En la entrada anterior, observamos qué tipos de lecciones familiares de la vida terrestre podrían decirnos sobre cómo podría ser un Extraterrestre. Estas observaciones no pretendían ser exhaustivas, ya que se basaban en un rango muy limitado de bioquímica. Los animales que respiran oxígeno y convierten la glucosa en energía y las plantas que convierten la luz solar ni siquiera abarcan el rango de la bioquímica observada aquí en la Tierra, y mucho menos el rango de lo posible. Hay criaturas en la Tierra que usan metano para existir y otras que extraen energía puramente de sustancias químicas, en lugar de explotar (directa o indirectamente) la luz del sol.

Luego está la respiración y la fermentación con azufre, solo por nombrar algunas alternativas. Al final de esta entrada, hablaremos sobre formas más “exóticas” de la vida en la Tierra. Nuestro verdadero interés se centra en los extraterrestres que podrían visitar nuestro planeta, pero su historia está inextricablemente ligada a la cuestión de la vida extraterrestre no alienígena. Uno debe tener el segundo para tener el primero. En consecuencia, pasaremos un tiempo explorando lo que sabemos sobre la vida extraterrestre y las limitaciones impuestas a dicha vida por consideraciones simples de la química y la ley física.

El lector debe saber que cualquier escrito sobre este tema está destinado a ser incompleto. Como señaló el popular ensayista científico y genetista pionero JBS Haldane en su libro de 1927 Possible Worlds and Other Essays, “El Universo no solo es más extraño de lo que suponemos, sino más extraño de lo que podemos suponer”. Es bastante razonable suponer que el universo ‘tiene’ un truco o dos en la manga y nos sorprenderá más de una vez. Aun así, podemos hablar sobre lo que sabemos sobre la química relevante. Si nada más, aprenderemos cuáles son las consideraciones importantes para la astrobiología moderna.

¿Qué es la vida?

Esta pregunta es aparentemente tan simple, y, sin embargo, ha molestado a algunos de los científicos y filósofos más conocedores durante décadas. Aunque apenas es la primera vez que escribe sobre el tema, el libro de 1944 del físico Erwin Schrödinger (Si, el del famoso gato) What Is life? es uno de esos ejemplos. Es un intento inicial interesante de utilizar las ideas de la física moderna para abordar la cuestión. Tanto James Watson como Francis Crick, co-descubridores del ADN, acreditaron este libro como una inspiración para su investigación posterior.

La definición de vida aún no está resuelta. Los científicos modernos han logrado enumerar una serie de características críticas que parecen identificar la vida. Un ser vivo debería tener la mayoría, si no todas, de las siguientes características:

• Debe ser capaz de regular el entorno interno del organismo.
• Debe poder metabolizar o convertir la energía para cumplir las tareas necesarias para la existencia del organismo.
• Debe crecer convirtiendo energía en componentes del cuerpo.
• Debe ser capaz de adaptarse en respuesta a los cambios en el entorno.
• Debe ser capaz de responder a los estímulos.
• Debe poder reproducirse.

Estas características lo distinguen de la materia inanimada.

Si bien estas propiedades pueden ayudarlo a identificar la vida cuando la encuentra, en realidad no nos dan una idea de las limitaciones impuestas por el universo sobre cómo sería la vida. El propósito de esta entrada es tener una idea de si un posible escritor de ciencia ficción es ridículo cuando basa su historia en un extraterrestre con huesos hechos de oro y sodio líquido en busca de sangre. Entonces, ¿qué nos dice nuestro mejor entendimiento actual que la vida requiere? Una combinación de teoría y experimentación sugiere que hay cuatro requisitos cruciales para la vida. Ellos están (En orden decreciente de certeza):

• Un desequilibrio termodinámico;
• Un entorno capaz de mantener enlaces interatómicos covalentes durante largos períodos de tiempo;
• Un ambiente líquido; y
• Un sistema estructural que puede apoyar la evolución Darwiniana.

El primero es esencialmente obligatorio. La energía no impulsa el cambio, sino que las diferencias de energía son la fuente del cambio. El “desequilibrio termodinámico” simplemente significa que hay lugares de mayor energía y menor energía. Esta diferencia establece un flujo de energía, que los organismos pueden aprovechar para sus necesidades. No es fundamentalmente diferente de cómo funciona una planta de energía hidroeléctrica: hay un lugar donde el agua es profunda (alta energía) y un lugar donde el agua es poco profunda (baja energía).

Así como el flujo de agua de un lado de la presa al otro puede convertir una turbina para generar electricidad o un molino para moler grano, un organismo explotará una diferencia de energía para hacer los cambios que necesita para sobrevivir.

El segundo requisito es esencialmente nada más que decir que la vida está hecha de átomos, unidos en moléculas más complejas. Estas moléculas deben estar unidas lo suficiente como para ser estables. Si las moléculas se caen constantemente, es difícil imaginar que esto dé como resultado una forma de vida sostenible. Es este requisito el que establece algunas restricciones sobre qué átomos juegan un papel importante en la composición de cualquier vida. Espero que después de esta discusión, comprenda la razón de la frase frecuentemente repetida en ciencia ficción “forma de vida basada en el carbono”.

El requisito número tres es menos, digamos, crucial, sin embargo, es difícil imaginar la evolución de la vida en un entorno que no es líquido. Los átomos no se mueven fácilmente en un entorno sólido y un entorno gaseoso implica densidades mucho más bajas y puede transportar una cantidad mucho menor de los átomos necesarios para construir bloques y nutrición. Los líquidos pueden disolver sustancias y moverlas fácilmente.

Finalmente, el cuarto requisito podría no ser necesario para la vida extraterrestre, pero es crucial para los alienígenas. Ciertamente, la vida multicelular o su equivalente no será la primera forma de vida que se desarrolle. La primera forma de vida que se desarrolla será de una forma análoga a los organismos unicelulares de la Tierra (en realidad, lo más probable es que sea más simple… después de todo, los organismos unicelulares modernos ya son bastante complejos). Para formar especies con una complejidad creciente, pequeños cambios en el organismo serán necesarios. La evolución darwiniana es el proceso mediante el cual una criatura se crea con diferencias de sus padres. Lo primero que es necesario es que el organismo sobreviva al cambio. Después de todo, si el cambio lo mata, es el final del camino para ese individuo. Una vez que hay cambios que permiten que el organismo hijas sobreviva y posiblemente confiera propiedades diferentes, los procesos de selección se vuelven importantes. Las criaturas que posteriormente se reproducen de manera más efectiva crecerán gradualmente en población hasta que dominen su nicho ecológico.

Entonces, hablemos de estas ideas con un poco más de detalle.

Desequilibrio Termodinámico

La consideración más importante para cualquier forma de vida es la necesidad de un desequilibrio termodinámico. Esta bocanada de una idea es simultáneamente intuitiva y contra-intuitiva.

Si le dices a alguien que la energía es necesaria para la vida, es probable que no tengas ningún argumento. Las plantas absorben la luz solar, las personas comen; la necesidad de energía es evidente. Sin embargo, la realidad es un poco más sutil. La energía tiene un significado técnico en la ciencia. La energía se puede encontrar en una bola lanzada, una primavera en espiral y una barra de dinamita.

Sin embargo, lo que la vida necesita no es energía, sino más bien una diferencia de energía. Si la energía es la misma en todas partes, esto no es útil. Lo que es útil son las diferencias de energía. Para ilustrar esta sutil diferencia, considere un depósito de agua retenido por una presa.

En el lado del agua, todo es igual. Mientras la presión cambia con la profundidad, la uniformidad evita que el agua se mueva. Tiende a quedarse. Sin embargo, el agua tiene un tipo de energía que los científicos llaman “energía potencial”. (La energía potencial es el tipo de energía en la que algo se movería si lo permitimos, como cómo se movería el agua si rompiéramos la presa o cómo volaría una flecha de un arco estirado si se soltara la cuerda.)

Ahora imagina que hay un agujero en el fondo de la presa. El agua saldría del lado del agua hacia el lado del aire. De hecho, así es como funcionan las centrales hidroeléctricas. El agua en movimiento enciende una turbina, que genera energía eléctrica.

El punto crucial aquí es que una diferencia de energía (y un flujo posterior de alta energía a menor energía) es fundamental para la creación de energía eléctrica y que esto es cierto en un sentido más general. Esto es lo que queremos decir cuando decimos “desequilibrio termodinámico”. Termodinámica significa energía y desequilibrio significa “no igual” o diferente.

La vida funciona de la misma manera. Las diferencias de energía permiten que la energía fluya y realice los tipos de cambios que permiten la existencia de la vida. De por vida, es importante poder almacenar estas diferencias de energía para usar cuando sea conveniente. De esta forma, un organismo puede moverse, llevando consigo su fuente de energía. Esto proporciona protección contra las situaciones aleatorias que podrían restringir el acceso a la energía.

Para tener una idea de por qué esto es importante, considere una hipotética vaca alienígena que tiene que comer constantemente para sobrevivir. Si la vaca existe en un área siempre creciente y siempre presente de pasto extraño, no hay problema. Sin embargo, imagina una sequía. Con la muerte de la hierba, la vaca moriría inmediatamente, incapaz de moverse a un nuevo parche de hierba. O imagine una planta que usa la luz solar como la de la Tierra, pero que no puede almacenar energía. Viviría durante el día, pero moriría cada noche. Sin una fuente de energía garantizada e interminable, la vida de estas formas es muy vulnerable. El almacenamiento de energía es necesario para que exista la vida.

