Primavera 2011

Ciencia y Entorno

Que Pequeño es el Mundo

Dan Cloer

Celebrando la creación de la Asociación Internacional de Sociedades de Química, así como 1911 Premio Nobel Marie Curie, las Naciones Unidas ha declarado 2011 el Año Internacional de la Química. El tema, «Química: nuestra vida, nuestro futuro», puede ser importante en más de lemas previsto: después de un siglo de bricolaje químicos, empuñar la espada de dos filos de nuestro conocimiento cada vez mayor con mucho más valor. ¿Cómo pueden nuestros sueños de un final utopía sintética? 

Érase una vez, la vida en la tierra llegó a un punto crítico: había comido en una esquina. El crecimiento de la población había consumido involuntariamente de sus recursos energéticos más rápido de lo que podría ser renovado. Fue la primera crisis ecológica. Si no hubiera sido titulares en el momento (o los ojos para leer), podrían haber exclamó: «Enterrado en nuestra propia basura, Milagro para restaurar la comida es sólo la esperanza!»

Afortunadamente para todos nosotros (de acuerdo con la historia de la corriente principal de la evolución), que el milagro se produjo. Fue llamado fotosíntesis.

Primer malentendido de la vida de la causa del medio ambiente y el efecto que se conoce como la hipótesis heterótrofa. Se dice que casi 4 millones de años las bacterias, como las primeras células en la tierra fueron los consumidores, se alimentan de los nutrientes orgánicos del ambiente en la sopa primordial en la que vivían. Por supuesto, las células no sabía de este recurso no renovable comida era, ni había una agencia de protección ambiental para señalar los defectos inherentes a su sistema. Si la comida se bate en los residuos y los residuos no se realiza un ciclo de nuevo a la alimentación, se avecinan problemas. Pero ¿quién sabe?

Si nos imaginamos Barry Commoner haber escrito como un ecologista unicelulares alrededor de 3,5 millones de años, podemos leer algo muy parecido a su posterior discusión de traspasar las fronteras naturales. Al mismo tiempo que las celebraciones del primer Día de la Tierra y el despertar de la mentalidad ecológica en 1971, escribió: «La tasa total de la explotación de los ecosistemas de la Tierra tiene límite superior, lo que refleja el límite intrínseco de la tasa de rotación de los ecosistemas. Si el flujo es más, el sistema es finalmente conducido al colapso».

El salvador de los primeros organismos que no era de conocimiento, ni fue el resurgimiento de una ética ecológica, de acuerdo a la historia evolutiva, fue una revolución bio-tecnológica que salió de la nada. Las vías de nuevos productos químicos de la fotosíntesis trajo cambios milagrosos en el planeta. «El mundo», escribe el paleontólogo Richard Fortey de este período de tiempo, «se estaba convirtiendo en una red interconectada de la vida, la química, los océanos y la geología… . Vida hecha de la superficie de la Tierra lo que es, incluso mientras estaba inquilino de la Tierra».

La fotosíntesis cultivado un nuevo tipo de medio ambiente, así como medios bioquímicos para reciclar carbono en la cadena alimentaria primitiva. El proceso absorbe dióxido de carbono y los azúcares se basa, la columna vertebral de carbono de la economía de la energía de la biosfera. El oxígeno se libera como producto de desecho. Un ecosistema de dependencia entre los consumidores (que utilizan el oxígeno para mejorar la liberación de energía de los hidratos de carbono) y los productores (que construyó los hidratos de carbono) había comenzado.

A medida que la historia continúa, este cambio en la composición de la atmósfera luego dio lugar a la radiación ultravioleta-blindaje capa de ozono. Con el tiempo este filtro protege la generación de formas más complejas de la vida. Por 600 millones de años más o menos, la vida multicelular era lo suficientemente abundantes como para dejar sus huellas en el registro fósil. El período de tiempo misteriosa llamada explosión cámbrica de la vida había comenzado.

