Resumen

El cambio climático nos ha alcanzado. Como lo muestra el último reporte del ipcc, sus impactos ya son visibles en múltiples formas. La emergencia climática está sobre nosotros y se necesita de manera urgente un cambio de actuar, a nivel individual, nacional y global. Por suerte, este cambio ya ha comenzado a brotar en distintas formas: como una reducción de emisiones de gases de efecto invernadero; en una transformación en la dieta global, y en la sustitución de tecnologías viejas y contaminantes, por otras prometedoras. La conciencia global para hacer frente al cambio climático sigue aumentando y en este artículo te cuento dónde están los granitos de esperanza que nos indican que posiblemente logremos modificar el catastrófico rumbo que llevamos hasta ahora.
Palabras clave: cambio climático, gases de efecto invernadero, tecnologías limpias, dieta global, reducción de emisiones.

Hope to face the climate emergency

Abstract

Climate change is now upon us. The last ipcc report clearly shows the plethora of measurable impacts that have already occurred. This climate emergency pushes for an urgent agenda of individual, national and global actions. Luckily, it seems that the first steps for this change in actions are already occurring: from national reductions in greenhouse gas emissions, to changes in global dietary arrangements, and the substitutions of old polluting technologies. These global measures are on the rise, shedding a light of hope: that we might be capable of shifting our current catastrophic course.
Keywords: climate change, greenhouse gases, green technologies, global diet, emissions reductions.

Un reporte desalentador

El pasado mes de julio fue publicado el más reciente reporte del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, mejor conocido como el ipcc, por sus siglas en inglés (ipcc, 2021). Este organismo reúne a todos los expertos de distintas áreas del conocimiento, para proveer al mundo de información actualizada sobre el estado del clima global. Cada siete años lanza este tipo de informes, que incluyen la revisión de miles de trabajos y conjugan a cientos de científicos. Es un labor inmensa, que además es revisada con lupa por más de diez mil personas de toda clase de áreas del conocimiento. Una verdadera obra de colaboración internacional.

El nuevo reporte es bastante devastador: el cambio climático ya nos alcanzó y, como sociedad global, estamos lejos de detenerlo. Hasta el anterior informe, publicado en 2013, todavía se hablaba del potencial impacto del cambio climático; ahora la narrativa es totalmente distinta y se hace énfasis en los eventos que ya estamos experimentando. Y es que hay de todo: ondas de calor más extremas, derretimiento de glaciares, cambio en los regímenes de lluvias, aumento de la intensidad y frecuencia de huracanes extremos, por mencionar algunos.

Yo como papá quedé muy impresionado. Soy consciente de que el clima que viví cuando era niño no será el mismo que experimentarán mis hijos, pero tengo plena confianza en que las cosas mejorarán, y es que muchas ya están cambiando. Tengo esperanza en que mis hijos podrán tener un futuro seguro, en el que la relación de la humanidad con la naturaleza y el clima mejore cada día.

En este artículo te voy a platicar de dónde vienen esos granos de esperanza y las oportunidades que esta enorme crisis climática plantea para nosotros como individuos y sociedad. Te contaré sobre los comienzos de este cambio y te hablaré de los esfuerzos que están llevando a cabo distintas naciones para cambiar el rumbo catastrófico del último siglo. Espero que para cuando termines de leer el artículo tú también compartas mi esperanza y propongas ideas para cambiar el mundo que te rodea y quién sabe…, con suerte también al país completo.

Un alto para los grandes emisores

El principal motor del cambio climático actual es el aumento en las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (gei). Cuando éstos se acumulan en la atmósfera, atrapan la radiación terrestre que quería escapar al espacio y la regresan a la superficie, como resultado, el planeta se calienta. Entre mayor sea la concentración de estos gases, mayor será la temperatura. Al haber más energía disponible, se aceleran los flujos hídricos (la evapotranspiración1 y la precipitación) y, junto con esto, también se modifican los patrones de lluvia, huracanes, etcétera. En otras palabras, cada gramo de dióxido de carbono (CO₂), metano (CH₄) u óxido nitroso (N₂O) que se escapa al cielo, significa un clima más impredecible y extremo.

La solución al problema pareciera muy sencilla: dejar de liberar estos gases a la atmósfera. Con eso dejaríamos de calentar el mundo y problema resuelto —a pesar de que las emisiones que ya hemos aventado a la atmósfera posiblemente sigan allí por muchos años más—. No obstante, esto significaría quedarnos sin industria, electricidad, transporte y básicamente todos los modos de vida de la modernidad. Tal parece que en la actualidad no podemos dejar de liberar gases de efecto invernadero sin afectar nuestro estilo de vida… ¿O será que sí podemos?

Todo es una cuestión de adaptación y mitigación, y muchos factores apuntan a que tal vez logremos reducir las emisiones. Aquí viene mi primer granito de esperanza: muchas de las principales naciones emisoras han logrado estabilizar e incluso reducir sus emisiones en la última década. Por ejemplo, Estados Unidos, que en su momento emitió hasta una cuarta parte de todos los gases de efecto invernadero, ha disminuido sus emisiones en 14%, hasta niveles no vistos desde 2000 (Feng et al., 2015; Hausfather, 2017). Lo mismo en Rusia, que emite 5% de todos gei, pues en la última década ha reducido sus emisiones en 7%. Asimismo, los países de la comunidad europea, responsables de 13% de todas las emisiones, son otra historia de éxito, al reducir en 21% sus emisiones desde 1990 hasta la fecha.

Si bien la victoria aún no es total, porque faltan naciones como India, China y Brasil, las emisiones en estos últimos países se están desacelerando lentamente (Ritchie y Roser, 2020). Con un poco de suerte, para 2030 veremos el pico máximo de emisiones anuales y de allí todo será cuesta abajo; de hecho, todos estos grandes emisores se han comprometido a una reducción de sus emisiones de entre 30-50% en esta década. ¿Quién sabe? A lo mejor en un futuro hasta logremos comenzar a remover parte del dióxido de carbono que ya lanzamos a la atmósfera. Mientras tanto tú también puedes ver que hace cada país, año con año, en la página del monitor global de carbono.

El principal motor de esta estabilización y reducción ha sido un cambio general en la política y la conciencia global. Las naciones han comenzado a apostar por el uso de energías alternativas (nuclear, eólica, solar e hídrica, principalmente) y se ha sustituido el uso de carbón —altamente contaminante— por gas LP —menos contaminante—. Sólo para darte una idea, en 1990 únicamente 6% de la energía global venía de fuentes limpias; mientras que en el último año esta cifra se ubicó en el 12.5% (un poco más del doble), de acuerdo con la revisión estadística de la energía mundial (2022). Si bien todavía nos queda un largo camino, la tendencia a la sustitución es muy clara.

Así, por ejemplo, en Estados Unidos, la industria y el transporte han disminuido su contribución a través del uso de motores y aparatos electrónicos eficientes, reduciendo hasta en 18% sus emisiones. De igual manera, se ha registrado una disminución en el consumo de energía en los hogares, que ha contribuido en una reducción de 12% en las emisiones totales. También China ha pasado de usar 4% de fuentes alternativas en 1990 a 12.74% en el último año, de manera particular, al desarrollar fuentes hidroeléctricas y de energía solar. Otros países con trayectorias similares son Australia, Brasil, Estados Unidos, Canadá y prácticamente toda la comunidad europea (si quieres revisar más, puedes consultar la página de nuestro mundo en datos. Lento pero constante estamos caminando hacia una verdadera sustitución energética. Pero esto no es la única buena noticia.

Menos bisteces y más verdura

El otro gran motor del cambio climático global es el cambio de uso de suelo. Este en realidad es un nombre elegante para decir destrucción de los bosques y hábitats naturales, para poner pastos y cultivos. En este proceso se emiten enormes cantidades de gei a la atmósfera. Y es que somos muchas bocas que alimentar y además nos gusta comer bien. No estamos felices con un cerealito o un taco de frijol; nos gusta comer una buena hamburguesa de 300 g de carne importada, con papas fritas y un enorme vaso de refresco —para darnos una idea, el número de restaurantes de hamburguesas de comida rápida se ha triplicado en los últimos 20 años a nivel mundial—. Pero la decisión de qué dieta seguimos tiene un gran impacto en el mundo, en otras palabras, no es lo mismo chutarse esa hamburguesa que elegir una opción vegetariana —o de pollo al menos—, como te explico a continuación.

El impacto que tiene sobre el medio ambiente un kilo de carne de res es exponencialmente mayor que el que tiene un kilo de cereales, frutas o verduras. Esto incluye elementos como el uso de agua, terreno y las emisiones de gases de efecto invernadero. Aun cuando comparamos a las vacas con el pollo o el cerdo, las reses son más contaminantes y perjudiciales para el ambiente. Por ejemplo, para producir un kilo de carne de res se necesitan 15,000 litros de agua, contra 6,000 para producir un kilo de puerco, 4,000 para uno de pollo, 950 en promedio para todas las frutas y sólo 350 para las verduras (Weber y Matthews, 2008). El área que se requiere es también mucho mayor, siendo hasta 25 veces más el espacio necesario para producir 1kg de carne de res que 1kg de maíz. Además, nos encanta poner vacas donde no deberían estar, como en las selvas tropicales del Amazonas o del sur de México, donde se deforestan preciosos hábitats para dar paso al pasto de forraje (Tilman y Clarck, 2014).

