No. 33 Enero - Marzo 2017

Contenido

CONSEJO DE DIRECCIÓNDr. Ramiro Pérez Campos

Dr. Alfredo Varela EchavarríaDr. Gerardo Carrasco NúñezDr. Germán Buitrón MéndezDr. Manuel Miranda AnayaDr. Saúl Santillán Gutiérrez

Dra. Déborah Oliveros BraniffDr. Rafael Palacios de la Lama

COORDINADOR DE SERVICIOSADMINISTRATIVOS

Alejandro Mondragón Téllez

JEFE DE LA UNIDAD DE VINCULACIÓNJuan Villagrán López

CONSEJO EDITORIAL

Rosa Elena López EscaleraCarlos M. Valverde RodríguezJuan Martín Gómez González

Iván Moreno AndradeEnrique A. Cantoral Uriza

Juan Villagrán López

DISEÑO Y FORMACIÓN José Antonio Figueroa Treviño

GACETA UNAM JURIQUILLA Publicación trimestral editada

por la Unidad de Vinculación, Difusióny Divulgación Universitaria perteneciente a la Coordinación de Servicios Administrativos.

TELÉFONOS VINCULACIÓN(442) 192 61 31, 32 y 35

CORREO ELECTRÓNICOvillajuan@unam.mx

Boulevard Juriquilla No. 3001,Juriquilla, Qro.

MÉXICO, C.P. 76230

Certificado de reserva de derechos al uso exclusivo de título

No. 04 - 2013 - 041714461800 - 109 Impresión: Grupo Art Graph, S.A. de C.V.,

Av. Peñuelas 15-D, Col. San Pedrito Peñuelas, C.P. 76148, Querétaro, Qro.,

Tel. (442) 220 8969Tiraje: 2500 ejemplares

RECTORDr. Enrique Luis Graue Wiechers

SECRETARIO GENERALDr. Leonardo Lomelí Vanegas

SECRETARIO ADMINISTRATIVOIng. Leopoldo Silva Gutiérrez

SECRETARIO DE DESARROLLO INSTITUCIONAL

Dr. Alberto Ken Oyama Nakagawa

SECRETARIO DE ATENCIÓN A LA COMUNIDAD UNIVERSITARIADr. César Iván Astudillo Reyes

ABOGADO GENERALDra. Mónica González Contró

COORDINADOR DE LAINVESTIGACIÓN CIENTÍFICA

Dr. William Henry Lee Alardín

DIRECTOR GENERAL DE COMUNICACIÓN SOCIAL

Lic. Renato Dávalos López

UNAM

Campus Juriquilla

INBYunuen Leticia Moreno Lópezyunuenmoreno@gmail.com

Estudiante de Doctorado en Ciencias Biomédicas UNAM-Juriquilla.

Rafael Olivares Morenorafaom12@gmail.com

Estudiante de Doctorado en Ciencias Biomédicas UNAM-Juriquilla.

Saúl Iván Hernández saul.ivan.hernandez@ciencias.unam.mx

Es físico y Doctor en Ciencias por la UNAM Su trabajo de investigación abarca el estudio de la relajación dieléctrica en polímeros, el transporte de gases en membranas, y las propiedades de coloides y cristales líquidos.

UMDI FC-JIsaac Monroy Choraimonroyc@iingen.unam.m x

Investigador post-doctorante de la Unidad Académica de Juriquilla del Instituto de Ingeniería de la UNAM.

UAJ-II

Índice de autores

Ciencia para niños

Stéphanie Thebaultstephaniethebault@gmial.com

Doctora en ciencias de la vida y de la Salud de la Universidad de Ciencias y Tecnologías de Lille (Francia) e Investigadora titular en el departamento de Neurobiología Celular y Molecular del INB. Es coordinadora de ésta sección.

Rampa de Relevo entre fallas normales: un ejemplo en Querétaro

4pag.

CGEO- Centro de Geociencias

Modelado de Bioprocesos para la producción de Hidrógeno.

6pag.

UAJ-II - Unidad Académica Juriquilla del Instituto de Ingeniería

El tracto corticoespinal: Más que movimientos.

8pag.

INB - Instituto de Neurobiología

Cristales líquidos y fases intermedias de la materia

12pag.

El blanco y el negro ¿son colores?10pag.

INB - Instituto de Neurobiología

Bazar del Estudiante CGEO

Ana Laura Pinedo Vargaslaumarykay@gmail.com

Alumna de Maestría en Ciencias (Neurobiología)Laboratorio de Neuromorfometría y Desarrollo

Shunshan Xusxu@geociencias.unam.mx

Investigador Titular A en el Centro de GeocienciasGeólogo especialista en Geología Estructural.

Ángel F. Nieto - Samaniegoafns@geociencias.unam.mx

Investigador Titular C en el Centro de GeocienciasGeólogo especialista en Geología Estructural.

UMDI-FC-J - Unidad Multidisciplinaria de Docencia e Investigación de la Facultad de Ciencias Juriquilla

4pag.

