Por estas razones, los modelos matemáticos de tipo reacción-difusión también poseen una riqueza matemática destacable.

Notas

a. Aunque no se ha establecido explícitamente, es de destacarse que en el principio de acción de masas de la epidemiología se considera que los individuos susceptibles e infecciosos están distribuidos homogéneamente en la población y que todos los susceptibles tienen la misma probabilidad de infectarse.

Referencias Bibliográficas

1. Busenberg, S., y Travis, C., 1983, “Epidemic Models with Spatial Spread due to Population Migration”, J. of Math. Biol. 16.
2. Carpenter, G, 1974, Travelling Wave Solutions of Nerve Impulse Equations, Tesis Doctoral Univ. of Wisconsin.
3. Fitzhugh, R., 1962, “Impulse and physiological states in models of nerve membrane”, Biophys. J. 1,445-466.
4. Hastings, S. P., 1975, “Some Mathematical Problems from Neurobiology”, Am. Math. Monthly, 82, 881-894.
5. Hodgkin, A. L. y Huxley, A. F., 1952, “A Quantitative Description of Membrane Current and Its Applications to Conduction and Excitation in Nerve”, J. Physiol., (Lond.) 117, 500-544.
6. Rallen, A., Acure, P., Murray, J. D., 1985, “A Simple Model for the Spatial Spread and Control of Rabies,” J. Theor. Biol. 116.
7. Kermack, W., Mc Kendrick A., 1927, “Contribution to the Mathematical Theory of Epidemics”, Proc. Roy. Soc., A. 115.
8. Kendall, D. G., 1965, “Mathematical Models of the Spread of Infection”, Math. and Comput. Sci. in Biology and Medicine 225-231 London: H.M.S.O.
9. Mollison, D., 1970, Spatial Propagation of Simple epidemics, (Tesis doctoral) Statistical Laboratory, Cambridge, Univ.
10. Murray, J. D., Stanley and E. A. Brown L., 1986, “On the Spatial Spread of Rabies Among Foxes”. Proc. Roy. Soc., (Lond.) B 229.
11. Nagumo, J. S., Arimoto S. y Yoshizawa S., (1962), “An Active Pulse Transmission Line Simulating Nerve Axon”. Proc. IRE. 50.

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Lourdes Esteva Peralta y Faustino Sánchez Garduño

Facultad de Ciencias,

Universidad Nacional Autónoma de México.

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cómo citar este artículo →

Esteva Peralta, Lourdes y Sánchez Garduño, Faustino. 1995. Ondas viajeras Parte II. Ciencias, núm. 37, enero-marzo, pp. 65-73. [En línea].

Carlos Vázquez Yañez

Contaré a los lectores una lamentable historia sobreo

investigación científica en plantas que, al final, tuvo una conclusión relativamente feliz. A muchos de quienes desean emprender una carrera de investigación científica les parecerá un caso ilustrativo sobre la importancia de difundir lo mejor posible los resultados de nuestras investigaciones cuando éstas producen resultados novedosos.

El mundo de la ciencia moderna se caracteriza por la competitividad y rapidez con que se suceden los acontecimientos, como el descubrimiento de nuevos fenómenos y el desarrollo de la tecnología aplicable a los procesos de observación y experimentación. Los científicos de hoy tienen una vida nada fácil. Si realmente desean ser productivos, deben actualizar sus conocimientos y mantenerse al corriente sobre los avances en su campo de investigación y en las nuevas metodologías de trabajo que aparecen. Sólo por citar un ejemplo pensemos en el abrumador desarrollo de la computación, tanto en la mejora progresiva de los equipos como en la constante aparición de nuevos programas para todas los aplicaciones imaginables, que incluyen nuevos e imaginativos métodos para captar y manejar la información procedente de experimentos y observaciones científicas.

Además de intentar mantenerse en la vanguardia del conocimiento, los científicos deben competir por puestos de trabajo que les permitan llevar adelante sus ideas sin demasiadas distracciones, y obtener el dinero necesario para complementar el presupuesto básico —generalmente magro— de apoyo al trabajo que tiene la mayoría de los centros de investigación. Para ello debe elaborar proyectos en manuscritos extensos y detallados destinados a organizaciones y fundaciones ocupadas en financiar el trabajo científico, con el fin de solicitar recursos económicos para el pago de equipos, materiales, becas y sueldos de técnicos.

El resultado final de todo el esfuerzo —cuando la investigación ha producido información novedosa— es la publicación de los hallazgos en revistas científicas especializadas, pues la investigación que no se da a conocer tiene el mismo valor que el trabajo nunca realizado. Simplemente no existe para los fines prácticos de generación de conocimiento.

Los científicos mismos se encargan de evaluar el trabajo de sus colegas, tanto para la aprobación de los proyectos de investigación como en la verificación de la originalidad de los manuscritos enviados a revistas serias y libros. Se ha generalizado el sistema de “arbitraje anónimo por pares académicos” como uno de los procedimientos más justos y objetivos de evaluación de los proyectos y productos de la investigación científica. Las publicaciones científicas que no utilizan este sistema de evaluación son consideradas poco serias y con frecuencia los trabajos que en ellas aparecen no son citados en publicaciones posteriores de otros científicos.

Esta situación genera una dura competencia por mantenerse en la vanguardia en un cierto tema de investigación, con el fin de acceder a mejores puestos de trabajo, fondos de apoyo a la investigación y espacio para publicar en las revistas de mayor prestigio. En los países científicamente desarrollados las retribuciones del trabajo científico son buenas, tanto en términos económicos como en el crédito que el investigador exitoso adquiere. Sin embargo, es dura la lucha por mantener un buen nivel de producción de calidad y estas presiones ocasionan que esporádicamente ocurran actos de competencia desleal, deshonestidad y plagio de ideas, o simplemente —como en el caso que describiré— que no se tome en cuenta, aun conociéndolos, los hallazgos de otros, por considerar que la publicación en que aparecieron no merece mucho respeto.

El metabolismo CAM

Conviene precisar que las plantas vasculares presentan básicamente tres tipos de metabolismo fotosintético, conocidos como metabolismos C₃, C₄ y CAM que, en esencia y de manera muy sucinta, consisten en lo que sigue. La gran mayoría de las plantas, incluyendo a casi todas las especies leñosas arbóreas, son C₃; las caracteriza que la fijación fotosintética del dióxido de carbono atmosférico ocurre paralela y simultáneamente a la captación de la energía luminosa en los cloroplastos de las mismas células clorofílicas de las hojas. Estas plantas presentan una sola enzima carboxilasa que se satura a concentraciones altas de CO₂; deben realizar un intenso intercambio de gases entre los espacios aéreos intrafoliares y la atmósfera y, como consecuencia, transpiran mucha agua. Los otros dos tipos de metabolismo involucran la participación de dos tipos de enzima carboxilasa y son características principalmente de plantas que continua o estacionalmente padecen déficit hídrico. El tipo C₄ es característico de zacates y hierbas de zonas calientes y secas, permitiendo una eficiencia mayor de la fotosíntesis a altas temperaturas y menor pérdida de agua.

En el metabolismo CAM (Crassulacean Acid Metabolism) que nos ocupa, la fijación del dióxido de carbono ocurre principalmente en la noche, desfasado de la captación de energía. El CO₂ captado del aire se almacena, formando parte de un ácido orgánico que se acumula durante la noche dentro de las células fotosintéticas, acidificando el tejido foliar. Durante el día el ácido es descarboxilado y el CO2 es utilizado en la fotosíntesis cuando la planta dispone de energía. Esto permite un considerable ahorro de agua, pues durante la noche la temperatura es menor y la humedad relativa de la atmósfera mayor, lo que reduce mucho la transpiración durante el intercambio de gases. El metabolismo CAM es característico de plantas suculentas de zonas áridas, plantas epífitas —que crecen sobre otras plantas sin ser parásitas— y curiosamente se presenta también en algunas plantas acuáticas sumergidas, para las que en ocasiones hay una baja concentración diurna de bióxido de carbono disuelto en el agua y un incremento nocturno de este gas.

(Quienes deseen profundizar en este tema pueden consultar cualquier texto moderno de ecología vegetal o fisiología vegetal, como el de Salisbury y Ross, 1991).

Cuando se iniciaron los acontecimientos que narraré no se conocía ninguna especie de planta dicotiledónea, leñosa arbórea, con metabolismo CAM , y éste tampoco había sido reportado en plantas pertenecientes a la familia botánica tropical de las clusiáceas.

Las plantas estranguladoras

A principios de la década de los ochenta, la doctora Clara Tinoco y quien esto escribe realizamos una práctica de campo con estudiantes de biología. El problema planteado consistía en efectuar un experimento, en un periodo máximo de dos días, que permitiera tener evidencias del desarrollo de un proceso fisiológico en el medio natural de la selva tropical húmeda de Los Tuxtlas, Veracruz. Se escogió la detección de metabolismo CAM en especies de plantas epífitas de varias familias. El procedimiento elegido fue relativamente sencillo: recolectar tejido fotosintético de varias especies cada cierto tiempo durante 24 horas, preparar un extracto acuoso y determinar —por medio de titulación con una solución alcalina y un colorante indicador— el grado de acidez del tejido a lo largo del periodo. Característicamente en las plantas CAM ocurre una acidificación nocturna del tejido y una disminución de la acidez durante el día. Al mismo tiempo se midió la apertura de los estomas foliares con un porómetro automático, ya que muchas plantas CAM, al contrario de las que no lo son, cierran sus estomas durante el día y los abren en la noche.

Por su forma de vida hemiepifítica y sus hojas relativamente carnosas se incluyó una especie arbórea en el estudio: Clusia lundelly. Las plantas hemiepífitas se caracterizan por iniciar su desarrollo sobre otros árboles, germinando y creciendo en grietas de la corteza u horquetas de las ramas. Con el tiempo sus raíces descienden alrededor del tronco del árbol soporte hasta alcanzar el suelo, y termina desarrollándose un árbol sobre otro árbol de diferente especie. Se les conoce también como plantas estranguladoras pues algunas especies llegan a matar el árbol en el cual crecieron, cubriéndolo con sus raíces y ramas; por ejemplo, los “matapalos” del genero Ficus.

Durante sus primeros años de vida, las plantas hemiepífitas sufren de escasez de agua y nutrimientos minerales que privan en la corteza de los árboles, hasta que las raíces alcanzan el suelo; por lo tanto, no sería raro encontrar en estas plantas algún tipo de mecanismo fisiológico que hiciese más eficiente el uso del agua disponible, a pesar de vivir en una selva muy lluviosa.

Figura 1. Rama con hojas y fruto de Clusia lundelli en la selva de “Los Tuxtlas”, Veracruz (fotografía de Guillermo Ibarra).

La Clusia estudiada resultó tener el clásico comportamiento en cuanto a la acidificación tisular nocturna y el movimiento estomático que caracteriza a las plantas CAM.

Tiempo después se tomó la decisión de publicar una nota en español sobre este hallazgo en la revista botánica de mayor tradición en el país, el Boletín de la Sociedad Botánica de México (Tinoco Ojanguren y Vázquez-Yanes, 1983), cuyos editores tradicionalmente procuran la evaluación anónima de los artículos propuestos, recurriendo a especialistas.

Ya publicada la nota, un investigador norteamericano de la Universidad de California y que no conocía el texto referido, realizó una expedición a las Islas Vírgenes y ahí tuvo contacto con otra especie de Clusia. Mediante una serie de procedimientos modernos detectó que se trataba de una planta CAM y consideró que el hallazgo era lo suficientemente importante como para publicarlo en una de las revistas más prestigiadas y selectivas del mundo: Science de Estados Unidos, pues para él se trataba del primer caso conocido de planta dicotiledónea arbórea con metabolismo CAM perteneciente a una familia en la que no se había reportado antes y en una nueva forma de vida, las hemiepífitas (Ting y colaboradores, 1985).

Afortunadamente, durante la preparación del artículo en Science, alguna persona de la Universidad de California informó al investigador sobre la nota en el Boletín de la Sociedad Botánica de México, y de esta manera apareció finalmente citada en forma indirecta en el artículo de Science. Sin embargo, no se establece en el escrito que la prioridad del hallazgo corresponde a la publicación mexicana, pues se utiliza esta referencia sólo como respaldo de algunos resultados experimentales, sin mencionar que la nota estableció claramente la presencia de metabolismo CAM en Clusia.

Como respuesta a esta omisión en el artículo de Science, hicimos llegar los sobretiros sobrantes o fotocopias de la nota original a todos los investigadores del mundo que habíamos detectado se encontraban trabajando con metabolismo fotosintético CAM. Los resultados fueron buenos. La nota ha sido citada varias veces como pionera del descubrimiento del metabolismo CAM en árboles de Clusia, en artículos publicados en revistas internacionales. En ellos queda establecida la prioridad del hallazgo de la publicación mexicana (Popp y colaboradores, 1987; Franco y colaboradores, 1990; Zolt y Winter, 1994; y varios otros).

Es evidente que el reconocimiento final de la prioridad del hallazgo mexicano del metabolismo CAM en Clusia se dio de manera accidental y fácilmente pudo no haber ocurrido, pues el acceso de los especialistas a la publicación en el Boletín de la Sociedad Botánica de México no se dio por los medios habituales: visita periódica a una buena biblioteca, las publicaciones especializadas en reseñar la literatura científica reciente (por ejemplo, la famosa Current Contents), los bancos bibliográficos computarizados, y otros medios. Ocurrió fortuitamente gracias a la intervención de una persona informada, y posteriormente a través del envío masivo de fotocopias a especialistas conocidos en el campo de la ecofisiología del metabolismo fotosintético en plantas.

Conclusiones

Efectuar nuestro trabajo científico en un país que —salvo raras excepciones— prácticamente carece de revistas científicas para la publicación primaria de investigación original inédita, y que cumplan con todos los siguientes requisitos: arbitraje internacional por pares académicos anónimos, de aparición frecuente y regular, y con distribución y circulación internacional eficiente, nos añade otra desventaja respecto a los países desarrollados. En tanto no las tengamos, es importante que al menos intentemos publicar lo más novedoso de los resultados de nuestras investigaciones en revistas internacionales, para asegurar que van a tener el reconocimiento y el impacto que por propios méritos científicos les correspondan.

Referencias Bibliográficas

Franco, A. C., E. Ball y U. Lüttge, 1990, Patterns of gas exchange and organic acid oscillations in tropical trees of the genus Clusia, Oecologia 85:108-114.
Popp, M., D. Kramer, H. Lee, M. Díaz, H. Ziegler y U. Lüttge, 1987, Crassulacean acid Metabolism in tropical dicotyledonous trees of the genus Clusia, Trees 1: 238-247.
Salisbury, F. B. y C. W. Ross, 1991, Plant Physiology, Cuarta Edición, Wadsworth, USA.
Ting, I. P., E. M. Lord, L. da Sternberg y M. J. DeNiro, 1985, Crassulacean acid metabolism in the strangler Clusia rosea Jacq., Science, 229:969-971.
Tinoco-Ojanguren, C. y C. Vázquez-Yanes, 1983, Especies CAM en la selva húmeda tropical de Los Tuxtlas, Veracruz, Boletín de la Sociedad Botánica de México 45:150-153.
Zotz, G. y K. Winter, 1994, A one year study on carbon, water and nutrient relationship in a tropical C3 - CAM hemi-epiphyte Clusia uvitana Pittier, New Physiologist, 127:45-60.

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Carlos Vázquez Yanes

Centro de Ecología,

Universidad Nacional Autónoma de México.

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cómo citar este artículo →

Vázquez Yanes, Carlos. 1995. Una historia de investigación científica en plantas estranguladoras. Ciencias, núm. 37, enero-marzo, pp. 57-60. [En línea].

Antonio R. Cabral

El fraude es un fantasma que ha merodeado el camino

de la ciencia durante toda su historia. Lo mismo si se trata de exploración polar, síntesis de oro, impacto del medio ambiente en el coeficiente intelectual de gemelos fraternos o en la búsqueda del unicornio viviente. En los últimos años la ciencia también ha tenido su dosis de científicos deshonestos; por la fama y jerarquía de algunos de ellos, sus casos han alcanzado gran notoriedad. Tres ejemplos, el último apenas conocido, bastarán para mostrar sendas caras del mismo problema.

Los ratones pintados

En 1973, William Summerlin, investigador del más grande e importante centro mundial de investigación sobre cáncer, el Instituto Sloan-Kettering de Nueva York, dio a conocer un hallazgo espectacular: con sólo cultivar piel mediante “técnicas especiales” es posible trasplantarla con éxito de un animal a otro de la misma especie y aun entre individuos evolutivamente distantes. Este descubrimiento fue recibido con gran júbilo pues, entre otras posibilidades, por primera vez en la historia de la medicina ofrecía una medida eficaz para tratar las quemaduras graves. El problema empezó cuando varios investigadores alrededor del mundo —incluso dentro del mismo Sloan-Kettering— no pudieron repetir los resultados de Summerlin. Que un grupo no pueda reproducir los hallazgos de otro no es cosa rara en ciencia; sin embargo, las sospechas de que algo estaba mal aumentaron cuando Summerlin se mostró especialmente renuente a compartir los detalles metodológicos de sus investigaciones. La razón no tardó en aparecer: Summerlin reconoció que había pintado parcialmente a sus animales para simular injertos de piel oscura en ratones blancos; también confesó haber publicado resultados de operaciones quirúrgicas nunca efectuadas. La historia terminó un año después, cuando Ninnemann y Robert A. Wood publicaron un trabajo que acabó con el engaño.¹

El virus ajeno

Por la jerarquía del actor involucrado y por los millones de dólares en juego, este caso de gran relevancia actual lleva varios años causando asombro e incredulidad en el mundo científico: ¿quién descubrió el virus del síndrome de inmunodeficiencia adquirida?

En 1983, la revista Science publicó simultáneamente tres artículos, dos encabezados por Robert Gallo, de los Institutos Nacionales de Salud en Bethesda, Maryland, y el otro del grupo dirigido por el doctor Luc Montagnier del Instituto Pasteur de París. Ya que para entonces Gallo tenía mucho tiempo estudiando el virus causante de un tipo especial de leucemia, publicó que el sida podría ser producido por ese virus. Montagnier estaba seguro de que el origen de esta enfermedad era viral, pero en 1983 no pudo asegurar su identidad exacta. Ahora sabemos que el francés tenía razón, pues el virus de la leucemia aislado por Gallo sólo era un contaminante de sus muestras iniciales.

La llamada “guerra franco-norteamericana” se inició en 1985 cuando Montagnier acusó a Gallo de que sus publicaciones estaban basadas en datos obtenidos del mismo virus que tiempo antes él mismo le había enviado desde París.² El asunto se tornó más ríspido cuando se descubrió que Gallo había publicado fotografías para las que usó —según el mismo Gallo reconoció— el virus aislado por el propio Montagnier. Es decir, todo apunta al investigador francés como descubridor del virus del sida y el plagio parece evidente.

Fechas alteradas

En 1985, la famosa revista The New England Journal of Medicine publicó un artículo en el que investigadores de 484 instituciones hospitalarias mostraron que la extracción del tumor propiamente dicho³ era igual de efectiva que la cirugía radical para el tratamiento del cáncer temprano de mama. Cuatro años después otro estudio confirmó estos resultados.⁴

En junio de 1990 un trabajador de la agencia coordinadora de los estudios, la National Surgical Adjuvant Breast and Bowel Project (NSABP), notó algunas discrepancias en los datos enviados por el doctor Roger Poisson, jefe del estudio en el Hospital St. Luc de Montreal. Después de que las auditorías de rigor comprobaron que algunos datos efectivamente habían sido falsificados, la NSABP notificó el hecho a varias agencias gubernamentales estadounidenses —incluida, desde luego, la ahora llamada Office of Research Integrity (ORI) u Oficina de Integridad en Investigación, organismo encargado de averiguar los fraudes que ocurran en estudios patrocinados por el gobierno de ese país. Posteriormente, la ORI y otras agencias interesadas también concluyeron que, después de eliminar los pacientes de Poisson, los resultados seguían siendo válidos. Tres años luego de haberse descubierto el fraude, es decir en 1993, la ORI dictó su sentencia en contra del doctor Poisson: culpable de “mala conducta científica”.