Nuestra actual existencia, desde el punto de vista evolutivo, gira en torno a estos eventos biológicos antiguos.

MENTE SOBRE MATERIA

El previo químico William Prout (1785-1850) sostuvo que los elementos siguen su propio conjunto de reglas milagrosas para hacer posible la vida. «En lugar de sacudidas y choques que se podría haber esperado de tantos elementos conflictivos… el resultado general ha sido que todos los que finalmente se asentaron juntos en ese estado de equilibrio armónico… tan admirablemente adaptados para la existencia de la vida orgánica».

Estas reglas, insistió Praut, constituyen «la emanación y la voluntad e inteligencia de un Creador omnipotente… . Cuando vemos estos ajustes tan maravillosos, y dicha sabiduría expresados en esas partes de la creación que son inteligibles para nosotros, no podemos imaginar que el Ser que los hizo todos actuaria de otra manera que con inteligencia». Como lo escribió mucho antes el profeta Isaías, el Creador no la creó en vano (Isaías 45:18).

Ya sea que los comienzos bioquímicos del planeta son el resultado del diseño o la casualidad, los detalles históricos siguen siendo vagos y bajo un intenso escrutinio por parte de los investigadores. El papel de la química, la base de la vida y de la estabilidad del medio ambiente, es incuestionable. Grandes misterios permanecen, siendo la cuestión de la vida misma la más prominente. Es posible que tengamos un buen modelo rudimentario del átomo: sus protones, neutrones y electrones son ahora en la escuela temas primarios. Y los químicos tienen un muy buen sentido práctico de cómo los átomos interactúan. Fortey advierte, sin embargo, que «la vida no es solo cuestión de química: se trata de una cooperación entre las moléculas para producir un resultado infinitamente más grande que la suma de las partes».

Aunque aún queda mucho por aprender, hemos puesto lo que sí sabemos para usos tecnológicos fantásticos: en el último siglo hemos remodelado el mundo de acuerdo a nuestra imaginación química. La designación de las Naciones Unidas del 2011 como el Año Internacional de la Química (IYC por su siglas en inglés) es un reconocimiento del genio humano a la comprensión de la base química de nuestro mundo y lo práctico, el uso práctico de ese conocimiento. La química (y por supuesto la física, que describe las reglas de la estructura atómica) está en el corazón del progreso tecnológico. Como un libro de texto dice: «el estudio de la química es el estudio de nuestra propia sociedad. Examinar, cualquiera de las dos sin una comprensión de la otra deja un vacío de ignorancia sobre el mundo moderno».

LA QUÍMICA MANDA

El IYC está basado en el año de referencia de 1911 a causa de dos acontecimientos históricos. En primer lugar, Marie Curie recibió el Premio Nobel de Química. Ella ya había ganado el premio 1903 de la física-la primera mujer en recibir un Premio Nobel. El ganar dos fue aún más notable. (véase «Marie Curie: Blazing a Trail») En segundo lugar, el Consejo Solvay, la conferencia de física que por primera vez, se celebró hace 100 años. El industrial belga Ernest Solvay invitó a los físicos más importantes del mundo, los quién es quién de la actualidad, incluyendo a los Curie, Albert Einstein, Poincaré y Henri Ernest Rutherford, entre otros. El consejo se ha reunido regularmente desde entonces y hoy en día tal vez la más conocida de las conferencias internacionales de física y química.

Sin embargo, la exanimación detenida de las bases físicas de la existencia comenzó mucho antes que 1911. En los comienzos de los 1800s, John Dalton proporcionó un entendimiento fundamental de cómo los materiales operan químicamente: como se acoplan los cubos que usan los niños, la materia física es construida a través de las interconexiones de subunidades más pequeñas. En un sentido—una roca, un árbol, una persona—pueden ser reducidos a una colección de partes químicamente indivisibles. Estas partes elementales, los átomos mismos, son conservadas y utilizadas una y otra vez. La química estudia a donde van, cómo interactúan, y como las propiedades de materiales individuales cambian y se transforman en nuevas propiedades. El gran mundo está hecho de estas pequeñeces.