CGEO- Centro de Geociencias

Rampa de relevo entre fallas normales

3www.campusjuriquilla.unam.mx

EDITORIALEDITORIAL

Consejo Editorial

Tercera llamada, tercera

Con una modesta e incipiente capacidad endógena en materia de ciencia y tecnología, y llevando a cuestas la pesada carga impuesta por la ya crónica hemianopsia bitemporal que aqueja al estado nacional, México no ha sabido capitalizar el llamado “bono demográfico”. Por el contrario, ha desdeñado el valor de la educación de calidad que la juventud debe recibir desperdiciando el talento potencial de decenas y decenas de millones de jóvenes mexicanos. Sin embargo, a decir de Alicia Bárcena, secretaria ejecutiva de la Comisión Económica para América Latina y el Caribe (Excélsior, 30/05/2016): “México tiene todavía una pequeña ventana de oportunidad para ese bono demográfico, apostarlo a la educación y a la innovación

y no entregárselo al narcotráfico, que es quien está ganando el bono demográfico en México y en Centroamérica, que son de los pocos países donde existe”Según la SEP, la matrícula de educación superior se ubica en 3.8 millones de estudiantes y sólo 3 de cada 10 jóvenes en edad de acudir a la universidad lo hacen (El Universal; 20/07/2015). Dentro de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) México es el tercer país con mayor número de jóvenes que ni estudian ni trabajan (Ni/Ni) siendo superado sólo por Turquía e Israel. En su reporte de 2011 la OCDE señaló que son ya 7 millones 248 mil 400 los mexicanos en esta situación.

A todo esto, se añade el terreno que ha ganado la privatización de la educación. El estudio de Stephen Ball y Deborah Youdell, de la Universidad de Londres, muestra que en la creciente tendencia de privatizar la educación pública existe un camuflaje con palabras como “reforma de la educación” o “modernización” y detrás de estas se esconden dos intenciones: una en la que el sector privado importa las ideas, técnicas y prácticas para que las escuelas sean más parecidas a empresas, y otra en la que la educación pública se abre a la participación del sector privado con ánimo de lucro. Ambas afectan a todo el sistema educativo de países desarrollados y en vías de serlo.

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Las fallas geológicas son fracturas en la corteza terrestre, a lo largo de las cuales se producen deslizamientos que quedan registrados entre los bloques separados por éstas. Cuando la corteza se fractura y se inicia la formación de las fallas, aparecen numerosos grupos de pequeñas fallas, proceso denominado nucleación de fallas, y éstas se desarrollan creciendo lateralmente.

Durante dicho crecimiento es muy probable que se aproximen unas a otras, esa interacción produce anomalías que se registran en las rocas y que permiten inferir cómo ocurrió el desarrollo de los sistemas de fallas.

Uno de los rasgos más característicos de estas estructuras son los “escarpes de falla” (Fig.1), los cuales son desniveles topográficos lineales, o acantilados, que se originan por un desplazamiento de la

superficie terrestre, debido al movimiento de una falla geológica. Por ejemplo, este tipo de escarpes se puede ver en los cerros que limitan la cuenca de Querétaro, como los que se observan desde el Boulevard Bernardo Quintana al mirar hacia el antiguo aeropuerto. En la superficie, la morfología de las fallas es más o menos lineal, mientras que la topografía puede variar abruptamente a lo largo y transversalmente al escarpe (Fig. 1).Teóricamente, en el caso ideal de una falla aislada, de geometría plana y desarrollada en un medio elástico, isótropo y homogéneo, los contornos con valores iguales de desplazamiento, proyectados sobre un plano vertical y paralelo a la falla, tendrán la forma de elipses concéntricas centradas en el punto de máximo desplazamiento (Fig. 2a).

Los valores de desplazamiento disminuyen

hacia los límites de la falla hasta llegar a ser cero en los bordes. El perfil de desplazamiento de un estrato atravesado por una falla mostrará un máximo en la parte media y pendientes tendientes a cero en las terminaciones (Fig. 2a). Cuando el crecimiento de una falla es perturbado por su acercamiento a otra falla o a la superficie del terreno, la forma de la falla se hace irregular, con mayores gradientes de desplazamiento en las cercanías del elemento confinante (Fig. 2a). En el grupo de Geología Estructural del Centro de Geociencias hemos trabajado desde hace años en el análisis de fallas y sus escarpes. Un ejemplo de estos estudios fue realizado en el Graben de Querétaro. Este tipo de estructura es una cuenca rellena de sedimentos, que está bordeada por fallas. Determinamos el desplazamiento de dichas fallas a partir de mediciones en perfiles topográficos perpendiculares a ellas. Esas

Rampa de relevo entre fallas normales: un ejemplo en Querétaro

Dr. Shunshan Xu, Ángel F. Nieto - Samaniego

5www.geociencias.unam.mx

mediciones se pueden hacer directamente en el afloramiento o incluso en un modelo digital de elevación. Este tipo de análisis es importante para el estudio de la manera en que se desarrollan esas estructuras, su crecimiento puede ocurrir por propagación o por enlace de segmentos.