Parece probable que la vida hecha de átomos (como lo somos nosotros) debe explotar el almacenamiento de energía en las moléculas. Ciertos átomos se pueden combinar con la energía disponible (como hacen las plantas con la luz solar). Más tarde, la energía puede extraerse convirtiendo moléculas que contienen mucha energía en energías más bajas y usando la energía extra para vivir. Hacemos esto cuando comemos una galleta y metabolizamos azúcares o grasas. Quizás un ejemplo aún más intuitivo de esto sería cuando quemamos madera. La celulosa se combina con el oxígeno a través de una serie de reacciones químicas, dando como resultado el dióxido de carbono y el agua. Sabemos que un fuego libera calor, ese es típicamente el punto del fuego después de todo, pero lo que no es tan obvio es que lo que estamos viendo cuando tostamos nuestros malvaviscos es la transformación de moléculas con mucha energía almacenada en sus enlaces en unos con menos energía.

Las restricciones impuestas por los átomos

Los científicos saben mucho sobre química, cómo interactúan los átomos y las propiedades de la materia que forman. Sin duda, este conocimiento puede decirnos mucho sobre qué elementos son cruciales para la vida. Somos “formas de vida basadas en carbono”, como bien dicen en la ciencia ficción. Pero la ciencia ficción también habla de otras posibilidades. The Horta en el episodio de Star Trek “The Devil in the Dark” era una forma de vida construida alrededor del átomo de silicio. Los Oustsiders de Larry Nivens de su serie Known Space tienen una bioquímica que incluye helio líquido. Dada la imaginación de los escritores de ciencia ficción, tanto profesionales como aficionados, podría imaginar que sentarse en el cajón de alguien es una historia sobre el encuentro de la humanidad con una raza inteligente, con huesos de platino y sangre de oro fundido, que excreta diamantes. (Si alguien roba esa idea y escribe una historia, quiero parte de las regalías.) Entonces, ¿qué nos dice la ciencia sobre el rango de combinaciones atómicas que es físicamente posible? Para eso, tenemos que pensar en algunos requisitos moleculares simples de la vida.

La vida no puede existir sin átomos que se combinan para formar moléculas más complejas. Por lo tanto, la forma en que estos átomos se interconectan es una consideración crucial. Si bien puede ser obvio que las reglas de la química son un aspecto definitorio de cualquier forma de vida, esa afirmación es bastante vaga. De hecho, podemos hacerlo mejor y analizar a continuación algunas consideraciones detalladas.

Por ejemplo, la vida extraterrestre (Y especialmente la vida alienígena) requerirá una química compleja. Los productos químicos que realizan tareas análogas a nuestros carbohidratos, proteínas, ADN, etc., tendrán que formar moléculas formadas por muchos átomos que se entrelazan. Entonces, dos consideraciones importantes en la química de la vida serán identificar átomos que (1) puedan hacer muchas conexiones con átomos vecinos y (2) puedan hacer conexiones suficientemente fuertes para que las moléculas sean estables.

Los estudiantes de química han requerido durante mucho tiempo aprender sobre las valencias, que es esencialmente la cantidad de enlaces que el átomo de un elemento en particular puede formar. Para hacer moléculas complejas, un átomo tendrá que poder conectarse a muchos átomos cercanos. Esto puede hacerse increíblemente claro al considerar los elementos de gas noble (helio, neón, argón, etc.) que habitan en la columna de la derecha de la siguiente figura. Estos elementos no interactúan con otros átomos. Cada átomo de los elementos nobles está solo. Simplemente no participan en química en absoluto. En consecuencia, podemos estar seguros de que estos elementos no juegan un papel sustancial en el metabolismo de ninguna forma de vida y ciertamente no tienen un rol estructural en ninguna forma de vida.

Entonces podemos considerar la columna inmediatamente a la izquierda de los elementos nobles. Esta columna, que incluye hidrógeno, flúor y cloro, consiste en átomos que pueden formar un enlace con un átomo vecino. Dado que todos estos elementos actúan de manera similar, podemos ilustrar el punto considerando solo el hidrógeno. Es como una habitación llena de gente con un solo brazo. Pueden tomarse de la mano con solo una persona más a la vez. En un mundo en el que el hidrógeno es un componente básico de la vida, solo puedes crear moléculas muy simples, específicamente las que consisten en dos átomos idénticos. Si el hidrógeno puede formar solo un enlace, entonces un átomo de hidrógeno se une a un segundo átomo. Ambos átomos forman un enlace simple y el resultado es una molécula de dos átomos, como se muestra en la siguiente figura. Esto es cierto para todos los elementos en esa columna.

Moviendo una columna hacia la izquierda, encontramos los elementos de dos enlaces. El ejemplo más ligero de estos átomos es el oxígeno. Dado que el oxígeno puede formar dos enlaces, puede tomar dos átomos de hidrógeno. Así es como se forma el agua, con un oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Invocando nuestro ejemplo de los brazos, el oxígeno es un elemento de dos brazos. Puede sostenerse con dos átomos de hidrógeno o sostener dos manos con otro átomo de oxígeno. Moviéndonos de nuevo una columna hacia la izquierda, encontramos los elementos de tres enlaces. De manera similar, un átomo de nitrógeno se puede conectar con tres átomos de hidrógeno y producir amoníaco.

Sin embargo, la columna que permite las estructuras moleculares más intrincadas es la de carbono. El carbono y otros elementos en esa columna pueden formar cuatro enlaces. Continuando con nuestra exploración de la unión con el hidrógeno, un átomo de carbono unido con cuatro átomos de hidrógeno forma una molécula de metano. En nuestra analogía de brazos, el nitrógeno tiene tres brazos, mientras que el carbono tiene cuatro.

El carbono (Como cualquier átomo) puede conectarse con más que simplemente átomos de hidrógeno. Se puede combinar con otros átomos de carbono, así como con todos los otros átomos de la tabla periódica. Eso sí, esto también es cierto para las columnas de nitrógeno y oxígeno, pero es la capacidad de crear cuatro enlaces lo que permite que se creen las moléculas más complejas. La siguiente figura da una idea de los tipos de estructuras que están disponibles cuando uno tiene átomos que tienen muchas posibilidades de vinculación. Estas son las moléculas de Vida en la Tierra.

Ahora probablemente ya te hayas adelantado y pensado: “¿Y qué hay de los otros elementos en esa columna?” Después de todo, el silicio también puede formar cuatro enlaces atómicos. ¿Es posible la vida basada en silicio?

Ciertamente, los átomos de silicio pueden componer moléculas complejas; sin embargo, la situación es más difícil que simplemente reemplazar los átomos de carbono por los de silicio. Como un simple ejemplo, considere el dióxido de carbono común que exhalamos al respirar. El dióxido de carbono es un gas, que facilita el transporte del fluido (Es decir, la sangre) en nuestros cuerpos. Por el contrario, el dióxido de silicio es un sólido, conocido por el nombre más común de “arena”. Volveremos a la vida basada en el silicio al final de esta entrada.

Fuerza de los Enlaces

Si bien la cantidad de enlaces en los que puede participar un átomo es una consideración muy importante, de igual importancia es la fuerza de los enlaces. El mundo molecular y atómico es un lugar frenético, con el movimiento constante como norma. Debido al simple calor, los átomos vibran, rebotan entre sí y sufren un flujo continuo de colisiones. Si los enlaces no son lo suficientemente fuertes, estas colisiones atómicas y moleculares podrían destrozar las moléculas de la vida, al igual que un tackle duro en el fútbol americano puede causar un balón suelto. Sin un entorno molecular estable, seguramente no podría existir vida.

Podemos entender este punto de una manera visual al considerar uno de esos programas de televisión del tipo Reality donde se presentan con competiciones ridículas. Supongamos que este espectáculo se llama “Unión” y el punto es que dos personas están unidas de alguna manera y deben permanecer juntas durante toda la temporada. Si su conexión falla, son descalificados. Supongamos que una pareja está atada con hilo de coser común, mientras que otra está conectada con el tipo de cuerda que utilizan los alpinistas. No se necesita mucha imaginación para darse cuenta de que la pareja conectada por un hilo tiene una seria desventaja. Solo en el día a día de la vida, caminar, cepillarse los dientes, dormir, etc., algo va a romper ese hilo. Por el contrario, hay muy poco que la pareja de cuerdas encontrará que hará que se separen.

Hay un par de formas en que los átomos se pueden unir, pero el más fuerte se denomina “enlace covalente”. En un enlace covalente, algunos de los electrones en cada átomo individual se comparten entre los dos átomos. En cierto sentido, los dos átomos se fusionan en una sola unidad molecular. Y estos enlaces son realmente fuertes. Para dar una sensación de escala, dos átomos de hidrógeno se pueden unir de esta manera para formar una molécula de hidrógeno. La unión es tan fuerte que, si tomara gas hidrógeno a temperatura y presión ambiente, necesitaría un volumen de gas del tamaño de la galaxia de la Vía Láctea para tener un 50% de probabilidad de separar una molécula en sus dos átomos constituyentes. Estas moléculas son realmente difíciles de romper. Si no lo fueran, un volumen que contenga tantos átomos tendría muchas moléculas rotas.