Todo este intercambio, como lo descubrió Dalton, puedes medirse y predecirse. Dichos análisis cuantitativos son el corazón del mundo moderno sintético. Catalogamos nuestro sentido químico en la Tabla Periódica. Un avance importante a finales de 1800, sus 92 átomos naturales constituyen lo que podríamos llamar la lista de ingredientes para crear un universo. Esa tabla cuadriculada con letras y números crípticos simbólicos nos proporciona información predictiva. Todo lo que existe, en un sentido material, se encuentra aquí; es aquí donde el micro y macrocosmos confluyen. De igual manera que el alfabeto es la base de cada palabra escrita, así la Tabla Periódica significa el comienzo atómico de todo lo que existe o puede ser manufacturado dentro del mundo físico.

El libro de texto de una secundaria en 1921 resumió el optimismo asociado con nuestra comprensión creciente de la química: «Un deber ineludible nos ha tocado, para presentar los cambios en nuestra apreciación nacional de la importancia de la química provocada por la Gran Guerra. Encontramos en ella, no tanto la oportunidad de representar los horrores de los gases tóxicos y terribles explosivos, así como señalar los efectos constructivos del logro nacional, bajo la presión de la necesidad de nuestra propia capacidad satisfacer nuestras necesidades humanas, y por lo tanto hacer hincapié en el hecho de que la química todavía no ha agotado su capacidad para hacer de la vida de la humana mucho mejor».

La conclusión del autor continúa trasladándonos al futuro: «Donde hay una voluntad química, quizás también existe una manera química».

NUESTRO MUNDO SINTETICO

El mundo de la química que hemos creado durante el siglo pasado es parte de lo que el IYC celebra. Sin el conocimiento de cómo funcionan las cosas, de la química de la materia y la física de las interacciones de la materia, algo de lo que vemos alrededor de nosotros hoy en día no existiría. Sintéticos, por definición, materiales humanamente inventados que no existen en la naturaleza, son los cimientos del mundo moderno. Si uno se imagina arrancado todos los plásticos, poliéster, nylon, microfibra, fibra de vidrio, polivinilos, poliuretanos y resinas epoxi, entonces quedaría muy poco.

La firma química de nuestras actividades, y de hecho la vida en la tierra en general, tiene la capacidad de cambiar al planeta. Nuestro impacto ha sido simplemente muy acelerado durante el siglo pasado. ¿Importa esto? La verdadera pregunta es si los beneficios justifican los costos. Pero recién ahora estamos empezando a comprender los costos. «Todo tiene que ir a alguna parte», señaló Commoner, recordándonos que los materiales que creamos con nuestra experiencia química, no desaparecen nunca. Un estudio en 2006 con respecto a la mezcla de más de 100 productos de «compuestos volátiles orgánicos» (VOC por sus siglas en inglés) fue impregnado en vehículos para darles ese olor a carro nuevo observó que «el publico constantemente está en contacto con una amplia variedad de potencialmente dañinos VOC debido a los productos de limpieza, lubricantes y derivados de combustibles. Debido a la naturaleza potencial tóxico de muchos de estos compuestos, el conocimiento adicional de los niveles de estos compuestos orgánicos en el interior del vehículo es necesario con el fin de determinar los impactos en la salud humana».

Hallazgos como este han dado lugar a una legislación que exige que las empresas publiquen advertencias sobre químicos orgánicos volátiles (VOC por sus siglas en inglés) en el ambiente, y otros niveles bajos de toxinas. Con poner letreros no se reduce la toxicidad ni las prácticas. ¿A caso esto es solo una respuesta innecesaria al nivel creciente de sofisticación tecnológica para detectar cantidades cada vez más pequeñas de contaminantes? ¿La capacidad mejorada de descubrir varios químicos en, por ejemplo, la sangre de las mujeres embarazadas indica peligro?