Como resultado, para producir un kilo de carne de res hay cinco veces más emisiones que para uno de pollo, puerco o pescado; tres veces más que para uno de fruta, y diez veces más que uno de cereales (Weber y Matthews, 2008). No es de sorprender que a raíz de lo anterior el ganado vacuno sea responsable de 62% de todas las emisiones de gei de la agricultura y la ganadería de acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, mejor conocida como la fao (2022).

Nuevamente está claro que la solución es sencilla: reducir o eliminar nuestro consumo de carne de vaca. Por supuesto que aquí me dirás: “Oye, pero hace dos párrafos mencionaste el aumento en los restaurantes de hamburguesas. Eso no parece muy alentador”. Y te daría toda la razón. Pero la realidad es que, por suerte, el consumo de carne roja de muchos países se ha estabilizado e inclusive empieza a disminuir. Por ejemplo, en Estados Unidos, uno de los grandes consumidores de vacas —en su mayoría en forma de hamburguesas— ha reducido el consumo promedio por persona en 20% en los últimos 20 años. Países como Francia, España e inclusive los carnívoros argentinos o uruguayos también siguen una trayectoria similar, con reducciones entre el 10-30% en las últimas dos décadas (faostat, 2022). Si esta tendencia sigue con el mismo camino, es muy probable que en 10 o 20 años no necesitemos deforestar más bosques y hasta podremos comenzar a reforestarlos. Pero antes tenemos que seguir convenciendo a la población mexicana, uno de los pocos países donde el consumo de carne promedio por persona sigue aumentando cada año (Ritchie y Roser, 2017).

Esperanzas tecnológicas

Otro importante gramo de esperanza viene de los nuevos desarrollos tecnológicos. En la actualidad se están desarrollando toda clase de aparatos de uso energético más eficiente o que utilizan energía alternativa. Algunos ejemplos de las últimas décadas son los focos de led, los coches eléctricos y los motores de gasolina de tres cilindros. A gran escala también se ha dado un boom en el desarrollo de la arquitectura verde —por ejemplo, en México se ha disparado el uso de calentadores solares que disminuyen hasta en 80% el consumo de gas LP en los hogares (Rosas-Flores y Morillón Galvez, 2009)—, el uso de energía nuclear más eficiente —incluso a partir de desechos radiactivos—, y también el uso de biocombustibles sólidos y líquidos.

Pero lo más interesante es lo que potencialmente viene a futuro. Los avances en la tecnología de fusión nuclear son muy prometedores, por lo que podrían llevar a una profunda revolución energética global. Este tipo de energía, al contrario de la actual impulsada por la fisión, es completamente limpia y genera mucha más energía. El reto ha sido lograr crear reactores funcionales, pero esta realidad está cada día más cerca.

Asimismo, el uso de combustibles alternativos para la aviación es también, día con día, una realidad más cercana. En la actualidad, la aviación en todas sus formas —comercial, de productos y de pasajeros—, es responsable de 4% de todas las emisiones de dióxido de carbono globales y de 12% de todas las emisiones del transporte (Staples et al., 2018). Los motores a diésel necesitan enormes cantidades de combustible para poder surcar los cielos y con ello contaminan sin par la atmósfera. A raíz de ello, en la última década, se han creado grandes alianzas de investigación para desarrollar alternativas menos contaminantes. La noticia más prometedora es que el gobierno de Estados Unidos, principal consumidor de combustible para aviones, se ha comprometido a que para 2050 todo el combustible aéreo sea de fuentes alternativas.

El camino adelante

No cabe duda de que aún nos queda mucho camino por recorrer. Varios expertos mundiales han llamado al momento actual un momento “bisagra” para la humanidad. Esto quiere decir que como bien podemos destruirnos, si vamos en el camino correcto, podemos encontrar un equilibrio nunca visto con la naturaleza. El panorama actual, de acuerdo con el reporte del ipcc, no es nada alentador y hay mucho por hacer. Necesitamos frenar urgentemente las emisiones de gases de efecto invernadero, dejar de deforestar y destruir los hábitats además de cambiar nuestros estilos de vida —empezando por la dieta—, y comercio. El reto no es menor, pero de esto depende el futuro de nuestra humanidad. Y yo, como papá, confío en que lo lograremos. Hay un largo camino por recorrer, pero las semillas del cambio, esos granos de esperanza, ya están brotando.

Referencias

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Recepción: 26/08/2021. Aprobación: 22/05/2022.

Resumen

Las islas volcánicas son estructuras que pueden tener diferente origen dependiendo el contexto geodinámico. Algunas están formadas por lava solidificada surgida de volcanes que originariamente se encontraban por debajo del nivel del mar. Sin embargo, existen otras clases de islas volcánicas provenientes de volcanes sumergidos que formaban parte de una dorsal centrooceánica. Otro tipo de islas volcánicas son las que están formadas por una placa tectónica que fluye por debajo de otra. La subducción crea una cadena de volcanes que, a medida que emergen, forman una cadena de islas. Un último tipo está formado por un punto caliente sobre el que se mueve una placa tectónica. En este trabajo se abordan ejemplos de los tipos de islas volcánicas y su evolución, y en específico se analiza el caso de la isla Ferdinandea, isla de origen volcánico situada en el sur del mar Mediterráneo (Sicilia, Italia), cuya formación y desaparición en el siglo xix desató un conflicto diplomático de unos pocos meses.
Palabras clave: islas volcánicas, montes submarinos, isla Ferdinandea, punto caliente.

Ferdinandea: Origin and evolution of volcanic islands

Abstract

Volcanic islands are structures characterized by different origins depending on the geodynamic context. Some volcanic islands are formed by solidified lava emerged from volcanoes that originally were below the sea level. However, there is other class formed from previously submerged volcanoes that were part of a mid-oceanic ridge. Another type of volcanic island is the one formed by flowing a tectonic plate beneath another. Subduction creates a chain of volcanoes that, as they emerge, form a chain of islands. The last type is formed by a hotspot on which a tectonic plate moves. In this paper examples of the types of volcanic islands and their evolution are addressed, and the case of Ferdinandea Island is specifically analyzed. It is an island located in the south of Mediterranean Sea (Sicily, Italy), whose formation in the 19^th century sparked a diplomatic conflict that lasted a few months before its disappearance.
Keywords: volcanic islands, seamounts, Ferdinandea island, hotspot.

Introducción

Las islas volcánicas, también conocidas como islas oceánicas, son estructuras consideradas geológicamente excepcionales, que se encuentran en cuencas oceánicas y que se forman por erupciones de volcanes submarinos que se generaron en el fondo del océano (Condie, 2016). La erupción volcánica submarina acumula capas de lava, que en algunas ocasiones pueden romper la superficie del agua. Una vez que la lava llega a la superficie, se solidifica y se forma una isla volcánica (ver figura 1).

Figura 1. A) Esquema estructural de una isla volcánica. B) La isla de Vulcano, Eolie, ubicada al norte de Sicilia (Italia).
Crédito: Claudio Inguaggiato, 2012.

La más famosa isla volcánica que se formó en las últimas décadas es la isla de Surtsey (del nombre de un gigante de fuego en la mitología nórdica), que apareció en 1963 frente a la costa sur de Islandia (Schipper et al., 2015). Se originó por una erupción freatomagmática (también llamada surtseyana), es decir, un tipo de erupción donde el magma y el agua entran en contacto y provocan violentas explosiones (Houghton et al., 2015). Otros ejemplos de islas volcánicas de origen reciente y que sobrevivieron a la erosión del agua y el viento son: i) Nishinoshima y Nijima, formadas en 1974 y 2015 respectivamente (ambas cerca de Japón); y ii) Zubari, isla Yemenita que surgió en 2013.

Las islas volcánicas pueden ser caracterizadas por diferentes tipos y niveles de actividad volcánica: desde i) activa o intermedia, como las islas Hawái, localizadas en el océano Pacífico; hasta ii) un vulcanismo considerado extinto, como el caso de Rapa Nui (isla de Pascua), territorio chileno ubicado en la Polinesia, en medio del océano Pacífico. Las islas volcánicas que se elevan desde las profundidades marinas tienen diferentes tamaños, desde menos de 1 km² hasta más de 100 km²; además, pueden tener arrecifes que se comportan como una barrera natural y poseer relieves montañosos con varias cumbres. En muchos casos, las pendientes elevadas y la densa cobertura vegetal (bosques tropicales) pueden limitar las posibilidades de uso de tierras y desarrollo comunitario (por ejemplo, carreteras, edificios, infraestructuras). Las comunidades que residen en una isla volcánica, que principalmente se desarrollan en la zona costera, están expuestas a varios riesgos, volcánico y costero, este último debido a la erosión. Las islas más grandes pueden llegar a tener ríos y ello involucra un riesgo adicional de inundaciones para las comunidades.