Volviendo a la pregunta de qué átomos es más probable que tengan un papel importante en la vida, podemos preguntarnos si los diferentes elementos pueden formar enlaces más fuertes o más débiles. Resulta que los elementos de menor masa pueden formar enlaces mucho más fuertes que los más pesados. La razón es un poco sutil, pero afortunadamente no es demasiado difícil de entender. Todo se reduce al grado en que los átomos se superponen entre sí. La fracción más grande de superposición, más esos dos electrones se comparten y más fuerte es el vínculo. Este punto se ilustra en la siguiente figura.

Esta figura se simplifica, pero tiene algunas características valiosas. Los átomos consisten en un núcleo y luego un enjambre de electrones alrededor del exterior. Los electrones más cercanos al núcleo (O en los estados de energía más bajos, si has tomado una clase de química) no están generalmente disponibles para formar enlaces, mientras que los pocos electrones externos sí lo están. En la figura anterior, he elegido representar la porción central del átomo, que no interactúa, como un punto negro. El círculo blanco exterior está destinado a representar los electrones disponibles para formar enlaces. Notarás que está dibujado un átomo pequeño y grande. Para ambos átomos, el grosor del área blanca es el mismo. Luego gráficamente hay moléculas conectando dos átomos. Hasta cierto punto, se puede decir que los átomos comparten los electrones en la región entre los dos átomos donde las áreas blancas se superponen. Esta región de superposición se indica en gris. Ahora compare la región gris con la región blanca en moléculas de átomos pequeños y átomos grandes. Usted observa que en las moléculas de átomos pequeños que el área gris es una fracción más grande del área blanca. Los átomos más pequeños comparten sus electrones con sus vecinos una fracción mayor del tiempo, que es la base para los enlaces mucho más fuertes en los elementos más ligeros.

Estas simples consideraciones muestran por qué es de alguna manera natural que la vida se forme de carbono. El carbono puede formar cuatro enlaces fuertes con los átomos vecinos, lo que permite la formación de moléculas complejas. Otros átomos ligeros no pueden formar la mayor cantidad de enlaces, reduciendo la complejidad de la posible química, mientras que otros átomos pesados no pueden formar un enlace tan fuerte, lo que reduce la probabilidad de que las moléculas sean estables. El carbono es un elemento óptimo para la química molecular compleja.

Tal vez no sea sorprendente que las formas de vida basadas en el carbono concluyan que el carbono es una base ideal para formar la vida. Esto se llama “chauvinismo del carbono”. Volveremos a este punto cuando hayamos terminado nuestra descripción general de los componentes importantes de la vida y consideremos la química alternativa.

Oxígeno

Toda la vida multicelular en la Tierra usa oxígeno como parte de su sistema de respiración, aunque esto no es verdad en todas las formas de vida. El papel del oxígeno es que es un receptor de electrones. El movimiento de los electrones es la fuente de la energía de la vida, por lo que un elemento que puede aceptar electrones está facilitando el flujo de energía. El oxígeno es un aceptador superlativo de electrones.

¿El uso de oxígeno es una característica necesaria de la vida en el universo? Bueno, la respuesta es claramente no, dado que sabemos de la vida en la Tierra que usa otras sustancias para respirar. De hecho, estamos bastante seguros de que las primeras formas de vida en la Tierra habrían muerto por la presencia de oxígeno. Entonces, ¿qué pasa con el oxígeno y por qué se ha convertido en una presencia tan ubicua en la Tierra ahora? ¿El uso universal del oxígeno por la vida de la Tierra multicelular significa que la respiración de oxígeno es universal?

No lo hace, por supuesto, pero vale la pena pasar un poco de tiempo aprendiendo sobre los elementos esenciales del papel del oxígeno en la historia de la vida en la Tierra. No sabemos mucho sobre la primera vida en la Tierra. La vida se formó y muchas especies evolucionaron y se volvieron más complejas. Como es habitual con la evolución, algunas especies prosperaron, mientras que otras se extinguieron. Se cree que uno de estos organismos complejos es el padre de todas las especies existentes, mientras que los otros se extinguieron. Este ser padre se llama el último ancestro común universal, o LUCA (En inglés, Last Universal Common Ancestor). En la siguiente figura se muestra un árbol genealógico que muestra cómo la vida podría haberse ramificado.

Trabajando hacia atrás desde hoy, los biólogos están bastante seguros de que la humanidad comparte un ancestro común con los chimpancés. Ese ancestro común compartió un ancestro aún anterior con otros primates. Los primates compartieron un ancestro común con otros mamíferos. Retrocediendo en el tiempo, ahora creemos que cada uno de los dominios, reinos, phyla, clases, etc. Ya mencionados en la entrada anterior se originó a partir de un ancestro común, cuyos descendientes variaron ligeramente y en consecuencia pusieron en movimiento las diferencias físicas y biológicas que se observan ahora en estas diferentes divisiones de la vida. Cada uno de los dominios de Prokarya, Eukarya y Archaea tenían un ancestro común diferente, aunque la investigación moderna sugiere que Eukarya se formó por una mezcla de ancestros anteriores de Archaea y Prokarya.

Llevando el patrón un paso más allá, se presume que había un organismo que fue el antepasado de todas las formas de vida en la Tierra. Ahora bien, este antepasado (el último ancestro común universal, o LUCA, mencionado anteriormente) no fue la primera forma de vida que vio la Tierra. Usando genética comparativa y bioquímica, los científicos han aprendido mucho sobre LUCA. Por ejemplo, LUCA usó ADN y un par de cientos de proteínas para vivir. LUCA ya era un organismo muy complejo, bastante diferente de la forma de vida más antigua. Es difícil saber qué adaptación de LUCA le dio la ventaja para sobrevivir y prosperar, mientras que todos sus primos contemporáneos estaban condenados a la extinción. Pero sobrevive, lo hizo y aquí estamos.

LUCA probablemente no dependía del oxígeno para su respiración. Si bien nuestra comprensión de la bioquímica de LUCA es incompleta, parece ser cierto que el hierro era una parte importante de sus vías metabólicas. Este hecho es una evidencia bastante concluyente de que LUCA vivió antes de que la atmósfera de la Tierra tuviera mucho oxígeno. Sabemos esto como el hierro realmente ‘ama’ combinarse con el oxígeno en una forma que es extremadamente insoluble en agua. Si hubiera un montón de oxígeno alrededor, el hierro sería engullido y sacado del ecosistema en forma de óxido. Como sin duda ha experimentado, el óxido no se disuelve y, una vez que el hierro está en forma de óxido, no está disponible para su uso futuro. Para que un organismo dependa mucho del hierro, significa que debe existir en un ambiente anóxico (bajo/sin oxígeno).

Si bien la fecha de la formación de la vida en la Tierra es un tema recurrente de debate, el período de hace unos 3.500 millones de años es una posición creíble, y la evidencia crece cada vez más fuerte después de unos 2.700 millones de años. Los estudios de la composición isotópica de rocas tempranas sugieren que antes de hace unos 2.400 millones de años, había muy poco oxígeno en la atmósfera. Sin embargo, hace 2.400 millones de años, la cantidad de oxígeno en la atmósfera comenzó a aumentar. La fuente del oxígeno era supuestamente bacterias fotosintéticas tempranas. Durante aproximadamente quinientos millones de años, el hierro en el océano absorbió oxígeno y se depositó en el fondo del océano. Este proceso continuó hasta que el hierro se usó por completo y es la fuente de las minas de hierro que ahora explotamos.

Una vez que se agotó el hierro, el oxígeno en la atmósfera comenzó a aumentar mucho más rápidamente. Como se menciona líneas arriba, la fuente de oxígeno eran las bacterias fotosintéticas que habían existido desde las primeras formas de vida, pero, dado el lado reactivo del oxígeno, el oxígeno se unía rápidamente a otras sustancias en el océano y, finalmente, en la tierra. Sin embargo, una vez que estos materiales que ‘aman’ el oxígeno en el mar y en la tierra se saturaron, la concentración de oxígeno en la atmósfera aumentó. A medida que crecía la concentración de oxígeno en la atmósfera, se encontró con la luz ultravioleta del sol. Esto condujo a la formación de ozono, que protege la superficie de la Tierra de la luz ultravioleta (Y posibilita la vida terrestre). Sin la protección del ozono, la luz ultravioleta esterilizaría la superficie del planeta, del mismo modo que usamos luz ultravioleta para esterilizar los instrumentos quirúrgicos y para matar las algas y los parásitos en las peceras.

Hace unos 800 millones de años, la cantidad de oxígeno en la atmósfera comenzó a aumentar con bastante rapidez. Este aumento en el oxígeno es un contribuyente frecuentemente citado a los orígenes de la vida multicelular (y, especialmente relevante para la idea de los alienígenas, la vida animal). El oxígeno proporcionó un gran depósito de una sustancia en la atmósfera que era un excelente aceptor de electrones y cuyo uso en la respiración y el metabolismo podría generar mucha energía.

Entonces el oxígeno es omnipresente en la Tierra y juega un papel central como parte del presupuesto de energía de todos los animales. La pregunta cuando pensamos en extraterrestres es “¿Es necesario el oxígeno?” Sabemos de la vida en la Tierra que usa otras sustancias como aceptores de electrones, con hierro, nitratos, sulfatos y dióxido de carbono, por nombrar algunos. Sin embargo, estas formas alternativas de respiración se encuentran en los microorganismos, no en los animales multicelulares, lo que sugiere que los beneficios de la respiración con oxígeno son sustanciales y que, si es posible, la evolución empujará la bioquímica en esa dirección.