En el primer caso, la falla incrementa su longitud por el crecimiento lateral, generando una geometría de arco en el escarpe. Cuando hay perturbaciones en el crecimiento por propagación, eso se ve reflejado en la geometría de arco propia del escarpe, siempre y cuando el sistema no se encuentre en un estadio avanzado de desarrollo.

En el caso del enlace de fallas es necesario definir primero el término “rampa de relevo, o zona de traslape”. Se trata de un volumen de rocas que se ubica en la zona de traslape de dos segmentos de falla que se inclinan en una misma dirección, en esa zona ocurren rotaciones sobre ejes verticales y horizontales produciendo una geometría muy particular (Figs. 2a, 2b).

En Querétaro tenemos una zona de traslape, definida por las fallas de las avenidas “Cinco de Febrero” (F1) y “Cimatario” (F2), esas fallas limitan al graben de Querétaro.

Hay una rampa que une a los segmentos F1 y F2 (Figs. 1 y 2c), ambos segmentos están orientados hacia el noroeste (NNW). En conjunto, el escarpe de las fallas tiene un desnivel máximo de aproximadamente 160 m (Figura 2c). Nuestros resultados indican que la geometría de las fallas y las capas son consistentes con los modelos publicados sobre rampas de relevo. La disposición en relevo hace que el bloque intermedio, localizado entre ambas fallas, acomode la transferencia del desplazamiento mediante el basculamiento (inclinación) de la zona de rampa. Las rampas de relevo culminan su desarrollo con la formación de fallas transversales a los segmentos principales, de esa manera la presencia o ausencia de dichas fallas transversales son indicativas del grado de madurez del sistema. En el caso de la rampa ubicada entre las fallas F1 y F2 (Fig. 2) no se alcanzaron a desarrollar fallas transversales con desplazamientos importantes, lo que nos indica que el sistema de rampa solamente alcanzó etapas incipientes de desarrollo.

Tomando en consideración su desarrollo incompleto y que la actividad en las fallas mayores ocurrió hace cinco millones de años o más, suponemos que se trata de sistema de relevo denominado “abandonado”.

Fig 2 (a) Perfil teórico de desplazamiento en la zona de traslape. Obsérvese que el perfil de desplazamiento ideal del seg-mento de falla B (en línea punteada) se ve perturbado por la presencia del segmento de falla A. (b) Diagrama mostrando una estructura de relevo donde se ilustra la formación de una rampa. (c) Zona de traslape en la ciudad de Querétaro, México. F1 y F2 son las mismas que en la Figura 1. Obsérvese que el perfil de desplazamiento de la falla F2 está perturbado por la presencia de la falla F1.

Fig 1. (a) Fallas normales en la cuenca de Querétaro (F1, F2, F3 y F4). Los escarpes de falla son los desniveles topográ-ficos formados a lo largo de la falla. En (a) los escarpes son los rasgos lineales perpendiculares a la línea A-A’. Las fallas F1 y F2 se traslapan formando una zona de relevo, donde la elevación del terreno disminuye paulatinamente hacia el sur. (b) En el perfil topográfico a lo largo de la línea de sección A-A’ se muestran las diferencias en nivel producto del despla-zamiento en las fallas. Nótese que la línea de sección pasa por la zona de traslape de las fallas F1 y F2.

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Isaac Monroy Chora

Modelado de bioprocesos para la producción de hidrógeno

En términos generales podemos definir un proceso biológico, bioquímico o biotecnológico como la transformación de materia prima, recursos primarios, o sustratos, en productos de valor agregado (fármacos, alimentos, colorantes, vacunas, por mencionar algunos) usando sistemas biológicos como sistema reaccionante.

Estos productos pueden ser también servicios como el tratamiento de aguas residuales, la reducción de emisiones de contaminantes en el aire, o la gestión de residuos sólidos en el suelo.

La ventaja de utilizar sistemas biológicos es la alta pureza de los productos obtenidos, así como su compatibilidad con los seres vivos para poder ser suministrados o incluso ingeridos por nosotros, los humanos; en ello radica la relevancia de los bioprocesos en la actualidad. Sin embargo, las fermentaciones (reacciones

biológicas llevadas a cabo en un tanque o fermentador) siempre han existido desde tiempos remotos y en culturas muy antiguas como la de los Celtas, quienes hacia el 1200 a.c. ya producían y bebían vino, producto de la fermentación de las uvas realizada por un tipo de microorganismos llamados levaduras.

Es entonces de vital importancia conocer el metabolismo de los microorganismos y de las células que podemos utilizar y cultivar in vitro (en equipos o tanques llamados biorreactores o fermentadores) para saber qué productos podemos obtener bajo determinadas condiciones nutricionales y ambientales, y en qué cantidad o concentración. De igual importancia es el poder expresar con ecuaciones matemáticas las principales reacciones biológicas que ocurren en dichos fermentadores, puesto que esto permite diseñar equipos de mayor escala

así como la línea de producción para la obtención de un determinado producto en cantidades conocidas, antes de hacer cualquier inversión. Esta herramienta es conocida como modelado de bioprocesos ya que permite hacer una simulación de éstos a través del tiempo.