Desde hace varios años, la vulcanología se ha encargado de estudiar el origen de los volcanes submarinos, cómo éstos generan islas volcánicas y cómo evolucionan con el tiempo. La génesis de las islas volcánicas está relacionada con el contexto geodinámico y el aporte de magma en el tiempo (Plank et al., 2020). Sin embargo, el origen de las islas volcánicas está sujeto a anomalías de fusión del manto y a dinámicas relacionadas con los movimientos de las placas tectónicas.

En este sentido, la estructura interna de la Tierra (Jordan, 1979), descubierta mediante estudios sismológicos, está dividida en diferentes capas: i) la corteza terrestre y oceánica, que es la parte más externa, donde residen los seres vivos; ii) la litosfera, la capa exterior sólida de la Tierra, que incluye la corteza y el manto superior; iii) el manto, a su vez dividido en manto superior, intermedio e inferior, es considerado la porción donde se concentra la mayoría de la masa terrestre; y iv) el núcleo, dividido en externo e interno, caracterizado por diferentes estatus de la materia, líquido el externo y sólido el interno (Tarbuck y Lutgens, 2005; ver figura 2).

Figura 2. Estructura interna de la Tierra simplificada en la que se aprecian las diferentes capas y espesores que la componen (corteza, manto, núcleo externo e interno). Las capas están divididas por discontinuidades: i) Mohorovicic (corteza – manto); ii) Gutenberg (manto – núcleo externo); y iii) Lehman (núcleo externo – núcleo interno).
Crédito: elaboración propia.

Los modelos para explicar el origen del magma de las islas volcánicas se propusieron desde 1970 y toman en cuenta varias hipótesis. Campbell y Griffiths (1990) presentaron un primer modelo convectivo, desarrollado en laboratorio, que sugiere la existencia de una capa límite entre manto y núcleo donde se origina el magma. Otro modelo, llamado de placas, atribuye a procesos superficiales extensivos (estrés tectónico) las anomalías de fusión (Anderson, 2000 y 2001). Los modelos más recientes (Koppers et al., 2021) sugieren la presencia de mantle plumes (plumas magmáticas del manto), regiones donde el magma profundo (a miles de km) asciende hasta la superficie. Además, los modelos tectónicos extensivos (dorsal medio oceánica) y compresivos (subducción) son también aceptados y están comprobados (Geología activa, 2020).

Formación de las islas volcánicas

La formación de una isla volcánica es un proceso complejo, donde entran en juego diferentes factores y procesos. Sólo recientemente se están conociendo más a fondo los mecanismos de formación, pero algunos procesos todavía no resultan totalmente claros. Las islas volcánicas pueden formarse de diferentes maneras, además de generar varios tipos de volcanes con distintas características eruptivas. Principalmente existen tres tipos de procesos tectónicos magmáticos para la formación de una isla volcánica (Foulger, 2007): i) extensivos (ej. Islandia; Denk et al., 2011); ii) compresivos (ej. Islas Eolias; Inguaggiato et al., 2018); e iii) intraplaca o punto caliente (por ejemplo, Hawái; Carey et al., 2015).

Los procesos extensivos generan islas que surgen entre dos placas tectónicas y que son la expresión superficial de la dorsal centrooceánica. La dorsal centrooceánica —por ejemplo, la Atlántica—, es una dorsal que se formó en medio del océano por el ascenso del magma y la expansión del piso oceánico. La anteriormente citada isla de Surtsey, localizada frente a la costa sur de Islandia, se originó por la tectónica extensiva típica de la dorsal mesoatlántica.

Los procesos compresivos se caracterizan por la subducción entre dos placas tectónicas, el ascenso de magma en superficie y la formación de islas volcánicas. En general, las islas originadas por procesos de compresión presentan fenómenos fumarólicos superficiales y submarinos, así como actividad hidrotermal. El magma de estas islas es generado por el descenso y fusión parcial de la placa tectónica.

El último caso es el magmatismo intraplaca, definido como una ruptura de la corteza donde el material magmático profundo del manto asciende hacia la superficie. Estos tipos de islas volcánicas se forman cuando una placa litosférica se desplaza arriba de un punto caliente, que se mantiene relativamente estable a lo largo del tiempo. Alrededor del mundo varios volcanes se formaron por la presencia de un punto caliente, por ejemplo, la isla Tristán da Cunha o las islas Canarias, ambas ubicadas en el océano Atlántico.

La isla Ferdinandea

La isla Ferdinandea es una particular isla volcánica ubicada en el mar Mediterráneo, al sur de Sicilia, Italia (ver figura 3). La isla se originó por los ciclos eruptivos de Empédocles, un volcán submarino en el canal de Sicilia (Lodolo et al., 2019), que se generó por la presencia de un punto caliente (Cavallaro y Coltelli, 2019). Un punto caliente (o hotspot, en inglés) es una ruptura de la corteza donde el material magmático profundo del manto asciende hacia la superficie. Estos tipos de islas volcánicas se forman cuando una placa litosférica se desplaza arriba de un punto caliente, que se mantiene relativamente estable a lo largo del tiempo.

Figura 3. Imagen histórica de la erupción del volcán Empédocles y formación de la isla Ferdinandea en el Mar Mediterráneo en 1831 (De Vito, 1831).

Los primeros registros históricos de la isla Ferdinandea datan de la Primera Guerra Púnica, siglo 3 antes de la era común (a.e.c.). La isla apreció y desapareció entre 4 y 5 veces (según los registros históricos), y se registraron diferentes erupciones del volcán Empédocles desde el siglo xvii (Pantaloni y Console, 2017). Los primeros signos de actividad reciente de Empédocles fueron algunos choques sónicos y temblores percibidos el 28 de junio de 1831 por algunas poblaciones residentes en la costa de Sicilia y por la tripulación de un barco que navegaba cerca del volcán. Unos días después, los pescadores vieron hervir (burbujear) la parte del mar ubicada arriba del volcán submarino, además de encontrar peces muertos y percibir un fuerte olor a azufre. El 10 de julio de 1831, el capitán de un barco notó una columna de gases de unos 15 metros de altura que provenía de una pequeña isla de unos 4 metros sobre el nivel del mar. La noticia de una nueva isla se difundió primero por Sicilia y Nápoles, y luego por otras naciones. En pocos días la isla alcanzó los 20 metros de altura y los 250 metros de diámetro. Sin embargo, en unos meses alcanzó una altura de 63 metros y un diámetro de 4.8 km. La isla había aparecido en una ubicación considerada táctica para muchas naciones, principalmente para el control de las rutas marítimas (tráfico comercial y militar) a través del Mediterráneo (Pantaloni y Console, 2017; ver video 1).

Los británicos fueron los primeros en reclamar la isla, la llamaron Graham, pero el rey de Sicilia y Nápoles, Fernando ii (el mismo que le puso su nombre a la isla), lo consideró como un acto de invasión de las aguas territoriales sicilianas y envió una corbeta a reclamar la nueva tierra. Los franceses, así como lo españoles, mostraron interés por la nueva isla y la llamaron Julia, por ser julio el mes en el que apareció la isla. El conflicto, principalmente periodístico y diplomático, entre estas naciones duró por varios meses. Durante este período, la isla iba retirándose lentamente pero inexorablemente hacia el mar (Kozák y Čermák, 2010).

Lo anterior es porque la isla Ferdinandea estaba compuesta de material fragmentado y blando, sobre todo ceniza volcánica. Una vez acabada la erupción y el aporte de material por parte del volcán Empédocles, la isla no pudo soportar los efectos erosivos del viento y de las olas de mar. El cráter desapareció y lo único que quedaba era una isla plana y una colina de escorias con una elevación de 60 metros. En diciembre de 1831 la isla desapareció de los mapas y junto a la isla también tuvo conclusión la disputa territorial. La isla Ferdinandea apareció brevemente en 1863 luego de una pequeña erupción de Empédocles, pero actualmente se encuentra 7 metros bajo del nivel del mar.

El volcán submarino Empédocles y sus productos volcánicos fueron y están siendo estudiados por geólogos y geofísicos, revelando la presencia de varios cráteres monogenéticos (es decir, cráteres formados por una sola erupción). En los años 2000 una renovada actividad sísmica en la zona de la isla Ferdinandea dejó especular nuevos inminentes episodios eruptivos, pero dos años más tarde, en 2002, investigadores observaron una disminución de la sismicidad y de la emisión de gases volcánicos (Rotolo et al., 2006). Para prevenir futuras disputas en el caso del resurgimiento de la isla, buzos colocaron una bandera italiana en la cima del volcán (i geotv, 2013).