Incluso en la Tierra, el mecanismo por el cual el oxígeno se usa para dar energía a los organismos no es un proceso simple sino más bien un asunto de pasos múltiples. Por lo tanto, es posible que en un planeta con un ambiente anóxico, la evolución invente un proceso de pasos múltiples para obtener el nivel requerido de energía necesaria para soportar la vida extraterrestre. Sin embargo, dados los beneficios del oxígeno, parece plausible que la vida finalmente descubra una forma de explotarlo si está presente. Esto nos lleva al próximo punto.

Abundancia Química

La química que hemos estado discutiendo es parcialmente académica en este punto. Por ejemplo, bien puede ser que el carbono sea el átomo perfecto para construir vida, pero, si no hay carbono alrededor, entonces no se usará. De manera similar, si no hay oxígeno presente, hace que sea difícil usarlo para respirar. Entonces, necesitamos agregar a nuestro conocimiento qué elementos están más presentes en el universo. Para entender cómo ciertos elementos son más o menos comunes, necesitamos entender sus orígenes.

La teoría actual es que el universo comenzó hace apenas 14 mil millones de años en un evento cataclísmico denominado Big Bang. Si bien la física del Big Bang es un tema fascinante, para nuestros propósitos, simplemente necesitamos saber que el universo era una vez tan caliente que los átomos no podrían existir; de hecho, los protones y neutrones individuales no pudieron formarse, ya que las temperaturas no les permitieron fundirse en el baño de energía y las partículas subatómicas que existían en ese momento.

A medida que el universo se expandió, se enfrió de una manera análoga a las explosiones con las que estamos familiarizados, y muy temprano en la historia del universo, surgieron protones y neutrones, seguidos de los elementos hidrógeno y helio. Para todos los efectos, no existían otros elementos. Siguiendo nuestra discusión anterior, la vida no podría formarse en ese universo. El helio no forma moléculas, y el hidrógeno forma moléculas simples que constan de dos átomos. Si esa fuera la historia completa, no estaríamos teniendo esta discusión. Debe haber más que debemos considerar.

Cada mañana, cuando ‘sale’ el sol, nos recuerda una cosa aparentemente trivial, pero importante. El sol brilla y desprende calor. Hace esto porque las colecciones muy densas de hidrógeno y helio pueden experimentar una fusión nuclear. Y la fusión nuclear es una de las formas más puras de ‘magia’ científica que la humanidad haya encontrado y entendido.

En la época medieval, los primeros científicos llamados alquimistas estaban obsesionados con la transformación de materiales de una forma a otra; de “metales básicos” (Por ejemplo, plomo) en oro. Si bien no hay duda de que la química moderna tiene una deuda con los primeros alquimistas, estaban condenados en su búsqueda de transformar un elemento en otro. Tal objetivo simplemente está más allá de la capacidad de las reacciones químicas.

Sin embargo, la fusión nuclear de estrellas logra precisamente eso. Los núcleos de elementos ligeros se combinan, formando elementos más pesados. En estas fundiciones estelares, el hidrógeno y el helio se forjan en oxígeno, carbono, nitrógeno, silicio y todos los elementos más ligeros que el hierro. La fusión nuclear estándar basada en estelares no puede crear elementos más pesados.

Da la casualidad que algunas estrellas se queman rápida y furiosas y terminan sus vidas en una espectacular explosión llamada supernova. En casi un abrir y cerrar de ojos, estas estrellas mueren, experimentando calor y reacciones nucleares que empequeñecen a aquellos en estrellas más complacientes. Con su muerte, forman elementos aún más pesados… incluso la creación de oro que eludió a los antiguos alquimistas. Esta es la razón por la que Carl Sagan declaró tan a menudo que todos somos “polvo de estrellas”. Sin estrellas, la vida e incluso los planetas no serían posibles. De hecho, las primeras estrellas se formaron cuando el universo no podía tener planetas. Los ingredientes de los planetas simplemente no existían. Pero, en su muerte, las primeras estrellas extendieron una compleja mezcla de elementos en todo el cosmos. Estos elementos se mezclaron con las nubes de hidrógeno existentes y formaron estrellas posteriores.

Nuestro sol es una estrella de segunda o tercera generación, habiéndose formado hace unos 5 mil millones de años. En el momento del nacimiento del sol, el universo tenía 9 mil millones de años para que las estrellas anteriores fabricaran los otros elementos de la tabla periódica. Los elementos presentes cuando nuestro sistema solar entró en existencia formaron el depósito desde el cual los planetas y cualquier vida posible deben ser compuestos.

La siguiente figura muestra las abundancias relativas de los treinta elementos más ligeros de nuestro sistema solar. El hidrógeno y el helio constituyen el 99.9% de la materia en el sistema solar, pero del 0.1% restante, los planetas se unieron. De los elementos restantes, el carbono, el oxígeno y el nitrógeno (Los elementos de la química orgánica y la vida tal como la conocemos) son los próximos más disponibles. La abundancia relativa de todos los elementos está bastante de acuerdo con nuestra comprensión de cómo se forman en los hornos estelares en los que fueron creados. El silicio, que es el primo químico del carbono, está presente en cantidades que son aproximadamente un 10% mayores que las del carbono. Entonces, una interpretación ingenua de este gráfico podría hacerte decir: “bueno, sí, tiene sentido que la vida esté hecha de carbono, ya que hay más”. Por el contrario, no se necesita pensar demasiado para decir: “Oye espera un minuto. Si el carbono es mucho más frecuente que el silicio, ¿por qué la Tierra es una gran roca (Es decir, dióxido de silicio) en lugar de estar hecha principalmente de carbono? ”

Y, por supuesto, esa es una pregunta interesante. La cuestión de la abundancia relativa de elementos en el sistema solar nos dice mucho, pero la vida no podría formarse a partir de los elementos que están dentro del Sol. Probablemente tuvo que formarse sobre (O debajo o en la atmósfera de) la superficie de un planeta. Entonces las abundancias elementales correctas a considerar serían aquellas en la superficie del planeta. (La misma lógica que muestra que la composición química de la estrella es solo marginalmente relevante también descarta la composición molecular del núcleo de un planeta como una consideración importante. Es la composición de la corteza planetaria la que define el depósito de elementos a partir de los cuales la vida puede formarse.) Utilizo la palabra “planetario” en una especie de sentido genérico. La vida podría haberse formado en satélites de planetas que son estériles. Veremos en poco tiempo la razón por la cual el silicio no juega un papel central en la vida terrenal.

En este punto, comenzamos a ver lo difícil que puede ser generalizar la discusión de la química y la vida extraterrestre. Después de todo, los ambientes en los diversos planetas y satélites en nuestro propio sistema solar son extremadamente diversos. Las nubes de gas de Júpiter son bastante diferentes de la superficie de Mercurio, los páramos congelados de Europa y nuestra propia Tierra. Es esta diversa gama de entornos lo que hace que sea tan difícil para los astrobiólogos decidir dónde buscar la vida.

Pero, debemos recordar que estamos interesados en los extraterrestres, en lugar de la vida extraterrestre per se. Los alienígenas son criaturas con suficiente inteligencia para emplear herramientas y algún día competirán con los humanos por la dominación galáctica. Por lo tanto, es difícil imaginar una forma de vida suspendida en las nubes de un gigante de gas como un extraterrestre. Es mucho más fácil imaginar a una criatura en un objeto planetario rocoso como un competidor. En primer lugar, el acceso a los metales es muy importante para fabricar la mayoría de las herramientas y armas. En un ambiente gélido, otros materiales pueden servir para el mismo propósito. Y, en cualquier caso, la superficie de un planeta rocoso es probablemente el depósito elemental relevante para construir nuestra discusión sobre la vida extraterrestre.

Podemos comenzar con la composición química de la corteza terrestre como referencia. Esto se puede observar en la siguiente figura. Existen diferencias notables en la composición elemental de la Tierra en comparación con las abundancias elementales solares, lo que subraya que los detalles de la formación de planetas son fundamentales. El hidrógeno y el helio son raros. También vemos que los gases nobles (Helio, neón, argón, etc.) son notables en su ausencia. Estos elementos son gaseosos y no se unen a otros elementos para formar sólidos. El oxígeno es el elemento más presente, seguido del silicio. Esta mezcla refleja las diversas rocas (Feldespato, cuarzo, etc.) que componen la superficie de la Tierra. El carbono es muy raro en comparación con el silicio (Una pequeña fracción de una pequeña fracción, en comparación con alrededor de un cuarto de la corteza terrestre que está compuesta por silicio). Y esto probablemente nos está diciendo algo importante. Incluso dada la gran cantidad de silicio disponible y el hecho de que ambos elementos pueden crear cuatro enlaces, la vida se forma a partir del carbono. La capacidad de formar cuatro enlaces es muy importante, pero hay otras consideraciones que deben tenerse en cuenta al pensar en la composición química de la posible vida. Analizaremos al final de la entrada los problemas de silicio como un componente fundamental de la vida. (Sé que he prometido esto más de una vez, pero necesitamos un poco más de experiencia para explorar las limitaciones del silicio como base de la vida, así como para presentar una forma innovadora de superar las sorprendentes ventajas del carbono).

También hablaremos un poco más tarde sobre la naturaleza del líquido que forma la vida. En la Tierra, este líquido es universalmente agua. Mientras concluimos nuestra discusión sobre la disponibilidad de productos químicos, podemos echar un vistazo a la composición elemental de los océanos de la Tierra. Esto se da en la siguiente figura. Debido a que nuestros océanos están hechos de agua (H₂O), el oxígeno y el hidrógeno son los átomos más frecuentes. Además, dado que la mayor parte del agua en la Tierra es salada, no es de sorprender que el sodio y el cloro, los elementos que componen la sal ordinaria (NaCl), estén presentes. Los otros elementos están presentes si pueden unirse a moléculas que son solubles en agua.