En referencia al modelado, existen muchos tipos y diversas clasificaciones en ingeniería de acuerdo con el área de aplicación y a los resultados que éstos proporcionan. Una clasificación los divide de acuerdo con la forma en que la información del proceso es usada y representada en modelos cualitativos y cuantitativos.

Para el área de procesos químicos y biológicos, los modelos cuantitativos son los de mayor utilidad puesto que están basados en relaciones matemáticas que describen la interacción entre las variables del proceso. Los modelos matemáticos, basados en

Microfotografía en microscopio fotónico a 200 aumentos de Scenedesmus sp. (alga verde). Foto: Enrique Cantoral

7http://sitios.iingen.unam.mx/LIPATA

ecuaciones diferenciales, expresan la variación de la concentración de sustrato, células, y producto a través del tiempo.

Evidentemente estas ecuaciones contienen ciertos parámetros fijos llamados cinéticos, que previamente han sido determinados y reportados en la literatura, o que pueden obtenerse a partir de los resultados de fermentaciones experimentales realizadas en el laboratorio.

Aunque no siempre es fácil, los modelos matemáticos simulan el comportamiento de los bioprocesos, y esto se dificulta por las complicadas, y a veces desconocidas, reacciones metabólicas que tienen lugar en los sistemas vivos.

En el Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados de Tratamientos de Aguas (LIPATA) de la Unidad Académica Juriquilla (UAJ) del Instituto de Ingeniería (UAJ-II) de la UNAM se han desarrollado varias líneas de investigación orientadas al tratamiento de aguas residuales empleando distintos bioprocesos en los que actúan diversos microorganismos (bacterias y microalgas) como sistemas biológicos. Con estos desarrollos se logra el tratamiento del agua per se, y se obtienen otros sub-productos como metano e hidrógeno, recursos energéticos sustentables.

Una de las líneas de investigación de la UAJ-II l LIPATA es la producción biológica de hidrógeno. En esta línea existen distintos procesos biológicos como la biofotólisis llevada a cabo por microalgas, la fermentación obscura realizada por

bacterias anaerobiasóbicas, y la foto-fermentación llevada a cabo por bacterias anaeróbicas foto-heterotróficas llamadas también púrpura no del azufre (PNS). Este último proceso es interesante puesto que la luz solar puede aprovecharse para la fermentación. La figura 1 muestra la imagen obtenida al microscopio fotónico de una especie de foto-bacterias PNS.

En el proceso de foto-fermentación las bacterias PNS utilizan como fuente de energía lumínica, ya sea de una fuente artificial o natural, para la conversión de

protones en hidrógeno llevada a cabo en un fotosistema en el que la enzima llamada nitrogenasa es la encargada de catalizar dicha reacción.

Las fuentes de carbono para estas bacterias pueden ser distintos compuestos de carbono como carbohidratos y ácidos orgánicos que pueden encontrarse en efluentes de otros procesos o en aguas residuales de tal manera que exista un valor agregado en este proceso.

En la figura 2 se puede observar el fotosistema ubicado en la membrana celular de las bacterias, y en el bloque rojo la representación de la enzima nitrogenasa.

Asimismo, en la figura 3 se puede observar uno de los foto-biorreactores para la producción de hidrógeno con los

que cuenta el Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados de Tratamientos de Aguas Unidad Académica Juriquilla-II, el cual fue desarrollado por un estudiante de la maestría en Ingeniería Ambiental.

El modelado del proceso de foto-fermentación implica una serie de ecuaciones y balances en donde factores como la temperatura, el pH y la intensidad lumínica deben ser tomados en cuenta ya que afectan la producción de hidrógeno.

A pesar de la difícil tarea que puede representar esto, la obtención de un modelo robusto en la medida de lo posible puede significar un gran paso en el camino hacia el escalamiento del proceso, permitiendo evaluar previamente su factibilidad técnica y económica y por ende su futuro impacto en el sector energético

Fig. 1 Microscopia de un consorcio de foto-bacterias PNS

Fig. 2. Esquema compacto de las reacciones bioquí-micas involucradas en la foto-fermentación (Hallen-beck et al., 2009)

Fig. 3 Foto-biorreactor solar escala piloto del LIPATA

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Yunuen Leticia Moreno López y Rafael Olivares Moreno

La selección natural es un mecanismo evolutivo que permite la adaptación de las especies a su entorno. Por ejemplo, durante el acecho y caza de una presa o la huida de un depredador, la probabilidad de sobrevivir de cualquier animal se vería seriamente comprometida si la comunicación entre las distintas regiones del cerebro que le permiten percibir su entorno no se realiza de manera eficiente para una buena ejecución del movimiento. Es así que las estrategias motoras son adaptaciones generadas por las necesidades de supervivencia de los organismos.