En marzo de 1994, Angell y Kassirer, editores del New England, recibieron una llamada telefónica del Chicago Tribune para conocer su opinión acerca del “fraude” llevado a cabo en los estudios de la NSABP. Sorprendentemente, esta era la primera vez que la revista se enteraba del asunto con todo y que, como se anota, ya llevaba 4 años de haberse descubierto. Recientemente, Angell y Kassirer publicaron los siguientes datos: de las 2163 pacientes incluidas en el estudio, 354 pertenecían al Hospital St. Luc; la ORI encontró que Poisson modificó la fecha del diagnóstico microscópico del cáncer de 6 (sic) enfermas para que pudieran participar en el estudio.⁵ Como resultado de todo este embrollo, el doctor Bernard Fisher —autor principal de estos trabajos— renunció el 28 de marzo de 1994 a la coordinación de la NSABP, y en junio de 1993 el doctor Poisson aceptó “retirarse” como Profesor de Medicina de la Universidad de Montreal y desde entonces tiene prohibido involucrarse en cualquier actividad de enseñanza. Justificadamente, el doctor Poisson sigue viendo pacientes pues, según la ORI, su “mala conducta” no estuvo relacionada con su actividad clínica.⁶

Comentarios

En 1984 nuestro admirado Peter B. Medawar afirmó que el delito más horrible que un científico puede cometer es declarar cierto lo que no es. Los tres casos son reprobables pues la falsificación, el plagio y la alteración de datos son actos intrínsecamente contrarios a la esencia de la investigación científica: la búsqueda de la verdad. También son censurables porque el científico que lee los hallazgos de otro confía en que su colega informe precisamente lo que encontró durante su investigación, y que todo lo que vierte en su publicación es verdad. Dicho de otro modo: la honestidad y la búsqueda de la verdad son valores que constituyen la quintaesencia misma de la actividad del científico durante la ejecución de sus experimentos y en el análisis y comunicación de sus resultados. Nada de esto es nuevo, son valores de la ética cotidiana que, uno supone, deberían guiar cualquier diligencia humana.

El caso de los ratones manchados muestra cómo la ingenuidad y los deseos de autosuperación —según el mismo Summerlin reconoció— lo llevaron a cometer actos flagrantemente falsos; mientras duró el engaño, su estulticia provocó que varios investigadores de todo el mundo invirtieran tiempo y dinero intentando repetir sus resultados. Lástima que estos hayan sido espurios; de lo contrario, los destinos de los quemados graves y de los enfermos trasplantados hoy serían otros. Como era de esperarse, la contundencia de este fraude acabó con la carrera de Summerlin, mientras que la del doctor Wood (mentor, jefe y “amigo” de Summerlin) nunca pudo recuperarse.

El caso Gallo ha sido particularmente impactante para la comunidad científica, pues se trata de un virólogo de grandes ligas que no necesitaba ninguna mala jugada para obtener el reconocimiento de sus colegas, ni mucho menos para impulsar su ya de por sí productiva carrera académica. Por ejemplo, Gallo ocupó el primer lugar entre los 100 autores científicos más citados durante la década 81-90 (36789 citas bibliográficas en total); sólo por esto —según Garfield— ya figuraba entre los candidatos al Nobel de Medicina⁷ aun antes, desde luego, de haber incursionado en el estudio del sida.⁸ Desafortunadamente, todo parece indicar que Gallo irá a Suecia cuantas veces quiera, pero no por cortesía del Comité Nobel sino sólo en calidad de turista.

Siendo imparciales, el de Poisson pareciera ser sólo un pecadillo venial. Según él, lo cometió por no haber podido decir a sus pacientes que no eran elegibles para recibir el mejor tratamiento para su enfermedad sólo porque no reunían uno de los 22 requisitos que mandaba el estudio.⁹ Por esto, cuesta trabajo dejarle caer la guadaña, con todo y que el acto es indudablemente fraudulento (vide infra).

Otra falta en el caso de las fechas alteradas la cometieron las agencias investigadoras, pues tardaron cuatro años en notificar del fraude a la revista interesada. La razón, según lo explica el mismo Fisher,⁵ fue que los resultados del estudio no se alteraron aun después de eliminar los datos de Poisson. Este argumento es injustificable pues, de acuerdo con Angell y Kassirer, si esto fuera así las revistas publicarían sólo las conclusiones de los trabajos, negando al lector la oportunidad de analizar detalladamente los estudios y con ello, la de emitir juicios sobre la relevancia, o no, de sus resultados.⁴ Y, agregaría yo, de la maravillosa posibilidad de repetirlos.

Los tres casos relatados representan diferentes facetas de lo que, por las implicaciones legales de la palabra fraude, en Estados Unidos eufemísticamente se ha preferido llamar “mala conducta en ciencia”.^10,11 El comité del Consejo Médico Danés de Investigación para la prevención e investigación de la deshonestidad en ciencia, califica los siguientes como actos fraudulentos: inclusión de datos ficticios; selección, omisión o maquillaje de los resultados; aplicación deliberada de métodos estadísticos inapropiados; plagio y autorías injustificadas.¹² Según ese comité, no son deshonestos —pero, sin duda, sí igualmente condenables— los siguientes: dobles publicaciones acerca del mismo hallazgo, omisión de referencias bibliográficas claves por razones egocéntricas, y exclusión de personas con derecho a autoría.¹² Nótese que lo anterior no incluye los errores de interpretación que el científico da a sus hallazgos ni la contumacia con la que algunos de ellos las defienden; tales sucesos son parte de la inexorable falibilidad humana. Por ello, tampoco deben considerarse como fraude los problemas que surgen cuando un investigador propone hipótesis erróneas, pues al corregirlas —dice Popper— felizmente progresa la ciencia.

El fraude en ciencia no es asunto nuevo ni tampoco la inexactitud de su sistema de autocomprobación; no obstante, los fraudes de científicos tarde o temprano son descubiertos y juzgados casi siempre por la misma comunidad científica, empezando por la propia institución a la que pertenece el actor y por la agencia patrocinadora. Como ya quedó dicho, si los científicos se ciñeran a la ética que aquí he llamado cotidiana —y que no es otra cosa que el sentido común— no estaríamos analizando su deshonestidad. Como por desgracia todavía no pertenecemos a esa maravillosa Edad de Oro, el ya citado comité danés recientemente propuso algunas medidas para prevenirla.¹³

Debido a la magnitud mundial con la que se realiza la investigación científica, desde luego es imposible conocer la cantidad real de científicos deshonestos. Los casos relatados, y otros más, deben analizarse individualmente y no como la punta de un iceberg de grandes proporciones; esta última afirmación equivaldría a decir que una empresa tan exitosa (en cuanto a resultados alcanzados se refiere) como es la ciencia, se sustenta en mentiras y engaños. La deshonestidad de algunos científicos tampoco debe decepcionarnos o alarmarnos; más bien debería invitarnos a voltear nuestras incrédulas miradas hacia la gran importancia que hoy se le asigna a la verdad, para luego tranquilamente concluir, como Medawar, que también, cuando de científicos se trata, de todo hay en la viña del Señor.¹

Referencias Bibliográficas

1. Medawar, P., 1993, El extraño caso de los ratones manchados, en: La amenaza y la gloria. Reflexiones sobre la ciencia y los científicos, Barcelona, Gedisa Editorial, pp. 87-96.
2. Martínez Palomo, A., 1988, La generación de conocimientos a través de la investigación científica, en: Fundamentos de la investigación científica, Alarcón Segovia, D., de la Fuente R., Velázquez Arellano, A. (Compiladores), México, Siglo XXI, UNAM, pp. 75-81.
3. En inglés esta operación tiene el intraducible nombre de “lumpectomy”.
4. Angell, M., Kassirer, J. P., Setting the record straight in the breast-cancer trials, N. Engl. J. Med., 330:1448-1450,1994.
5. Fisher B., 1994, Fraud in breast-cancer trials, N. Engl. J. Med., 330:1458-1460.
6. Huet, P-Michel, 1994, Fraud in breast-cancer trials, N. Engl. J. Med., 330: 1462.
7. Garfield, E., Welljams-Dorof, A., 1992, Of Nobel Class: A citation frequency on high impact research authors, Theor. Med., 13:117-135.
8. Para tener una mejor perspectiva del asunto, en la misma lista Montagnier ocupa el lugar 59 con 9494 citas. Con ello, desde luego, es candidato fuerte para recibir, tarde o temprano, el Nobel de Medicina.
9. Poisson, R., 1994, Fraud in breast-cancer trials, N. Engl. J. Med., 330:1460.
10. a) Fabricación, falsificación, plagio u otras desviaciones serias de las prácticas aceptadas al proponer, efectuar o reportar los resultados de una investigación. b) Falla en la protección a investigadores, sujetos de investigación, público en general o a animales de investigación. c) Falla en ajustarse a las leyes y códigos de investigación vigentes.
11. Buzzelli De, 1994, NSF’S definition of misconduct in science, Centennial Review 38:273- 296.
12. Riis, P., 1993, Scientific dishonesty the need for precise concepts and effective tools, J. Intern. Med., 233:213-214.
13. a) Archivar los datos “crudos” durante 10 años y que permanezcan dentro de la institución investigadora; los investigadores, sin embargo, podrán sacar copias para su uso personal. b) Todas las instituciones deberán tener reglas escritas sobre los procedimientos de investigación y sobre la forma de archivar los resultados. En algunas universidades de Estados Unidos como la Estatal de Michigan, ya se ofrecen cursos para que los futuros científicos aprendan, si es que se puede aprender, integridad científica. El subrayado es mío.

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Antonio R. Cabral

Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición "Salvador Zubirán".

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cómo citar este artículo →

Cabral R., Antonio. 1995. La deshonestidad en ciencia. Ciencias, núm. 37, enero-marzo, pp. 52-56. [En línea].

Nina Hinke

Después de los horrores nazis y las denuncias de los

experimentos llevados a cabo sobre judíos, se establecieron en el Código de Nuremberg (1947) diez puntos referentes a la experimentación en humanos. Cualquier intervención terapéutica debía tener la aprobación voluntaria del individuo en cuestión, noción que se amplió a aprobación voluntaria e ilustrada. Este código constituye una referencia fundamental en ética. A partir de él se hicieron varias recomendaciones internacionales como Helsinki (1964), en donde se propuso la creación de comités de bioética nacionales, regionales o locales; Tokio (1975) donde se establece la prioridad del individuo sobre los intereses médicos y sociales, etcétera.

El desarrollo creciente en las últimas dos décadas de las técnicas en biología molecular, como la identificación de genes, clonación, etcétera, que permiten la manipulación de los genes no sólo en bacterias y plantas, sino también en animales y en humanos, lleva a la necesidad de establecer los límites de estas aplicaciones.

En 1993, ante una preocupación cada vez mayor por regular los problemas éticos suscitados por la ciencia, la UNESCO (United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization), decidió crear un foro internacional para elaborar un documento: la Declaración sobre la Protección del Genoma Humano, que sirviera a la vez como referencia y garantizara la integridad y dignidad de cada individuo, como lo establece la Declaración de los Derechos Humanos. Para esto se creó el Comité Internacional de Bioética (CIB), que en su primera reunión elaboró mesas de trabajo donde se fijaron los temas a discutir, y que convino volver a reunirse con propuestas y textos concretos que se discutirían ante representantes de los países miembros interesados. El texto que aparece a continuación es el resultado de la segunda reunión:

2.^a Reunión del Comité Internacional de Bioética (CIB)

UNESCO, París. 22-25 de septiembre de 1994

“La tarea del CIB es la de cuidar que las nuevas técnicas desarrolladas a partir del progreso científico, no sean empleadas de forma autodestructiva.”

Noelle Lenoir (directora del CIB).

Los tres principales temas de trabajo que se habían fijado son los siguientes:

1. Límites y estatus de las técnicas de la ingeniería genética.

2. Estado de la enseñanza en bioética a nivel mundial.

3. Declaración sobre la protección del genoma humano.

1. Límites y estatus de las técnicas de la ingeniería genética

Particularmente importante es definir y delimitar las nuevas aplicaciones en el campo de la medicina. En cuanto al diagnóstico y rastreo de enfermedades genéticas (Nacimiento de la medicina predictiva) se discutió lo siguiente. A diferencia de las enfermedades infecciosas, donde la patología está dada por la presencia de un microorganismo, las enfermedades genéticas son principalmente causadas por la disfunción o la ausencia de un gen. Cada vez más se conocen los genes responsables de ciertas enfermedades. Gracias al diagnóstico prenatal es posible detectar estas mutaciones antes del nacimiento. El diagnóstico prenatal, que consiste en analizar células fetales extraídas del líquido amniótico, se utiliza generalmente en caso de riesgo de una enfermedad grave (antecedentes familiares, poblaciones con alta frecuencia de una cierta enfermedad), y permite saber si el feto es portador de la mutación. De ser así, los padres pueden decidir abortar (como es un aborto por razones médicas, se le llama aborto terapéutico). En el caso de las fecundaciones in vitro, se puede llevar a cabo otro tipo de diagnóstico, el llamado preimplantatorio. Este consiste en tomar una célula del óvulo fecundado en sus primeras divisiones, y con ésta hacer las pruebas correspondientes, antes que se introduzca en el vientre de la madre. Recientemente se aplicó esta metodología para asegurar a una pareja en Estados Unidos (que excluía la posibilidad del aborto terapéutico), portadores ambos de la mutación responsable de la enfermedad de Tay-Sachs, el nacimiento de un hijo sano. Este diagnóstico acaba de ser declarado no ético en Francia, puesto que se trata de una selección entre embriones y aunque se trate, en este caso, de seleccionar aquellos que estén sanos, se puede caer fácilmente en la selección de otros caracteres, como sexo, color, etcétera. En otras palabras, eugenismo positivo, es decir, la selección de caracteres que “mejoren” la especie humana (caracteres muy aleatorios y parciales según algún ideal de raza, pero que no tienen ningún fundamento biológico).

La discusión principal es qué genes rastrear y en qué casos es ético llevar a cabo un aborto terapéutico. ¿Qué enfermedad es realmente grave?, ¿se debe hacer un rastreo para una enfermedad que se presenta a partir de los 40 años? Además, se sabe que muchas enfermedades no son producto de un gen, sino que intervienen factores ambientales. Entonces, dado que las estadísticas muestran que un alto porcentaje de las personas con tal gen mutado tienen una disposición hacia una enfermedad, ¿se considera como enfermo a aquel que pudiera desarrollarla? Se vuelve imperativo definir conceptos como enfermedad y normalidad. ¿Hasta dónde llegar en el rastreo de genes en los individuos? ¿Hasta dónde se permite seleccionar a los individuos?

Hoy en día no sólo se pueden detectar las enfermedades genéticas, sino que se están desarrollando metodologías para resolverlas. La llamada terapia génica somática consiste en administrar una versión sana del gen mutado en el enfermo. Esto se realiza por medio de un trasplante de células previamente extraídas del enfermo a las que se les introduce el ADN con la información necesaria. De esta forma se corrige el defecto y desaparece la enfermedad (siempre y cuando se trate de una enfermedad monogénica, y que la reposición parcial de su producto sea suficiente para restablecer su función). En este tipo de intervención, el individuo es curado, pero sigue siendo portador de la mutación y la transmitirá a sus hijos (sin que necesariamente ellos presenten la enfermedad). Esta forma de intervención genética fue aceptada como “ética”, pues se considera como un trasplante de órganos. En cambio, la terapia génica germinal, que consiste en introducir el gen sano en los óvulos y espermatozoides, de forma que la nueva información se transmite de una generación a otra, queda momentáneamente prohibida. Las implicaciones son obvias: se está cambiando al ser humano definitivamente. Sin embargo, no se excluyó la posibilidad de hacerlo en el futuro cuando los científicos tengan más conocimientos al respecto. Entonces se aceptará modificar la especie humana. Quiere decir que se considera ético el modificarla, pero dadas las dificultades técnicas actuales, aún no se aprueba.

Las enfermedades genéticas, como la distrofia muscular o la fibrosis quística, son enfermedades marginales a nivel mundial. Mientras que en los países del llamado Tercer Mundo, los problemas de salud y de mortalidad son principalmente problemas causados por la falta de condiciones sanitarias (amibas, diarreas, malaria), en los países industrializados las enfermedades genéticas cobran importancia, puesto que las otras casi han desaparecido. Sin embargo, una discusión de ética en torno a los límites de las técnicas desarrolladas recientemente por la genética en estos últimos (sobre todo Francia y Estados Unidos), presenta un gran interés a nivel mundial. Pues si bien las técnicas se desarrollan en países ricos y sus aplicaciones serán sobre todo efectuadas en estos mismos dado el alto costo, también es conveniente que las otras naciones establezcan una reflexión del nuevo potencial y poder de la ciencia, para evaluar sus riesgos y delimitar sus usos. Particularmente para no convertirse en suelo fértil para investigaciones que en otros países no están permitidas, y así poder adoptar una actitud crítica hacia el tipo de investigación que se está haciendo.

2. Educación en bioética

Ético se refiere a la conducta cotidiana y que está conforme con una forma de acción. No se puede decir que algo es ético si no corresponde a las prácticas aceptadas por una sociedad. Le corresponde a ella decidir, y no a los expertos. Para el caso de la bioética, como se trata de problemas recientes, son necesarias la información y la discusión. Esto se puede lograr a través de la educación, una de las principales funciones de la UNESCO.

Se elaboraron unos cuestionarios para conocer los programas de educación en bioética a nivel mundial, mismos que fueron enviados a todos los Ministerios de Educación de los países miembros de la UNESCO. Sólo algunos respondieron, y en general no existen programas de bioética. La metodología fue muy criticada, y se resolvió cambiar la forma del cuestionario, no restringir al término bioética, sino preguntar de forma más general sobre temas relacionados con ésta. Además se sugirió que se hiciera a través de organismos como los comités de ética nacionales o regionales de cada país, que ya están involucrados en la problemática.

La aportación más interesante fue la de un representante de la India, quien dijo que la enseñanza en bioética, y sobre todo en los países europeos donde cada facultad está aislada de las demás y donde hay una gran especialización, debía de ser, por su misma naturaleza multidisciplinaria, impartida en facultades o centros donde se reúnan las diferentes disciplinas, y no promover la enseñanza por decir, de ética para médicos, o de ética para filósofos.

También se discutió mucho la educación vía medios de comunicación masiva. La opinión pública puede adquirir un poder tal que regule la toma de decisiones, como ha sucedido en ciertos países bajo la creciente preocupación por la ecología. La conciencia promovida por los ecologistas hizo que se dejaran de comprar ciertos productos, como los aerosoles que destruyen el ozono, y obligó a los industriales a sacar nuevos productos conforme a las exigencias del consumidor. También se tuvieron que adoptar medidas gubernamentales que regularon, por ejemplo, la distribución de la basura. La gente decidió el tipo de conducta a seguir. Este ejemplo ilustra cómo la conciencia se traduce en un cambio de hábitos, y cómo estos ejercen una gran presión. Para que esto sucediera con la práctica científica y se volviera realmente ética, los científicos deben asumir la responsabilidad de informar de manera precisa los avances y riesgos. Con una información veraz se puede evitar la prensa amarillista, y a su vez crear una sensibilidad hacia este tipo de problemas.