Del mismo modo que el jurado todavía está deliberando sobre la causa del declive mundial en las poblaciones de anfibios y las muertes masivas más recientes de abejas y aves, la ciencia no puede conectar directamente el efecto y la causa en un mundo entrelazado con los sintéticos. Mientras que los productos químicos individuales se prueban en cuanto a su daño potencial, el posible efecto de múltiples sustancias químicas sigue siendo un misterio. Esto no ha pasado desapercibido. Sin embargo, debido al tamaño del problema, incluso los científicos más preocupados son escépticos de superarlo con éxito. Un informe internacional de 2009 señala que «ampliar el enfoque de unos pocos contaminantes bien estudiados requeriría la determinación de los efectos críticos para cada químico o grupo químico, lo cual es una tarea gigantesca y requeriría la identificación de los umbrales asociados con las mezclas de productos químicos, un reto igualmente desalentador» («Fronteras Planetarias: Explorando el espacio operativo seguro para la humanidad»).

Inclusive, con todo lo que hemos hecho, nuestras innovaciones tecnológicas/químicas aún se encuentran en pañales. La industria químico sintética se está transformando en una industria biológica sintética. El negocio de la química orgánica se queda, por supuesto, pero la nueva era de la modificación de las cosas vivientes para crear nuevos químicos se encuentra en el horizonte. «Por el momento», investigadores de la universidad de Princeton escribieron en una publicación de 2011 publicado por la Biblioteca Pública de Ciencias, «la mayoría de los avances dentro de la biología sintética han estado basados en la recolección de partes—genes, proteínas, y elementos reguladores—derivados de consecuencias que ya existen en la naturaleza». Estos preguntan, «¿Debe el conjunto de herramientas de la vida estar tan restringido?»

Tales comentarios presentan un interesante contraste con las voces más prudentes. Dentro de lo que llamaron una «prueba de concepto operativo», los 29 coautores del documento «Fronteras Planetarias» perfilan nueve factores clave que parecen ser críticos para el equilibrio planetario pero que están bajo ataque humano. Utilizando un término acuñado por el químico ganador del premio Nobel Paul Crutzen para indicar la nueva era de la influencia del hombre sobre el planeta, escribieron: «El Antropoceno plantea una nueva pregunta: ‘¿Cuáles son las precondiciones planetarias no negociables que la humanidad necesita respetar para evitar el riesgo de un cambio ambiental deletéreo o incluso catastrófico a escalas continentales y globales?’» (Véase «Cambio de aires»)

Argumentan que exceder los límites de dióxido de carbono, nitrógeno, fósforo, ozono, agua dulce y salada, tierra y vida vegetal y animal tendrá consecuencias que no se pueden remediar fácilmente: «Los umbrales en los procesos clave del Sistema de la Tierra existen independientemente de las personas preferencias, valores o compromisos basados en la viabilidad política y socioeconómica».

Consecuencias No Deseadas

En La Lógica del Fracaso, frecuentemente considerado el punto de vista clásico de ver el problema de las consecuencias no deseadas, Dietrich Dörner describe el dilema. Cuando llevamos a cabo un experimento, o en otras palabras, llevamos hacia delante cierto plan, nos imaginamos que lo normal sería supervisar los resultados. Parece lógico que «resultados negativos nos proporcionan una oportunidad de aplicar correcciones y de esa manera nos ayuda a mejorar nuestro comportamiento futuro». Aunque esto puede no ser tan normal. El siguiente comentario de Dörner, «O eso uno pensaría, implica el olvido humano. Aunque, ¿por qué nos alejaríamos del seguimiento responsable?»