Cada movimiento que realizamos, caminar, bailar, correr, atrapar una pelota, requiere de una intrincada comunicación entre el sistema nervioso central (SNC; cerebro y médula espinal) y los músculos. Los sistemas sensoriales (audición, gusto, olfato, tacto y vista), guían esta comunicación proporcionando información

sobre el ambiente (exterior e interior). Dicha información se integra en el SNC permitiendo a diversos sistemas del organismo, incluido el motor, trabajar en la planeación y control de las acciones que los músculos llevan a cabo para ejecutar los movimientos necesarios durante una tarea determinada. Por lo tanto, el movimiento es en última instancia lo que moldea nuestra interacción con el exterior.

En los mamíferos el control del movimiento de las extremidades principalmente se lleva a cabo mediante una conexión directa entre la corteza cerebral y la médula espinal. Esta vía de comunicación conocida como el tracto corticoespinal (TCE) es la principal ruta a través de la cual la corteza cerebral controla el movimiento por medio de conexiones directas e indirectas a la médula espinal (figura 1).

El TCE se origina en las neuronas piramidales de la corteza cerebral y la mayor parte de las fibras nerviosas que lo forman cruzan en el bulbo raquídeo antes de descender a la médula espinal. Este hecho, que se conoce como decusación, explica porqué los movimientos de un lado del cuerpo son controlados por el lado opuesto del cerebro.Tradicionalmente al TCE se le ha atribuido una función motora. Sin embargo, dado que se origina en las cortezas motora y sensorial y termina en la médula espinal en diferentes regiones: asta dorsal, sustancia gris intermedia y asta ventral (figura 1), esas regiones, son identificadas como sitios donde se procesan las entradas sensoriales y salidas motoras, por lo que se ha sugerido que tienen múltiples funciones.

Aunque el TCE está presente en todos los mamíferos, existen especializaciones en cuanto a anatomía y función se refiere, dependiendo de las adaptaciones presentes

El TRACTO CORTICO ESPINAL: MÁS QUE MOVIMIENTO

Fig. 2. Fotomicrografía obtenida mediante microscopia confocal donde se muestran en verde neuronas corticoespinales de la corteza motora del ratón que expresan una proteína fluorescente como resultado de la actividad neuronal.

9www.inb.unam.mx

en las diferentes especies, sin embargo, es posible apreciar tendencias a lo largo de la escala filogenética. Una muy notable son los sitios donde termina en la médula espinal. En marsupiales y roedores las fibras del TCE terminan principalmente en regiones dorsales de la médula espinal, por lo que esta vía influye principalmente sobre interneuronas del asta dorsal y la sustancia gris intermedia. Conforme ascendemos en la escala filogenética hacia los carnívoros y primates, el número de fibras del TCE aumenta y las terminaciones avanzan progresivamente hacia el asta ventral, donde se encuentran las motoneuronas.

Dado que la proporción de conexiones directas del TCE con las motoneuronas es mayor en los primates superiores, se ha propuesto que en los humanos, estas conexiones, además del control de grupos musculares pequeños de forma muy selectiva, son las responsables de llevar a cabo movimientos fraccionados. Por ejemplo, los que ocupamos cuando movemos los dedos de las manos.

Más allá de cuestiones filogenéticas, los estudios del TCE en animales son importantes porque han brindado evidencia de las deficiencias motoras que resultan de lesiones de este tracto en humanos.

Las lesiones del TCE producen signos y síntomas que constituyen el llamado síndrome piramidal, el cual afecta el movimiento voluntario (produciendo debilidad parcial o total, y torpeza de movimientos finos), aumento del tono muscular (hipertonía o espasticidad de las extremidades) y atrofia muscular, entre otras patologías.

Muchos de los déficits consecuencia de las lesiones corticoespinales son más evidentes en humanos que en animales, no obstante, los estudios comparativos en animales aportan conocimiento sobre déficits en seres humanos que resultan de lesiones del TCE ya sea por tumores, infartos cerebrales, hemorragias, esclerosis múltiple, etcétera.

Dada la complejidad anatómica y funcional del TCE, se ha propuesto que esta vía está organizada funcional y estructuralmente en diferentes subsistemas que controlan de forma coordinada distintos ensambles neuronales de la médula espinal. A este respecto, en el laboratorio de Integración Sensoriomotora del Instituto de Neurobiología de la UNAM Campus Juriquilla, nos hemos enfocado en estudiar cómo están organizadas funcionalmente las neuronas que forman el TCE en los

roedores (rata y ratón), (figura 2). Para estos estudios utilizamos técnicas de trazado neuronal y electrofisiología que nos han permitido describir la distribución anatómica y funcional de las neuronas que dan origen al TCE en estos organismos.

Los datos obtenidos en nuestro laboratorio muestran que las neuronas que forman el TCE se encuentran segregadas en distintas poblaciones en la corteza sensorial y motora. Cada población controla de manera coordinada diferentes circuitos neuronales en la médula espinal, lo que implica que el TCE está compuesto por subsistemas jerárquicamente organizados. Esta jerarquía funcional permite que, durante la ejecución de un movimiento voluntario, la corteza a través del TCE module la información sensorial más adecuada para la apropiada ejecución de dicho movimiento. Además, esta segregación en las neuronas que dan origen al TCE y que observamos en la rata es similar a la que se observa en los primates. Todo lo cual sugiere que los roedores son un buen modelo para estudiar de forma integral la función del TCE.