Como una mirada final a la disponibilidad elemental, nos dirigimos al cuerpo humano. Si bien el objetivo de esta discusión es ver qué elementos están disponibles como componentes básicos de la vida, es natural preguntar “sí, pero ¿qué elementos realmente forman la vida?” Esto se muestra (Solo para humanos) en la siguiente figura.

El carbono, el oxígeno, el hidrógeno y el nitrógeno dominan la química humana, con un puñado de otros elementos que se unen a la mezcla. Nuestra sangre refleja nuestros orígenes en los océanos de la Tierra. El calcio se usa para los huesos y el metabolismo celular. Existen trazas de minerales traza en nuestros alimentos.

La pregunta fundamental es si otras composiciones químicas son posibles para los extraterrestres, y la respuesta debe ser sí. Los biólogos todavía están trabajando si la composición de la vida en la Tierra es un accidente histórico o una consecuencia inevitable de las propiedades atómicas de los elementos y sus abundancias relativas. Por lo tanto, no es para nada sorprendente que los astrobiólogos no hayan resuelto qué forma deben adoptar los alienígenas o incluso la vida extraterrestre menos restrictiva. Pero las limitaciones de la química y la disponibilidad elemental son seguramente consideraciones importantes para sus discusiones. Los temas que hemos discutido aquí (Desde la cantidad de enlaces atómicos hasta las fortalezas de los enlaces, la disponibilidad elemental y los accidentes y presiones evolutivas) nos condujeron a nosotros. Mientras respiramos oxígeno, las formas de vida basadas en carbono no son inevitables, ahora vemos las ventajas de esa receta en particular.

Ventaja Líquida

La vida en la Tierras es prácticamente a base de agua, específicamente agua líquida. Esto conduce naturalmente a dos preguntas: ¿por qué líquido y por qué el agua? La pregunta líquida es más fácil de responder. La materia normalmente existe en fases sólidas, líquidas y gaseosas. El problema con la fase sólida es la baja movilidad de los productos químicos. Mientras que el mezclado químico en fase sólida es posible, pero es muy lento. La vida podría formarse bajo esas circunstancias, pero esa vida nunca será un extraterrestre en la forma en que lo decimos aquí. (Aunque debemos tener en cuenta la idea de la vida robótica, como se menciona al final de esta entrada). Además, a menos que el ambiente esté totalmente seco, las ventajas de la vida líquida son tan manifiestas que ya sea que la vida basada superará a la basada en sólidos o la evolución encontrará la manera de que la vida sólida se adapte al uso de líquidos.

Por el contrario, la fase gaseosa de la materia es sumamente móvil. De hecho, en muchos libros de texto de escuelas primarias, un gas se define como la fase de la materia que llena cualquier volumen en el que se introduce. Entonces, hacer que las moléculas de gas se muevan no es un problema. Lo que es un problema es que un gas no hace un buen trabajo disolviendo nada. Mientras que el agua salada puede transportar una buena carga de átomos de sodio y cloro, el aire salado solo lleva un poco de agua, que a su vez contiene la sal. Por lo tanto, es igualmente improbable que encontremos formas de vida (Y especialmente extraterrestres) con un solvente gaseoso.

Entonces esto deja líquido. El líquido puede moverse fácilmente y puede disolver sustancias en él para moverlas, como la sal en agua salada. Para que un líquido sea un solvente útil, debe tener dos propiedades. En primer lugar, para ser útil, un líquido debe permanecer líquido en muchas condiciones, y una implicación clara es que la sustancia debe existir en estado líquido en un amplio rango de temperaturas. En segundo lugar, debe poder disolver y transportar otros elementos. Después de todo, la incapacidad para transportar de manera efectiva otros átomos fue la razón por la cual los solventes sólidos y gaseosos fueron rechazados.

En la Tierra, se considera como el solvente universal de la vida es el agua. Esta sustancia ‘milagrosa’ puede no ser realmente un solvente universal, pero es útil analizar las grandes propiedades del agua para comprender qué tipo de características deben poseer otros solventes potenciales.

Los enlaces covalentes que ya hemos examinado no son los únicos tipos de enlaces moleculares que son posibles. Otro tipo importante de enlace se llama enlace iónico. Mientras están en un enlace covalente, dos átomos adyacentes compartirán electrones; en un enlace iónico, un átomo donará un electrón a otro átomo. Esto causa que un átomo tenga una carga positiva y el otro una negativa. Los dos átomos están unidos por sus respectivas cargas. La sal común (Cloruro de sodio) es así.

Las moléculas de agua son un ejemplo de una molécula polar. Esto significa que, a pesar de que no tienen carga eléctrica neta, la carga eléctrica en su interior no se distribuye por igual. Así, un lado de la molécula es, hablando eléctricamente, “más negativo”, mientras que el otro lado es “más positivo”. La interacción entre los dos lados de las moléculas de agua y las moléculas unidas por enlaces iónicos puede romper el límite iónico moléculas. En el caso de la sal, no son las moléculas de sal las que están presentes en el agua cuando se disuelve la sal, sino los átomos de sodio y cloro que flotan libremente. Vemos esto en la siguiente figura. Esto no sería posible si el agua no fuera una molécula polar.

Las cargas eléctricas de los átomos configuran campos eléctricos, el medio por el cual los átomos se atraen entre sí. El agua puede proteger los campos eléctricos de manera muy efectiva, que es una de las razones por las que puede disolver las cosas muy bien. Los átomos disueltos (Por ejemplo, el sodio con carga positiva y el cloro con carga negativa) no se pueden ver entre sí. Si pudieran verse, serían atraídos y recombinados. Esta propiedad de la materia se denomina “constante dieléctrica” y es muy grande para agua con un valor numérico de 80, lo que significa que el agua puede disolver 80 veces más de un soluto de lo que podría de otra manera. El agua también puede romperse en forma líquida, tanto donando como aceptando un átomo de hidrógeno, produciendo OH- (hidróxido, una base) o H3O + (hidronio, un ácido). La existencia de ácidos y bases puede ser crucial para muchas reacciones químicas relevantes para la vida.

El agua es líquida en un rango de temperatura de 0 a 100 ° C (En las denominadas condiciones normales). Este rango es bastante grande y se volverá importante en la siguiente entrada cuando veamos el concepto de una zona habitable planetaria. Este es el rango de distancias desde una estrella donde el solvente (En nuestro caso, el agua) permanecerá líquido.

El agua tiene otra propiedad muy útil. Se necesita una gran cantidad de calor para cambiar su temperatura. Si vives cerca de una costa, sabes que la temperatura en la playa es más fría en verano y más cálida en invierno que en las áreas circundantes. Esto se debe a que, en un día de verano terriblemente caluroso, cuando el Sol está cayendo sobre usted y cree que se va a derretir, el agua tiende a ser más fría que el aire. Mientras el sol brilla sobre ti, también brilla en el agua. Sin embargo, el agua necesita absorber una (Relativamente) gran cantidad de energía para cambiar su temperatura, por lo que se mantiene fría (Y por lo tanto enfría el área cerca de la playa, más o menos como sentarse al lado del refrigerador con la puerta abierta). Para asignar un número, es cinco veces más fácil calentar arena que agua.

De manera similar, en el invierno, cuando un viento invernal del norte sopla a través de ti, mordiendo frío, una gran reserva de agua contendrá un calor considerable. Esta es la razón por la que el Atlántico Norte permanece libre de hielo tan al norte, mientras que el aire es tan frío que te hace castañear los dientes. En un reverso de las preocupaciones del verano, debido a las propiedades del agua, el océano tiene que perder mucha más energía para cambiar su temperatura.

El agua tiene aún más propiedades útiles e inusuales. Además de que el agua líquida es esencialmente una enorme esponja de calor, se necesita mucha energía para derretir el hielo (Y se debe emitir una gran cantidad de energía para congelar el agua). Del mismo modo, una gran cantidad de energía está involucrada en la conversión de agua en vapor, y viceversa. Estas propiedades son esenciales en la regulación térmica de la superficie de la Tierra.

Otra característica curiosa del agua es que, a diferencia de la mayoría de las otras sustancias, la fase sólida del agua (Hielo) tiene una densidad menor que la fase líquida. Básicamente, el hielo flota. Considera lo que sucedería si lo contrario fuera cierto. Cuando hacía frío, el hielo se congelaba y luego se hundía en el fondo del lago o del océano. A medida que el hielo descendía, se derretía un poco, pero, al hacerlo, enfriaba el agua de abajo. Finalmente, el agua del fondo sería casi la temperatura del hielo. Más derretimiento y hundimiento dejaría hielo en el fondo del cuerpo de agua. Después de eso, año tras año, el hielo se hundiría, aumentando el espesor del hielo hasta que el lago o el océano quedaran congelados, con solo una pequeña porción de la superficie donde se produciría el deshielo estacional del agua. Los polos de la Tierra estarían congelados, desde el fondo del océano hasta cerca de la superficie.

Sin embargo, el hielo real flota y aísla el agua que está debajo del aire más frío. De nuevo, el hielo ayuda a regular la temperatura del entorno. Sin agua, el entorno de la Tierra sería muy diferente.