Dörner dice que, una manera de evitar resultados negativos en nuestras decisiones (y la realización de la incompetencia), es pretender que el futuro está fuera de nuestras manos una vez que la decisión tomada está en marcha—que lo que sucede a continuación ahora está en un curso balístico más allá de nuestro control. Por ejemplo, lanzar un cañonazo (en lugar de un misil que puede ser maniobrado, y hasta abortado), desarrollamos y ejecutamos planes asumiendo que todo ira de acuerdo a lo planeado. «Cosa rara», dice Dörner, «Pues uno esperaría que personas racionales encaradas con un sistema que no entienden completamente tomarían cada oportunidad para aprender más sobre ello y por lo tanto comportarse de manera no balística».

Por lo tanto, dice, «si nunca miramos las consecuencias de nuestro comportamiento, siempre mantendremos la ilusión de nuestra competencia. . . . Preservar una visión positiva de la propia competencia contribuye significativamente a dar forma a la dirección y el curso de nuestros procesos de pensamiento».

Las conclusiones de Dörner son especialmente significativas mientras consideramos al Año Internacional de Química y tanto los buenos como los pobres resultados que se han acumulado en el siglo pasado. En muchos niveles de observación, la tecnología ha mejorado las vidas de casi todos los humanos en la tierra hasta cierto punto. Aunque solo podamos ver hasta cierta profundidad. Y a pesar de que el barniz de la modernidad tecnológica no es tan profundo -y de hecho es muy delgado para miles de millones de personas—cubre el mundo.

Predecir los resultados negativos de esas tecnologías siempre ha sido el eslabón más débil en la cadena de descubrimientos científicos. Esta deficiencia conduce a resultados imprevistos o peores de lo esperado. Algunas veces incluso reconocer la verdadera naturaleza de los negativos es desafiante. ¿El cambio climático provocado por el hombre es un engaño político o una causa legítima de alarma? ¿La alquimia de los químicos sintéticos que creamos y liberamos se pierde en la gran escala de las cosas «allá afuera», o estamos involuntariamente contribuyendo a la disolución del tejido natural de la biosfera en sí? Como se preguntó en una conferencia de abril de 2011 en la Universidad de Stanford: « ¿Cómo podemos conectar los puntos?» (Véase «The Missing Dots».) 

La Academia Nacional de Ciencias resume la creciente preocupación: «Los servicios ecosistémicos son los beneficios que proporcionan los ecosistemas, y son el resultado de las interacciones de plantas, animales y microbios entre sí y con el medioambiente. La entrega de servicios ecosistémicos se ve afectada por los cambios en la biodiversidad, la fragmentación y conversión del hábitat, las alteraciones en los ciclos biogeoquímicos y el cambio climático. El vínculo inextricable entre la civilización humana y los servicios ecosistémicos de los que depende es el núcleo de la sostenibilidad ambiental».

Hoy estamos aquí, Mañana quien sabe

A menudo nos perdemos o nos salimos de la complejidad de las situaciones que creamos. Dörner apunta que, «como regla en general, no prestamos la atención adecuada a las características de los procesos que se desenrollan con el tiempo». «Lo que hicimos ayer se pierde en la oscuridad del pasado, y lo que debemos hacer mañana se encuentra en completa oscuridad». Los psicólogos evolutivos podrían argumentar que la selección natural nos ha creado con un lapso de atención muy breve; nuestras motivaciones se centran en la recompensa inmediata o el castigo.

«El pensamiento está. . . arraigado en valores y motivaciones. Dörner dice que, normalmente pensamos no por el hecho de pensar sino para alcanzar ciertos objetivos basados en nuestro sistema de valores». También observa, «Nuestros cerebros no están defectuosos, simplemente desarrollamos malos hábitos. Cuando somos incapaces de resolver un problema, lo hacemos porque tendemos a hacer un pequeño error aquí, otro pequeño error por allá, así que estos errores aumentan«. Por supuesto, el problema es que no reconocemos que los errores van acumulándose antes de que el desastre ocurra.