El bipedismo o bipedestación en nuestra especie produjo cambios importantes en la función del TCE que permitieron el uso más sofisticado de nuestras extremidades superiores. Algunos de estos cambios son especializaciones que provocan patrones de movimientos específicos, sin embargo, algunos otros patrones han resultado exitosos y se han conservado filogenéticamente. Es así que el estudio comparativo del TCE es importante, no sólo para entender cómo los circuitos neuronales comandan la modulación sensorial y la ejecución de movimientos en la médula espinal; sino también en procesos fisiopatológicos responsables de desórdenes neurológicos como las enfermedades de Parkinson y Huntington, la esclerosis lateral amiotrófica, entre otras

Fig 1. ESQUEMA DEL TCE. Se indica en distintos colores que diversas poblaciones de neuronas proyectan de manera segre-gada desde la corteza cerebral hasta la médula espinal.

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Uno de los descubrimientos científicos más importantes en la historia de la humanidad es el de la estructura de la materia, la cual está formada por átomos y moléculas. Por otra parte, la energía también tiene una estructura discreta, estando constituida por paquetes que son indivisibles llamados fotones. El universo está formado de materia y energía, y una se puede transformar en la otra, tal como lo estableció Einstein en su famosa ecuación, en dónde la energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado.

La materia está compuesta por muchos átomos agrupados en moléculas, y comúnmente se presenta en algunos de los siguientes estados o fases: sólido, líquido y gaseoso (Figura 1). El estudio de estas fases tiene como fin entenderlas para poder describirlas. Por ejemplo, se puede modelar matemáticamente un gas mediante la ecuación de los gases ideales,

describiendo su comportamiento con gran precisión bajo ciertas condiciones. También se han desarrollado modelos físicos de sólidos cristalinos. Estas descripciones están basadas en unos cuantos rasgos característicos de dichas fases.

En un gas la interacción entre las moléculas es muy débil, debido a la separación entre ellas; además se encuentran en posiciones desordenadas. En un sólido cristalino las moléculas están localizadas en posiciones específicas, alrededor de las cuales se encuentran vibrando. En esta fase existen ciertos enlaces entre las moléculas, y si consideramos un sólido conductor (como un metal), los electrones pueden moverse a lo largo de grandes distancias (a escala molecular) dentro del material.

Si fuéramos capaces de ver las moléculas de agua en un vaso, podríamos apreciar

que sus posiciones están desordenadas. Si observamos con atención el entorno de una molécula escogida al azar, nos daríamos cuenta de que hay un orden local que se mantiene en una distancia pequeña. Este hecho dificulta la descripción de un líquido; pues el orden a distancias pequeñas alrededor de una molécula desaparece cuando nos alejamos de ella. Las teorías que tratan de modelar la fase líquida están formuladas con modelos matemáticos muy complicados.

Existe una cierta clase de materiales que por sus características intermedias entre los sólidos cristalinos y los líquidos, son llamados cristales líquidos. Estos fueron observados por primera vez por Friedrich Reinitzer (Austria) en 1888 en experimentos con benzoato de colesterilo.

Actualmente los cristales líquidos se usan en muchos dispositivos electrónicos, como

Cristales Líquidos y fases intermedias de la materia.

Saúl Iván Hernández Hernádez

Arroyo El Arenal, Jurica, Querétaro.

GAS

fig. 1 FASES DE LA MATERIA

LIQUIDO SÓLIDOCRISTALINO

13http://umdi-juriquilla.fciencias..unam..mx/

propiedades de equilibrio y coeficientes de transporte. Una de nuestras líneas de investigación consiste en establecer la ecuación de Smoluchowski para el sistema y, mediante el formalismo de acoplamiento de modos, obtener una expresión teórica para el coeficiente de difusión. Con ello podremos entender el comportamiento y dinámica que se presentan en el sistema. Por otro lado, realizamos simulaciones computacionales mediante las técnicas de Dinámica Molecular y Monte Carlo, para estudiar un modelo de interacción entre los cristales líquidos basado en el potencial de Gay-Berne. Los resultados nos proporcionan una descripción cuantitativa de las propiedades estructurales y dinámicas de los cristales líquidos. Para realizar las simulaciones moleculares hacemos uso de la supercomputadora Miztli de la UNAM, y los resultados los analizamos en el Laboratorio Nacional de Visualización del campus Juriquilla. Este conocimiento nos ayudará a sentar las bases para el diseño de un biosensor, en colaboración con grupos académicos en áreas experimentales, teóricas y computacionales en universidades nacionales y del extranjero.

pantallas de relojes, calculadoras, teléfonos celulares, pantallas de televisión y otros. En todos ellos los cristales líquidos están expuestos a campos eléctricos, en los que se aprovecha su sensibilidad y respuesta ante los cambios en dichos campos.

