La capa m\u00e1s superficial de los oc\u00e9anos sirve de hogar a una elevada variedad de organismos microsc\u00f3picos, continuamente transportados por las corrientes mar\u00edtimas. En su camino por los mares, esa rica mezcla que compone el plancton – algas, bacterias, protozoos, crust\u00e1ceos y moluscos – se depara con obst\u00e1culos como islas, monta\u00f1as sumergidas o incluso barcos. Homog\u00e9neas a simple vista, estas extensas manchas de plancton obligatoriamente se dividen y contornean la barrera en un abrazo envolvente, reencontr\u00e1ndose enseguida despu\u00e9s. Una vez superado el ocasional obst\u00e1culo, la mancha antes compacta sufre distorsiones y se transforma en una compleja red de filamentos muy delgados. Sucede que cerca de estas barreras existen torbellinos en el agua que fuerzan a los organismos a recorrer trayectorias complicadas y aparentemente irregulares, en un movimiento al que f\u00edsicos califican como ca\u00f3tico, y que se repite a cada nuevo obst\u00e1culo.<\/p>\n
Un equipo de f\u00edsicos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP) estudi\u00f3 en detalle la estructura de los filamentos que se forman despu\u00e9s del obst\u00e1culo y constat\u00f3 que sus formas aparentemente irregulares pueden describirse con precisi\u00f3n mediante el empleo de f\u00f3rmulas matem\u00e1ticas de la Teor\u00eda de Sistemas Din\u00e1micos – m\u00e1s conocida como Teor\u00eda del Caos -, ya aplicada al estudio de fen\u00f3menos tan distintos como el sube y baja del mercado financiero, las incertidumbres de la meteorolog\u00eda y hasta el ritmo de los latidos card\u00edacos. Al emplear la Teor\u00eda del Caos para prever la dispersi\u00f3n de las especies de plancton, los f\u00edsicos de la USP encontraron una posible soluci\u00f3n al dilema que inquieta a los bi\u00f3logos desde hace casi medio siglo, la llamada Paradoja de Hutchinson: \u00bfpor qu\u00e9 el plancton est\u00e1 formado por cerca de 8 mil especies de organismos? Seg\u00fan las teor\u00edas cl\u00e1sicas de la biolog\u00eda, este n\u00famero no deber\u00eda superar la decena, debido a la competencia por recursos naturales como el ox\u00edgeno, la luz y los nutrientes.<\/p>\n
Casos como \u00e9ste, muestran que no siempre el caos es sin\u00f3nimo de confusi\u00f3n y desorden y, por lo tanto, indeseable. “En situaciones como la de la mancha de plancton dispers\u00e1ndose en el mar”, explica el f\u00edsico Celso Grebogi, “el caos aparece como algo ben\u00e9fico, y favorece la supervivencia de un n\u00famero mayor de especies”. Grebogi es investigador del Instituto de F\u00edsica de la USP, y es el principal autor de una teor\u00eda que ayuda a entender “y prever” no solamente la proliferaci\u00f3n de especies de plancton. Fundamentado en la Teor\u00eda del Caos, este modelo puede ayudar tambi\u00e9n a explicar otros fen\u00f3menos biol\u00f3gicos y qu\u00edmicos, como la formaci\u00f3n del agujero en la capa de ozono que envuelve a la Tierra.<\/p>\n
Grebogi y su equipo de la USP desarrollaron esa nueva teor\u00eda, llamada Caos Activo, en asociaci\u00f3n con especialistas de la Universidad de E\u00f6tv\u00f6s, Hungr\u00eda. En ella, los investigadores formularon una idea innovadora: en situaciones espec\u00edficas el caos puede representar m\u00e1s que un conjunto de expresiones matem\u00e1ticas, capaz de describir el comportamiento de un sistema que se modifica con el tiempo – por ejemplo, el goteo de un grifo que se cierra poco a poco. En el caso de part\u00edculas s\u00f3lidas diluidas en un fluido, ya sea de