Los químicos han considerado otros posibles solventes que al menos tienen potencial como un reemplazo de agua. Una consideración importante es la presión atmosférica en la superficie del planeta. Estamos necesariamente algo parcializados, ya que la presión sobre la superficie de la Tierra parece normal. En contraste, la presión superficial en Venus es 92 veces la presión en la Tierra. A tales presiones, otras sustancias pueden ser líquidas en rangos de temperatura más grandes. Por ejemplo, en Venus, el agua puede ser líquida de 0 a 180 ° C.

Para la siguiente discusión, nos limitamos a una atmósfera de presión de la tierra. A nuestra presión familiar, las siguientes sustancias se han considerado como posibles solventes: agua, amoníaco, fluoruro de hidrógeno y metano (tabla 6.1).

Podemos ver los méritos de los diversos materiales. El amoníaco tiene buenas propiedades térmicas, pero un rango de temperatura limitado sobre el cual es líquido. Por un lado, el fluoruro de hidrógeno tiene un amplio rango de temperatura en el que es líquido, y se requiere una energía considerable para calentar el líquido, con la desventaja de que puede convertirse a la fase gaseosa muy fácilmente. También tiene una constante dieléctrica atractivamente alta. Por otro lado, en las figuras previas se puede observar que el flúor es bastante raro en el universo. Además, reacciona rápidamente con agua para producir ácido fluorhídrico y rocas que contienen silicio para formar fluoruro de silicio. Este es un material inerte, que ataría el flúor y lo haría inaccesible para la respiración.

Tenga en cuenta que el metano es un material interesante; aunque no es un solvente polar, es una sustancia popular a considerar cuando se piensa en la química biológica alternativa. El metano se puede encontrar en su forma líquida en la superficie de un satélite de Saturno, Titán, por ejemplo.

Los hidrocarburos como el metano tienen algunas ventajas sobre el agua. Ciertamente, la evidencia empírica sugiere que la reactividad de las moléculas orgánicas es comparativamente versátil en los disolventes de hidrocarburos. Sin embargo, dado que los hidrocarburos no son polares, son menos reactivos a algunas moléculas orgánicas inestables.

La superficie de Titán es un excelente caso de prueba para muchas de estas consideraciones. Titán no está en equilibrio termodinámico, tiene amplias moléculas que contienen carbono y está cubierto con un solvente líquido. La temperatura es baja, lo que permite una amplia gama de enlaces covalentes y polares. De hecho, tiene muchas de las características esenciales que parecen ser importantes para la vida. Esto nos lleva a especular que, si la vida es un resultado inevitable de la química, entonces Titán debería tener al menos una vida primitiva. Si resulta que no tiene vida, entonces debemos comenzar a sospechar que hay algo único sobre el medio ambiente de la Tierra, tal vez incluyendo el uso de agua como solvente. Por lo tanto, no es sorprendente que una sonda a los océanos metano de Titán sea un objetivo de alta prioridad en los planes de exobiología de la NASA.

Evolución

La última propiedad que parece ser necesaria para la vida alienígena y definitivamente extraterrestre es una especie de evolución darwiniana. Sin embargo, la vida viene a la existencia, no brotará, completamente formada, como un extraterrestre inteligente, como tampoco lo hizo aquí en la Tierra. Las formas de vida simples serán el comienzo. Encontrarán entornos inestables, competencia de miembros de la misma especie y otros, depredación, etc. Debe haber un mecanismo por el cual los organismos pueden cambiar y adaptarse. Si no, se extinguirán. Es así de simple.

Sin embargo, precisamente cómo funciona esto está en juego. Por ejemplo, en la Tierra, el anteproyecto de vida se almacena en nuestro ADN. Cuatro ácidos nucleicos: adenina, guanina, citosina y timina son los componentes básicos de la familiar espiral de la escalera de la vida. Estos ácidos nucleicos forman los “peldaños” de la escalera, mientras que los lados de la escalera se llaman la columna vertebral y consisten en el azúcar fosforibosa, que separa los peldaños de la escalera.

La evolución ocurre a través de una serie de pequeños cambios que culminan en cambios más grandes en el organismo. El organismo compite en el ecosistema y puede experimentar un mayor éxito reproductivo. Esto es todo bastante estándar.

Lo que es un poco más sutil es darse cuenta de que los cambios significan eso… cambian. Es imperativo que la estructura molecular que contiene el código genético sea estable frente a pequeños cambios. Las propiedades químicas de la columna vertebral del ADN deben dominar la estructura. El intercambio de un ácido nucleico dentro o fuera no debe hacer que toda la escalera se desmorone. Esto es crítico. Si el cambio hace que toda la estructura (Y, por lo tanto, el organismo) no sea viable, entonces esto es un desastre.

Podemos generalizar estas ideas más allá de los detalles del ADN. Las moléculas genéticas de cualquier extraterrestre deben poder (1) cambiar sin destrucción de la molécula y (2) replicarse con precisión con el nuevo cambio. Los sistemas auto-replicantes son bien conocidos en química, pero los que pueden generar copias inexactas, con esa copia inexacta también fielmente replicable, no lo son. Esto podría sugerir que el código genético extraterrestre podría necesitar algo análogo a la columna vertebral del DNA, donde el código se puede “ajustar” como los LEGO. Seguramente los detalles de las moléculas serán diferentes, pero la funcionalidad probablemente sea necesaria.

Extremófilos

Los extremófilos son organismos que viven en condiciones perjudiciales para muchas formas de vida. Ahora, por mi observación, esto debería incluir a las personas que disfrutan estar en la calle en Hermosillo en mayo o quienes residen en la Antártida, pero extremo es en realidad un poco más extremo que eso. La humanidad ha utilizado ambientes extremos durante mucho tiempo para preservar los alimentos. Ahora sabemos que esto se debe a que estas técnicas matan o suprimen las bacterias que de lo contrario causarían deterioro. Algunas técnicas son calentar (Es decir, cocinar) la comida, refrigerarla, salarla o incluso irradiarla.

Y todos sabemos que esto funciona Tenemos refrigeradores y congeladores. Se nos ha advertido que cocinemos carne asada rara a una temperatura interna de alrededor de 80 °C para la carne de res (O bien cocida) e igual para todas las aves de corral. La razón es tanto para cocinar la carne, para convertirla de algo crudo a algo delicioso, como para matar a las bacterias que viven en la carne cruda.

Existen otros métodos para preservar los alimentos que ha encontrado en su supermercado local. Hay vegetales secos, frutas y carnes, que han sido privadas de agua, inhibiendo el crecimiento bacteriano. Las nueces y otros alimentos vienen envasados al vacío para reducir el oxígeno disponible en el paquete. Procesar alimentos usando alta presión puede matar a los microorganismos. Esto se usa para muchos productos, incluyendo guacamole y jugo de naranja.

La carne se cura mediante la salazón, como en el tocino y jamón familiar. La alta salinidad mata a los gérmenes. Ahumar carnes también es una forma de almacenarlos. El azúcar, a pesar de que es rico en calorías, es una buena forma de conservar las frutas. Las gelatinas y las frutas glaseadas pueden permanecer mucho tiempo sin que se deterioren.

El alcohol, además de sus efectos secundarios que alteran el estado de ánimo, también se usa para conservar algunas frutas. Esto generalmente se realiza junto con el uso de azúcar como conservante.

Cambiar la acidez o la alcalinidad de los alimentos es otra manera de alargar su vida útil. Mientras que la salazón desempeña un papel en la fabricación de encurtidos, el uso de vinagre (con su acidez) puede prolongar la vida útil de los alimentos. Y, si usted es de ascendencia escandinava, puede disfrutar de Lutefisk, que es pescado preparado con lejía, que es altamente alcalino.

La modificación de la atmósfera es también una técnica útil. Los alimentos, como los granos, se pueden poner en un recipiente y el aire se puede reemplazar con nitrógeno o dióxido de carbono de alta pureza. Esto elimina el oxígeno y destruye insectos, microorganismos y otros intrusos no deseados.

El verdadero punto es que la humanidad ha sabido sobre varias formas de preservar la comida durante milenios. El deterioro de los alimentos proviene de criaturas indeseables (Típicamente microorganismos de algún tipo) que “comen” los alimentos y liberan productos de desecho. Mediante una combinación de las técnicas mencionadas anteriormente, hemos aprendido a matar las bacterias indeseables que de otra manera arruinarían nuestra comida.

Nuestra experiencia nos ha llevado a comprender el rango de condiciones bajo las cuales puede existir una vida similar a la de la Tierra. Sin embargo, una erudición relativamente reciente ha revelado que la vida es realmente más dura de lo que pensamos.

Los biólogos han dado el nombre de “extremófilo” (Que significa “amante de las condiciones extremas”) a los organismos que prosperan en ambientes que matarían formas familiares de vida. Si bien el estudio de los extremófilos aún es una ciencia bastante joven, podemos analizar algunas de las condiciones en que se ha encontrado la vida exótica.

En el fondo de los océanos, a veces a profundidades extraordinarias, hay lugares donde el magma se abrió camino desde el interior de la Tierra hasta el fondo del océano. En estos puntos, llamados respiraderos hidrotermales, el agua sobrecalentada se aleja del magma. Esta agua puede calentarse muy por encima de la temperatura de ebullición más conocida (100 °C), pero la gran presión en el fondo del océano hace que el agua permanezca en su forma líquida. El agua dentro de estas ventilaciones hidro-térmicas puede ser de casi 370 °C, sin duda lo suficientemente alta como para matar cualquier forma de vida ordinaria.