3. Declaración sobre la protección del genoma humano

Se presentó un “esbozo de la Declaración sobre la Protección del Genoma Humano”. El texto es resultado concreto de la propuesta de crear un instrumento internacional para la protección del genoma humano. No hubo mayor discusión sobre el documento presentado. Se declara el genoma humano, es decir, la totalidad de los genes y de la información genética, Patrimonio Común de la Especie Humana (hubo quienes preferían que en vez de “especie humana” se utilizara el término de “humanidad”).

“La protección del genoma humano tiene como fin cuidar la integridad de la especie humana y, como tal, la dignidad humana,… y la de cada individuo”. H. Gros Espiell (presidente de la Comisión Jurídica del CIB).

El genoma humano es muy grande, y se conoce mal a pesar del gran número de datos. Uno de los problemas que se pueden presentar es tratar de establecer patrones o caer en determinismos que puedan causar discriminación de un grupo o de ciertos caracteres.

Dado que la diferencia genética entre razas es igual a aquella que se encuentra entre los individuos de esta misma, cualquier tesis que establezca diferencias entre “razas” y quiera describir ventajas de una sobre otra, no tiene fundamentos.

El determinismo consiste en asociar un gen a un carácter. Por ejemplo, asociar un gen a la inteligencia o a la agresividad. La inteligencia, la agresividad son características compuestas, actitudes, que aunque se agrupen en una sola designación, no tienen una forma única de expresión, ni son el resultado de la acción de un gen. El comportamiento humano es cultural, por eso es un error reducirlo a una propiedad genética.

Otra consideración importante es la de las patentes y propiedad de los genes humanos. Se detuvieron hace poco en Estados Unidos las peticiones de patentes de secuencias humanas (esto surge a raíz del proyecto de la secuenciación del genoma humano, creado para establecer el mapa genético de los humanos a partir de la secuencia de la totalidad del genoma Estados Unidos y Francia están a la cabeza y en competencia). Con una patente, si una secuencia resulta que produce una sustancia importante, por ejemplo como medicamento, el dueño tiene el derecho de comercializarlo. Declarar el genoma humano como patrimonio común de la humanidad tiene grandes implicaciones en este aspecto; sin embargo tal asunto no se discutió durante la reunión. La discriminación genética y el determinismo, son algunos aspectos que se deben tomar en cuenta para proteger el genoma humano como patrimonio común de la especie humana y que forme parte de los derechos humanos.

EUGENISMO NEGATIVO, PERO DE TODAS FORMAS EUGENISMO

El eugenismo negativo es aquel que busca erradicar los caracteres nocivos: en el caso de la genética, se busca reducir la transmisión de genes responsables de enfermedades. Este proyecto se realiza a través del rastreo y del diagnóstico (premarital, prenatal, etcétera). A primera vista, parece deseable o loable saber si un niño tendrá tal o cual enfermedad, para poder darle el tratamiento necesario o evitar a los padres la carga de un hijo enfermo. Sin embargo, se pueden hacer varios cuestionamientos, ¿cuál es el criterio que define qué gen es nocivo?, ¿es nocivo un gen que predisponga una enfermedad? ¿Hasta dónde se va a exigir la normalidad de los niños, y su salud?

Un ejemplo que ilustra estos problemas es el caso del rastreo sistemático en Estados Unidos de la anemia falciforme, enfermedad recesiva y sin cura. Esta afección lleva su nombre por la forma en hoz que adoptan los glóbulos rojos, provocada por una mutación puntual en el gen de la β-globina. En estado heterocigoto, los individuos presentan una ligera anemia, pero son sanos.

Este tipo de mutación es muy frecuente en poblaciones negras. En Estados Unidos uno de cada doce negros es portador de la mutación. Por su condición letal en estado homocigoto, se puso en práctica una campaña de educación y detección por diagnóstico genético para evitar el sufrimiento de las parejas, pero rápidamente empezaron los problemas. Se empezó a exigir a los negros el comprobante de que no eran portadores de la mutación como comprobante de salud, es decir, que no representaban ningún riesgo para desempeñar ciertos trabajos (a pesar que los heterocigotos son personas sanas y capaces de realizar todo tipo de actividades). Además, las aseguradoras empezaron a cobrarles primas más altas a los portadores. Socialmente se les clasificó como enfermos y como un costo.

A partir de la realización del diagnóstico se empezó a exigir la salud y la normalidad de los individuos, quienes además quedaron segregados en una nueva categoría. Fueron marcados socialmente como carga y algo no deseable. La sociedad impone así la selección de caracteres que considera deseables, lo que equivale al eugenismo en el sentido positivo.

Referencias Bibliográficas

Pierre Thuiller, 1988, Les passions du savoir, Fayard, Paris.
Marcel Blane, 1986, Léré de la génétique, Ed. La Découverte, Paris.
Claude Kaplan & Mare Delpedi, 1990, Biologie moléculaire et médicine, Médicine/Science, Fmammarian, Paris.
John Rennie, 1994, Grading the gene tests, Scientific American, June.
César Carrllo, 1987, Decisiones, Revista Ciencias, Facultad de Ciencias, UNAM.

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Nina Hinke

Instituto de Investigaciones Biomédicas,

Universidad Nacional Autónoma de México.

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cómo citar este artículo →

Hinke, Nina. 1995. Declaración sobre la protección del genoma humano. Ciencias, núm. 37, enero-marzo, pp. 47-51. [En línea].

Francisco Ayala

David es un joven de quince años que padece una rara

enfermedad denominada inmunodeficiencia severa combinada, causada por la carencia de la enzima adenosina desaminasa (ADA). Sin esta enzima, el sistema de David está indefenso frente a cualquier infección. Hasta ahora el joven ha sobrevivido en una “burbuja”, una cámara que lo aísla de todo contacto con el mundo externo y lo protege contra todas las infecciones.

La promesa de un mundo mejor para David y otros 20 niños como él depende de un nuevo tipo de prestidigitadores: los ingenieros genéticos. En septiembre de 1990, los Institutos Nacionales de la Salud de Estados Unidos aprobaron la propuesta del doctor W. French Anderson y sus colegas para reemplazar en los “niños burbuja” el gene ADA deficiente por uno normal. El tratamiento consiste en extraer de los pacientes ciertos glóbulos blancos —los linfocitos T—, implantar en ellos un gene ADA normal y reintroducir los linfocitos en el paciente. Las células con el gene normal proveen al paciente de ADA, proporcionándole la defensa inmune contra las infecciones y la oportunidad de una vida normal.

La manipulación de los genes con propósitos médicos, agrícolas o industriales es una de muchas posibilidades derivadas del descubrimiento del ADN como material hereditario y de los avances consecuentes de la biología molecular.

De cada cien recién nacidos, uno posee un defecto genético importante. En la mayoría de los casos las consecuencias perniciosas son obvias ya en la infancia y dan lugar a anormalidades físicas o mentales, sufrimiento y muerte prematura. El catálogo de las enfermedades hereditarias conocidas incluye la hemofilia, la distrofia muscular, la fibrosis quística y 4 mil 500 más; para la mayoría de ellas no existen terapias tradicionales eficaces. Pero los avances vertiginosos de la biología molecular alumbran la posibilidad de un método terapéutico radicalmente nuevo: reemplazar el gene deficiente por otro normal. Si la sustitución se hace en las células en donde la función del gene es necesaria, como el ADA en los linfocitos, la persona es curada. Si, además, la sustitución se efectúa en las células germinales, la persona sanada puede tener hijos normales.

La ingeniería genética ha iniciado una revolución en la medicina; propuestas específicas para curas genéticas de docenas de enfermedades hereditarias ya han sido presentadas a órganos gubernamentales. Durante los próximos años más enfermedades serán añadidas, hasta que —dentro de algunas décadas— la mayoría o las 4 mil 500 queden incluidas en el catálogo.

Pero la promesa de un mundo mejor lleva consigo la amenaza de un entorno deshumanizado, en donde los valores tradicionales del patrimonio humano podrían ser tergiversados o totalmente destruidos. ¿Dónde poner los límites a las manipulaciones genéticas? Deben ser curadas todas las enfermedades, sea cual sea la seriedad de sus consecuencias? ¿Se usará la ingeniería genética para crear hombres y mujeres más inteligentes o más guapos? En algunos casos se ha anunciado, erróneamente, la producción de híbridos entre antropoides y humanos. ¿Dónde marcar el límite a las manipulaciones genéticas? La sombra de Frankenstein se cierne en el horizonte de las posibilidades reales.

Una discusión racional de los problemas suscitados por la ingeniería genética requiere identificar distintas categorías de terapias, de acuerdo con sus implicaciones sociales y morales. Eugenesia es el término apropiado para referirse a la ciencia y la práctica que buscan mejorar la naturaleza genética de la humanidad. Existen dos tipos de eugenesia: positiva y negativa. La eugenesia negativa pretende evitar las consecuencias de genes dañinos, mientras que la positiva busca mejorar la dotación genética de la humanidad, y no sólo corregir los defectos.

La genética tiene dos tipos de aplicaciones en la eugenesia negativa: diagnosis y tratamiento. Más de 200 enfermedades congénitas ya pueden ser diagnosticadas en el recién nacido, e incluso en el feto. Este tipo de diagnosis frecuentemente es recomendada en casos de alto riesgo en Estados Unidos y otros países. Por ejemplo, el dos por ciento de los americanos de descendencia africana lleva el gene de la anemia falciforme. Si tanto el padre como la madre poseen este gene, existe un 25 por ciento de probabilidades que el hijo herede el gene y sufra anemia fatal. Por medio de la amniocentesis —muestreo del líquido amniótico de la mujer encinta— es posible averiguar si el niño será anémico o normal. La amniocentesis permite identificar otras muchas enfermedades congénitas, como el síndrome de Down —una condición fatal mal llamada “mongolismo”— que afecta al tres por ciento de los hijos de madres de 40 años o más, a quienes por ello se les recomienda la amniocentesis.

¿Qué hacer si se sabe que el feto sufre de anemia falciforme o del mal de Down? En varios países existen clínicas genéticas para aconsejar a los padres en materias como estas. La consejería debe hacerse a dos niveles. Por un lado están las consecuencias médicas, económicas, familiares y sociales de procrear un niño que estará destinado a sufrir y morir en la infancia o, en el caso de Down, ser retrasado mental e incapaz de ocuparse de sus propias necesidades fisiológicas. El consejo se extiende a la descripción de los tratamientos existentes, sus costes, los centros de tratamiento y materias semejantes. Por otro lado está la opción del aborto en los países donde es legal. Claramente, la decisión de abortar o no es una decisión moral en la que la genética no aporta directamente nada, más allá de plantear la opción al identificar la enfermedad en el feto.

De no optar la madre por el aborto, o en casos en que la deficiencia genética es identificada hasta después del nacimiento, la terapia genética surge como posibilidad. La terapia puede realizarse en las células en donde el gene es activo —como es el caso propuesto para curar la deficiencia del gene ADA en los “niños burbuja”. Es apropiada la cautela con que se procede para autorizar este tipo de tratamiento en los países donde es posible, pues tales tratamientos sólo pueden justificarse moralmente si el beneficio para el paciente es mayor que los riesgos probables. En el caso de terapias experimentales el asunto no está siempre claro. Cuando las consecuencias médicas de la terapia son definitivamente beneficiosas para el paciente y para la sociedad, parecería difícil encontrar objeciones éticas contra tales tratamientos que alteran sólo la condición genética del paciente al que benefician.

¿Pero qué decir de las terapias genéticas dirigidas a cambiar las células reproductoras del paciente? En tal caso, las consecuencias afectan no sólo al individuo en cuestión sino a sus descendientes. Según algunos genéticos y moralistas, la modificación genética de las células reproductoras es éticamente inaceptable. Hay buenas razones para ello. ¿Cómo saber que los cambios genéticos que ahora parecen deseables no resulten perniciosos en el futuro? ¿Quién va a decidir qué cambios genéticos son aceptables y cuáles no?

Sin duda existen ambigüedades y conflictos, como en muchas otros asuntos de complejidad social y ética. Pero ello no es suficiente para oponerse a todas las opciones de terapéutica genética que afecten a las generaciones siguientes. Tal decisión negativa lleva implicaciones éticas que no es posible ignorar. Por ejemplo, con eugenesia aplicada sólo a células no reproductoras, el defecto genético se transmite de generación en generación; y mientras más individuos se curen habrá tantos más a curar en el futuro. Dado que los recursos médicos son limitados, no será posible curar a todos.

A mi juicio, es éticamente aceptable curar desde la genética las células reproductoras cuando se trata de un gene esencial defectuoso, siempre que se esté seguro de que la única consecuencia genética será la corrección de tal gene. Por gene “esencial” me refiero a funciones que llevan a la muerte prematura o a sufrimientos extremos sin compensaciones favorables. No hay razón para creer en tal caso que los genes que son ahora deficientes puedan tener consecuencias favorables en el futuro. Por el contrario, creo que no existe justificación para terapias genéticas triviales, como cambiar el color del pelo o de los ojos. Moralistas y genéticos tendrán que trabajar en conjunto para analizar la complejidad de situaciones intermedias entre los dos extremos que he evaluado.

¿Qué decir de la eugenesia positiva? Las posibilidades futuras son enormes. Por ejemplo, se podría intentar producir individuos más inteligentes o más sensitivos artísticamente, o más musculosos y sanos. Se podrían cambiar genes específicos, pero también sería posible algo mucho más eficaz: el clonaje de individuos con características deseables, de manera que su constitución genética pudiera multiplicarse una o millones de veces, como ocurre en el caso de gemelos idénticos. Los abusos del racismo nazi y las propuestas eugenésicas de las primeras décadas del siglo surgen amenazadoras al mencionar tales propuestas. Y con razón.

A mi juicio, la eugenesia positiva es éticamente inaceptable. Hay muchas razones para ello. La primera es que no existe fundamento biológico para decidir cuáles serían las características genéticas a multiplicar, ni veo como se podría llegar a tomar tales decisiones dentro de la estructura de una sociedad democrática. En cualquier caso, la producción de un solo individuo humano por clonación me parece éticamente repugnante.

La ingeniería genética ha abierto posibilidades, insospechadas hasta hace apenas unos años, para beneficiar a la humanidad. El hecho de que pueda ser objeto de abuso no es razón para sentirnos amenazados o para oponerse tajantemente a la ingeniería genética. Pero sí es razón para proceder con cautela y mantener la vigilancia. El paraíso y las tinieblas nos acechan simultáneamente. Tratando de seguir el camino hacia la utopía, mantengámonos alertas para evitar las desviaciones que llevan al infierno.

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Francisco Ayala

Universidad de California, Irvine, USA.

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Ayala, Francisco. 1995. La ingeniería genética: ¿hacia un mundo mejor?. Ciencias, núm. 37, enero-marzo, pp. 44-46. [En línea].

Silvia Bravo

Existe un mito muy popular respecto a la teoría de la

gravitación universal, según el cual todo ocurrió cuando la Universidad de Cambridge fue cerrada en 1665 a causa de la peste negra y Newton, al igual que todos los demás estudiantes, fue enviado a casa. Sentado a la sombra de un manzano en profunda meditación, vio caer una manzana y la noción de la gravitación universal llegó a su mente.

Este mito tal vez tuvo su origen en una biografía de Newton que escribió un amigo suyo, William Stukeley, en donde cuenta que un día se encontraban ambos tomando el té a la sombra de unos manzanos; ahí Newton recordó la experiencia que, en su juventud, lo llevó a descubrir la gravitación universal. A la formación de este mito también contribuyeron Pemberton, Whiston y Voltaire. Mitos como este han servido para propagar la imagen del genio científico como un ser inspirado que sin ningún esfuerzo accede a las profundas leyes que gobiernan el funcionamiento del Universo.

Sin embargo, la historia real de este descubrimiento es mucho más complicada y menos mística, e ilustra mejor lo que realmente es el desarrollo de la ciencia y el papel que juega cada uno de los personajes que en ella intervienen. Al analizar las contribuciones de los genios encontrarnos que ninguna de ellas ha sido un salto enorme de la nada hasta la comprensión total, sino una serie de saltos pequeños —al alcance de cualquier buen par de piernas— a partir de un conocimiento general bastante sólido. Todas las creaciones importantes en la ciencia, todas las grandes ideas, tienen una historia que las hizo posibles; si uno sigue en detalle esa historia descubre que lo que distingue a los “notables” no es haber nacido con un cerebro superdotado que permitió que todo les resultara obvio, sino la tenacidad y la pasión con que se dedicaron a hacer lo que cualquier humano inteligente puede hacer, pero muchas más veces por minuto. La capacidad de resolver problemas nuevos y difíciles, la inspiración, la “genialidad”, no son caracteres adquiridos genéticamente: se desarrollan a pulso. Los genios no son quienes nunca cometen errores, son aquellos que acaban de cometerlos todos antes que los demás. Edison probó cientos de materiales inútiles antes de dar con el adecuado para los focos eléctricos y realizó muchos más inventos fracasados que exitosos. Él solía decir que el genio es un 1% de inspiración y un 99% de transpiración. Yo creo que ese 1% de inspiración es también resultado de la transpiración.

El Sol en el centro del Universo

El paso inicial, y seguramente el más difícil, fue colocar al Sol, y no a la Tierra, en el centro del Universo. La historia del ordenamiento de los cuerpos celestes y de sus movimientos es larga y muy interesante, digna en sí misma de un relato detallado, pero aquí sólo la describiremos a grandes rasgos pues nuestra meta es otra.

Aunque las preguntas seguramente empezaron cuando el primer hombre observó con atención los cielos, el intento sistemático de ordenamiento se inició, para variar, con los griegos, quienes fueron los primeros en buscar explicaciones claras y racionales de los eventos naturales. El sistema del Universo generado por los griegos estaba apoyado en las observaciones y el sentido común. Es fácil darse cuenta que la Tierra es grande, sólida y fija, mientras que los cielos parecen estar poblados por objetos pequeños y remotos en constante movimiento; ¿qué más natural que pensar que nuestra enorme y pesada Tierra era el centro inmóvil del Universo? Las estrellas se ven como puntos pequeños de luz que comparten un movimiento giratorio alrededor de la Tierra cada 24 horas; ¿qué más natural que pensar que todas ellas están fijas a una esfera rígida centrada en la Tierra que gira una vez por día? Así pues, la descripción del Universo como un sistema geocéntrico parecía bastante natural. Pero en el cielo hay otros objetos que obviamente no comparten el movimiento de la esfera de las estrellas, sino que se desplazan de manera más complicada, aparentemente errática, a veces incluso con movimientos retrógrados. Estos son el Sol, la Luna, Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno, que recibieron el nombre general de planetas, “vagabundos”. Explicar sus movimientos resultaba más complicado.

En el siglo IV a. C., Platón exponía a sus alumnos el problema en los términos siguientes:

Las estrellas son cuerpos celestes, eternos, divinos e inmutables que se mueven con velocidad uniforme alrededor de la Tierra en las más regulares y perfectas de todas las trayectorias: círculos. Pero los planetas vagan a través de los cielos en trayectorias complicadas, con velocidades aparentemente irregulares. Sin embargo, siendo también objetos celestes, en realidad deben moverse en una forma adecuada a su alto status; sus movimientos deberían ser una combinación de círculos perfectos. Encontrar esas combinaciones de círculos que describieran el movimiento de los planetas fue el problema establecido por Platón y el problema astronómico más importante durante casi dos mil años.