plancton en el oc\u00e9ano o de mol\u00e9culas de poluci\u00f3n en suspensi\u00f3n en el aire, el caos puede desempe\u00f1ar un papel activo y funcionar como catalizador, acelerando reacciones qu\u00edmicas o interacciones biol\u00f3gicas, seg\u00fan revelaron los investigadores en el primer art\u00edculo publicado sobre el tema, que sali\u00f3 en 1998 en Physical Review Letters. El caos actuar\u00eda as\u00ed de manera an\u00e1loga a las enzimas producidas por el est\u00f3mago o por el intestino, que aumentan la velocidad de las reacciones que destrozan los alimentos en part\u00edculas menores.<\/p>\n
Aqu\u00ed, nuevamente el ejemplo de los planctons, responsables de la producci\u00f3n de alrededor de la mitad del ox\u00edgeno del planeta, ayuda a comprender esta actividad catalizadora del caos. Hay una organizaci\u00f3n por detr\u00e1s de los filamentos sinuosos, formados por esos organismos marinos despu\u00e9s de superar el obst\u00e1culo. La estructura de estos filamentos se rige por leyes matem\u00e1ticas muy precisas: cada uno de ellos presenta una forma compleja que se repite en escalas menores. Ampliados, estos filamentos revelan estar formados por otros m\u00e1s finos que, a su vez, est\u00e1n compuestos por otros a\u00fan m\u00e1s finos – la misma organizaci\u00f3n que se observa en las plumas de un ave. Es lo que los f\u00edsicos llaman estructura fractal. En \u00e9se, como en otros casos, esa estructura fractal surge en consecuencia del alejamiento r\u00e1pido e intenso de part\u00edculas antes muy pr\u00f3ximas, provocado por el movimiento ca\u00f3tico del fluido que las arrastra.<\/p>\n
Extinci\u00f3n mitigada Cuando la poblaci\u00f3n de un determinado tipo de plancton se vuelve muy reducida, el \u00e1rea de escape se torna proporcionalmente mayor, y esa especie gana m\u00e1s espacio para expandirse, explica el f\u00edsico, nieto de poloneses nacido hace 57 a\u00f1os en Curitiba, Paran\u00e1. “As\u00ed ella consigue reproducirse y volver a los niveles normales”, afirma. “Al acelerar la reproducci\u00f3n de esas especies, el caos evita la extinci\u00f3n de las menos eficientes y la conservaci\u00f3n de la diversidad”, dice el f\u00edsico Alessandro Moura, del Instituto de F\u00edsica de la USP e integrante del equipo de Grebogi en ese proyecto.<\/p>\n Los art\u00edculos m\u00e1s recientes del grupo sobre el caos activo se publicaron en 2004, en la edici\u00f3n de marzo de la revista Chaos y en la de abril de Physical Review Letters. Pero la idea de relacionar el plancton y la Teor\u00eda del Caos hab\u00eda surgido mucho antes, hace alrededor de diez a\u00f1os, cuando Grebogi y sus colaboradores, conversando con amigos bi\u00f3logos, descubrieron que hab\u00edan m\u00e1s dudas que explicaciones con respecto a la existencia de las alrededor de 8 mil especies de animales y plantas del plancton, con ciclos de vida que var\u00edan de dos minutos a dos d\u00edas. En la d\u00e9cada de 1960, el ingl\u00e9s George Evelyn Hutchinson intent\u00f3 comprender la paradoja que despu\u00e9s recibir\u00eda su nombre. Hutchinson, un experto en ecosistemas acu\u00e1ticos, pens\u00f3, por supuesto, como bi\u00f3logo, destacando las variaciones anuales de temperatura y el ciclo verano-invierno como argumentos para justificar la supervivencia de tantas especies. Aunque son v\u00e1lidos, esos argumentos parecen ser insuficientes.