Conclusión

La mayor parte de la actividad volcánica de la Tierra, incluso la actividad magmática ubicada en las islas volcánicas, sucede en los límites de placas tectónicas, pero las excepciones son las islas formadas por la presencia de un punto caliente (anomalías de calor). El principio detrás de estos fenómenos es el mismo que el de la convección térmica: el material más caliente y menos denso tiende a subir, mientras que el material más frío y denso tiende a descender. Las erupciones submarinas que dan lugar a la formación de nuevas islas volcánicas son bastante raras y es aún más raro tener evidencia directa de ellas, lo que dificulta la comprensión de las razones del fenómeno. La isla Ferdinandea es uno de los diferentes casos de islas que sobrevivieron sólo pocos meses, a causa de la erosión, luego de su formación. En los últimos años, varios trabajos de investigación se han enfocado en el estudio de los procesos superficiales y profundo de la isla Ferdinandea, principalmente con técnicas indirectas, por ejemplo, métodos geofísicos y sismológicos.

Referencias

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Recepción: 09/08/2021. Aprobación: 19/05/2022.

Resumen

México es uno de los principales productores de zarzamora en el mundo y este fruto es uno de los cultivos nacionales con mayor demanda en el extranjero. Sin embargo, su corta vida de anaquel y las condiciones especiales de almacenamiento que requiere para conservarse representan un reto constante para llevarla a partes lejanas del mundo. Hasta el momento, los esfuerzos para su conservación se han enfocado en estrategias que se aplican después de la cosecha del fruto; no obstante, estos métodos tienen limitaciones. Por lo tanto, el objetivo de este artículo es abordar una propuesta reciente relacionada al manejo de la zarzamora previo a su cosecha, como una herramienta para lograr su exitosa comercialización a nivel internacional.
Palabras clave: zarzamora, vida de anaquel, elicitores, fisiología vegetal.

Blackberry: a delicate treasure of the Mexican fields

Abstract

Mexico is among the top blackberry producers in the world, and these fruits are one of the most demanded by foreign markets. However, their short shelf life and the special conditions required for their conservation are challenging for commercialization in distant parts of the world. Nowadays, efforts have been focused on postharvest handling to preserve the blackberry features for a longer time; however, these methods have limitations. Therefore, this article aims to present a preharvest treatment as an option for the successful commercialization of blackberries worldwide.
Keywords: blackberry, shelf life, elicitors, plant physiology.

Introducción

En la última década, la producción de zarzamora ha tenido un crecimiento muy grande, debido a lo cual se ha convertido en uno de los cultivos de mayor importancia en el sector agrícola mexicano. Anualmente, se producen 298 mil toneladas de zarzamora en una superficie de 15 mil hectáreas; esta producción tiene un valor comercial de 13 mil millones de pesos (Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera [siap], 2019). Aunque la zarzamora se cultiva a lo largo de 13 estados de la República mexicana, Michoacán aporta 93% de la producción nacional, seguido por Jalisco (4.5%) y Colima (1%). Del total de la zarzamora producida en México, entre 40-60% se exporta a Estados Unidos, Canadá, Chile y Reino Unido (Sistema de Información Arancelaria Vía Internet [siavi], 2021).

La zarzamora es un alimento muy valorado debido a su sabor atractivo, así como a su alto contenido de proteínas, vitaminas, y complejos orgánicos, que le han otorgado la clasificación como alimento funcional; es decir, además de su valor nutricional, contiene componentes que aportan algún efecto positivo para la salud y reducen el riesgo de padecer ciertas enfermedades (Beltrán de Heredia, 2016). No obstante, la zarzamora tiene una vida de anaquel muy corta en comparación con otros frutos. Esto es porque esta fruta se caracteriza por una delgada piel (fragilidad biomecánica) y por su tendencia a perder humedad rápidamente (alta tasa de respiración); por ello, debe mantenerse en condiciones especiales para así mantener su calidad. Lo anterior representa un reto debido a las restricciones de almacenamiento y transporte a las que está sujeta durante su comercialización; ya que se requiere mantener en una cadena de frío para evitar su deterioro.

A nivel industrial, la zarzamora se utiliza para la elaboración de jugos, pulpas, extractos y concentrados; en la generación de estos productos las condiciones para de manejo de la zarzamora son menos demandantes. Sin embargo, la zarzamora también se comercializa fresca, y esta presentación es la que mayores beneficios aporta, y por ende es la de mayor demanda.

En este orden de ideas, en la conservación de la zarzamora los esfuerzos se han enfocado en el desarrollo de métodos para el manejo posterior a la cosecha del fruto —también conocido como poscosecha—, a pesar de que, como se detallará más adelante, estos presentan importantes limitaciones respecto a su efectividad. Así, en el presente artículo discutiremos los retos y limitaciones de los métodos empleados actualmente para la conservación de la zarzamora después de su cosecha. Además, se abordará una propuesta de conservación que se aplica previo a la cosecha de esta fruta, la cual permite prolongar su vida de anaquel.

No todo es dulce…

En México, del total de la zarzamora que se exporta, se han reportado pérdidas de hasta 5% durante el almacenamiento y transporte (Pérez et al., 2016). Los principales problemas que la afectan durante los procesos de comercialización son la reversión, un cambio de coloración posterior a la cosecha; la aparición de hongos en su superficie, que degradan la fruta, y el goteo, que es el escurrimiento del contenido de la zarzamora por daño mecánico o vibraciones fuertes durante el transporte (ver figura 1).

Figura 1. A) Zarzamora sana. B) Zarzamora con daños durante el transporte y almacenamiento (reversión y goteo).
Crédito: elaboración propia.

Los problemas antes mencionados deben evitarse; es decir, debe mantenerse el color, sabor, apariencia, y textura de la zarzamora. Para ello, la estrategia principal es la refrigeración. Se ha reportado que la zarzamora puede mantenerse en buen estado hasta 14 días a temperaturas entre 2 y 5º C, con una humedad relativa entre 90-95% (Perkins-Veazie, 2017). El transporte terrestre a países como Estados Unidos y Canadá en contenedores refrigerados es la principal estrategia empleada para su conservación, a nivel comercial. No obstante, la refrigeración no se encuentra disponible en el transporte aéreo, el cual es requerido para destinos fuera del continente, o que se encuentran a mayor distancia.

También se pueden emplear otros métodos de conservación, tales como cubiertas comestibles, atmósferas controladas, empaques modificados, e irradiación. para prolongar la vida de anaquel (Huynh et al., 2019). El uso de atmósferas modificadas está disponible en el transporte marítimo y terrestre; en esta estrategia se usan concentraciones de dióxido de carbono entre 10 y 15%, las cuales han mostrado una disminución en la pudrición de los frutos (Perkins-Veazie, 2017); sin embargo, no sustituye el almacenamiento en frío, por lo que deben de considerarse los costos extra asociados a este tipo de manejo.

Otra táctica que se ha utilizado para la conservación de alimentos es la aplicación de cubiertas comestibles biodegradables. El uso de estos recubrimientos provoca efectos similares al de una atmósfera modificada; no obstante, en la zarzamora se han reportado algunos efectos adversos, que incluyen la formación de compuestos que afectan de manera significativa el sabor del producto.

Por otra parte, se han desarrollado métodos enfocados en disminuir el deterioro en la fruta, tales como la desinfección por irradiación y la desinfección con agentes químicos (Huynh et al., 2019). La irradiación consiste en exponer la fruta a luz del tipo ultravioleta (uv), con el objetivo de inactivar posibles organismos patógenos que causen pudrición. Aunque en algunos casos se ha logrado disminuir la incidencia de pudrición, la exposición a este tipo de radiación también ha provocado daños no deseados, como manchas en la superficie del fruto de zarzamora. De manera similar, la desinfección con agentes químicos busca disminuir el efecto de microorganismos de pudrición; sin embargo, durante su uso se pueden presentar daños mecánicos y un aumento no deseado del contenido de humedad en el fruto de zarzamora durante su almacenamiento. Es importante mencionar que si la zarzamora es sometida a un tratamiento posterior a ser cosechada, hasta 85% de ésta desarrolla algún tipo de daño que afecta su calidad (Edgley et al., 2020). Por ello, se debe ser muy cuidadoso con el uso de métodos para su conservación.

Los elicitores

Las estrategias mencionadas previamente para la conservación de la zarzamora están enfocadas en el manejo posterior a su cosecha; en todos los casos, representan costos adicionales y no están disponibles para todos los escenarios de comercialización. De igual manera, implican la realización de otras operaciones en el fruto, lo cual incrementa el riesgo de daño.

Debido a lo expuesto anteriormente, el uso de tecnologías de mínima intervención sería más apropiado para frutos tan delicados como la zarzamora. En este contexto, se ha reportado que las condiciones de crecimiento y desarrollo de las plantas de zarzamora repercuten en sus características (Chávez-Bárcenas et al., 2012). Adicionalmente, la presencia de ciertas sustancias en etapas de formación de frutos también influye en las características finales de la zarzamora; dentro de ellas destacan los elicitores.