A diferencia de un líquido común (con moléculas de simetría grosso modo esférica), un cristal líquido está formado por moléculas con forma elipsoidal (prolatas), como un grano de arroz, con forma de moneda (oblatas) o incluso con forma de plátano (núcleo doblado/bent-core). Sus dimensiones son del orden de nanómetros (una millonésima parte de un milímetro). Las fases de los cristales líquidos se llaman mesofases (fases intermedias, Figura 2) y a las moléculas se les denomina mesógenos (Figura 3). Las mesofases resultan del carácter orientacional de las moléculas y se producen al variar la temperatura (cristales líquidos termotrópicos) o la concentración (cristales líquidos liotrópicos) del sistema. Existen dos mesofases principales, la nemática y la esméctica. En la primera los centros de las moléculas están totalmente desordenados, pero con sus ejes mayores orientados en promedio en una dirección, manteniendo un orden orientacional y un desorden posicional.

En la fase esméctica los centros de las moléculas conservan un orden orientacional y están ordenados en capas, lo cual les

confiere un cierto orden posicional. Existen otras mesofases como la colestérica, en la que conforme se recorre el fluido (a escala nanométrica) en cierta dirección, la orientación de las moléculas o mesógenos va dando vuelta hasta que se encuentra la misma orientación con la que se inició el recorrido; las moléculas que producen esta fase se llaman quirales. Un objeto es quiral si su imagen reflejada en un espejo no se puede superponer al mismo.

Los cristales líquidos también se usan como sensores. Pueden detectar cambios de temperatura, como en los termómetros que consisten en tiras plásticas negras con cristal líquido, que al cambiar de color nos indican la temperatura registrada. Así mismo, pueden detectar la presencia de un objeto en su seno mediante el siguiente mecanismo: estando en una mesofase con un orden orientacional dado, la presencia de un objeto pequeño, como una bacteria o un virus, rompe con el delicado equilibrio del orden en el cristal líquido. Este cambio de orden se propaga rápidamente por todo el sistema, de modo que, si tenemos un cristal líquido iluminado entre dos polarizadores, se observará un cambio de color, el cual puede detectarse a simple vista. Este mecanismo es la base del diseño de biosensores de cristales líquidos.

En el grupo de Biofísica y Materiales Complejos de la UMDI-Juriquilla estudiamos los cristales líquidos, mediante la Termodinámica y Mecánica Estadística de no-equilibrio para determinar sus

fig. 2 - Fases y mesofases de un cristal liquido

Fig. 3 Mesógenos

del país. El caso del IPN es más grave, ya que en el organigrama del estado depen-de de la Secretaría de Educación Pública, situación que ha inhibido su autonomía. ¿Tendrán que pasar otros ochenta años para que la veamos?

Queda claro que el país requiere de una RE profunda, seria y objetiva que tome en cuenta todas las aristas del problema, pero para ello se requiere urgentemente una Reforma en quienes toman las deci-siones. Por lo tanto se requiere una re-forma política, legislativa y jurídica en la que los actores sean seleccionados por su calidad, conocimiento y probada honorabi-lidad. Seguramente partiendo de tales ci-mientos el IPN no tendría mayor problema en las reformas que requiere, pues éstas ya no estarían tomadas sobre las rodillas. Mientras tanto el IPN festejará su 80 ani-versario en pie de lucha. ¡Ánimo Instituto Politécnico Nacional! Su fortaleza está en su historia, en su gente y sus hecho.

El 80 aniversario del Instituto Politécni-co Nacional (IPN) llega en un momen-to de turbulencia educativa en México. A saber, la así llamada “Reforma Edu-cativa” (RE) aprobada por Diputados y Senadores los días 20 y 21 de diciem-bre de 2015 no termina de convencer a nadie y es, a todas luces, una reforma limitada, sin un proyecto claro sobre las metas y el impacto por alcanzar en el corto y mediano plazos. La RE no consi-deró integrar en su construcción un eje fundamental, que son los profesores y su diversidad, y nada menciona sobre la estrategia para revertir el rezago edu-cativo en México. De hecho, al señalar que: “… la RE está más concentrada en los procedimientos de contratación y su-pervisión de los profesores”, el Doctor Enrique Graue resalta el carácter mera-mente administrativo de la misma, y con razón reclama una revisión integral del modelo educativo del país (internacional.

elpais.com/internacional/2015/12/10/mexi-

co/1449772536_057787.html).

En este contexto el “Poli”, como se le conoce popularmente al IPN, encara su futuro con más dudas que soluciones. Fundado por el presidente Lázaro Cárde-nas del Rio en 1936.

Esta Institución ha sido fundamental en el desarrollo de México, recordemos que fue uno de los pilares de la industria pe-trolera de nuestro país. El IPN ha dado cabida a miles de jóvenes, muchos de los cuales se convirtieron en destacados profesionales, técnicos, científicos y pro-fesores, no obstante que hoy en día las autoridades a cargo soslayen su labor.