<\/p>\n Grebogi comenz\u00f3 entonces a considerar la acci\u00f3n del caos como una posibilidad de la explicaci\u00f3n, con base en algunos indicios. El oc\u00e9ano es, al fin de cuentas, un fluido repleto de part\u00edculas cargadas por corrientes mar\u00edtimas, con muchos obst\u00e1culos – en su lugar, las teor\u00edas biol\u00f3gicas supon\u00edan que el plancton se distribu\u00eda de manera homog\u00e9neo por la superficie de los mares, cosa que de hecho, no ocurre. El primer art\u00edculo con los fundamentos din\u00e1micos que llevar\u00edan a una soluci\u00f3n para la Paradoja de Hutchinson sali\u00f3 en enero del 1998 en Physical Review Letters, firmado por Grebogi y sus colaboradores. El f\u00edsico de Paran\u00e1 trabajaba entonces en la Universidad de Maryland, en Estados Unidos, y ya era reconocido como una autoridad internacional en el \u00e1rea. Fue tambi\u00e9n en el 1998 que se convirti\u00f3 en director cient\u00edfico externo vitalicio del Instituto Max Planck para la F\u00edsica de Sistemas Complejos en Dresde, Alemania, donde pasa dos meses por a\u00f1o. S\u00f3lo tres a\u00f1os despu\u00e9s, en el 2001, es que este f\u00edsico elegante y de h\u00e1bitos refinados, apasionado por \u00f3peras – Mozart o Verdi para distraerse, y Wagner o Strauss cuando desea algo estimulante -, fue contratado por la USP. Ese a\u00f1o, de acuerdo con la Academia Brasile\u00f1a de Ciencias, se convirti\u00f3 en el primer brasile\u00f1o cuyos art\u00edculos cient\u00edficos recibieron m\u00e1s de 10 mil citas, registradas por el Science Citation Index.<\/p>\n CFC y ozono Las mol\u00e9culas de ozono se deshacen en contacto con el cloro de gases conocidos como clorofluorocarburos (CFC), los mismos usados en algunos refrigeradores para enfriar el aire. En la alta atm\u00f3sfera, bajo la acci\u00f3n de los rayos ultravioleta, el CFC se rompe y los \u00e1tomos de cloro se liberan: cada cloro puede deshacer m\u00e1s de 100 mil mol\u00e9culas de ozono. Es en ese momento que la Teor\u00eda del Caos surge como una aliada para explicar la destrucci\u00f3n irregular de la capa de ozono. Si la distribuci\u00f3n del CFC fuese homog\u00e9nea y regular, los \u00e1tomos de cloro que se desprender\u00edan en la alta atm\u00f3sfera probablemente actuar\u00edan sobre un \u00e1rea espec\u00edfica y determinada de la capa – y el hueco corresponder\u00eda a una peque\u00f1a regi\u00f3n aproximadamente circular. Pero las mol\u00e9culas de CFC describen trayectorias ca\u00f3ticas y forman filamentos fractales, similares a los que se observan en el plancton.<\/p>\n La dispersi\u00f3n del gas en filamentos amplia el \u00e1rea de contacto existente entre las mol\u00e9culas de CFC y las del ozono y acelera la destrucci\u00f3n del gas que protege a los seres vivos contra la radiaci\u00f3n ultravioleta del Sol. Como regla general, cuanto mayor es la superficie de contacto entre los dos compuestos qu\u00edmicos, tanto mayor ser\u00e1 la velocidad de reacci\u00f3n – basta comparar la rapidez con que se disuelve una piedra de sal en un vaso de agua con el mismo volumen de sal en polvo. “Esa constataci\u00f3n nos permite orientar mejor los esfuerzos destinados a comprender la destrucci\u00f3n de la capa de ozono”, comenta Moura. Es una muestra de que el mismo caos, visto como fuente de vida o como elemento imprescindible para la comprensi\u00f3n de escenarios hasta entonces confusos, puede ser a veces no deseado.