Los elicitores son sustancias que promueven las respuestas defensivas en las plantas (Guevara-González et al., 2020). Analicemos esta definición: las plantas, al no tener la capacidad de moverse de un lugar a otro, son más susceptibles a sufrir daños por las condiciones ambientales y por el ataque de insectos (ver figura 2); sin embargo, tienen mecanismos para defenderse mediante la identificación de las condiciones del medio ambiente. Por ejemplo, cuando un insecto se posa sobre nosotros, podemos ahuyentarlo o alejarlo fácilmente usando nuestras manos. Pero en el caso de las plantas, éstas no pueden remover al insecto de manera directa, por lo que producen sustancias especiales para ahuyentarlo. Los elicitores promueven la generación de esas sustancias, es decir, las defensas fisiológicas. Lo interesante es que las sustancias promovidas por los elicitores también tienen efectos positivos en la conservación de la zarzamora.

Figura 2. Factores que pueden provocar daños en las plantas. A) Radiación solar y calor excesivo. B) Lluvia y granizo. C) Bajas temperaturas. D) Vientos intensos. E) Ataque de insectos y plagas.
Crédito: elaboración propia.

El uso de los elicitores en la zarzamora representa una propuesta de mínima intervención para contrarrestar fenómenos de daño, degradación, y deterioro del fruto. Cuando un elicitor se aplica, éste simula ciertas condiciones que las plantas detectan como señales de alerta; por ejemplo, el ataque de un insecto. Dentro de estas respuestas se encuentran el reforzamiento de barreras físicas; es decir, que las paredes celulares de la zarzamora se fortalecen, lo que se traduce en el aumento de la resistencia de los frutos al daño mecánico.

Otra medida de defensa es la producción de sustancias antimicrobianas y repelentes de insectos. Por ejemplo, la aplicación de ácido salicílico en frutos de zarzamora reduce la aparición del fenómeno de reversión, y de pudrición en condiciones de almacenamiento. De manera similar, la aplicación de soluciones de quitosano sobre frutos de zarzamora, antes de ser empacados, puede reducir el goteo, mejorar su firmeza y disminuir el ablandamiento sin afectar sus características comerciales (contenido de azúcares y acidez) (Martínez-Camacho, 2022). Tanto el quitosano como el ácido salícilico son elicitores; el quitosano es de origen natural, mientras que el ácido salicílico se produce de manera interna en las plantas. Ambos compuestos han mostrado tener potenciales efectos positivos en la conservación de la zarzamora y frutos similares (Moreno et al., 2015; Lo’ay y El-Boray, 2018; Lucini et al., 2018).

Cabe resaltar que los elicitores deben aplicarse en bajas concentraciones para lograr estos efectos; de igual manera, su aplicación se puede llevar a cabo con los medios tradicionales, por ejemplo, mediante aspersiones foliares o en el agua de riego. En este contexto, la normativa para la producción agrícola es cada vez es más estricta. Por ello, los elicitores son una estrategia de origen natural y poca residualidad en el ambiente para la conservación de la zarzamora. Sus características los hacen idóneos para cumplir con los requerimientos de los mercados, y al mismo tiempo contribuir a disminuir el uso de agroquímicos.

El uso de elicitores y sus efectos en la conservación de frutos están ampliamente reportados en la literatura especializada; sin embargo, a nivel comercial, son poco conocidos, por lo que existe poca disponibilidad de productos en el mercado elaborados con base en ellos. Por ello, es necesario continuar con la investigación y divulgación relacionada con los elicitores, para así contribuir a su aplicación de manera comercial.

Conclusiones

La zarzamora es un fruto de gran relevancia en el sector agrícola mexicano, así como de alta demanda por todos sus beneficios a la salud. No obstante, este fruto es de manejo especial, debido a su fragilidad. En este contexto, el uso de tratamientos previos a la cosecha de la zarzamora representa una oportunidad para aumentar su vida de anaquel, y mantener sus características por un período mayor de tiempo. En particular, el uso de elicitores es un método con un alto potencial, debido a su alta efectividad, que ha sido demostrada en diversas investigaciones; sin embargo, se requiere promover su aplicación a nivel comercial en la producción de zarzamora. El uso de elicitores es una opción prometedora para la obtención de productos agrícolas de alto valor, con mejores características, lo que contribuye a la sustentabilidad del sector agrícola.

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Sitios de interés

• Cultivo de zarzamora en el estado de Querétaro.
• Efecto del quitosano y ácido salicílico en la zarzamora (Congreso Internacional de Ingeniería, coniin 2020).

Recepción: 13/09/2021. Aprobación: 19/05/2022.

Resumen

R es un lenguaje de programación estadístico libre y es la plataforma más utilizada en el área del análisis de datos. Debido a las diversas bondades que ofrece este programa, es utilizado en muchas ciencias y es la fuente de análisis de otros softwares. El programa R puede ser explorado mediante diversas plataformas como: R, RStudio, RStudio Cloud y Microsoft R Open. Su instalación es rápida, sencilla y gratuita. Aprender a utilizar R requiere del entendimiento de conceptos básicos como son las funciones y objetos, por lo que conocer su estructura, uso y desarrollo ayudarán al lector a explorar todas las bondades y ventajas que este software ofrece. En este artículo se explican los conceptos básicos en el entorno de R y se proporcionan diferentes opciones para que cualquier usuario, con o sin experiencia en lenguajes de programación, logre utilizar este maravilloso programa estadístico.
Palabras clave: R, software estadístico, funciones básicas, objetos, bases de datos.

R program: an initial strategy for understanding and learning it

Abstract

R is a free statistical programming language and is the most widely used platform in the area of data analysis. Due to its various benefits, this program it is used in many sciences and is the source of analysis of other software. The R program can be explored through various platforms such as: R, RStudio, RStudio Cloud and Microsoft R Open. Installation is quick, easy and free. Learning to use R requires the understanding of basic concepts such as functions and objects, so knowing its structure, use and development will help the reader to explore all the benefits and advantages that this software offers. This article explains the basic concepts over the R environment and provides different options, so that any user, with or without experience in programming languages, can use this wonderful statistical program.
Keywords: R, statistical software, basic functions, objects, databases.

¿Qué es R?

R es un lenguaje de programación utilizado como software estadístico en muchas disciplinas. Al ser gratuito y fácil de utilizar se ha convertido en la plataforma estadística más utilizada para el análisis de datos y big data; está a la altura de otros lenguajes y programas estadísticos como Python, Julia, SPSS y SAS.

Al ocupar la estadística un lugar importante en la investigación científica, aprender R representa una excelente competencia académica y laboral en el entorno actual del big data. Por lo tanto, este artículo pretende instruir al lector en el entendimiento y manejo básico del programa R, a través de una serie de pasos y recomendaciones que lo guiarán en el proceso de aprendizaje, a partir de una mínima o nula experiencia en programación.

¿Cómo descargo el programa?

Para empezar, es importante saber que R cuenta con varias plataformas de uso como: RStudio, RStudio Cloud y Microsoft R Open, además de una serie de herramientas accesorias y repositorios que se explicarán más adelante (ver figura 1). La consola natural puede ser descargada desde el sitio web oficial de R. El proceso de instalación es muy fácil (ver video 1), basta únicamente con seleccionar la versión adecuada para el sistema operativo de nuestra computadora y seguir los pasos de instalación que vienen definidos por defecto. La plataforma de R está disponible para los sistemas operativos Windows, MacOS y Linux, y no requiere de grandes cantidades de memoria ram para su uso básico, por lo que puede ser utilizada incluso en minilaptops.

Figura 1. Diferentes plataformas para el uso del programa R y principales repositorios de librerías de R.

Video 1. Cómo descargar e instalar R (Ministerio TIC Colombia, 2020).

Por otro lado, RStudio es una plataforma más llamativa y amigable para el usuario ya que contiene múltiples menús y opciones para el manejo de datos. RStudio Cloud por otra parte resulta interesante para los usuarios que no desean tener instalado R en su ordenador. Para utilizar RStudio Cloud solo se necesita crear una cuenta aquí y luego el sistema proporciona una versión en línea de RStudio bajo ciertas restricciones de uso (1 Gb de ram, 1 cpu y 15 proyectos como límite). Como cuarta opción se encuentra Microsoft R Open que es una plataforma de R desarrollada por Microsoft que incluye capacidades adicionales para mejorar el rendimiento y la reproducibilidad del programa.

¿Cómo me comunico con el programa? Aprendiendo funciones en R

Es importante entender que para aprender a utilizar R el usuario debe aprender a “hablar” ese lenguaje, lo que significa pasar comandos a una computadora o lo que es lo mismo especificar las instrucciones que el programa debe ejecutar; esto se hace por medio de funciones. En segundo lugar, las funciones se aplican a objetos que contienen datos.

Figura 2. Nube de palabras que muestra algunas funciones básicas de R presentes en un script común.