Platón y otros griegos, —destacadamente Aristarco— proponían una explicación diferente para el movimiento de los cuerpos que observamos en el cielo. Argumentaban que era mucho más sencillo describir estos movimientos si se suponía al Sol en el centro del Universo y a todos los demás planetas, incluyendo a la Tierra (y con excepción de la Luna), girando alrededor de él. Esto es lo que se llama un sistema heliocéntrico. El movimiento diurno de la esfera celeste con todas sus estrellas podría explicarse si esta esfera estuviese fija y la Tierra, además de dar vueltas al Sol, girara en sí misma una vez por día. Ésta podría parecer una explicación más simple; pero el pensar a la Tierra con estos movimientos planteaba una serie de problemas. Si la Tierra giraba tan velozmente como implicaba una vuelta por día, ¿por qué no lanzaba a todos los objetos lejos de ella, como las gotas de agua en una rueda que gira? ¿por qué no se sentían los fuertes vientos que implicaría su giro debajo de la atmósfera? ¿por qué las cosas que se lanzaban verticalmente hacia arriba regresaban al mismo sitio y no se quedaban atrás?, etcétera. Todos estos fenómenos —que parecían ser los esperados en una Tierra en movimiento— no se observaban, así que esta teoría parecía insostenible. Por lo tanto, los griegos se dedicaron durante muchos siglos a resolver el problema como lo propuso originalmente Platón, y la proposición heliocéntrica fue olvidada.

Más de cinco siglos después, en el año 150 de nuestra era, Ptolomeo presentó un complicado sistema de ciclos excéntricos y epiciclos —ciclos cuyo centro se mueve a su vez en un ciclo— que satisfacía razonablemente bien las observaciones de los movimientos de los planetas, e incluso podía utilizarse para predecir sus posiciones futuras con notable precisión para la época. El gusto por tan monumental obra fue tan grande que su libro fue bautizado como el Almagesto, el Supremo, y su sistema estuvo en uso durante los siguientes 1500 años. Con esto el problema se consideró resuelto. El Universo era un sistema ordenado que había que describir y el sistema ptolemaico lo hacía bastante bien.

Pero catorce siglos después las cosas habían cambiado. En el siglo XVI ya se había demostrado que la Tierra es redonda y no muy grande; América ya existía en los mapas y los instrumentos de navegación y la tecnología en general estaban muy desarrollados. Las observaciones astronómicas podían efectuarse con un detalle y una precisión nunca antes obtenidos. La imagen que del Universo se empezaba a formar en este siglo era la de una máquina en donde todos los sucesos eran derivados de una causa mecánica. Se empezaba a imponer la moda de las experimentaciones y las argumentaciones alrededor de ellas; todo esto iba a hacer que los cielos y la Tierra se convirtieran en un terreno de estudios científicos que, bajo una nueva filosofía, conduciría a muy diferentes respuestas.

En el sistema de Ptolomeo se requerían varias decenas de sus complicados elementos geométricos para describir el movimiento de cada planeta. En estas condiciones, tratar de establecer las causas mecánicas de esos movimientos estaba en chino y ningún avance en esta dirección habría sido posible si su descripción no se hubiera simplificado enormemente. Pero en 1543 se publicó un libro que recogía las antiguas ideas heliocéntricas y postulaba nuevamente un sistema universal con el Sol en el centro. Este libro, titulado Sobre las Revoluciones de las Esferas Celestes, fue escrito por Nicolás Copérnico, y representaba el trabajo de la mayor parte de su vida. Copérnico argumentaba que siendo el Sol el más brillante y majestuoso astro, debería ocupar la posición central en el Universo e intentó describir los movimientos de los planetas mediante órbitas circulares alrededor del Sol. Sobre estas órbitas había excéntricos y epiciclos a la manera de Ptolomeo, pero todo el sistema constaba de sólo 37 elementos. Con su sistema, Copérnico pudo calcular los periodos de revolución de los planetas en términos del año terrestre y también los tamaños de sus órbitas en relación al de la órbita de la Tierra, dando así, por primera vez, dimensiones al Universo. Los valores que obtuvo son notablemente similares a los que se manejan actualmente.

Pero su sistema volvía a traer el problema de los movimientos de la Tierra, lo que parecía estar en contra de las experiencias cotidianas. Muy pocos pensadores de la época aceptaron el sistema copernicano, pero entre los pocos hubo muy buenos paladines que se dieron a la tarea de defenderlo, desarrollarlo y mejorarlo, convencidos de que era una mejor manera de ordenar las observaciones y explicarlas. La aceptación del Universo heliocéntrico y de la Tierra en movimiento, la reconciliación con las observaciones, requirieron de cambios tan profundos en la manera de ver el mundo que a esta etapa se le ha llamado la revolución científica, y suele considerarse como el punto de partida de la ciencia moderna. En ella, Galileo jugó un papel tan importante que se le ha llamado también la revolución galileana.

Su libro Diálogo Concerniente a los dos Principales Sistemas del Mundo, publicado en 1632, reúne observaciones y argumentos a favor del sistema heliocéntrico que representaron una base firme sobre la cual se fue construyendo la aceptación general de este planteamiento.

Muchos y detallados libros se han escrito sobre este importantísimo periodo de la historia de la ciencia que dio lugar al “nacimiento de una nueva Física”. Pero lo importante para nuestra historia es que con todo ello el Sol volvió a ocupar la posición central del Universo y se inició el avance hacia una descripción y una explicación mecánica del movimiento de los planetas.

Cómo se mueven los planetas alrededor del Sol

Una vez establecido el sistema Sol-planetas, era necesario dar una descripción matemática cuantitativa de su estructura y dinámica. Para ello se requirieron muy buenas observaciones, muy buenas matemáticas y mucha paciencia. El gran astrónomo del siglo XVI fue Tycho Brahe, quien dedicó su vida a mejorar la precisión de las observaciones y a desarrollar una teoría completa del movimiento de los planetas. Las observaciones de Tycho eran de mayor precisión que las utilizadas por Copérnico para ajustar su sistema, y él mismo propuso otro modelo del Universo en el que la Luna y el Sol giraban alrededor de la Tierra, pero los planetas giraban alrededor del Sol. El sistema de Tycho era muy complejo y no tuvo gran futuro, pero al morir él en 1601, Johannes Kepler, su discípulo y ayudante, heredó todo su bagaje de observaciones.

Kepler era un profundo creyente y decidido defensor del sistema de Copérnico y trabajó muy arduamente para ordenar las excelentes observaciones de Tycho respecto a un sistema que tuviera al Sol en el centro. No vamos a detallar aquí su trabajo —verdaderamente magnífico—; sólo mencionaremos que su tenacidad dio frutos y después de más de 70 intentos fallidos de ajustar la órbita de Marte a un conjunto de ciclos, epiciclos y ecuantes, Kepler supo que eso no iba a funcionar y decidió abandonar el prejuicio de los círculos que había guiado a los astrónomos por más de 20 siglos.

Finalmente, en 1609 publicó un libro en el que mostraba que las órbitas de los planetas alrededor del Sol son elipses ¡una sola elipse para cada planeta!, y que el Sol no se encuentra en el centro sino en uno de los focos de la elipse. También había calculado que la línea que une al planeta con el Sol en movimiento barre áreas iguales en tiempos iguales, lo que se conoce como ley de las áreas y diez años después, en 1619, pudo establecer la ley de los periodos. Esta ley dice que el cuadrado del periodo de un planeta en su órbita es proporcional al cubo de su distancia promedio al Sol. Con estas tres leyes, Kepler establecía una descripción geométrica y matemática del movimiento de los planetas alrededor del Sol que permitiría empezar a especular sobre sus causas mecánicas.

Las leyes que rigen el movimiento de los cuerpos

En el siglo XVII, el estudio mismo del movimiento se desarrollaba ya de manera muy diferente a la de las antiguas explicaciones lógicas de la filosofía griega. Galileo realizó un gran número de experimentos y mediciones con cuerpos en diversos tipos de movimiento, los que reportó con gran detalle en sus publicaciones para que cualquiera que lo deseara pudiera repetir las experiencias. Con ello ejemplificaba el concepto de investigación científica como lo conocemos ahora aunque, dicho sea de paso, no fue el primero ni el único en pensar así. Pero así se inició la descripción matemática de los movimientos de los cuerpos y la búsqueda de las leyes que los gobiernan.

1. La Primera Ley

En 1638 Galileo publicó el libro Discursos y Demostraciones Matemáticas Concernientes a dos Nuevas Ciencias Pertenecientes a la Mecánica y al Movimiento. De los estudios presentados en este libro, y de su posterior desarrollo por Descartes entre 1640 y 1650, se llegó a la conclusión de que los cuerpos en movimiento dejados a sí mismos (es decir, libres de la acción de toda fuerza) no se detienen —como se creía anteriormente— sino que mantienen un movimiento rectilíneo y con rapidez constante. Esto es lo que Newton llamaría después la Primera Ley del Movimiento, conocida ahora como la Primera Ley de Newton. Con ella se corregía la errónea concepción de que se necesitaba aplicar continuamente una fuerza para mantener moviéndose a un cuerpo: el movimiento rectilíneo y de rapidez constante no requiere de ninguna fuerza.

Pero el movimiento de los planetas alrededor del Sol no es rectilíneo ni de rapidez constante; por lo tanto, estos movimientos sí deben estar dirigidos por la acción de una fuerza. Ahora los movimientos giratorios de los cuerpos celestes ya no eran considerados simplemente como movimientos naturales que había que describir (como para los griegos), sino que eran complejos movimientos curvos que requerían una explicación mecánica. Kepler y Descartes, por supuesto, especularon sobre las fuerzas que podrían estar empujando (o jalando) a los planetas a lo largo de sus órbitas. Pero su enfoque estaba equivocado, pues aún faltaba por establecerse la Segunda Ley del Movimiento, que describe cuál es la acción de una fuerza al ser aplicada a un objeto. Con esta ley, que tendría que esperar hasta Newton, el problema podría ya plantearse correctamente.

2. Los Principios y la Segunda Ley del Movimiento

El gran éxito de Newton se debió a que él mismo descubrió, a lo largo de su vida, los últimos eslabones necesarios para armar la cadena hacia el establecimiento de la gravitación universal, pero no los publicó conforme los obtuvo: los sacó a la luz todos juntos en su monumental obra Principios Matemáticos de la Filosofía Natural, publicada en 1687. Los primeros capítulos están dedicados a las leyes del movimiento y posteriormente se discute el problema de las fuerzas que mantienen a los planetas en sus órbitas. Con este golpe maestro, Newton dejó sin oportunidad a sus contemporáneos y se consagró como el más grande de los pensadores de su tiempo.

En los Principios, Newton no describe la metodología que usó para llegar a los resultados presentados. Al comienzo de sus actividades científicas se había dedicado a experimentar con la luz y en 1672 envió a la Royal Society un trabajo titulado Teoría de la Luz y los Colores en donde detalla todos los experimentos y razonamientos que lo llevaron a esa teoría. Sin embargo, este escrito fue tan acremente criticado por algunos personajes importantes de la época que Newton decidió no volver a publicar. Posteriormente cambió su actitud por insistencia de su amigo Edmund Halley, quien quedó tan impresionado al conocer todo lo que Newton había desarrollado respecto al movimiento y la gravitación que ofreció cubrir él mismo todos los gastos de publicación de los Principios. Pero entonces Newton prefirió el estilo axiomático-deductivo de los antiguos griegos y su libro refleja la estructura lógica de los libros de geometría de Euclides. En su obra, parte de principios generales y procede luego, en forma deductiva, a sacar de ellos todas sus consecuencias lógicas. Para llegar a estos principios generales necesariamente debió hacer muchos experimentos a la manera galileana, así como pruebas geométricas y matemáticas a la manera de Kepler, pero no menciona nada de ello.

La Primera Ley indica que el efecto de una fuerza sobre un cuerpo no es mantener su estado de movimiento sino cambiarlo, pero la forma como las fuerzas cambian a los movimientos no estaba clara. Esto fue establecido por Newton como la Segunda Ley del movimiento, la cual dice que cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo, el movimiento del cuerpo se altera de tal manera que el cambio en el tiempo de su cantidad de movimiento (d mv/dt) es igual a la fuerza que actúa sobre él y este cambio se produce en la misma dirección que la fuerza:

d mv/dt = F

Así pues, era cosa de ver en qué dirección cambia el movimiento de los planetas en sus órbitas yeso indicaría la dirección de la fuerza que está provocando ese cambio; la magnitud de la tasa de cambio indicaría la magnitud de la fuerza. Evidentemente, para un movimiento como el de los planetas en sus órbitas, la fuerza no es constante en dirección ni en magnitud.

La pregunta y el principio de la respuesta: los ángeles empujan hacia el Sol

La pregunta de moda entre la “comunidad científica” en la época de Newton era: ¿qué tipo de fuerza se necesita para hacer que un cuerpo se mueva en una órbita elíptica de acuerdo a las leyes de Kepler? Sin el establecimiento de la Segunda Ley del Movimiento no era posible siquiera plantear con precisión la pregunta, pues no estaba claro el efecto que se esperaba de la fuerza. Con la Segunda Ley, aplicada a las órbitas de los planetas, fue fácil para Newton determinar, en primer lugar, que la dirección de esa fuerza siempre es hacia el Sol: ¡el Sol atrae a los planetas hacia sí!

Decía Richard Feynman, un gran físico contemporáneo que murió hace algunos años, que el paso crucial hacia la explicación de los movimientos celestes se dio cuando los hombres descubrieron que para mantener a los planetas en órbita no se necesitaban ángeles que los empujaran a lo largo de sus trayectorias, sino ángeles que los empujaran hacia el Sol. Y así fue, en efecto. Con este establecimiento, la posición del Sol en el centro del sistema planetario ya no era sólo una cuestión de jerarquía, sino que su presencia era la causa mecánica que determinaba que los planetas giraran alrededor de él: el Sol no estaba en el centro del Universo, sino que el centro del Universo estaría dondequiera que estuviera el Sol.

Newton demostró que para cualquier fuerza que, como ésta, se dirija siempre a un mismo punto, se cumple la ley de las áreas de Kepler, independientemente de cuál sea la magnitud de la fuerza. Además, de las características del movimiento de los planetas también pudo calcular la magnitud de la aceleración (el cambio en el tiempo de la velocidad, a = dv/dt) en cada punto de la órbita. Así, Newton encontró que la fuerza de atracción que el Sol ejerce sobre los planetas depende inversamente del cuadrado de la distancia que los separa de él, y demostró que con una fuerza tal se cumple también la ley de Kepler de los periodos. Así pues, de la sola aplicación de la Segunda Ley del Movimiento al caso de las órbitas planetarias descritas por Kepler, fue posible determinar que eran producidas por la presencia constante de una fuerza que los atrae hacia el Sol con una intensidad que disminuye con el cuadrado de su distancia a él.

Una gravitación celeste y terrestre

En el siglo XVII, el siglo de Newton, los cuerpos celestes ya habían perdido su status especial. Tycho, Kepler y Galileo habían mostrado que son cuerpos semejantes a la Tierra y pregonaban que deberían estar sujetos a las mismas leyes naturales que todos los cuerpos en nuestro planeta (cosa que aún seguimos creyendo). Galileo había descubierto con su telescopio un sistema de satélites girando alrededor de Júpiter —como el sistema de planetas del Sol y como el sistema Tierra-Luna—, y posteriormente se descubrieron varios satélites alrededor de Saturno. Se había observado ya que los movimientos de los satélites alrededor de su respectivo planeta también obedecen las leyes de Kepler, por lo que deberían estar controlados por el mismo tipo de fuerza que mantiene a los planetas alrededor del Sol.

En particular, la Tierra debería estar atrayendo a la Luna hacia sí con una fuerza proporcional al inverso del cuadrado de la distancia que las separa. Pero, ¿la Tierra atrae solamente a la Luna? ¿Qué pasa con los demás objetos en su entorno? Por supuesto que también los atrae. Todos los cuerpos caen hacia el centro de la Tierra. Es más, Galileo ya había mostrado que la gravedad hace que todos los cuerpos caigan con la misma aceleración, independientemente de sus propiedades particulares. ¿Sería esta aceleración debida a la misma fuerza que mantiene a la Luna en su órbita? Era lógico esperar que sí; todo era cosa de hacer un pequeño cálculo para cerciorarse.

La fuerza con que la Tierra mantiene en órbita a la Luna es, como ya dijimos, proporcional al inverso del cuadrado de la distancia. La aceleración con que caen los cuerpos cerca de la superficie de la Tierra ya se podía medir con buena precisión, y la aceleración que tiene la Luna en su órbita se podía calcular de las características de su movimiento. Se sabía, además, que la Luna está aproximadamente a sesenta radios terrestres de distancia, por lo que está sesenta veces más lejos del centro de la Tierra que los cuerpos que están sobre la superficie de ésta. Por lo tanto, la aceleración de caída de la Luna debería ser de 1/602 de la aceleración de la gravedad y un cálculo muy sencillo permitió a Newton darse cuenta de que en realidad lo es. Así quedó establecido que la misma fuerza de gravedad actúa sobre los cuerpos celestes y terrestres. La unión de la física de los cielos y de la Tierra, preconizada por Galileo, Tycho, Kepler y todos sus seguidores, encontró en este descubrimiento de Newton uno de sus más sonoros triunfos.

Pero esto mostraba algo más. Si la aceleración debida a la fuerza de gravedad a una distancia dada del centro de la Tierra —por ejemplo, cerca de su superficie— es igual para todos los cuerpos, independientemente de su masa (como había mostrado Galileo), entonces esa fuerza debe ser proporcional a la masa del cuerpo atraído pues, de acuerdo a la Segunda Ley, a = F/m. La única manera de que la aceleración no dependiera de la masa era que la fuerza fuera proporcional a ella, de manera que al hacer la división se cancelaran. Así pues, la fuerza de gravedad que atrae a los cuerpos hacia la Tierra y mantiene a los planetas y a los satélites en sus órbitas debe ser directamente proporcional a la masa del cuerpo atraído e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que lo separa del centro atractor. El modelo de la gravitación universal iba tomando más forma.

La Tercera Ley y la respuesta

Descartes ya había demostrado que en las interacciones entre los cuerpos la cantidad de movimiento total se conserva. Esto quiere decir que en la interacción de dos cuerpos si uno sufre un cambio en su cantidad de movimiento, el otro deberá sufrir un cambio de igual magnitud, pero de signo contrario, para que en total no haya cambio. Esto, en términos de la Segunda Ley, implica que en la interacción ambos deben sentir una fuerza de igual magnitud, pero de dirección contraria. Esta es, ni más ni menos, la Tercera Ley del Movimiento que formalmente se expresa así: todas las fuerzas son de interacción, y en la interacción la fuerza que uno de los cuerpos ejerce sobre otro es de la misma magnitud, pero de dirección contraria a la que el otro ejerce sobre él.

Con referencia a la fuerza de gravitación o gravedad, la Tercera Ley establecía que si el Sol ejerce una fuerza de atracción sobre los planetas, estos a su vez deberían ejercer sobre el Sol otra fuerza de igual magnitud, pero en dirección hacia ellos; la Tierra atrae a la Luna con una cierta fuerza que es igual, pero de dirección contraria a la fuerza con la que la Luna atrae a la Tierra. Si, como acabamos de ver, la fuerza con que la Tierra atrae a un objeto depende de la masa de ese objeto, la fuerza con la que el objeto atrae a la Tierra debe depender de la masa de la Tierra. Pero ambas fuerzas deben tener la misma magnitud, por lo que entonces la fuerza de interacción debe ser proporcional al producto de las masas de los cuerpos que interactúan.

Ya dijimos que los movimientos de los satélites alrededor de sus respectivos planetas también obedecían las leyes de Kepler. Pero las constantes de estos movimientos eran diferentes en el caso de los planetas alrededor del Sol y para cada conjunto de satélites. Era evidente que alguna propiedad del centro atractor intervenía también en la magnitud de la fuerza. Y ahora era evidente que esta propiedad debería ser su masa. Toda la trama empezaba a revelarse.