A solo unos metros de distancia de estas aberturas, la temperatura del agua del océano puede estar muy próxima al punto de congelación, aproximadamente 3 °C. En este gradiente de temperatura crece un ecosistema inusual. En la parte superior de la cadena alimenticia hay tipos de almejas y cangrejos relativamente comunes que consumen alimentos de manera estándar. Sin embargo, en la base de la cadena alimenticia hay bacterias termófilas (Amantes del calor) que pueden vivir a temperaturas superiores al punto de ebullición habitual de 100 °C. Estas bacterias no usan las mismas vías bioquímicas de la vida ordinaria. En lugar de usar oxígeno como receptor de electrones, usan azufre u ocasionalmente hierro. Estos materiales se arrojan copiosamente al mar, disueltos por el agua de la fuente de magma.

De hecho, el pensamiento actual es que estos procariotas son quizás los más cercanos en su naturaleza al LUCA de la vida en la Tierra. ¿Cómo podría ser esto? Bueno, deberíamos recordar que LUCA era en sí misma una forma de vida sofisticada y ciertamente no la única que existía en ese momento. Si bien lo que sigue es pura especulación, podríamos imaginar que esta forma de vida podría haber sobrevivido a un golpe tardío en la Tierra por un cometa o algo similar. El impacto habría vaporizado los océanos y solo la vida más profunda y resistente al calor podría haber sobrevivido.

La vida resistente al calor y al azufre no es el único tipo que existe en ambientes extremos. En el otro extremo del espectro están los criófilos amantes del frío. Mientras que el agua pura se congela a 0 °C, el agua salada puede permanecer líquida a temperaturas mucho más frías que eso. Las formas de vida en el extremo frío del espectro tienen problemas bastante diferentes en comparación con sus primos termófilos. Si el agua se congela, se expande y puede romper las membranas celulares. Además, la temperatura reducida puede reducir de manera significativa la tasa de reacciones químicas experimentadas por la forma de vida. En esencia, la vida fría “vive más lento.” Además, al igual que la mantequilla fría es difícil de cortar, mientras que la mantequilla caliente es casi un líquido, el frío puede endurecer las membranas celulares de la vida fría. Se necesitan adaptaciones químicas para mitigar los problemas del frío.

Según nuestro conocimiento actual, no conocemos ninguna vida eucariótica que pueda existir a temperaturas fuera del rango de -15 a 60 °C. Mientras que el número más bajo está por debajo del punto de congelación del agua ordinaria, el agua con alta salinidad puede permanecer líquida a estas temperaturas. La vida microbiana se ha observado en un rango de temperatura de -30 a 120 °C. Un ejemplo de un organismo criófilo es Chlamydomonas nivalis, una forma de alga que es responsable del fenómeno de “nieve de sandía”, en el que la nieve tiene el color e incluso el ligero aroma de la sandía.

Las consideraciones químicas pueden darnos una idea de las limitaciones últimas en la temperatura de la vida basada en el carbono. Debido a la fuerza de enlace que implica átomos de carbono, es difícil imaginar la vida a una presión estándar mucho más alta que 325 °C; tan caliente la temperatura que puede alcanzar su horno. Por supuesto, la presión puede afectar la velocidad a la que las moléculas se rompen y la descomposición de las moléculas puede ser más lenta a alta presión. Probablemente sea seguro decir que la vida basada en el carbono no es posible por encima de los 530 °C a cualquier presión.

El agua es fundamental para la vida, sin embargo, puede ser que haya extremófilos que no la necesiten en gran medida. Buscar vida en lugares con poca agua es una forma de comprender mejor el ámbito de lo posible. Y la Tierra tiene algunos lugares extremadamente secos. El desierto de Atacama es comúnmente llamado el lugar más seco de la Tierra. Algunos lugares en el desierto reciben aproximadamente una fracción de centímetros de lluvia por año y algunas estaciones meteorológicas nunca han registrado lluvia alguna. Hay montañas altas (más de 7000 metros de altura), que uno podría esperar que estén cubiertas de glaciares, que estén completamente secas. De hecho, hay lechos de ríos vacíos que se han estimado secos durante hasta 120,000 años. Hay algunos lugares en el Desierto de Atacama que se cree que son el lugar natural en la Tierra con condiciones comparables a Marte. De hecho, la NASA ha hecho algún trabajo allí para ayudar a diseñar sondas marcianas. Han llegado a experimentar la búsqueda de la vida en las arenas del desierto de Atacama, utilizando técnicas que se espera que respondan definitivamente a la cuestión de la vida en Marte.

También hay formas de vida que son halófilos (Amantes de la sal). En la región del Medio Oriente del Mar Muerto, la mayoría de la vida no podría sobrevivir. Sin embargo, hay líquenes y vida celular que han adaptado su química para mantener su entorno interno de tal manera que prospere. Algunas de estas formas de vida realmente necesitan un ambiente con alto contenido de sal para vivir. Es difícil creer que un ambiente que puede curar un jamón sea en realidad un lugar cómodo para la vida y sin embargo es cierto.

Al igual que con los otros extremos que preservan los alimentos, la vida se ha encontrado en ambientes altamente ácidos y básicos, e incluso en presencia de radiactividad mil veces más alta que la que mataría a las formas de vida más duras y normales. Estas observaciones ciertamente han ampliado las expectativas de los científicos sobre el rango de entornos en los que la vida puede habitar con éxito.

Con el descubrimiento de estos extremófilos, los científicos han intensificado su búsqueda de los nichos que la vida puede ocupar en la Tierra. Hemos extraído vida de núcleos de pozos tomados a unos tres kilómetros bajo la superficie de la Tierra. La vida se ha encontrado flotando en el aire enrarecido de la estratosfera. Los microbios se han encontrado a una altura de hasta 15 kilómetros sobre el suelo. Este ambiente es extremadamente duro. La temperatura y la presión son muy bajas, el flujo de luz ultravioleta es muy alto y casi no hay agua. La supervivencia en este ambiente hostil inevitablemente plantea cuestiones de “panspermia”, que es la premisa de que la vida podría haber llegado a la Tierra desde algún otro cuerpo celeste… como Marte u otros. Si bien esto parece improbable, no está descartado. Pero la vida tenía que comenzar en alguna parte, por lo que las preguntas que hemos discutido aquí siguen siendo relevantes, incluso si la vida comenzó en otro lado. De interés para nosotros aquí es la comprensión de que algunas formas primitivas de vida pueden existir en un entorno que mataría a las criaturas que viven más cerca de la superficie de la Tierra. Sin embargo, esta forma primitiva de vida no sería un extraterrestre (Concepto ya explicado en otras entradas del Blog). Pero sí nos proporciona información adicional sobre cómo puede ser la vida basada en la Tierra, con nuestra bioquímica basada en el carbono y el agua.

¿Vida basada en el Silicio?

En la ciencia ficción, hay ciencia ficción suave y dura. En la dura, el escritor intenta avanzar en la línea argumental limitada por la ciencia más conocida de la época, mientras que, en la suave, se toman más libertades con la ciencia. En el caso de las historias sobre la vida extraterrestre, una alternativa común a nuestro tipo familiar de vida es una basada en el átomo de silicio. Los argumentos presentados anteriormente sobre las ventajas del carbono, específicamente los cuatro enlaces disponibles y la rica complejidad química que conlleva) son bastante convincentes, lo que sugiere que los cuatro enlaces disponibles son una condición necesaria de la vida compleja. De hecho, los químicos han catalogado más moléculas que involucran carbono que todas las moléculas conocidas que excluyen el carbono. Piénsalo. Si tomaste todos los elementos, excepto el carbono, e hiciste todos los compuestos conocidos, tendrías menos compuestos que los que se han encontrado y contienen carbono.

Teniendo en cuenta los beneficios de los cuatro enlaces, es por lo tanto natural que un escritor de ciencia ficción que quiere romper con la vida basada en el carbono invoque al silicio como el siguiente elemento base candidato para construir un ecosistema ficticio. Solo hay un problema: no es tan simple como eso.

Ya hemos notado la simple objeción de que, mientras exhalamos dióxido de carbono como un producto de desecho gaseoso, el dióxido de silicio es sólido y estamos más familiarizados con él como arena. Este hecho particular se notó al principio de la historia corta de 1934 de Stanley G. Weinbaum, A Martian Odissey, en la que describió una criatura marciana basada en silicio que excreta ladrillos cada diez minutos. Estos ladrillos fueron los productos de desecho de la respiración.

Sin embargo, los problemas con el silicio son mucho más profundos y fundamentales que esto. Mucho más dañinos son los problemas de silicio con su estabilidad en sus interacciones con otros átomos y la velocidad a la que el silicio interactúa químicamente.

Una característica muy importante de cómo los enlaces de carbono con otros elementos es que la fuerza de enlace entre dos átomos de carbono (C-C) es bastante similar a la de un enlace carbono-hidrógeno (C-H), así como carbono-oxígeno (C -O) y carbono-nitrógeno (C-N). Debido a esto, es enérgicamente bastante fácil para una reacción intercambiar un átomo y conectar otro. Desde el punto de vista de la energía, cuál de estos elementos participa en el enlace no importa demasiado y estos intercambios ocurren con bastante libertad.

Por el contrario, el silicio no tiene esta propiedad. Resulta que la unión de silicio-oxígeno (Si-O) es mucho más fuerte que con hidrógeno (Si-H), nitrógeno (Si-N) o incluso otros átomos de silicio (Si-Si). En consecuencia, el silicio se une fácilmente al oxígeno (que produce dióxido de silicio), y es muy difícil romper ese enlace y deslizarse en otro átomo.