Las funciones son códigos creados por desarrolladores y sirven para realizar tareas específicas en R (ver figura 2). Por lo general son empaquetados en lo que se denomina librerías o paquetes. Afortunadamente, los usuarios principiantes no necesitarán crear funciones, sino que empezarán por utilizar las funciones preexistentes en diversas librerías. Actualmente, R cuenta con más de 17,000 librerías (ver figura 3) disponibles en el repositorio llamado cran (por sus siglas en inglés the Comprehensive R Archive Network).

Figura 3. Ejemplos de librerías de CRAN agrupadas por disciplina.

Existe una infinidad de funciones por lo que sería imposible memorizarlas todas. Tan sólo la librería “base” contiene más de 1200 funciones básicas. Algunas de ellas se utilizan de manera frecuente (ver cuadro 1). A pesar de la gran variabilidad y disponibilidad de funciones, siempre surgirá la siguiente duda: ¿qué función debo utilizar?

Cuadro 1. Algunas funciones básicas que puedes emplear con R.

Buscar funciones de R

Para saber cuál función debe emplear el usuario, primero requiere definir la tarea que desea ejecutar; por ejemplo, sumar por filas, filtrar con base en varias columnas, resumir múltiples variables, generar gráficas, etcétera. Un primer intento para encontrar la función adecuada es realizar una búsqueda en Google utilizando la famosa frase ¿how to … in R?. Por ejemplo: ¿how to read a file in R? y ¿how to filter a dataframe in R?, que se refieren a ¿cómo leer un archivo en R? y ¿cómo filtrar una tabla en R?, respectivamente. Esta búsqueda arrojará respuestas en sitios como rdocumentation y statmethods. Bastará con leer la descripción de la función proporcionada en el sitio web y si esta función cumple las necesidades del usuario, simplemente se debe seguir el ejemplo de ejecución, cumpliendo siempre con la estructura de datos solicitada por la función.

Otro as bajo la manga que tiene R para identificar una función es definir la orden que se desea ejecutar en forma de verbo y traducirlo al inglés, ya que los nombres de algunas funciones de R son simples expresiones comunes como paste y summary, que realizan las tareas de pegar y resumir, respectivamente. En otros casos el usuario notará que el nombre de la función es una abreviación de la tarea que realiza; por ejemplo, para obtener o definir el directorio de trabajo: getwd (get working directory) y setwd (set working directory).

Cuando ya nos encontremos más cómodos con R, podríamos tratar de realizar tareas más complejas, que involucren múltiples procedimientos y el uso de más de una función. Para ello se recomienda aplicar la misma estrategia de búsqueda y apoyarse en sitios web como stackoverflow y biostars, que son foros donde se discuten preguntas entorno al uso del programa R. Aquí se podrán encontrar diferentes soluciones al problema en cuestión. Sólo se deberán copiar los scripts1 y posiblemente analizar detenidamente cada paso del código.

Ya encontré la función, y ahora ¿cómo la utilizo?

Recordemos que utilizar R implica “hablar idioma computadora”, por lo que un paso crucial al aprender R es saber que las funciones se deben escribir bajo un orden específico o sintaxis, para que puedan trabajar correctamente. La mayoría de las funciones se ejecutan escribiendo el nombre de la función seguido de paréntesis que contiene el nombre del objeto al que se desea aplicar la función. Por ejemplo, para que podamos sumar los datos ponemos la siguiente función: sum(datos). En caso de no utilizar una sintaxis correcta o de no escribir bien el nombre de la función o del objeto, surgirá el mensaje más molesto para todo usuario de R, el famoso “Error”.

Además, en ocasiones, será necesario darle algunas instrucciones extra a R para que la función haga exactamente lo que nosotros queremos que haga. Para esto se deben definir una serie de argumentos, que determinan el comportamiento de las funciones. Por ejemplo, en la función order (ordenar), debemos aumentarle el argumento decreasing (para definir en qué sentido), si queremos que nos ordene los datos de manera descendente.

Algunas funciones pueden tener uno o más argumentos. Afortunadamente, muchos de ellos están definidos por defecto, por lo que el usuario solo deberá indicarlos o modificarlos si se quiere ajustar algún parámetro. Para saber qué argumentos están definidos en una función se puede aplicar el comando args a la función de interés, o bien, revisar la descripción de la función, para esto R cuenta con el comando “?”, que al escribirlo seguido del nombre de la función despliega una ventana con los datos descriptivos de la función intente args(mean) o ?mean.

En R, la escritura y ejecución de códigos se puede hacer de manera continua, es decir, el resultado de una función se puede utilizar como dato de entrada de otra función. Por ejemplo, cuando se aplica la función table para describir una variable cualitativa, el resultado o salida es un conteo de frecuencias, que puede pasarse directamente a la función pie, que generará un gráfico de pastel sin la necesidad de crear un objeto que contenga las frecuencias.

A medida que el usuario adquiera experiencia y dominio sobre las funciones de R podrá escribir instrucciones cada vez más complejas. Por supuesto, al principio tenderá a escribir códigos demasiado extensos, aunque funcionales y entendibles, pero conforme aumente su dominio sobre el lenguaje, comenzará a utilizar funciones y procedimientos más eficientes y cortos. Como recomendación, antes de empezar a escribir códigos en R, vale la pena trazar un mapa detallado de todos los procedimientos que se desean realizar sobre la base de datos, e ir resolviendo paso a paso cada una de las tareas. De este modo el usuario podrá notar un avance en sus análisis y evitará caer en la confusión o frustración. Con el paso del tiempo, el usuario notará que sus procedimientos serán cada vez más metódicos y ordenados. Aquí, el uso de editores de texto o de herramientas como Tinn-R sirven de apoyo en la escritura de códigos.

¿Cómo genero los objetos?

En R, los objetos son las estructuras que sirven para almacenar datos y deben ser creados por el usuario. Existen cinco tipos de estructuras básicas que son: vectores, tablas o dataframes, matrices, listas y arreglos, cada uno con atributos específicos. Estos objetos pueden ser creados mediante las funciones vector, data.frame, matrix, list y array.

El tipo de objeto más utilizado es el dataframe, que es una estructura de datos en forma de tabla, donde las filas representan a las observaciones y las columnas a las variables. De hecho, la mayoría de las funciones básicas de R que sirven para leer y cargar archivos, como read.table o read.csv, generan un objeto tipo dataframe. También su creación es muy simple, basta con indicar el nombre y el contenido de cada columna, por ejemplo, para guardar información dentro del objeto denominado “grupos” se utiliza: grupos <- data.frame (individuo= c(1:5), grupo= c(“A”,”B”,”B”,”C”,”A”) y como resultado se obtiene una tabla de 5 filas (1 por cada individuo) y 2 columnas (la de individuo y la de grupos). Note que para guardar información dentro de un objeto se debe utilizar el operador de asignación “<-”, que es una especie de flecha que indica en dónde se depositarán los datos de interés (ver figura 4).

Figura 4. Creación de un objeto tipo dataframe.

Independientemente de la manera en que se generen los objetos, todos deben tener un nombre que los identifique. Aunque se pueden nombrar de muchas maneras, se recomienda que el nombre de los objetos sea corto y alusivo a su contenido, para que el usuario pueda identificarlos fácilmente. Esto es muy importante ya que durante del proceso de aprendizaje, se estarán creando muchos objetos. Aquí la función ls es de gran utilidad ya que ayuda a conocer todos los objetos presentes en una sesión de R.

¿Cómo puedo practicar R si no tengo una base de datos?

Por lo general, el primer procedimiento en el análisis de datos será leer o cargar archivos propios a una sesión de R. Sin embargo, muchas veces los aprendices de R no cuentan con datos o archivos para practicar. Por fortuna, R cuenta con la librería “datasets”, que contiene datos de diferente índole para su uso y exploración. Además, la mayoría de las librerías especializadas de R incluyen bases de datos, por lo que si el usuario ha elegido alguna deberá seguir, en primer lugar, el tutorial de uso de la librería y, luego, estructurar sus datos siguiendo el mismo formato del ejemplo. R también cuenta con funciones para simular variables aleatorias con diferente tipo de distribución, por ejemplo, uniforme (runif), normal (rnorm) y binomial (rbinom), aunque recomendamos que éstas sean usadas por usuarios con conocimientos más avanzados tanto en R como en estadística.

¿Cómo puedo agilizar y automatizar procedimientos? Loops en R

En ocasiones el usuario necesitará repetir muchas veces un mismo procedimiento y posiblemente incluir condicionales dentro de ellos, es decir, buscará automatizar sus análisis. En R, esto se puede hacer mediante procedimientos denominados loops y a través de las funciones for, while y repeat.2 Aunque parecen simples, estas funciones son de gran utilidad en el análisis de datos, ya que permiten realizar múltiples procedimientos en una sola instrucción.

Por ejemplo, para crear loops mediante la función for, el usuario debe indicar el iterador (generalmente la letra “i”) seguido de un vector sobre el cual se realizarán las iteraciones. Luego, entre llaves “{}” deberá indicar el conjunto de procedimientos que desea ejecutar y que representarán el cuerpo del loop, por ejemplo: for(i in 1:5) {print (i^2)}. En el ejemplo, cada valor del 1 al 5 será elevado al cuadrado. La ventaja de hacerlo mediante un loop es que no tenemos que escribir la operación 5 veces, sino que se le da la indicación al programa en una sola instrucción.