Al fin una gravitación universal

Si la Tierra atrae a todos los objetos a su alcance, y ellos a su vez la atraen a ella en virtud de las masas de ambos, lógico sería esperar que todos ellos se atrajeran también entre sí en virtud de sus respectivas masas. Como la masa de los cuerpos cotidianos es muchísimo menor que la masa de la Tierra, la fuerza con que una roca jala a otra roca es también muchísimo menor que la fuerza con que esta roca es jalada por la Tierra. Es más, estas fuerzas de atracción entre los objetos sobre la Tierra son tan pequeñas que quedan prácticamente anuladas por la resistencia del aire y la fricción; por eso es que no vemos a los cuerpos a nuestro alrededor colapsándose. Para poder medir estas fuerzas sería necesario efectuar un experimento en condiciones muy especiales y con capacidad de mediciones precisas. Este experimento tendría que esperar todavía más de 100 años. pero por ahora ya era posible resumir todos los descubrimientos que hemos relatado en lo que sería la Ley de Gravitación Universal, como la enunció Newton: todos los cuerpos atraen a todos los demás con una fuerza cuya magnitud está en proporción directa al producto de sus masas e inversa al cuadrado de la distancia que los separa. Esto, en fórmula, se ve así:

Entra fórmula 01

donde m y M son las masas respectivas de los dos cuerpos en interacción y r es la distancia entre ellos.

El experimento final: el peso de la Tierra

El último elemento para el establecimiento completo de la Ley de Gravitación Universal tuvo que esperar bastante tiempo. La relación establecida por Newton estaba en la forma de una proporcionalidad. Para transformarla en una igualdad es necesario introducir una constante, a la que se le ha llamado la constante de gravitación universal, pues ésta ya no depende de ninguna propiedad de los cuerpos que se atraen, sino que es una característica del Universo mismo. Esta constante se ha denotado con la letra G y entonces la ecuación que describe la fuerza de interacción gravitacional entre dos cuerpos está dada por

Entra fórmula 02

Para conocer el valor de G, despejándola de la ecuación, es necesario conocer la masa de dos cuerpos que se atraen, la distancia que los separa y la fuerza de atracción entre ellos.

Para los cuerpos celestes se conocían las distancias y las aceleraciones, pero se desconocían sus masas. Para un par de cuerpos terrestres manipulables es posible medir su masa y colocarlos a una distancia conocida, pero las fuerzas son sumamente pequeñas. La única manera de resolver el problema era diseñar un aparato capaz de medir estas fuerzas y fue Henry Cavendish, en 1800, quien construyó el primer dispositivo capaz de hacerlo, la balanza de torsión, y obtuvo por primera vez el valor de G. Conociendo el valor de G y la órbita de la Luna era posible calcular la masa de la Tierra (y del mismo modo la del Sol y la de los otros planetas con satélites) y Cavendish estaba tan entusiasmado con ello que al trabajo en donde publicó su experimento para obtener G lo tituló Sobre el Cálculo del Peso de la Tierra.

Con esto se concluyeron los trabajos necesarios para el establecimiento preciso de la Ley de Gravitación Universal. Como hemos visto, más de 250 años pasaron entre el primer eslabón y el último de esta cadena, y se produjo del orden de una sola idea relevante por generación.

Epílogo

Aquí terminamos lo que ha pretendido ser una verdadera, aunque muy poco detallada, historia del descubrimiento de la gravitación universal. Muchos de los pasos aún parecen demasiado grandes para una mente común y corriente, pero el lector deberá confiar en nuestra palabra de que esto sólo se debe a que hemos omitido muchos detalles para no hacer de esto un libro, sino un breve artículo.

En el camino tampoco nos hemos detenido a discutir los cambios conceptuales que las sucesivas etapas fueron produciendo respecto al pasado, los que finalmente condujeron al establecimiento de la física que ahora manejamos. Esperamos haber trasmitido por lo menos una visión más realista de lo que es la historia de las creaciones científicas y la evolución de la ciencia. Hemos omitido también muchos detalles respecto a los descubrimientos previos y periféricos que permitieron llegar a la ley de gravitación, pero cada uno de ellos tiene también su historia en donde puede verse que nunca hay grandes saltos, sólo un número muy grande de pequeños escalones que conducen, casi inevitablemente, al gran descubrimiento, a la gran creación.

De ninguna manera pretendemos restarle méritos a Newton, pero sí mostrar que se necesitó mucho más que ver caer una manzana para obtener la Ley de Gravitación Universal. Para la época de Newton, muchos de los elementos estaban preparados y se disponía ya de la filosofía adecuada. Newton estudió todo esto y durante muchos años se había dedicado con pasión a la ciencia. Solía pasarse días y noches dedicado a una investigación o estudio con tal tenacidad que casi no comía ni dormía. Rumiaba los problemas por meses y años, buscando en sus predecesores y contemporáneos mayor información, nuevas ideas.

Decía Lord Rutherford: No está en la naturaleza de las cosas el que un solo hombre pueda hacer un descubrimiento repentino; la ciencia va paso a paso y cada investigador se apoya en el trabajo de sus antecesores. Los científicos no dependen de las ideas de un solo hombre, sino de la sabiduría combinada de miles de ellos.

No debemos lamentarnos por no haber nacido con tantas o tan poderosas neuronas como Newton o cualquier otro genio. Lo que hay que admirar en ellos —y tratar de imitar— es su dedicación, esfuerzo, compromiso y pasión. Estos son los ingredientes que hacen a los genios. Y no solamente en la ciencia.

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Silvia Bravo

Instituto de Geofísica,

Universidad Nacional Autónoma de México.

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cómo citar este artículo →

Bravo, Silvia. 1995. Historia de la teoría de gravitación universal. Ciencias, núm. 37, enero-marzo, pp. 33-41. [En línea].

Jürgen Hoth

Hoy por hoy difícilmente podemos identificar una especie

que llame tanto la atención y que cautive la imaginación como la mariposa monarca. La imaginación ha sido importante para buscar soluciones para la protección de esta viajera y su fenómeno migratorio. Sin embargo, y a pesar de cualquier buena intención, dichas soluciones no necesariamente han menguado las presiones que se ciernen sobre los santuarios e incluso en muchos casos han provocado la exacerbación del problema de la conservación de la monarca y su hábitat.

Me propongo analizar y cuestionar las bases biológicas que han sustentado los esfuerzos de conservación de la mariposa monarca en México, examinando las consecuencias de su aplicación dentro del contexto socioeconómico regional. Además de considerar la validez del discurso conservacionista predominante, identifico posibles vías de trabajo para abordar la problemática de la monarca a la luz del pensar y actuar conservacionista que comienza a prevalecer en el mundo.

Es fácil ser cautivado por la monarca. Especialmente cuando se imagina uno los retos que enfrenta esta mariposa de tan frágil apariencia para completar su ciclo migratorio anual y llegar a su destino en México. Cada año se le puede encontrar volando sobre praderas y extensos bosques del Canadá, cruzando las zonas áridas de Estados Unidos y México, surcando incluso áreas tan inhóspitas para una mariposa como el golfo de México. Además del reto impuesto por las condiciones naturales —incluyendo la huida del letal frío invernal del Norte— debe sortear innumerables escollos humanos, antes de llegar a los santuarios en México (figura 1): atravesar por extensos cultivos rociados con pesticidas, franquear ciudades contaminadas, esquivar parabrisas de veloces automóviles. Si esto no es suficiente para impresionar al más impasible lector, la dimensión de tal odisea puede ponerse en los siguientes términos: si una mariposa que pesa 0.5 gramos, cubre una distancia de 4 mil kilómetros desde Canadá hasta México, la distancia equivalente a ser cubierta para un peso promedio de ser humano, digamos de 60 kilogramos, sería la friolera de ¡480 millones de kilómetros! Esta distancia es nada menos que dos veces y media la distancia de la Tierra al Sol… Además, frecuentemente llegan a ocupar los mismísimos árboles que en años anteriores utilizaron sus congéneres, hecho sorprendente si consideramos que nunca antes han visitado tales sitios, pues toma cinco generaciones de monarcas completar su ciclo migratorio anual. Admirable.

Después de cubrir tal distancia desafiando caprichosos vientos y salvando todo tipo de obstáculos imaginables, finalmente la monarca llega a los bosques de coníferas del centro de México, y establece sus santuarios en los apacibles bosques de oyamel (Abies religiosa). Pero la tranquilidad es ilusoria, pues la zona de la monarca es un verdadero campo de batalla no sólo por los conflictos en el uso del suelo, tenencia de la tierra y elevada tasa de desforestación —estudiosos como Brower y Malcolm (1991) han indicado que de no ser exitosos los esfuerzos de conservación de la monarca, a fines de siglo ya no existirá el fenómeno. Además de la problemática en el campo, en la conservación de la monarca se han enfrentado las perspectivas conservacionistas esgrimidas por quienes pretenden proteger a la mariposa y a su hábitat.

El problema de la conservación

El argumento conservacionista clásico ha dominado en torno a la mariposa monarca y ha sido adoptado, sin cuestionamiento alguno, por un sinnúmero de académicos y por el movimiento conservacionista nacional e internacional.

La propuesta clásica es que el disturbio, por mínimo que éste sea, en y cerca de los santuarios representa una amenaza para la monarca. Por lo tanto debe excluirse cualquier posibilidad de aprovechamiento o manejo del bosque en y cerca de los santuarios (Brower, 1985; Calvert et al., 1989; Brower y Malcolm, 1991; Snook, 1993). Esta perspectiva además se encuentra plasmada en el Diario Oficial (1986) al decretarse la Reserva Especial de la Biósfera Mariposa Monarca (REBMM).

El argumento es el siguiente: Calvert et al., (1982) han reportado cómo el adelgazamiento del bosque incrementa la exposición a las condiciones climáticas, alcanzando umbrales letales durante las severas y poco frecuentes tormentas de invierno (Calvert et al., 1983). También se argumenta que el adelgazamiento del bosque incrementa el gasto de energía de las reservas limitadas de lípidos con que cuenta la monarca para sobrevivir el invierno (Calvert et al., 1989). El gasto innecesario de energía debido a disturbios puede ser crítico, pues esta reserva de energía no puede ser reaprovisionada durante el periodo de diciembre a febrero, debido a las cantidades de néctar insuficientes en las áreas de hibernación (Brower, et al., 1977, Brower 1985; Masters, et al.,1988; Brower y Malcolm, 1991). Con este razonamiento se decretó en 1986 la REBMM (Diario Oficial, 1986), que establece la prohibición total de la tala en las zonas núcleo, permitiendo sólo la tala restringida en las áreas de amortiguamiento.

Así como el bosque debe ser protegido, también debe mantenerse el estrato arbustivo conocido como sotobosque, pues se ha demostrado que los arbustos sirven de cobijo a la monarca ante cambios bruscos de temperatura y para resguardarse de depredadores (Calvert et al., 1986; Alonso y Arellano, 1992).

Apoyados en estos argumentos, desde comienzos de los años 80 comenzaron los trabajos encaminados a la conservación de la monarca. Ya para 1992, el programa de conservación de la monarca cumplía con todos los lineamientos de la receta (tradicional) para la conservación, incluyendo un decreto presidencial que establece cinco áreas protegidas, conocida como Reserva Especial de la Biósfera Mariposa Monarca; una organización no gubernamental (Monarca A.C.), con apoyo de una organización de renombre internacional (Fondo Mundial para la Naturaleza, WWF); apoyo del público general, programas de educación ambiental y demás elementos deseables. A principios de ese mismo año, sin embargo, una de las cinco áreas protegidas (Chivatí-Huacal) fue prácticamente quemada y talada; en mayo, Homero Aridjis (1992) publicó que 70% de las monarcas en México murió debido a la explotación irracional del bosque. Estalló la burbuja.

Todo parecía indicar que algo había faltado en los esfuerzos de conservación y protección de la monarca. Después de trabajar más de cerca en la región, la problemática revelaba las limitaciones del esquema tradicional de conservación (ver West y Brechin, 1991; Brandon y Wells, 1992), y de la biología de la conservación (ver Piekett et al., 1992). Fundamentar las acciones de conservación sobre bases biológicas a mi parecer endebles, y no considerar las desigualdades intrarregionales al intervenir con fines conservacionistas, fueron probablemente los ingredientes que provocaron un conflicto entre conservación y desarrollo.

Comencemos por el análisis ecológico. ¿Cuáles son las bases biológicas empleadas por los mismos autores que alabaron las prácticas de manejo forestal instrumentadas por el gobierno de México (Calvert y Brower, 1981:225; Calvert et al., 1982:12; Snook, 1993:364), y después propusieron que ningún tipo de aprovechamiento forestal debía ser permitido en las zonas núcleo, y ¿cuáles las bases para reprobar el disturbio del sotobosque?

Previo al análisis de las bases biológicas que limitan al aprovechamiento del bosque de las monarca, es importante examinar qué papel juega el disturbio en los bosques boreales tomando en cuenta que según Rzedowski (1981) cuando hablamos del bosque de oyamel en México, estamos hablando de un relicto del bosque boreal.

En primer lugar, todas las comunidades naturales son sistemas dinámicos y espacialmente heterogéneos (Sousa, 1984). En particular para el bosque boreal, se ha reconocido a estos sistemas como un mosaico de tipos y condiciones de vegetación que depende de disturbios, como el fuego, para la conservación de sus procesos característicos (Bonan y Shugart, 1989; Pickett et al., 1992).

En el caso del oyamel, si bien es considerado un bosque poco resistente al fuego (Rzedowski, 1981) los claros causados por disturbios fuertes como el incendio, favorecen su regeneración (Madrigal, 1967:69; Manzanilla, 1974), manteniéndose así la dinámica natural de este tipo de bosque. Cercano al D. F. tenernos ya un ejemplo de los efectos negativos de la protección total: el Desierto de los Leones ha sido escasamente talado o quemado desde 1917, cuando se declaró parque nacional. Es decir, se le ha tratado como proponen los ecologistas sea tratado el bosque de la monarca. Hoy en día, sin embargo, el Desierto de los Leones bien podría llamarse el “Desierto de los Oyameles”, pues sin regeneración natural por la ausencia de disturbios como el fuego y la tala moderada, el bosque perdió vigor, constituyendo un arbolado extensamente plagado y en plena decadencia.

En otras palabras, según estudios ecológicos recientes, el disturbio parece jugar un papel más importante de lo previamente considerado en la dinámica y conservación de los sistemas naturales entre ellos el bosque de oyamel. Respecto a la monarca, también se ha pasado por alto la importancia que podría tener el disturbio como promotor de las condiciones de hábitat requeridas por la especie.

Veamos. Cuando Brower et al., (1977) hacen la observación anecdótica de que “debido a que el número de mariposas excede en mucho la disponibilidad de flor, el néctar no puede ser una importante fuente de carbohidratos” (p. 238) nace un dogma: como no se puede aprovisionar de alimento suficiente en México, cualquier disturbio que causase un gasto de energía excesivo de la monarca, disminuiría sus posibilidades de sobrevivir el invierno (Brower y Malcolm, 1991).

Como prueba de la prevalencia de este dogma, hasta la fecha no ha habido ningún artículo científico mostrando que la monarca no se alimenta en México. Al contrario, ha permanecido incuestionado, dogma al fin, llevándose al extremo de asumir en artículos ecofisiológicos (e. g. Masters et al., 1988) que la mariposa monarca no se alimenta en absoluto por tres meses.

En contraste con lo anterior, los cuatro aspectos mencionados a continuación sugieren que nuestra mariposa sí se alimenta en los sitios de hibernación de México, y que el sotobosque, como producto de disturbio, juega un papel fundamental para proveer este recurso a la monarca.

1. Coincidente con Brower et al., (1977), en visitas realizadas por mi parte cada año de los últimos 14, en diferentes fechas de la época de hibernación, durante los días soleados siempre vi arbustos en flor y mariposas posadas sobre ellas, espiritrompa desenrollada apuntando hacia las inflorescencias, sugiriendo de manera irreverente el sublime acto de la alimentación.

Con curiosidad examiné los periodos de floración de las plantas originalmente reportadas como su fuente de alimento (Calvert y Brower, 1986) disponible solamente a fines de la época de hibernación (Calvert y Lawton, 1993). Consultando trabajos publicados por botánicos mexicanos —realizados en altitudes similares en bosques contiguos de oyamel— obtuve los resultados de la tabla 1.

Contrario a las observaciones anecdóticas de Brower (1985:761), quien supone la reducción de las fuentes de néctar de diciembre a febrero, esta tabla sugiere que la época de floración más importante es de noviembre a marzo, y coincide con las observaciones sobre la floración en este tipo de ambiente realizadas por Madrigal (1967) Y Rzedowski (1981). Es interesante notar que la época de floración más importante es paralela a la presencia de la monarca en sus santuarios.

Adicionalmente, las especies de la tabla 1, no son exclusivas de bosques cerrados, más bien se establecen bajo diversas condiciones de bosque, desde el sombreado (v. gr., Senecio angulifolius) hasta el abierto (v. gr., S. tolucanus). De hecho, de acuerdo con Manzanilla (1974) y Rzedowski (1981), la mayoría de las especies del sotobosque del bosque de oyamel se establecen donde hay abundancia de luz. Por lo tanto, es probable que para mantener la diversidad y abundancia del sotobosque, crítica para la sobrevivencia de la monarca (Alonso y Arellano, 1992), deba fomentarse una gama de condiciones de bosque, y no sólo el bosque cerrado, como lo proponen Calvert et al., (1986) y Alonso y Arellano (1992).

Asimismo, a mi parecer carece de fundamento ecológico la proposición de Alonso y Arellano (1992) sobre la ausencia de disturbio para mantener el sotobosque. En un bosque denso de Abies, por las condiciones de penumbra, el estrato arbustivo y herbáceo suelen ser bastante limitados (Rzedowski, 1981; Velázquez, 1993). Al aumentar la cantidad de luz se incrementa la cobertura del sotobosque (Manzanilla, 1974:81). Estos dos puntos se pueden confirmar preguntando a un campesino o recorriendo la región.

2. Al igual que el patrón de mosaico común en los bosques boreales bajo condiciones naturales (ver Bonan y Shugart, 1989), actualmente el bosque de oyamel donde hiberna la mariposa monarca también representa un mosaico de condiciones formado por manchones con diferentes densidades del arbolado, desde bosques cerrados hasta bosques abiertos y praderas (SARH, 1993). Bajo estas condiciones, el que los santuarios conocidos se establezcan en sitios con abundante sotobosque (Calvert et al., 1986; Verduzco, 1992), sugiere que las mariposas favorezcan sitios con densidades intermedias de bosque (ver Calvert et al., 1982). Estos puntos se pueden confirmar, asimismo, preguntando a un campesino o recorriendo la región.

3. La posibilidad de que la mariposa monarca escoja sitios moderadamente abiertos no es exclusiva para México. Los santuarios establecidos en California, Weiss et al., (1991) mostraron cómo, dado un gradiente de densidades de bosque del cerrado al abierto, las colonias de mariposas se establecen en densidades intermedias de bosque.

4. Finalmente, desde el punto de vista del presupuesto energético, la hibernación ha sido considerada como una estrategia de conservación de energía (Tusker y Brower, 1978:151). Se estima que una mariposa promedio en los santuarios almacena al inicio del periodo de hibernación 126 mg de lípidos (Masters et al., 1988). De esta cantidad depende la mariposa para cubrir sus requerimientos energéticos para, por lo menos, tres meses del invierno. Considerando un gasto energético basal de 0.6 mg al día, la monarca gastaría para mantenerse viva 56 mg en total para los 90 días mencionados. Restan 70 mg, para ser gastados en cualquier otra actividad. Si en vuelo activo consume 4 mg por hora (Gibo y McCurdy, 1993), los 70 mg le servirían para volar un total de 17.5 horas para los tres meses. Es decir, ¡sólo podría sostener 12 minutos de vuelo activo por día! Como la proporción de tiempo empleado en planeo contra vuelo es de 4.2 veces más para el primero (Masters, et al., 1982), esto significa que solamente podría estar en movimiento 50 minutos por día.

En mi experiencia, en los santuarios de México he visto a las mariposas volando por más de una hora al día; incluso sería verosímil que volasen cerca de 5 ó 6 horas, como las observadas por Gibo y McCurdy (1993) durante la migración. Lo que sugiere que las mariposas deben aprovisionarse de alimento para llegar a tener el peso promedio de 59 mg observado por Masters et al., (1988) a fines de la hibernación.