Una vez que se revela un problema, los ingenieros diseccionan la cadena de fallas, siguiendo el campo de desechos para reconstruir la secuencia de averías. Las tragedias de los transbordadores espaciales Challenger y Columbia, el accidente en Chernobyl, y la catástrofe de la plataforma petrolera Deepwater Horizon son unos de los eventos más conocidos (entre otros accidentes más sutiles) para señalar las ocasiones en las que hemos perdido las riendas, y nuestras creaciones se salieron de control.

Cada conductor sabe que manejar más rápido de lo que la visibilidad permite es invitar al desastre. Durante este Año de la Química debemos recordar que no sabemos que pueda lastimarnos, y que una actitud arrogante es riesgosa; el ubicuo entrelazado de nuestras creaciones sintéticas con el mundo natural tiene consecuencias impredecibles. Suponiendo que todo saldrá bien porque estoy satisfecho por el momento es peligroso. (Véase «Looking Uphill».)

¿demasiado complejo para predecir?

«Los principios básicos que gobiernan la tierra están bien establecidos y comúnmente acordados por todos los científicos», dicen los autores del libro Natural Capitalism: Creating the Next Industrial Revolution. Sin embargo, observan que este consenso no ha traído ninguna clase de unidad al debate de lo que se debería hacer hoy. ¿Qué debe de hacerse basado en lo que sabemos? Estos continúan, «Aunque puede ir a una librería y encontrar libros que explican los principios y reglas para todo, desde golf y dominó hasta impuestos, judo y guerra, no hay un manual del usuario sobre cómo vivir y operar en la tierra, el sistema más importante y complejo que conocemos».

El descubrimiento de una lente a través de la cual uno podría ver el mejor camino hacia adelante, minimizando así los errores desde el principio y reconociéndolos temprano cuando se desvía del camino, sería por supuesto el más útil y efectivo. En este sentido, efectivo también significa sostenible, bueno para el largo plazo.

Es este problema de no poder captar la perspectiva de largo alcance que se encuentra a lo largo de la experiencia humana; ha sido nuestro talón de Aquiles desde el Jardín del Edén. El conocimiento contrae consecuencias. Los errores críticos en el juicio y la puesta a corto plazo de ganancias por delante de los resultados a largo plazo son endémicos para nosotros. Estos son errores de espíritu, no simplemente un déficit de racionalidad, conocimiento o lógica. Como tal, hay principios espirituales que iluminarían el camino que buscamos. (Véase «Precautionary Principles».) 

Como nos dice la historia de las primeras bacterias, la química de la vida juega un papel en el sistema operativo de la tierra; incluso las pequeñas cosas importan. Según la historia, la evolución brindó la solución milagrosa a esa temprana crisis ecológica. Ciertamente, todo lo que conocemos y experimentamos en el mundo de hoy revela que toda vida existe en un complejo equilibrio químico con el planeta mismo. Sin embargo, en lo que podría verse como una posición inconsistente, los científicos ponen mucha menos fe en el proceso evolutivo para intervenir y salvarnos hoy. El experto en sostenibilidad ambiental Tim Flannery resume en su libro Aquí en la Tierra: «La verdad es que ninguna otra especie puede percibir problemas ambientales o corregirlos, lo que significa que la responsabilidad de gestionar este mundo de heridas que hemos creado es exclusivamente nuestra».

El panorama general que emerge del Año Internacional de la Química de las Naciones Unidas es simple: tanto individual como colectivamente, debemos comportarnos con cuidado. En el gran esquema de cosas— el amplio universo y su incontable lapso de galaxias y planetas— nuestra esfera de influencia es bastante pequeña. Pero en este lugar, nuestra influencia es suprema. Mientras que los mega eventos impersonales como los asteroides, el colapso estelar o los desastres tectónicos son ciertamente posibles, a medida que la población humana aumenta y nuestro impacto ambiental y químico se expande proporcionalmente, son las pequeñas decisiones que tomamos las que se sumarán para crear o destruir nuestra especie.

Después de todo, que pequeño es el mundo.