A pesar de su gran utilidad, los loops también representan uno de los principales dolores de cabeza para todos los principiantes en R, ya que su entendimiento y utilización requieren de mucha práctica. Algunas recomendaciones para aprender a ejecutar loops son: iniciar practicando con la función for; utilizar pocas instrucciones dentro del cuerpo del loop, e imprimir o guardar el resultado de cada iteración. También se recomienda que antes de todo se ejecuten por separado las instrucciones del cuerpo del loop, para asegurarse de que trabajan correctamente y que realicen la tarea deseada.

Aunque los principiantes en R tratarán de evitar los loops, la mayoría terminarán aprendiéndolos de manera forzada, ya que en algún momento del análisis de datos se enfrentarán a un problema real donde deberán aplicarlos. Por experiencia, los usuarios que logran escribir y ejecutar loops pronto se vuelven independientes en el uso del programa R, son capaces de seguir tutoriales sin ningún problema, con lo que comienzan el proceso del autoaprendizaje, y desarrollan sus propias funciones en R.

Otras maneras de aprender R

Otra manera de aprender R es mediante la librería Rcmdr, que a través de una interfaz gráfica facilita la ejecución de operaciones en R sin la necesidad de introducir código. La ventaja de utilizar esta Rcmdr es que el usuario puede observar los comandos ejecutados por la librería cada vez que se realiza algún procedimiento gráfico o estadístico, desde la ventana de interfaz gráfica. Otra opción es mediante la librería swirl, que a través de ejercicios y preguntas de opción múltiple enseña de manera interactiva los conceptos básicos para el análisis de datos. La librería swirl contiene cursos de aprendizaje de R para nivel principiante, intermedio y avanzado. También existen los denominados bookdowns, que son libros electrónicos, muy explicativos, que incluyen códigos para practicar R. La figura 5 muestra algunos disponibles en la web y una lista completa se encuentra disponible aquí. Por supuesto, videos tutoriales también pueden ser de gran ayuda en el aprendizaje de R. La última opción, pero no menos importante, es el seguimiento de cursos ofertados por universidades o mediante plataformas educativas como datacamp, udemy, coursera, etcétera.

Figura 5. Bookdowns para el aprendizaje de R disponibles en la web.

Reflexiones

Aprender el lenguaje R será como aprender un nuevo idioma. Al principio, surgirán errores de código que provocarán frustración en la mayoría de los usuarios, pero entre más se practique este nuevo lenguaje mejor será el desempeño, confianza y agilidad en el uso del programa, y como resultado se desarrollarán nuevas habilidades para el análisis de datos. Una vez que se logre tener un dominio básico del programa, el usuario de R será capaz de instalar el programa y sus diferentes librerías, de identificar y utilizar funciones básicas, y de construir secuencias lógicas de procedimientos para su ejecución.

Te invitamos a seguir utilizando este software y que logres llegar al siguiente paso: ¡el nivel intermedio! Te recomendamos practicar los conceptos básicos de estadística, e iniciar con el uso de funciones descriptivas, funciones gráficas, hasta pasar por los conceptos de estadística inferencial.

Referencias

• Ministerio TIC Colombia. (2020, febrero 3). Instalación Lenguaje R [Video]. YouTube. https://youtu.be/bI_rwoDw4f4.

Sitios de interés

• Bookdown: R para principiantes de Juan Bosco Mendoza Vega.
• Funciones básicas de R (Video).
• ¿Qué puede hacer el software R para resolver tus problemas?, Rodríguez Silva, Revista Digital Universitaria.
• El Proyecto R para estadística computacional.

Recepción: 09/08/2021. Aprobación: 18/05/2022.

Resumen

La mayoría de las bacterias son benéficas para los humanos, sin embargo, algunas pueden causarnos enfermedades, ya que producen una serie de compuestos, conocidos como factores de virulencia, que nos dañan. Uno de los principales determinantes de virulencia es el sistema de secreción tipo iii (sst3), que las bacterias usan como un arma molecular que les permite inyectar toxinas a nuestras células y, con ello, llevarlas a la muerte. Una de estas bacterias es Pseudomonas aeruginosa, un patógeno oportunista, que puede ser resistente a diversos antibióticos. Además, esta bacteria se coordina y comunica mediante los sistemas de detección de quorum (qs) que le permiten, entre otras cosas, activar su virulencia cuando son suficientes en número. Un determinante crítico de su virulencia es el sst3 cuya activación depende de la proteína ExsA, la cual es regulada a nivel transcripcional y traduccional por los sistemas de qs y Rsm, respectivamente. El sst3 es tan importante en esta bacteria que si no se activa disminuye su virulencia; por eso es importante entender los mecanismos que controlan su expresión, con el fin de diseñar estrategias para evitar su activación y, con ello, ayudar al tratamiento de las infecciones causadas por este microorganismo.
Palabras clave: Pseudomonas, virulencia, bacterias, sensor de quórum, RsmA, sistema de secreción tipo 3.

Molecular weapons: the type III secretion system

Abstract

Most bacteria are beneficial to humans but some of them are able to infect us and cause disease, due to virulence factors. An important virulence factor is the type iii secretion system (t3ss) that bacteria use as a molecular weapon that allows them to inject toxins into our cells causing death. One of these bacteria is Pseudomonas aeruginosa, an opportunistic pathogen that can be resistant to multiple antibiotics. Moreover, these bacteria can communicate with each other and coordinate a group behavior by the quorum sensing systems (qs) that activates the production of virulence factors. The t3ss activation depends upon on the ExsA protein that is regulated at transcriptional and translational levels by the qs and Rsm systems, respectively. Since inactivation of the t3ss impairs the virulence of this bacterium, it is important to understand the mechanisms that control its expression, which will allow the design of strategies to avoid its activation and thus assist to the treatment of the infections caused by this microorganism.
Keywords: Pseudomonas, virulence, bacteria, quorum sensing, RsmA, type III secretion system.

Introducción

Comencemos por mencionar que la mayoría de las bacterias que habitan en el ambiente no son patógenas para el ser humano, de hecho, muchas de ellas son benéficas para nosotros, y otras tantas son necesarias para que podamos vivir (Marchesi et al., 2016). Sin embargo, dentro de esa diversidad bacteriana, se encuentran aquellas que son capaces de infectarnos y provocarnos enfermedades, pero para lograrlo deben sobrepasar todas las barreras que tenemos, como el sistema inmune. Por lo tanto, a pesar de ser organismos microscópicos con un tamaño promedio de 5 micrómetros (es decir 0.000005 metros), las bacterias son capaces de coordinarse para ocasionar una infección. No sólo eso, las bacterias también poseen armas moleculares que les permiten competir con otras bacterias por el hábitat y nutrientes o incluso combatir a nuestro sistema inmune cuando ese nicho somos nosotros.

Dentro de las armas moleculares que poseen estos entes microscópicos se encuentran unas estructuras complejas, ancladas a sus membranas celulares, que les permiten expulsar, de manera controlada, componentes con una amplia variedad de funciones, llamados sistemas de secreción (ss; Green y Mecsas, 2016). Dentro de las moléculas secretadas se encuentran las exotoxinas, moléculas que son dañinas para nuestras células, y que son producidas por algunas bacterias patógenas, por lo cual son determinantes en la virulencia del microorganismo. Por lo tanto, debido a la importancia de los ss, las exotoxinas se han convertido en blancos terapéuticos en el tratamiento de infecciones.

El sistema de secreción tipo 3

Hasta la fecha, se han identificado ocho tipos de ss, algunos de los cuales están conservados en los tres dominios de la vida (Archea, Bacteria y Eucaria, basados en las diferencias en la secuencia del arn ribosomal). Estos tipos de ss han sido definidos en su estructura composición y actividad. Generalmente están inactivos, pero responden a cambios en las condiciones del medio donde se encuentran las bacterias. Su activación cumple el reto bioquímico de secretar componentes, como las exotoxinas, a través de las membranas impermeables. Estas exotoxinas poseen funciones específicas, que favorecen la adaptación, competencia y virulencia bacterianas (Rüter et al., 2018; Dey et al., 2019).

Uno de los sistemas que representa mayor interés en la investigación es el sistema de secreción tipo 3 (sst3), también llamado inyectisoma. Curiosamente, su estructura y función son similares a las de una jeringa convencional, como las usadas por los médicos para inyectarnos. Estas máquinas nanomoleculares son utilizadas por una amplia variedad de bacterias patógenas y simbiontes (aquellos que establecen relaciones de beneficio mutuo) de plantas, mamíferos, hongos y protozoarios. Sin duda, son uno de los factores de virulencia más sofisticados en la naturaleza; aunque su origen es aún tema de controversia, se sabe que tienen relación evolutiva con el flagelo bacteriano (la estructura bacteriana que les permite desplazarse). La hipótesis es que, a lo largo de la evolución, el flagelo cambió su función de rotar para brindarle movilidad a la bacteria, por una función secretora que apoya su establecimiento y colonización del territorio (Deng et al., 2017).