Por lo tanto, es difícil imaginar cómo sobrevivirían las mariposas sin reponer sus reservas. Aún más lo sería que no se alimentasen en presencia de nutrimento disponible durante toda la época de hibernación.

La discusión anterior sugiere que en la dinámica del bosque, si no se tala y se quema moderadamente, lo más probable es que con el tiempo se convertirá en un bosque cerrado, lo que por una parte disminuirá el reclutamiento de nuevas generaciones de oyamel, y por la otra impedirá el establecimiento de sotobosque, probablemente buscado y requerido por las mariposas para la alimentación.

Esto no significa que se deba dar rienda suelta a la tala y quema desmedida, como frecuentemente se ve en la región. Antes de dictar políticas de manejo para la conservación del bosque de oyamel, se debe considerar la importancia del disturbio como parte integrante de este sistema.

El disturbio en el manejo de áreas naturales

En el caso del bosque de México hay políticas activas para eliminar los incendios, sin saber que éstos pueden ser aliados importantes para mantener la regeneración del bosque, toda vez que ofrece condiciones para el crecimiento de las plántulas del pino y oyamel. Si bien aún es un tema polémico en el manejo de áreas naturales, en Estados Unidos y Canadá ya ha sido reconocida la importancia de los disturbios en la regeneración y conservación de bosques y áreas naturales; incluso existen quemas prescritas en el manejo de sus bosques.

Finalmente todos los estudiosos de la monarca en México han pasado por alto que a escasos 10 km del área protegida Chivatí-Huacal, en San Felipe, se encuentra un importante centro arqueológico Otomí-Tarasco compuesto por al menos 10 pirámides (Peña-Delgado, 1992), lo que sugiere que el área boscosa ha estado expuesta al aprovechamiento por cerca de 800 años. Aun así las mariposas han llegado a la región desde tiempo inmemorial para los lugareños.

Crítica Social

Como la quema del bosque se realizó principalmente en las comunidades indígenas, decidí examinar los vínculos conservación-desarrollo a nivel intrarregional. Para ello efectué un estudio socioeconómico donde comparé 27 localidades (ejidos y comunidades indígenas) asociadas a tres áreas contiguas de las cinco áreas protegidas de la REBMM (Chivatí-Huacal, Sierra Campanario y Sierra Chincua). Para el estudio consideré la información socioeconómica oficial de los últimos tres censos, desde 1970 (figura 2), empleando 21 indicadores de población y vivienda (ver Hoth, 1993).

El indicador “Casa privada con piso diferente a tierra” representa la distribución observada de los demás indicadores y muestra que existe una marcada desigualdad intrarregional. Esta falta de equidad se ha sostenido al menos desde 1970, cuando los pobladores indígenas, ubicados principalmente en Chivatí Huacal (CH-H), tuvieron —y tienen— consistentemente los niveles socioeconómicos más bajos, mientras que en los ejidos de Campanario (CAMP) y Sierra Chincua (CHINCUA) —principalmente grupos mestizos— siempre han tenido niveles/calidad de vida mayores, incluso más altos que el promedio del estado.

El desconocimiento de estas desigualdades intrarregionales refuerza la idea propuesta por Wells y Brandon, (1992) en la conservación parece que estamos repitiendo ciegamente los sesgos que han plagado al desarrollo rural internacional. En particular, favorecer a los grupos privilegiados a expensas de la atención negada a los desprotegidos.

El caso de la monarca tampoco se salva. El ejido de El Rosario fue el foco que recibió la mayor parte del apoyo para la conservación. Esta localidad forma parte de los ejidos que desde 1970 han tenido el nivel socioeconómico más alto (CAMP, de la figura 2). La polarización regional se exacerbó aun más cuando los beneficios del turismo se quedaron sólo en esta comunidad: con el cobro del equivalente a 3 dólares la entrada y con más de 100000 visitantes al año (Verduzco, 1992), esta comunidad recibe cerca de medio millón de dólares. Mientras, las comunidades indígenas (que conforman el grupo CH-H, figura 3) con los niveles socioeconómicos más bajos y la mayor dependencia al recurso bosque (figura 3) han permanecido olvidadas.

Al limitar el acceso a un recurso con fines conservacionistas debe ponerse especial atención en sus consecuencias hacia los grupos más vulnerables y dependientes de los recursos en cuestión, como fueron los grupos indígenas de Chivatí-Huacal (figura 3). Quizás no sea mera coincidencia que haya sido en terrenos de éstas últimas donde el bosque fue arrasado en 1992, mientras que el bosque en las localidades con una economía más diversificada (CAMP y CHINCUA, figura 3) no fueron igualmente deteriorados.

Finalmente, la gente de la región nunca fue avisada de cuáles eran los límites de la reserva. En el mejor de los casos, sólo supieron que la reserva había sido declarada y por ello ya no podrían aprovechar sus bosques. Fue en este momento en que marginalizadas y sin alternativas, las comunidades indígenas de Chivatí-Huacal, como los demás grupos indígenas del país (Toledo, 1992), fueron presa de intereses contrarios a la conservación del bosque, especialmente de aserraderos clandestinos y de la industria química. Quedaron como espectadoras del desmonte de sus bosques. En el caso de la comunidad indígena de Crescencio Morales, por ejemplo, su resistencia al desmonte por parte de grupos exógenos a la comunidad fue reprimida, en lo que ellos dicen: “no había ley que parara la tala indiscriminada”.

El futuro de la conservación

Si la tesis que propongo en este trabajo es cierta, tiene varias implicaciones. En primer lugar, que el antagonismo/conflicto en la zona de la monarca pudo haber sido manejado, y aún puede serio. En segundo lugar, que la tala y quema moderadas y estrictamente controladas, pueden ser importantes para el mantenimiento del bosque y para asegurar las condiciones de hábitat de la monarca. Para ello es fundamental conocer la dinámica del bosque y su relación con el disturbio antes de tomar decisiones de manejo y conservación. De otra forma los resultados son contraproducentes, como el caso de la monarca ilustra ampliamente.

Figura 1. Ubicación de las áreas donde se establecen los santuarios de la mariposa monarca (Tomada de Hoth, 1994).

Frente a lo anterior, las principales recomendaciones son:

1. Se debe considerar y estudiar la posibilidad de que el disturbio por causa natural o humana juegue un papel clave en la dinámica de las comunidades naturales, y que la monarca seleccione sitios con disturbio moderado. Este conocimiento es fundamental, especialmente para determinar los límites en la cantidad y tipo de disturbio que sean compatibles con la presencia y permanencia del bosque, de la mariposa y de la gente que ahí habita.

En el caso de las realidades biológicas de los límites de la REBM, los criterios utilizados para delimitar las zonas núcleo y de amortiguamiento también deben ser revisados, en colaboración con todos los grupos interesados. Esto es urgente, pues de los 20 sitios donde se ha reportado consistentemente la presencia de santuarios, sólo 11 se encuentran dentro de la REBM. De estos, sólo 5 están en la zona núcleo y 6 en las zonas de amortiguamiento (ver Verduzco, 1992; Hoth, 1994).

Figura 2. Calidad de vida, representada por el porcentaje de casas particulares con piso diferente a tierra de las localidades rurales (comunidades indígenas y ejidos) asociadas a las reservas de Chivatí-Huacal (CH-H), Sierra Chincua (CHINCUA) y Sierra del Campanario (CAMP), comparadas con sus municipios y al promedio del estado de Michoacán (Información obtenida del SIC, 1973, INECI, 1980 Y 1991; ver Hoth, 1993).

2. El caso de la mariposa monarca sugiere que para el éxito de las iniciativas orientadas hacia la conservación y desarrollo en estas regiones debe identificarse a las poblaciones marginadas, y apoyarlas decididamente. Sólo entonces podremos comenzar a hablar de un desarrollo sustentable benéfico para la población local y su patrimonio natural.

Es importante reconocer que los grupos conservacionistas han obtenido logros claves, como detener la tala inmoderada del santuario El Rosario. A comienzos de los años 80 esta área boscosa ya había sido asignada como dotación ejidal, y habría sido arrasada de no ser por el trabajo de Monarca A.C.; gracias a la intervención de esta ONG, se logró establecer también una reserva por decreto. La lección del proyecto Monarca, sin embargo, muestra cómo las acciones conservacionistas pueden ser inútiles si no hay involucramiento directo de las comunidades rurales afectadas. Esta participación debe darse en todas las fases de un programa, desde el diseño de proyectos hasta su puesta en práctica y evaluación.

En última instancia, el porvenir de prácticamente cualquier área natural dependerá de la cooperación de las comunidades vecinas. Es decir, si queremos ser exitosos en la conservación, en el poco tiempo que nos queda, debemos involucrar a las comunidades, que sean las primeras beneficiadas en conservar un área natural junto con los procesos naturales que la mantienen. Por más dinero que se invierta, por más decretos que se firmen, por más vigilancia que exista, ello será insuficiente para una conservación efectiva y duradera. La conservación debe partir de una identificación plena de las comunidades locales con los esfuerzos de protección. Esto incluye la búsqueda conjunta y sostenida de soluciones y alternativas.

Figura 3. Actividad económica durante 1990 de las localidades rurales (comunidades indígenas y ejidos) asociadas a las reservas del Chivatí-Huacal (CH-H), Sierra Chincua (CHINCUA) y Sierra del Campanario (CAMP), comparadas con sus municipios con el promedio del estado de Michoacán (información obtenida del INEGI, 1990; ver Hoth, 1993). De acuerdo con el INEGI (1991), el sector primario incluye todas las actividades económicas relacionadas con la agricultura, ganadería, silvicultura, caza y pesca; el sector secundario está relacionado a la minería, manufactura, industria, electricidad y construcción; y el sector terciario está relacionado con el comercio, transporte, comunicaciones y servicios.

Cualquier organización o institución que quiera proteger un área debe ver y tratar a las comunidades no como meros recipientes de proyectos; debe darse un proceso desde adentro, donde los habitantes de las comunidades sean socios en búsqueda de ese concepto tan huidizo como es el del desarrollo sustentable.

Es tiempo de revisar y cuestionar las bases de nuestro quehacer conservacionista. Quizás entonces tengamos más éxito en la protección efectiva de la naturaleza y aseguremos que la mariposa nos regocije con su portentoso vuelo de delicadas alas.

Tabla 1. Periodos de floración de las principales plantas nectaríferas reportadas para la mariposa monarca en México. (La fase de floración está indicada con una X; las áreas sombreadas representan el periodo de hibernación de la monarca).

Especie*/Mes

Senecio angulifolius

S. barba-Johannis

S. tolucanus

S. prenanthoides

S. sanguisorbae

Eupatorium mairetianum

E. patzcuarense

Total

* La lista de especies nectaríferas reportada para la mariposa monarca fue obtenida de Calvert y Brower (1986). Las fases de floración fueron obtenidas de Madrigal (1967: 53).

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Jürgen Hoth

Coordinador de Programa Fondo Mundial para la Naturaleza (WWF),

Oficina Oaxaca.

cómo citar este artículo →

Hoth, Jürgen. 1995. Mariposa Monarca, mitos y otras realidades aladas. Ciencias, núm. 37, enero-marzo, pp. 19-28. [En línea].

Roberto G. de la Maza Elvira

En todos los seres vivos existen mecanismos que les permiten

movilizarse de los sitios en donde se originaron, con el fin de alimentarse, reproducirse, protegerse o dispersarse. Los movimientos de dispersión llevan a las especies a ampliar su rango de distribución y a evitar la competencia entre los individuos que las componen; suelen incrementarse cuando las poblaciones saturan las posibilidades de sobrevivencia que existen en un lugar dado.³⁰

La mariposa monarca presenta una capacidad de dispersión muy grande, pudiendo desplazarse hasta 120 kilómetros en un día.⁵⁸ Además, su larga vida, su amplio índice de tolerancia a muy diversos ambientes abiertos y su capacidad para vivir entre el nivel del mar y 2700 metros de altitud, la convierten en una especie exitosa que, a partir de una amplia distribución —originalmente cubría casi toda América, desde Canadá hasta Argentina— ha conquistado otros territorios con el tiempo.

Quizás el ejemplo más ilustrativo de la capacidad dispersora de Danaus plexippus sean las observaciones realizadas en Inglaterra³⁰ —país de añeja tradición en lo que al estudio y monitoreo de las mariposas se refiere—, en donde la especie no existía naturalmente.

El primer registro de la monarca del que los ingleses tienen memoria corresponde al año de 1876. Para 1944 ya existían evidencias acumuladas de la observación de 157 ejemplares, 62 de los cuales habían sido capturados. Ya que las condiciones ambientales de las Islas Británicas no permiten el establecimiento de este insecto, durante muchos años se especuló si la mariposa podría dispersarse activamente y atravesar el Atlántico norte hasta alcanzar Europa. Esta hipótesis perdió gran parte de su valor debido a que existen poblaciones de monarca establecidas en las islas Canarias y Azores, y a pesar de ello no se conocen registros de África; sólo ha sido encontrada seis veces en Europa continental, dos en Francia y cuatro en la Península Ibérica. Si el mecanismo de ingreso fuera simplemente por dispersión activa, debería haber más monarcas en las tierras templadas del sur, hacia el Mediterráneo, que en la fría Inglaterra.

La presencia de tan alto número de monarcas inglesas fue un misterio hasta que se descubrió que Danaus plexippus podía atravesar el océano en barco. Esto se comprobó gracias a un capitán de navío (aficionado al estudio de las mariposas) quien presentó evidencias de que las monarcas son atraídas por los barcos que transportan papas, o incluso por las pequeñas cantidades almacenadas para alimento durante las travesías.³⁰ De esta manera, muchas monarcas llegan a Inglaterra y abandonan el barco cuando la carga es bajada en los muelles. Reforzando lo anterior, existen registros de captura de algunos ejemplares sobre la cubierta de un vapor que se dirigía de Estados Unidos a Glasgow, Escocia, cuando se encontraba a sólo 300 millas náuticas de las costas británicas. Además, en el año de 1941 se registró la presencia de una monarca en el Atlántico, a 800 millas náuticas de la costa más cercana, sobrevolando en círculos el navío de guerra H. M. S. Abelia.

En México se conoce un caso similar⁶⁵ ocurrido en 1981 en Tampico, Tamaulipas, cuando una mariposa monarca empezó a volar cíclicamente sobre el mástil anaranjado de un barco-draga de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes que era transportado a Ciudad del Carmen, Campeche. Cuando el tiempo estaba calmo, la monarca rodeaba al barco en círculos de más de cien metros de radio y ocasionalmente se detenía en el mástil; cuando el viento arreciaba, trazaba círculos muy cortos alrededor del mismo y permanecía perchada en las rachas más fuertes; y cuando el viento era decididamente fuerte, o por las noches, permanecía perchada en el mástil. Después de varios días de travesía, la mariposa abandonó su transporte en los muelles de Ciudad del Carmen, a 1150 kilómetros de distancia del punto donde lo tomó.

Amén de tener una alta capacidad de dispersión activa, Danaus plexippus puede combinar factores que, con ayuda de las actividades del hombre, han eficientizado sus posibilidades de distribución natural en forma pasiva. Así, a partir de una introducción originada por ejemplares procedentes de Norteamérica y propiciada por el movimiento náutico, esta especie alcanzó Australia en el año de 1870,¹² y de allí ha iniciado la conquista de Nueva Guinea, Sulawesi, las islas Molucas, el archipiélago de las Filipinas y la isla Cocos. Podemos suponer que las colonias establecidas en las islas Canarias y Azores tienen un origen similar.

Formas de migración

Se considera un fenómeno migratorio cuando una especie de mariposa realiza movimientos periódicos y más o menos exactos, que pueden ser verificados año con año en una época determinada. Los movimientos migratorios están promovidos por factores climáticos muy específicos, como el inicio de la temporada de sequía, o bien el descenso de la temperatura invernal. Otra característica diferencial de estas especies contra las que simplemente se dispersan, es que el movimiento está encaminado a buscar un sitio propicio en donde pasar y sobrevivir la temporada de condiciones adversas. De esta forma, existen patrones perfectamente definidos de ocupación, de acuerdo con los que las mariposas migratorias buscan especialmente regiones, cañadas o laderas protegidas de los vientos dominantes y prefieren ubicarse en la vertiente opuesta a la dirección de ingreso de las masas de aire polar.⁴⁷

La migración puede finalizar en forma difusa. Esto ocurre cuando las mariposas simplemente se mueven hacia territorios con características climáticas más benignas y después se dispersan en ellos, como lo hacen Aphrissa statira, Eunica monima, Marpesia petreus y Marpesia chiron, especies que pasan sobrevolando el altiplano entre los meses de julio y agosto con dirección hacia el este, y cuyo destino, posiblemente, sean las costas del golfo de México.

Quizás la más importante de las especies migratorias con destino difuso sea la Ninfálino Cynthia cardui, denominada en inglés dama pintada. Esta especie hiberna en las sierras de México y Guatemala y en los Montes Atlas del norte de África. A partir de estos dos centros difusos de hibernación se distribuye en primavera y verano hacia Canadá y Alaska, en América; hacia Islandia, Escandinavia y Rusia, en Europa; hacia el norte del Cáucaso y los Himalaya en Asia, y hacia África del sur.⁵⁰

La otra forma de culminar una migración es la congregativa. En este caso, los individuos de las especies involucradas forman densas colonias de hibernación que les otorgan medios de defensa común ante las características especiales del clima, depredación y otros factores existentes en los refugios invernales.

Este segundo tipo de migración, que ocurre en el caso de la monarca, se ha registrado con otras especies de mariposas mexicanas. Así, el Licénido Eumaeus debora se congrega en algunas cañadas de la Sierra Madre Oriental a pasar el invierno. El coloburino Smyma karwinskii, que tiene un fuerte movimiento migratorio en el mes de septiembre, se congrega en cuevas y grietas de los cantiles de las montañas entre México y El Salvador.⁴⁵ También se han observado congregaciones invernales en las poblaciones de Helicónidos, como las de Heliconius charitonia en las inmediaciones de San Nicolás Tolentino y en otras áreas de a cuenca del Río Balsas, en el estado de México.

La monarca y sus rutas

El impresionante mecanismo de desplazamiento y congregación que presenta la población norteamericana de la mariposa monarca, Danaus plexippus plexippus, es quizás uno de los factores que más han contribuido para la admiración y popularidad de que goza en los tres países que conforman su área de distribución.

Aparentemente este mecanismo es una característica primitiva dentro del grupo de los danainos pues se ha registrado, aunque en proporciones más modestas, en Anetia briarea en la isla de Haití,⁴⁷ y en 9 de las 18 especies pertenecientes a los géneros Euploea, Parantica, Radena, Ideopsis, Danaus, Tirumala y Salatura que habitan en Taiwán.⁶²

Entre los factores que parecen desencadenar este movimiento en Danaus plexippus plexippus podemos mencionar: la reducción del periodo de duración de la luz solar en las latitudes septentrionales, situación que se empieza a hacer patente a partir del mes de septiembre, y la progresiva presencia de las masas de aire polar que abaten drásticamente la temperatura en su rango de distribución al este de las montañas Rocallosas, en Canadá y Estados Unidos, impidiendo el crecimiento de la planta de alimentación larval.

Aparentemente, las condiciones de temperatura, 25°C, y la duración del día en el verano de la América Septentrional, entre 15 y 16 horas, optimizan la maduración de los órganos sexuales de la mariposa monarca.³⁴ Al decaer estas condiciones, los adultos eclosionados en los meses de agosto y septiembre sufren un retraso en su capacidad reproductiva, aunado al decremento de la temperatura que, de permanecer en su hábitat estival, abatiría su capacidad vital, toda vez que no poseen control interno de su temperatura corporal. Además, los recursos alimenticios del área sufren un periodo de crisis total, pues las plantas de cuyas flores dependen las monarcas, empiezan a entrar en letargo invernal, por lo que no hay néctar disponible por seis o siete meses. En la medida que se acerca el invierno, las poblaciones de la mariposa monarca empiezan a retirarse hacia el sur y a definir tres rutas migratorias.