La comunidad actual del IPN asume su aniversario con una postura crítica, como es su esencia, pero con mucha incerti-dumbre sobre su futuro, pues todo pa-rece indicar que la institución representa un escollo en la actual tendencia privati-zadora de la educación pública. También pareciera que la RE impulsada por el go-bierno busca hacer inútil lo útil. El IPN no necesita la crítica mercantilista y usurera del exterior, sino el apoyo claro y decidi-do del Estado para reforzar y mejorar su estructura educativa y de investigación, pues el “Poli” ha demostrado ser auto-crítico y conocer la dirección que debe tomar en este siglo de grandes retos.

Por ello, una vez más la UNAM y el IPN, dos de las instituciones educativas públi-cas más importantes de México y Amé-rica Latina, deben concertar y concentrar esfuerzos en estructurar un proyecto serio e inteligente sobre una RE acorde a las necesidades actuales y futuras de México. Sin embargo, el problema no es menor si recordamos que la autonomía de la UNAM pasa por la dependencia presu-puestal y la expone a la política legislativa

No. 33 Enero -Marzo 201714

NOTA: Si las altas exigencias que tienen dependencias tan importantes como el CINVESTAV se aplicaran a la clase política mexicana, seguramente México ya no seguiría en el subdesarrollo.

Consejo Editorial

¿USTED QUÉ OPINA?

IPN, historia brillante, futuro de grandes retos

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Alois Alzheimer nació el 14 de junio de 1864 en MarkBreit, Alemania. Desde muy joven mostró por las ciencias natu-rales lo que lo llevó a estudiar medicina en Berlín, a pesar que en su familia no había nadie con esta profesión. Adquirió una capacidad extraordinaria como inves-tigador y patólogo. Esta se vio reflejada en sus perspicaces contribuciones his-tológicas, con el uso de la microscopía, en el estudio de la psiquiatría. Sobresalió por sus trabajos en el campo de la neu-rología sobre las enfermedades mentales más frecuentes de su época.

Destacaron los reportes que hizo sobre la corteza cerebral, patología de neuroglía (células que dan soporte a las neuronas), esquizofrenia, enfermedad maniaco-depresiva, los procesos degenerativos en la parálisis, la anatomía patológica de la epilepsia y sus contribuciones sobre la demencia y enfermedades cerebrales causadas por alteraciones vasculares. Sin embargo, el reporte más trascendental de su carrera fue el titulado “Sobre un proceso patológico peculiar grave de la corteza cerebral” (Über eine eigenartige Erkrankung der Hirnrinde, en alemán). Este trabajo lo presentó en la XXXVII Reunión de Psiquiatras del Suroeste de Alemania en 1906, y se publicó al año siguiente.

La publicación de Alzheimer originalmente fue catalogada como deficiente y obtuvo escaso reconocimiento, hoy en día es un hito en la historia de la medicina y la psicología por su relevancia clínica e histopatológica. Dicho trabajo describe el caso de la paciente, Auguste D. de 51

años, quien llegó a la Institución para Enfermos Mentales y Epilépticos de Frankfurt en 1901, donde Alzheimer fue uno de los médicos que dieron completo seguimiento a su caso. A partir de las entrevistas y la historia clínica de la paciente, se observó que presentaba síntomas de más de un año atrás, los cuales incluían delirio, alucinaciones, disminución de la memoria, miedo a personas conocidas, desorientación tanto temporal como espacial, falta de comprensión y expresión en el lenguaje. Tras el deceso de Auguste, en 1905, su cerebro fue enviado directamente a Alzheimer, quien realizó un minucioso estudio histopatológico en el que encontró “atrofia de la corteza”, una patología extraña de las neurofibrillas, fuertes excrecencias de la neuroglía fibrosa y numerosas células gliales con forma de varilla, además de sedimentos metabólicos en forma de placas en toda la corteza cerebral, con signos leves de neovascularización. Las alteraciones descritas de las neurofibrillas son mucho más pronunciadas que las que pueden encontrarse en pacientes de edad mucho más avanzada”.

Cabe mencionar que el doctor Alzheimer describió un caso más en 1911, el de Johan F. de 59 años, que presentaba similitud con el de Auguste D. Emil Kraepelin, reconocido psiquiatra, amigo y colaborador de Alzheimer, acuñó el término “enfermedad de Alzheimer” en atención al trabajo de su colega. Kraepelin dedicó un capítulo a esta patología en la tercera edición de su libro Psychiatrie, en el cual hizo una descripción tanto clínica como histopatológica de esta atrofia cerebral.

El trabajo realizado por Alzheimer representó el punto de partida en el estudio e investigación de una patología hasta entonces desconocida y que actualmente, a más de 100 años de su publicación, se considera la demencia más común entre la población mundial de adultos mayores.

A pesar de la gran cantidad de evidencias científicas hasta ahora encontradas, desafortunadamente la etiología de la enfermedad sigue siendo desconocida y aún se considera incurable. El diseño de estrategias terapéuticas que ayuden a su prevención o tratamiento representa una prioridad para la población mundial actual.

EL BAZAR DEL ESTUDIANTEAlzheimer: Un caso inusitado y trascendental

Ana Laura Pinedo Vargas

No. 33 Enero - Marzo 201716

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