Los sst3 son tan importantes en la virulencia bacteriana que han sido pieza fundamental de las grandes epidemias en la historia de la humanidad. Un ejemplo es la peste negra, la cual diezmó a más de un tercio de la población de toda Europa en la Edad Media. Esta plaga fue causada por la bacteria Yersinia pestis, la cual se transmite al ser humano por la mordedura de pulgas de roedores infectados. Su principal arma molecular es el sst3, que le permite inyectar toxinas a nuestras células, o que potencialmente puede desencadenar su muerte (Plano y Schesser, 2013). Además de Y. pestis, otras bacterias patógenas para el hombre, que también usan el sst3 como arma molecular, incluyen a Salmonella enterica, Shigella flexneri, Escherichia coli (causantes de infecciones gastrointestinales) y Pseudomonas aeruginosa (asociada a infecciones del tracto urinario, oculares, del oído, entre otras; ver figura 1).

Figura 1. Imagen tridimensional, por computadora, de Pseudomonas aeruginosa, multirresistentes a antibióticos, basada en imágenes generadas por microscopio electrónico de barrido.
Crédito: Oosthuizen, 2013.

Pseudomonas aeruginosa y el SST3

P. aeruginosa es una bacteria versátil que se encuentra en varios ambientes, ya que puede crecer utilizando diferentes fuentes de carbono. Su importancia radica en que es una bacteria patógena para el hombre, pues infecta y ocasiona enfermedad en pacientes inmunocomprometidos, que han sufrido quemaduras graves o pacientes que sufren de fibrosis quística, una enfermedad hereditaria que provoca una acumulación excesiva de moco en los pulmones y que llega a ser mortal. No sólo eso, esta bacteria es naturalmente resistente a diversos antibióticos y es capaz de adquirir nuevas resistencias, lo que genera un problema, debido a que el tratamiento para eliminarla puede complicarse (Azam y Khan, 2019). A pesar de que esta bacteria posee un amplio repertorio de armas moleculares, destaca entre ellas el sst3.

El sst3 de P. aeruginosa es un complejo de más de 25 proteínas, las cuales son codificadas por 36 genes ampliamente conservados en diferentes bacterias (Hauser, 2009). Este inyectisoma le permite a la bacteria introducir toxinas mediante la formación de un canal que atraviesa membranas celulares bacterianas, pared celular y que finalmente perfora la membrana celular del hospedero (sí, nuestras células), donde son liberadas las toxinas.

Los principales componentes del sst3 son un aparato exportador, que reconoce a las toxinas; el cuerpo basal, que se compone de proteínas que lo anclan a las membranas; un filamento (que funciona como una aguja), y un componente translocador, que se une a la membrana de las células diana para formar un poro, en el cual se acopla la aguja y de esta manera se crea un canal por donde se transportan las toxinas desde el citoplasma bacteriano al citoplasma hospedero, proceso muy similar a una inyección en nuestro brazo (ver figura 2). Aunque la estructura del sst3 está conservada, la cantidad y función de las toxinas son exclusivas de cada bacteria. Existen bacterias patógenas que son capaces de sintetizar y secretar decenas de efectores con diferentes funciones. No obstante, la capacidad de sintetizar varias toxinas no garantiza el poderío infeccioso. Ejemplo de ello es P. aeruginosa, de la cual se han identificado sólo cuatro exotoxinas llamadas ExoS, ExoU, ExoT y ExoY que son suficientes para la virulencia de la bacteria.

Figura 2. Estructura del SST3 de P. aeruginosa. Sus principales componentes son: exportador, cuerpo basal, filamento, translocador y exotoxinas. ME es la membrana externa, PC es la pared celular y MI, la membrana interna.
Figura creada en Biorender.com.

Las toxinas son secretadas en su forma inactiva, lo que evita que sean dañinas para la bacteria que los sintetiza. Así, éstas sólo se activan al entrar en contacto con componentes citoplasmáticos de la célula que infectan. Las toxinas activas tienen la capacidad de interferir cascadas de señalización intracelulares, modificar el citoesqueleto (red de proteínas que dan soporte y forma a la célula), inhibir la fagocitosis (proceso que permite a diversas células del sistema inmunológico atrapar y eliminar patógenos), e inducir la muerte celular programada y la necrosis celular (procesos en los que nuestras células mueren).

El éxito del ataque se basa en la capacidad de la bacteria para controlar la síntesis y secreción de los componentes del sst3. Para ello, la bacteria posee una proteína reguladora, llamada ExsA, que activa todos los genes necesarios para el ensamblaje y función del sst3. La inactivación del gen exsA evita la formación y actividad del sst3, por lo cual la virulencia de la bacteria disminuye. Por lo tanto, debido a la importancia de exsA, su expresión se encuentra finamente controlada a nivel de su transcripción y traducción (ver figura 3).

Figura 3. ExsA activa al SST3. El inyectisoma es regulado positivamente por ExsA cuya expresión es regulada a nivel transcripcional por los sistemas de detección de quorum (QS) y a nivel traduccional por RsmA.
Figura creada en Biorender.com.

Respecto a la regulación a nivel transcripcional, es decir la conversión de adn a arn mensajero (arnm), ésta involucra a los sistemas de detección de quórum (qs por sus siglas en inglés) que posee P. aeruginosa. Estos sistemas son un tipo de lenguaje bacteriano que le permite a Pseudomonas detectar a otras Pseudomonas que están a su alrededor, mediante la producción de moléculas señal conocidas como autoinductores (ai), que son secretadas al medio. Cuando hay un gran número de bacterias, y por lo tanto una acumulación de ai, estas moléculas señal entran nuevamente a la célula, lo que permite la activación de proteínas reguladoras capaces de encender o apagar la expresión de genes de manera directa o indirecta. P. aeruginosa posee tres tipos de sistemas de qs llamados Las, Rhl y Pqs, organizados de manera jerárquica, según las condiciones de cultivo. Estos sistemas de qs regulan hasta 10% del total de los genes de la bacteria, principalmente los de virulencia, incluyendo genes del sst3 (Hogardt et al., 2004).

Respecto a la regulación a nivel de la traducción, es decir el paso del arnm a proteína, ésta involucra a los sistemas Gac-Rsm. Gac es un sistema de doble componente, que detecta señales fuera de la célula para controlar la expresión de unos arn pequeños conocidos como RsmV, RsmW, RsmY y RsmZ, que no codifican para proteínas y los cuales secuestran a una proteína llamada RsmA, que es capaz de unirse a arnm y regular su traducción. En el caso del sst3, RsmA regula de manera positiva la expresión de exsA (Brencic y Lory, 2009). Así, cuando la señal que el sistema Gac detecta no se encuentra presente en el medio (y que aún es desconocida), entonces, no se enciende la expresión de los arn pequeños y RsmA se encuentra libre para activar al sst3 y, por lo tanto, la secreción de las exotoxinas a las células blanco.

Así, se ha propuesto que los sistemas Gac y Rsm actúan como un interruptor que controla el paso de una infección aguda (que involucra la activación del sst3) a una crónica.1 Además de estos sistemas globales de regulación, existen otros reguladores que también están controlando la expresión del sst3 lo que indica su importancia (McMackin et al., 2019). En nuestro grupo de investigación estamos elucidando los mecanismos por los cuales los sistemas de qs y el sistema Rsm controla la expresión de los genes de este sistema de secreción en P. aeruginosa.

Finalmente, aunque el sst3 ha sido estudiado ampliamente en P. aeruginosa, aún quedan por responder varias preguntas, como el hecho de conocer en detalle las señales que activan al sst3 dentro del cuerpo humano. Hasta ahora sólo se ha determinado que la baja concentración de calcio es uno de los requerimientos para que el sistema se active. Se desconoce cómo la bacteria identifica en qué momento iniciar la inyección de las exotoxinas, o por qué tiene cierta preferencia por inyectar las exotoxinas a ciertos tipos celulares, como las células del sistema inmune. Al conocer con mayor detalle todos estos mecanismos, será más fácil plantear estrategias para evitar su activación y, por lo tanto, se podrá reducir la virulencia de esta bacteria o incluso de otras que tienen mecanismos similares. Esto también permitirá coadyuvar al tratamiento de las infecciones causadas por este microorganismo.

Referencias

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• Marchesi, J. R., Adams, D. H., Fava, F., Hermes, G. D. A., Hirschfield, G. M., Hold, G., Quraishi, M. N., Kinross, J., Smidt, H., Tuohy, K. M., Thomas, L. V., Zoetendal, E., y Hart, A. (2016). The gut microbiota and host health: a new clinical frontier. Gut, 65(2), 330-9. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2015-309990.
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Recepción: 05/08/2021. Aprobación: 18/05/2022.