Las que ocupan el oeste de las montañas Rocallosas realizan un viaje relativamente corto, ubicando sus congregaciones en el estado de California, como en Pacific Grove, en la península de Monterrey³² y Natural Bridges, cerca de Santa Cruz, con su límite sur en el condado de Marín, cerca de San Diego.²⁹ Las monarcas en Pacific Grove son recibidas con un festival que organiza todo el pueblo y están protegidas por las leyes locales. Además, la Universidad de California y la Cámara de Comercio de Ventura organizan excursiones ecoturísticas a los sitios de hibernación.

La segunda ruta se origina entre el este de las Rocallosas y los Grandes Lagos. Los ejemplares se mueven hacia el suroeste a partir de fines de septiembre, ingresando a México por el norte de Tamaulipas, Nuevo León y este de Coahuila.²⁵ La corriente más importante penetra la Sierra Madre Oriental a la altura de Ciudad Victoria y busca el hiato de montañas bajas que existe entre la Sierra de Álvarez, en San Luis Potosí y San Luis de la Paz en Querétaro, por donde ingresan hacia el Altiplano a partir de la segunda quincena de octubre. Una vez sobre el altiplano, la ruta fluye hacia el suroeste, acercándose hacia Amealco, Querétaro; en los primeros días de noviembre se les puede ver bebiendo agua, en cantidades enormes, en Puente Andaró, cerca de Temascalcingo. Entre la primera y la tercera semanas de noviembre, las monarcas empiezan a agruparse en minúsculas colonias alrededor de los sitios de hibernación, acercándose paulatinamente desde Bosencheve, el Oro, Atlacomulco, San Felipe del Progreso y otras localidades que se encuentran en el estado de Michoacán.

La tercera ruta, que el doctor Urquhart ha denominado “aberrante”,⁵⁸ es utilizada por las poblaciones que viven entre los Grandes Lagos y la costa del Atlántico, y cuyo destino de hibernación continúa siendo un misterio. Esta ruta vuela en dirección casi norte-sur, pasando por las Carolinas hacia Florida, de donde ingresa en el Golfo y se dirige a Cuba. Después de su estancia en la isla caribeña existe una gran confusión, que deberá ser aclarada en el futuro.

Respecto a esta tercera ruta migratoria, en México se cuenta con información aislada, y a veces contradictoria, que no permite resolver el misterio pero ofrece tres posibilidades de solución:

En el estado de Oaxaca se reportan movimientos migratorios de monarca, entre el 28 y 30 de octubre de 1977.²² En el primer caso, las monarcas remontaban el sistema montañoso Poblano-Oaxaqueño, conocido localmente como Sierra de Juárez. Al sur de esta sierra se han recabado datos entre los campesinos de una región denominada Pápalo, quienes dicen que en esas montañas se juntan millones de mariposas durante el invierno.⁶⁶ Aunque no se ha podido comprobar, la posibilidad de un refugio en Pápalo no carece de lógica, ya que los valles localizados recientemente en Taiwán: Lukwea, Tai-wu y Da-wu significan, en dos casos “Valle de las Mariposas”, y “Valle de las Mariposas Púrpura” en otro;⁶³ y “Pápalo” parece derivar de la palabra náhuatl papalotl (mariposa), tal vez por asociación toponímica con un fenómeno de mariposas.

También en Oaxaca las monarcas fueron observadas migrando en cantidades de 150-200 ejemplares por hora, en Miahuatlán y Candelaria Loxicha, volando con rumbo este-sureste. Este último dato podría ser importante, pues a partir de la última localidad mencionada, las monarcas entrarían en el Océano Pacífico, y siguiendo ese mismo rumbo penetrarían nuevamente al continente, entre Guatemala y El Salvador, en donde existen lugares propicios para un refugio invernal.

En Quintana Roo se ha constatado un incremento muy notable en las poblaciones monarca que se encuentran en el invierno, pero no se ha observado el comportamiento típico que éstas presentan cuando vuelan en la ruta migratoria. Además, el patrón climático y el relieve de la península de Yucatán difieren mucho de cualquiera de los sitios de hibernación descritos para los danainos en América o Taiwán, y no parece haber congregaciones ni reportes de ellas. En suma, la península de Yucatán no parece ser el destino final de la ruta “aberrante”.⁶⁷

Mucho se ha especulado sobre los factores que permiten a las monarcas retornar, cada invierno, a los mismos lugares. Una de las hipótesis implica la utilización de fenómenos magnéticos en el mecanismo de navegación de las mariposas, que las hace converger en sitios donde hay anomalías magnéticas en la superficie terrestre.³³

El comportamiento de las monarcas en actitud migratoria es especialmente diurno. Se ha reportado que las monarcas pernoctan en conjuntos de hasta 600 ejemplares, en árboles que se encuentran al paso de su ruta. Durante el viaje, la actividad parece iniciar a las 09:30 horas, cuando ya se puede contar el paso de cientos de individuos/hora; y por la tarde, la actividad se detiene cerca de las 18:30 horas.²⁵ También se ha reportado que la migración puede desarrollarse ante la presencia de llovizna pertinaz.²²

La técnica que las monarcas utilizan para volar durante la migración les permite ahorrar energía; se ha reportado que prefieren seguir los valles abiertos, y evitan las lomas y cerros que obstruyen los vientos dominantes del norte que las transportan.²⁵ Cuando se observa a los contingentes, es fácil notar que van “sintiendo” y ubicando las corrientes de aire ascendentes, de tal forma que sólo baten las alas continuamente cuando se les extravía el flujo del viento, con el fin de recuperarlo. Fuera de esos momentos, las monarcas planean y sólo aletean para realizar correcciones en su rumbo o altitud. Cuando la corriente es demasiado intensa pliegan las alas en V, lo que les permite controlar mejor la velocidad y la dirección. Si la brisa amaina, van acercando las alas hacia la posición horizontal presentando una mayor superficie de resistencia al viento ascendente. En resumen, son verdaderas maestras del veleo. De esta manera, la distancia promedio de tres mil kilómetros que existe entre su hábitat de verano y los refugios de invierno puede ser cubierta, de acuerdo con su velocidad reportada de crucero de 120 kilómetros al día, en un promedio de 25 días.

Las colonias de hibernación en México

Cuando se acerca el mes de diciembre, los contingentes tempranos que han accedido a la zona de hibernación se reúnen con los que llegan, formando sucesivas agrupaciones efímeras que deambulan por las cimas de las montañas, cambiando de lugar cada noche.⁶ Paulatinamente, con estos movimientos, las monarcas buscan aproximarse a las áreas acostumbradas para la hibernación y se establecen en lo alto de las cañadas adyacentes. En la medida en que llegan los conjuntos más rezagados, los núcleos independientes se empiezan a fundir, formando cada vez un número menor, con mayor cantidad de mariposas en ellos.⁶ Al tiempo que los grupos se reducen, se depuran las áreas en donde se formarán las grandes congregaciones de hibernación y se toman posiciones más aproximadas a las definitivas, descendiendo hasta la altitud idónea para las condiciones climáticas del año.

Para mediados de diciembre, el proceso de depuración está terminado y los lugares en los que se han formado las congregaciones serán los utilizados en ese invierno. Las monarcas seleccionan las caras sur o suroeste de las montañas; ocupan superficies que varían entre 0.4 ha y 2.4 ha,⁶ y se sitúan en laderas protegidas próximas a corrientes de agua, o bien en cañadas con un arroyo.⁶

Los lugares permanentes de hibernación conocidos actualmente en el estado de México son: el Cerro Altamirano, en Contepec; el Cerro Pelón, en Donato Guerra; La Herrada, en Valle de Bravo; Cerro de las Palomas, en Amanalco de Becerra; así como otros en el Popocatépetl y al sur del Nevado de Toluca. Sin duda, al paso de los años se ubicarán otros refugios más. Año con año, las congregaciones utilizan estos santuarios para pasar el invierno y su establecimiento no varía en un radio de más de dos kilómetros.

El número de mariposas que acceden a los diferentes refugios del estado de México y Michoacán varía debido a las condiciones de cada año; pero los trabajos sobre población estimada indican que puede ser entre siete y veinte millones por refugio.⁶⁸ Al respecto, las cifras conocidas indican que la población refugiada en el centro de México es significativamente más grande que la de California. Así, por ejemplo, el tamaño de dos congregaciones estimadas en California, Santa Cruz y Muir Beach, mostraron una población de 95000 y 40000 mariposas, respectivamente. Para México, la población estimada en 1977 para el sitio “Alfa” fue de 14250000 ejemplares;⁵ y la de Cerro Pelón en 1982 se estimó en 20000000.⁶⁹

La estructura de los bosques de abeto en la zona de hibernación provoca efectos microclimáticos que afectan a las monarcas y condicionan su establecimiento en ellos. La característica forma de cono del oyamel permite una mayor circulación de viento, hacia lo alto de las puntas, y entre el fuste y las primeras ramas.⁵ Esta circulación, aunada a las bajas temperaturas de las masas de aire polar, incrementa el índice de congelación en las partes más baja y alta de la masa boscosa. Por ello las monarcas tienden a situarse en las partes medias de los árboles, donde el flujo del viento baja y las temperaturas son más benignas.

Las mariposas se compactan más durante las noches y en los días nublados o con lluvia. En estas condiciones los estratos concéntricos de mariposas, con la proximidad de sus cuerpos, evitan la pérdida masiva de calor. Sólo quedan expuestos a las temperaturas inclementes los ejemplares que ocupan las capas más superficiales. Cuando el peso de las mariposas en condiciones de compactación quiebra la resistencia de la rama en la que están posadas, caen al suelo quedando expuestas a las temperaturas de congelación que se abaten sobre este nivel, o a la presencia de nieve o agua que les pueden resultar fatales.

Durante los días de buen tiempo, las monarcas perchadas en las capas superficiales reciben el calor del Sol a partir de las nueve de la mañana. Aunque permanecen posadas en principio, abren sus alas en una actitud llamada termorregulación, que les permite incrementar la energía solar que reciben. Cuando la temperatura corporal de un conjunto es la necesaria para iniciar la actividad (entre 13° y 16°C),⁵ miles de mariposas inician el vuelo y comienzan a dar vueltas en los claros adyacentes al sitio de hibernación. Las mariposas de las capas inferiores, que son la mayoría, permanecen sumidas en el letargo invernal,⁹ consumiendo muy lentamente sus enormes reservas de grasa.

Hacia las diez y media de la mañana, la mayoría de las mariposas de las capas externas ya son capaces de realizar su actividad cotidiana, y del remolino de mariposas en vuelo se empieza a configurar un flujo bajando por las cañadas cercanas. Las monarcas sobrevuelan a lo largo de los cauces en número de miles por minuto. Su meta, en la mayoría de los casos, es llegar a las playas lodosas de los arroyos para recuperar el agua que han perdido por estar expuestas al viento y al Sol.⁹ En menor número se pueden dirigir hacia floraciones cercanas de Senecio, Eupatorium y otras especies de compuestas, buscando néctar para recuperar la energía perdida durante la noche.

Esta actividad continúa hasta cerca de la una de la tarde cuando, por las vías que se utilizaron para acceder a las áreas de alimentación, se empieza a notar un pequeño contraflujo de mariposas que retornan, satisfechas sus necesidades. Los movimientos de ascenso y descenso se equilibran alrededor de las dos de la tarde; a partir de esta hora, la dirección de retorno se incrementa hasta que sólo se observan monarcas volando cañadas arriba, o retornando a sus sitios de percheo cerca de las cuatro de la tarde. Para las cinco, sólo quedan los ejemplares rezagados arremolinándose sobre la congregación para buscar su acomodo antes de que la temperatura descienda a niveles críticos.

Las masas de aire polar, conocidas en nuestro país como nortes, azotan los refugios varias veces cada invierno. En estas condiciones las monarcas ven reducida su capacidad de movimiento y permanecen posadas todo el día. Los días de mal tiempo constituyen momentos críticos para las congregaciones y son los que causan la mayor mortandad natural. En ocasiones, el viento o la lluvia pueden desprender miles de monarcas; cuando ocurren nevadas, la nieve se acumula sobre el follaje de los abetos y, al desprenderse, se precipita sobre ramas ocupadas por mariposas, haciendo caer grupos cuantiosos.⁹ Las monarcas con mayor vitalidad trepan hacia las hierbas y arbustos del sotobosque, con el fin de evitar las gélidas temperaturas del suelo. Las más débiles o aletargadas pueden ser sepultadas por la nieve, arrastradas por el agua, o bien recibir la escarcha durante la madrugada. Por esta causa la congregación sufre decenas de miles de bajas, y una enorme cantidad de mariposas será convertida en una especie de alfombra anaranjada.

Cuando el tiempo mejora, entre las monarcas tiradas en el suelo habrá muchas muertas, otras intentarán caminar hacia los troncos o arbustos, gracias a su extraordinaria vitalidad; pero ya han sido afectadas por la congelación de sus líquidos corporales y sólo están muriendo lentamente.⁹ El resto, que obtuvo condiciones más benignas o logró subir a la hierba, espera el calor del Sol para termoregular su cuerpo y reincorporarse a la congregación. En años extremadamente secos, se ha observado que las congregaciones interrumpen su letargo para desplazarse a zonas más oscuras y protegidas de la cañada. Así las monarcas buscan una atmósfera más húmeda para bajar el efecto de la deshidratación.⁹

A través de diciembre y enero, la actividad en la congregación implica principalmente la sobrevivencia. Para el principio de febrero se rebasan los umbrales de temperatura y duración del día, que permiten la paulatina maduración de los órganos sexuales de las monarcas⁵ y esto trae un giro importante en su actitud: ante una temperatura máxima de 20°C y luz solar durante 11.3 horas al día, se empiezan a notar algunos apareamientos. Los más tempranos han sido reportados el 24 de enero de 1976,⁵⁸ en un día cálido con temperatura máxima de 22°C, pero es entre la segunda quincena de febrero y la fecha en que las monarcas parten hacia el norte, cuando la reproducción se vuelve una actividad cada vez más frecuente, hasta llegar a ser dominante. Esto se debe a que las monarcas migrantes sólo pueden desarrollar óvulos normales hacia la última semana de febrero, y son capaces de ovipositar huevos fértiles cuando se aparean en marzo.⁵⁸

Otras actividades de la congregación se incrementan también, no sólo en la frecuencia, sino en número de mariposas involucradas. La alimentación adquiere una gran importancia para la etapa previa al retorno, sobre todo entre los machos, que se mueven varios kilómetros por las cañadas y cauces de los arroyos en busca de plantas compuestas en floración.⁶ Conforme pasan los últimos días de febrero y los primeros de marzo, la inquietud en las congregaciones alcanza el máximo, las mariposas se sienten listas para regresar a la tierra en que nacieron y se preparan para ello. Cuando un grupo de monarcas decide abandonar el refugio invernal, como si mediara una señal, las que se encuentran posadas termoregulando levantan el vuelo simultáneamente, haciendo un ruido vibrante y sordo, provocado por el batir de decenas de miles de alas. Las mariposas se elevan como remolino, buscando una corriente ascendente y forman un impresionante río anaranjado que corre cañada arriba y se pierde hacia el noreste.

Para la segunda quincena de marzo, el contingente ha finalizado su ciclo invernal y se encuentra en camino hacia América del norte. En lo que fuera el refugio invernal de la monarca sólo permanecen cientos de miles de mariposas muertas. La mortalidad registrada al contar los cadáveres depositados en el suelo después de abandonados los sitios de congregación, indica cifras de 776 monarcas muertas por metro cuadrado.¹¹ Esto implicaría cerca de tres millones de decesos en la colonia más pequeña que se ha reportado (7000000 de monarcas en 0.4 ha) y un porcentaje estimado de sobrevivencia a la hibernación de 56%. Vale anotar, que debido a las condiciones climáticas especiales que se presentaron en enero y febrero de 1992 la mortalidad se elevó significativamente.

Las causas de mortalidad natural están dadas, en primer lugar, por los accidentes que hacen a las mariposas caer al suelo en condiciones climáticas desfavorables. Así, de las monarcas sanas que caen durante un norte y permanecen al descubierto por tres días, sujetas a las heladas, el viento y el agua, 3% resultan muertas, 23% moribundas y 27% incapaces de retornar a los árboles.⁹ También es importante el papel que juegan los depredadores, pues de las mariposas muertas más del 50 muestra mutilaciones de alas, cabeza o abdomen.¹¹ Entre los principales depredadores de las monarcas se cuentan dos especies de calandrias, Icterus parisorum e Icterus abeillei, que forman parvadas de 25 a 30 ejemplares y atacan a las mariposas congregadas. Increíblemente estas especies, así como el picogrueso de pecho café (Pheucticus melanocephalus), han burlado el mecanismo de defensa que la monarca despliega con base en la toxicidad de su cuerpo. Estas aves han aprendido que la toxina de la monarca se acumula en la cubierta de quitina, y realizan verdaderas cirugías, abriendo la piel y extrayendo los órganos internos no tóxicos.¹¹ En los refugios existen otros depredadores, accidentales o menos importantes, como pequeños mamíferos, arañas y campamochas. En esta mortandad también juega un papel importante la presencia del ser humano y sus actividades, pero sus acciones y magnitud serán tratadas en la parte final del artículo.

El ciclo de vida

Las mariposas que retornan a su territorio de verano en Estados Unidos y Canadá van dejando a su paso millones de huevecillos. La posibilidad de oviposición en su ruta de retorno depende de las especies de Asclepias que se encuentren presentes. Algunas de las que la mariposa monarca utiliza en Norteamérica son: Asclepias tuberosa, A. humistrata, A. incarnata, A. curassavica, A. tomentosa, A. curtisii, A. verticillata y A. lanceolata.⁵⁸ En el centro-norte de Estados Unidos y Canadá, la principal planta de alimentación es Asclepias syriaca, que crece densamente en praderas, orillas de caminos, vías de ferrocarril y en cualquier terreno abierto abandonado.

Las hembras fecundadas examinan detenidamente la vegetación buscando las plantas que pueden servir de alimento a su progenie, volando muy cerca del suelo. Cuando identifican el olor particular de la Asclepias se posan cerca de las hojas más tiernas de la planta y depositan, en el envés, un huevecillo. Esta operación la van repitiendo en diferentes plantas, con el fin de que sus crías no compitan entre ellas.

El huevo es blanco con forma de barril, y la larva lo abandona en un promedio de 7 días, con tiempos extremos de 3 y 12 días.⁵⁷ La pequeña larva se alimenta primero de parte del cascarón y luego del envés de las hojas más tiernas, protegiéndose así de los posibles depredadores.

Cuando madura, la larva alcanza entre tres y cuatro centímetros de largo. Presenta un color de fondo blanco, con finas estrías de color negro y amarillo anaranjado. Tiene además dos tubérculos carnosos de color negro en el tercer segmento torácico, y dos más en el séptimo segmento abdominal. Ahora come hojas completas, desde el ápice hacia el pecíolo, y ya no le preocupa esconderse, pues su coloración indica que es tóxica y su sabor muy desagradable.

Durante su etapa como oruga, la monarca muda su piel cinco veces. A cada uno de estos cambios de piel se les denomina “estadios larvarios”, y duran en conjunto tres semanas. Una vez que la larva alcanza su máximo crecimiento, en el quinto estadio, busca una rama; se cuelga por el cremáster, en la parte posterior del abdomen y forma la crisálida.