<\/p>\n En aplicaciones industriales, como la producci\u00f3n de pinturas, los pigmentos deben mezclarse de la forma m\u00e1s homog\u00e9nea posible. El problema surge cuando los movimientos ca\u00f3ticos de los mezcladores de pigmentos ocasionan la formaci\u00f3n de filamentos indeseables, por no ser homog\u00e9neos. “Se fu\u00e9semos capaces de eliminar el caos”, pondera Grebogi, “esta teor\u00eda podr\u00eda tener aplicaciones industriales”. Su equipo estudia tambi\u00e9n los fluidos turbulentos, definidos por su comportamiento aleatorio y extremadamente complejo, al ejemplo de los torbellinos que se forman en un arroyo o el movimiento del aire causado por el despegue de un avi\u00f3n. Por ocurrir en la atm\u00f3sfera, en los mares y en otras situaciones, en las cuales los fluidos se mueven a alta velocidad, la turbulencia es un fen\u00f3meno de gran importancia pr\u00e1ctica, en especial para la aviaci\u00f3n y la navegaci\u00f3n. “Para los fluidos con turbulencia”, dice Moura, “sospechamos que el efecto catalizador del caos quiz\u00e1s sea incluso m\u00e1s poderoso”.<\/p>\n El Proyecto<\/strong>
\n<\/strong>En su sala en el Instituto de F\u00edsica, Grebogi ilustra su teor\u00eda con una secuencia de im\u00e1genes de computadora y explica c\u00f3mo consiguen convivir tantas especies distintas de plancton, en vez de que las m\u00e1s aptas lleven las otras a la extinci\u00f3n. Al\u00a0 formarse, los filamentos segregan diferentes especies. Naturalmente, surgen espacios vac\u00edos “sin plancton”entre esos filamentos que hacen la competencia entre las especies menos directa: las regiones sin plancton funcionan como un \u00e1rea de escape para las especies menos adaptadas. “Esta forma de organizaci\u00f3n permite que todas las especies consigan alimento, luz y ox\u00edgeno, aunque algunas predominen sobre las otras”, dice Grebogi.<\/p>\n
\n<\/strong>Grebogi separa de una carpeta otra figura “una imagen de sat\u00e9lite”, con la cual demuestra que su modelo puede tambi\u00e9n ayudar a comprender el proceso de destrucci\u00f3n de la capa de ozono en la alta atm\u00f3sfera terrestre, a unos 20 kil\u00f3metros de la superficie. El ozono, un gas compuesto de mol\u00e9culas formadas por la uni\u00f3n de tres \u00e1tomos de ox\u00edgeno, funciona como un escudo que impide el paso de los rayos ultravioleta del Sol, se\u00f1alados como uno de los principales responsables por quemaduras y por el c\u00e1ncer de la piel. En 1985, investigadores de la British Antarctic Survey constataron por primera vez una reducci\u00f3n del 30% en la capa de ozono sobre la Ant\u00e1rtida. En agosto del 2003, el hueco se extend\u00eda por 17,4 millones de kil\u00f3metros cuadrados – m\u00e1s de dos veces el \u00e1rea ocupada por Brasil.<\/p>\n
\nDin\u00e1mica ca\u00f3tica
\nModalidad<\/strong>
\nProyecto Tem\u00e1tico
\nCoordinador<\/strong>
\nCelso Grebogi – IF\/ USP
\nInversi\u00f3n<\/strong>
\nR$ 682.179,67<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Comportamientos aparentemente desorganizados pueden beneficiar a vivos y reacciones qu\u00edmicas","protected":false},"author":18,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[109],"class_list":["post-78646","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/78646","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/18"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=78646"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/78646\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":501729,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/78646\/revisions\/501729"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=78646"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=78646"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=78646"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=78646"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}