La crisálida es gruesa y tiene una forma más o menos oval. Su color es verde azuloso y presenta una serie de puntos negros y dorados. Poco antes de que el adulto abandone la crisálida, ésta se torna oscura y a través de las cubiertas alares se puede observar el clásico color naranja ladrillo de las alas en desarrollo. La etapa pupal tiene una duración aproximada de quince días, y el tiempo total para el desarrollo —desde el huevo hasta la eclosión del adulto— se ha calculado entre cinco y siete semanas.⁵⁷

De esta manera, las monarcas que salen del refugio en marzo llegan a su territorio de verano a principios o mediados de abril, ovipositando en esta época. Su progenie se hace adulta a fines de junio o principios de julio, constituyendo la generación que nace, se reproduce y muere en Estados Unidos y Canadá. Los adultos de la monarca tienden a ser solitarios y a realizar larguísimos patrullajes en los terrenos adyacentes a los cauces de los ríos, o bien en los bordes entre los terrenos desmontados y los bosques, entre 1.5 y 3.0 metros de altura.²⁶ Las monarcas termoregulan en los matorrales cerca de las nueve de la mañana y para las diez y media inician sus actividades. Para alimentarse prefieren flores de color amarillo pertenecientes al género Senecio, o bien flores naranja-amarillo del género Lantana. La visita de flores como Eupatorium parece estar relacionada con la recarga de sustancias tóxicas en su cuerpo. Las crías de esta generación sufren su metamorfosis entre julio y agosto y eclosionan entre septiembre y octubre, constituyendo la generación que repetirá la ruta migratoria para hibernar en nuestro país al año siguiente.

Los retos de la conservación

Los habitantes locales, por generaciones, habían presenciado el arribo cíclico de las mariposas como algo normal en su vida comunitaria. No fue sino hasta que las actividades de dos grupos de científicos —uno canadiense y otro estadounidense— convergieron en este punto, que la migración de la monarca adquirió relevancia en ámbitos científicos y gubernamentales. Un artículo del National Geographic Magazine hizo público el descubrimiento y las cosas se modificaron sustancialmente.

De pronto, los habitantes de la zona quedaban con la responsabilidad de cuidar un fenómeno que, a pesar de presentarse en sus tierras, era patrimonio de la humanidad. Se entreveía que sus actividades, realizadas libremente por siglos, en ocasiones podían poner en peligro la existencia de la monarca en Estados Unidos y Canadá.

Súbitamente, los lugareños quedaban sujetos a la opinión pública del país y del subcontinente de la América del Norte, así como a nuevas normatividades por parte de las autoridades. Algunas personas del área se sensibilizaron ante el descubrimiento y han tratado de preservarlo. Para 1981, en Donato Guerra existía ya un grupo de cinco ejidatarios, encabezado por los señores Jesús Ávila Montes de Oca y Leonel Moreno, que realizaban actividades honorarias de vigilancia y conservación en Cerro Pelón.¹⁸

Para los habitantes del centro de México, las áreas de hibernación se convirtieron en motivo de curiosidad y naturalmente creció la demanda para visitarlas. Los recorridos, cada vez más nutridos, se realizaban a veces sin precauciones, lo que levantó la protesta de la comunidad científica nacional e internacional. El creciente acceso turístico, aunado a la evidencia de que las actividades agrícolas, pecuarias y forestales que se desarrollaban en los terrenos que ocupan los refugios no eran las idóneas —algunas incluso eran atentatorias contra las monarcas—, unificaron las opiniones del público sensible, la prensa y la comunidad científica. Así, nacieron grupos civiles y académicos para el estudio y defensa del Fenómeno Monarca y en sus exigencias involucraron a todos los niveles de autoridades; el clamor llegó hasta la presidencia de la República. Las autoridades respondieron en la medida de sus posibilidades y con las limitaciones que los factores económicos y las presiones sociales imprimían. Finalmente, después de cuatro años de trabajos y estudios, el 9 de abril de 1980 se reconoció a las áreas de hibernación de la monarca como Reserva Especial de la Biósfera.⁵²

Sin embargo, la conservación del fenómeno migratorio de la monarca es un problema complicado que implica, además de mantener las características biológicas necesarias para la sobrevivencia de las mariposas, la solución de muchos problemas socioeconómicos de los habitantes del área y la elevación de su nivel cultural.

Respecto a las características biológicas que requiere la monarca, es necesario proteger tres unidades topográficas cercanas a las zonas de hibernación:

1. Las cimas de las montañas adyacentes a los sitios de establecimiento de las colonias.

2. Las áreas en donde se han ubicado constantemente a través de los años.

3. Las cañadas y arroyos que sirven de refugio en los años fríos o de sequedad extrema, que además sirven como corredores de reemigración.

El área mínima de protección que garantiza la sobrevivencia de las colonias se ha calculado en 10 km². En ella no deben permitirse: ningún tipo de explotación agrícola, ganadera o forestal; la introducción de cualquier tipo de infraestructura: caminos, obras hidráulicas y líneas eléctricas; el establecimiento de zonas de ocupación humana; y el uso o presencia de insecticidas o cualquier otra sustancia química tóxica. En esta área se debe promover la conservación del bosque y de los procesos biológicos que en él ocurren. Esta zona, en el concepto de reservas de la biósfera,³¹ se conoce como “zona núcleo”.

Rodeando a la anterior se requiere otra superficie de 10 km² más, que permita cubrir las máximas fluctuaciones posibles en la ubicación de las colonias, y asegure la existencia de recursos alimenticios y agua suficientes para la vida de las monarcas. En esta área se puede permitir el aprovechamiento forestal, limitado de tal manera que no se permita la técnica de “mata rasa”, ni que la densidad forestal baje de 400 árboles maduros por hectárea. Igual que en la primera área, no debe permitirse ningún tipo de explotación agrícola o ganadera; la introducción de cualquier tipo de infraestructura civil o de comunicación; el establecimiento de zonas de vivienda, ni el uso o presencia de insecticidas o cualquier otra sustancia química tóxica. Esta zona se conoce como “área de amortiguamiento”.³¹

En el papel, por medio de la “Reserva Especial de la Biósfera” se deberían cubrir las necesidades mínimas para la perpetuación del fenómeno migratorio de la monarca. Sin embargo, en la práctica esta situación se encuentra aún lejos de ser la ideal.

La simple protección legal de los refugios no resuelve los problemas de sobrevivencia y educación de los habitantes locales ni cuenta con los recursos económicos suficientes para ejecutar las actividades de investigación, monitoreo y vigilancia, necesarias para mantener el control de las actividades humanas y de las condiciones biológicas de las áreas a través del año, o hacia el futuro.

La resolución de estas condicionantes se debe dar mediante la participación conjunta de los habitantes locales, las autoridades: ejidales, municipales, estatales y federales, las instituciones de investigación, y las organizaciones no gubernamentales. Es preciso realizar un minucioso estudio de las condiciones globales del área, con el fin de identificar programas de manejo que permitan, por medio de acciones sostenidas, la elevación de la calidad de la vida en la región y garantizar la perpetuación del fenómeno.

El manejo adecuado de la zona debe evitar el cambio de uso del suelo forestal hacia la agricultura de temporal y, principalmente, hacia la ganadería extensiva de ovinos y bovinos, ya que el estrato altitudinal ocupado por los bosques de abeto que utilizan las monarcas, por arriba de los 2700 metros sobre el nivel del mar, no es de ninguna manera un sistema geoeconómico altamente productivo, ya que para la agricultura presenta las siguientes limitantes:⁴⁰

1. Heladas frecuentes durante seis meses (octubre a marzo).

2. Estacionalidad muy marcada de la precipitación pluvial, con un importante periodo de sequía entre diciembre y junio.

3. Pendientes superiores al 15%.

4. Suelos con características limitantes diversas: pedregosos con suelo vegetal muy somero, arcillosos con alto índice de compactación, o bien arenoso con baja captación y retención de humedad.

Por lo anterior, la agricultura es ínfimamente productiva y sus habitantes obtienen ingresos económicos muy bajos por este concepto,¹⁸ constituyendo una de las áreas socioeconómicamente más deprimidas de los estados de México y Michoacán.

Ante esta situación, los campesinos del área y de gran parte del Eje Volcánico Transversal han optado por realizar una explotación forestal no sostenible, utilizando el recurso maderable como una vía momentánea para obtener capital y, posteriormente, promover un cambio en el uso del suelo, orientado hacia la explotación extensiva de ganado ovino y, en menor grado, de ganado bovino de baja calidad.

Asimismo, para que la actividad ganadera pueda realizarse, es necesario clarear el bosque, con el fin de que los pastos prosperen, pues las condiciones de sombra que provoca la presencia de los árboles impide su crecimiento.

Para tal fin, en diversas partes del área se abren los bosques, por medio de fuegos provocados, durante los meses de marzo y abril; además, se recurre a estrategias como el cinchamiento, descortezamiento y ocoteo, con lo que los árboles mueren de pie, para luego ser derribados y aprovechados como “madera muerta”.⁷⁰ De esta manera se ha venido reduciendo la densidad de los bosques en forma alarmante.

Los estudios de mortandad en monarcas indican que cuando la densidad de árboles es menor a 400 por hectárea, la temperatura interna del bosque supera el umbral crítico para la sobrevivencia de las congregaciones, causando muertes masivas por congelación.

Además, para que el bosque garantice la vida de las mariposas congregadas, los árboles deben ser adultos. En un bosque con árboles altos aumenta el área libre de heladas, que se ubica entre el fuste y la parte alta de las copas. Así, las monarcas ocupan exitosamente el nivel medio del follaje. En un macizo dominado por árboles inmaduros, este espacio se reduce y aumenta la mortalidad y, en la medida en que los árboles son más pequeños, la zona susceptible a la congelación ocupa todo el espacio vertical del bosque, en cuyo caso las monarcas no pueden sobrevivir al embate de masas polares y heladas.⁷¹

Por todo ello, el devolver su vocación forestal al área y tratar de utilizar sus recursos silvícolas en la forma más indirecta posible, o bajo cultivos en terrenos especiales considerados como áreas forestales permanentes, debe ser una prioridad.

Es necesario concertar con las autoridades ejidales y municipales, un ordenamiento ecológico en el uso del suelo, por medio del cual se propenda a ubicar las zonas agrícolas en los terrenos que puedan garantizar cosechas, así como establecer módulos pecuarios estabulados o en semiconfinamiento.

Para lograr lo anterior, es necesario que las autoridades instrumenten acciones a corto, mediano y largo plazo; que exista el financiamiento necesario para realizarlas; y que las líneas de acción no se vean afectadas por los cambios periódicos en las administraciones, tanto a nivel estatal como federal.

La aplicación de medidas adecuadas para el uso y la conservación permitiría aprovechar en forma más sensata la constitución topográfica de la zona, manteniendo sus cuencas y subcuencas hidrológicas; respetando las pendientes de los cerros; y devolviendo a las montañas que visita la mariposa monarca su vocación natural para las actividades forestales, turísticas, o aquellas que propendan a conservar y aprovechar las aguas que se generan en sus microcuencas. Sólo así será posible preservar este maravilloso fenómeno natural, que año con año se repite, como una celebración de la vida.

UBICACIÓN TAXONÓMICA DE LA MARIPOSA MONARCA

La monarca pertenece al orden de los Lepidópteros; se inserta en el suborden denominado Ropalóceros, que presenta un cuerpo quitinoso y antenas con un mazo terminal y es parte de la familia Nymphalidae, que se caracteriza porque sus crisálidas se fijan únicamente por el cremáster, en la región distal del abdomen, colgando con la cabeza hacia abajo; además, el par anterior de patas de los adultos muestra una tendencia al atrofiamiento.

La monarca, finalmente, pertenece a la subfamilia Danainae, que está formada por 157 especies. En el continente americano sólo está representada por 14 especies; y de éstas, 11 pertenecientes a tres géneros se encuentran en el hemisferio norte, entre Costa Rica y Canadá, incluyendo también la región antillana.

El género Danaus se encuentra ampliamente distribuido en América, Asia, África e Indoaustralia, ocasionalmente se ha registrado en Europa. Sus especies tienen preferencia por los espacios abiertos y muy soleados: sabanas, cauces de ríos amplios, praderas, áreas agrícolas, etcétera; en general, aprovechan la vegetación secundaria y los hábitat alterados, por lo que tienen muy amplia distribución y entran en fase de expansión cuando se destruyen las superficies boscosas.²⁰ En México el género Danaus está representado por tres especies que se incorporan al patrón mimético “naranja”⁴⁶ (Danaus eresimus, D. gilippus y D. plexippus). Las plantas de alimentación larval de este género involucran varias Asclepiadáceas y Apocináceas, que les permiten asimilar principios químicos tóxicos que las protegen contra muchos depredadores vertebrados.

La mariposa monarca (Danaus plexippus) es una especie con un rango de distribución muy amplia; se encuentra establecida en Australia, Nueva Guinea, Sulawesi, las islas Molucas, el archipiélago de las Filipinas, la isla Cocos,²⁷ las islas Canarias y las Azores.³⁵ La monarca ocasionalmente se ha registrado en Europa occidental: Portugal, España, Francia³⁵ e Inglaterra,³⁰ sin constancia de establecimiento. Sólo parece no existir en África y en Asia continental.

Trataremos de definir la identidad exacta de la población denominada Danaus plexippus por Karl Linneo en 1758. De acuerdo con el Catálogo de Mariposas de América al norte de México,⁴³ corresponde a una población cuya localidad tipo72 está restringida a Pennsylvania, Estados Unidos, lo que concuerda con la población migratoria que se refugia en la zona limítrofe del estado de México y Michoacán. Vale aclarar que, por existir otras poblaciones subespecíficas como Danaus plexippus megalippe, Danaus plexippus portoricensis, etcétera, la forma migratoria de América del Norte deberá ser nombrada Danaus plexippus plexippus, para evitar confusiones.

Ahora bien, ¿cuántas poblaciones de mariposas con un aspecto aparentemente idéntico, o muy similar, se pueden encontrar en nuestro país? Se han encontrado evidencias de poblaciones establecidas en varios estados del país, entre ellos Morelos,₁₆ México,₂₆ Guerrero,₆₀ Distrito Federal, Chiapas y San Luis Potosí.²⁰En estos lugares existen varias generaciones de monarcas a lo largo del año.

Comparando los ejemplares establecidos en México con los migratorios procedentes de Canadá y Estados Unidos, podemos identificar las siguientes diferencias morfológicas:

1. Los ejemplares establecidos son ligeramente más pequeños que los migratorios.

2. El borde de las alas de los ejemplares migratorios es más ondulado.

3. La población establecida tiende a perder la fila interna de manchitas blancas ubicada en el margen negro del ala posterior.

4. Los ejemplares migratorios presentan una enorme reserva de grasa que mancha sus alas poco después de muertos, situación que no ocurre en los establecidos, y que implica un funcionamiento metabólico diferente entre ambas poblaciones.

Así, existen dos entidades pertenecientes a la monarca interactuando en el país y en la zona de hibernación: Danaus plexippus plexippus —nombre que corresponde a la forma migratoria— y Danaus plexippus curassavicae, designación que parece corresponder a la establecida.⁷³Excepto en el Catálogo Sistemático y Zoogeográfico de los Lepidópteros Mexicanos,³⁶ que registra el nombre Curassavicae para la población mexicana de monarca, en el resto de la literatura consultada no se distingue entre ambas poblaciones.

Aunque las dos subespecies parecen sobrelaparse en el centro de México, e incluso en el área de hibernación, existe una serie de mecanismos que las separan en forma eficiente, dificultando su hibridación. Las subespecies no migratorias de monarca que se encuentran establecidas en la América tropical parecen realizar pequeños movimientos altitudinales buscando permanecer en un rango climático similar durante las etapas cálida y fría del año.⁷⁴ De esta forma, Danaus plexippus curassavicae parece ocupar el Altiplano y las montañas del centro de México en altitudes entre 2000 y 2700 metros durante primavera y verano. Para el otoño, nuestra subespecie establecida inicia un descenso para ubicarse por debajo de los 1700 metros de altitud.

Cuando entra el invierno y se forman las colonias de refugio de Danaus plexippus plexippus, entre 2700 y 3100 metros de altitud, las poblaciones establecidas de Danaus plexippus curassavicae ya han abandonado las tierras altas y se han ubicado en la Cuenca del Río Balsas, entre mil y 1700 metros de altitud, en donde se registran entre diciembre y marzo.¹⁶ De esta forma, se establece una barrera altitudinal que impide la coexistencia y mezcla de ambas monarcas.

Además, debemos tomar en cuenta que los órganos sexuales de la forma migratoria se encuentran inmaduros,³⁴ lo que significa la existencia de una barrera fisiológica entre ellas.

DE VIRREYES Y MONARCAS

Con base en su toxicidad, las monarcas forman un complejo mimético, ya muy conocido, que ha sido denominado “Patrón Naranja”⁴⁶ y más específicamente, “Patrón Naranja de Matorral”.²⁴ Las especies que se incorporan a este patrón mimético varían a lo largo de Norteamérica. En Canadá, Estados Unidos y el Norte de México puede involucrar a la mariposa virrey (Basilarchia archippus) y a varias especies de Argíninos del género Speyeria. En las zonas subtropicales desaparecen las últimas; y se incorporan dos especies más de Danainos (Danaus gilippus y Danaus eresimus), Helicóninos (Dryas iulia, Agraulis vanillae, Dione moneta) y los Argíninos quedan representados por dos especies de Euptoieta.²⁰ En el trópico, el número de especies de este patrón se complica en demasía, con más de 20 especies entre modelos y mimos,²⁴ entre los cuales se encuentran especies tan importantes como el fósil viviente Baronia brevicornis.²³

El funcionamiento mimético del “Patrón Naranja de Matorral” es muy complejo. Se ha demostrado que, dependiendo de la época del año²⁷ y de la planta de alimentación seleccionada,⁴ una especie puede ser muy tóxica o no, por lo que se puede considerar como “automimetismo” en el cual los individuos no tóxicos que conforman la población son mimetas batesianos de los tóxicos.

Simplificando esta situación para hacer al complejo mimético más comprensible, parece comportarse de la siguiente manera:

Como modelos pueden funcionar: los Danainos, protegidos por glicósidos cardiacos,⁴ que causan vómitos y convulsiones a los depredadores; y los Helicóninos, protegidos por el alcaloide denominado pasiflorina, que deprime el sistema nervioso central.²⁸ La semejanza entre estos grupos conformaría el mimetismo muelleriano, pues se refuerza la respuesta desagradable en el proceso de aprendizaje de los depredadores, resultando beneficiados al reducirse el número de muertes en cada una de las especies tóxicas con aspecto similar.

Los mimos —que constituyen la fase batesiana del patrón— serían todos los Argíninos, la mariposa virrey y Baronia brevicornis, que resultarían mariposas no tóxicas, protegidas por tener una apariencia similar a la de los modelos.

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65. Ing. Rafael Turrent, comunicación personal.

66. Observación personal, 1987.

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68. Brower y Calvert, Hedrick y Christian 1977, p. 235; Calvert, comunicación personal.

69. Calvert 1982, comunicación personal.

70. Observaciones personales 1980-1985.

71. Calvert 1982, comunicación personal.

72. Localidad tipo es aquella de la que procede el ejemplar con el cual se describe una población de mariposas como especie, subespecie, raza, etcétera.

73. Euploea curassavicae fue descrita por Fabricius en 1807, con localidad tipo “America Meridionali” y tiene prioridad sobre Anosia megalippe descrita por Huebner en 1819, en caso de referirse a la misma población y ser considerada sinónimo.

74. Gerardo Lamas Mueller, comunicación personal.

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Roberto G. de la Maza Elvira
Asesor interno, Secretaría de Desarrollo Social (Sedesol).

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cómo citar este artículo →

De la Maza Elvira, Roberto G.. 1995. La monarca del vuelo. Ciencias, núm. 37, enero-marzo, pp. 4-18. [En línea].

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