Lo que hemos mencionado aquí es solo una característica de los enlaces interatómicos individuales. Cuando volvemos nuestra atención a los enlaces múltiples, el carbono vuelve a ser bastante superior. Resulta que un enlace doble de carbono consume aproximadamente el doble de energía que un enlace simple, mientras que un enlace triple consume aproximadamente tres veces más energía. No tenía por qué ser así. Los detalles de los enlaces múltiples son diferentes de los enlaces simples, y el carbono se puede considerar ‘suertudo’.

El silicio, en comparación, tiene un tiempo mucho más difícil para hacer enlaces dobles y triples. Esto tiene que ver con el tamaño y la forma de los átomos. Las imágenes de la quinta figura de esta entrada dan una impresión demasiado simplificada de la forma de los átomos. El silicio y el carbono realmente se ven como esferas con protuberancias que sobresalen de ellos, con los baches participando en los enlaces. Debido a que la esfera de silicio es más grande que la de carbono, y las protuberancias de silicio no son mucho más grandes que las de carbono, las protuberancias están más lejos entre dos átomos de silicio adyacentes. Esto hace que sea más difícil acercar las protuberancias a otros átomos para compartir electrones, lo que hace que un segundo enlace sea mucho más débil que el primero. En consecuencia, la fuerza de los dobles enlaces entre átomos de silicio adyacentes no es muy diferente de los enlaces de silicio individuales. Esto hace que la química compleja usando silicio sea mucho más difícil. Este punto se ilustra en la siguiente figura.

Finalmente, la facilidad con que pueden ocurrir las reacciones es mucho mayor con los átomos de silicio. Considere la posibilidad de una estufa de gas, inadvertidamente dejada encendida, por lo que el gas natural que contiene carbón llena la casa. El gas puede llenar la casa, pero no explotará sin una chispa para poner los eventos en movimiento. Sin embargo, un “gas natural de silicio” similar reaccionaría espontáneamente sin la chispa. Esta velocidad de reacción reduce el tiempo necesario para formar moléculas complejas.

Entonces, ¿esto significa que la vida basada en silicio es imposible? ¿Podría la gente del Planeta X tener una discusión sobre los beneficios de la vida basada en el silicio? Bueno, claro. No es como que los factores mencionados en esta entrada sean definitivos, ni debería pensar que hemos explorado exhaustivamente todas las opciones. Pero estos factores son sin duda razones poderosas para no pensar en la vida basada en el silicio como igualmente probable que en otros mundos cubiertos por la vida basada en el carbono. Incluso Carl Sagan afirmó que, aunque solo era un chauvinista del agua débil, era un gran chauvinista de carbono.

Por lo tanto, los científicos deben considerar la posibilidad de una vida extraterrestre basada en átomos distintos del carbono, pero no se considera altamente probable. Sin embargo, cuando hablamos de esta manera sobre la vida del silicio, debemos recordar que hemos estado hablando sobre la vida que evolucionó directamente de las sustancias no vivas. Hay otra forma de vida de silicio que debemos tener en cuenta.

Silicio de Segunda Generación

“La resistencia es inútil. Serás asimilado.” Esta es una de las frases de marca registrada de uno de los némesis de la humanidad en Star Trek: The Next Generation. Los Borg son cyborgs, que son una mezcla de implantes orgánicos (Es decir, blandos como nosotros) y cibernéticos, que obviamente incluyen metales y silicio. En la serie Beserker de Fred Saberhagen, las criaturas robóticas autorreplicantes vagaban por el cosmos con la intención de destruir la vida. Una computadora llamada HAL en 2001: A Space Odyssey se hizo consciente de sí misma y se volvió contra su tripulación. El epónimo Terminator es un robot consciente de sí mismo encargado de la exterminación de la humanidad. Los Cylons de Battlestar Galactica están en guerra con los humanos. Los Daleks del Dr. Who deambulan diciendo “Exterminar”. Las criaturas basadas en el silicio de la ciencia ficción a menudo son malos.

Uno puede encontrar muchos ejemplos de enemigos cibernéticos de la humanidad en la literatura de ciencia ficción. La trama es a menudo similar a la de Frankenstein, cuando una forma de vida artificial se sale de control y se vuelve contra su creador. Sin embargo, los organismos de esta forma deben considerarse vida en el sentido de cómo nos referimos a los extraterrestres. Estas criaturas cibernéticas (Ya sean enemigas o amigas) no habrían evolucionado directamente de la materia inanimada, pero deberíamos tenerlas en cuenta al considerar qué tipo de alienígenas podríamos encontrar algún día. De hecho, cuando uno considera una forma de vida de segunda generación, es decir, una que está cuidadosamente diseñada por una primera forma de vida inteligente (Donde por primera vez, me refiero a un tipo que ha evolucionado desde cero), muchas de las consideraciones enumeradas aquí son menos importante. Metales, silicio y otros elementos podrían ser partes esenciales de la vida creada. Incluso la vida basada en el carbono de segunda generación podría tener una bioquímica más compleja y eficiente.

Pero, realmente, la idea de una vida de segunda generación quizás no sea la primera preocupación de los científicos que buscan alienígenas en el universo. Sin embargo, si alguna vez aparecen naves espaciales alienígenas sobre las ciudades de la Tierra, probablemente sea mejor esperar que no estén en forma de grandes cubos. Ya sabes, por si acaso…

Para concluir por hoy

Si bien en esta entrada he tratado de describir las consideraciones más importantes en la creación de la vida, de ninguna manera debes pensar que lo que dije aquí es a prueba de todos los argumentos. Algunas de las cosas son bastante indiscutibles, por ejemplo, parece muy poco probable que el helio juegue un papel muy importante en la bioquímica de los extraterrestres. El helio simplemente no participa en la unión atómica. Además, existe una clara ventaja para el uso de carbono como elemento base. Ser capaz de crear muchos enlaces conduce a una química compleja y una biología correspondientemente diversa. También es cierto que sin la energía adecuada (Y una diferencia de energía explotable), la vida no puede existir.

Sin embargo, más allá de eso, es difícil decir algo definitivo. Una vez que uno supera las mínimas consideraciones químicas y físicas de la vida, la evolución es una poderosa herramienta de optimización. Los ciclos bioquímicos basados en la Tierra son extremadamente complejos, y es literalmente increíble que la bioquímica extraterrestre no sea tan complicada como diferente de las rutas observadas en la Tierra.

Aun así, sabemos lo suficiente sobre química para saber que algunas vías metabólicas posibles no pueden producir la misma cantidad de energía que otras. Esto establece algunos límites para los alienígenas que podamos encontrar. Sin embargo, cuando tenemos en cuenta que la vida puede existir en planetas con temperaturas o presiones muy diferentes de las que encontramos en la Tierra, las limitaciones no son tan absolutas como parece.

Lo que espero haber hecho es haberle dado la sensación de que no todas las ideas que puede encontrar en la ciencia ficción son posibles, por ejemplo, una nube de gas sensible es bastante difícil de imaginar. Aun así, el reino de lo posible es todavía bastante amplio. Los astrobiólogos definitivamente tienen un trabajo bastante complejo.

DEFINICIÓN Y ALCANCE DE LA TOXICOLOGÍA

La toxicología se puede definir como la rama de la ciencia que trata los venenos, y un veneno se puede definir como cualquier sustancia que causa un efecto dañino cuando se administra, ya sea por accidente o por diseño, a un organismo vivo. Por convención, la toxicología también incluye el estudio de los efectos nocivos causados por fenómenos físicos, como la radiación de diversos tipos y el ruido. En la práctica, sin embargo, existen muchas complicaciones más allá de estas definiciones simples, tanto para dar un significado más preciso a lo que constituye un veneno como para la medición de los efectos tóxicos. Las definiciones más amplias de toxicología, como “El estudio de la detección, ocurrencia, propiedades, efectos y regulación de sustancias tóxicas”, aunque son más descriptivas, no resuelven las dificultades. La toxicidad en sí misma rara vez puede definirse como un evento molecular único, sino más bien como una cascada de eventos que comienza con la exposición, avanza a través de la distribución y el metabolismo y termina con la interacción con macromoléculas celulares (Generalmente ADN o proteína) y la expresión de un punto final tóxico. Esta secuencia puede mitigarse mediante excreción y reparación. Es a las complicaciones, a la ciencia detrás de ellas y su resolución, que esta serie de entradas estarán dedicadas, particularmente al cómo y por qué ciertas sustancias causan interrupciones en los sistemas biológicos que resultan en efectos tóxicos. En conjunto, estas dificultades y su resolución circunscriben el perímetro de la ciencia de la toxicología.

El estudio de la toxicología sirve a la sociedad de muchas maneras, no solo para proteger a los humanos y el medioambiente de los efectos nocivos de los tóxicos sino también para facilitar el desarrollo de sustancias tóxicas más selectivas, como anticancerígenos y otros medicamentos y pesticidas clínicos.

El veneno es un concepto cuantitativo, casi cualquier sustancia es dañina en algunas dosis pero, al mismo tiempo, no tiene efectos nocivos en dosis más bajas. Entre estos dos límites existe un rango de posibles efectos, desde toxicidad crónica sutil a largo plazo hasta letalidad inmediata. El cloruro de vinilo se puede tomar como ejemplo. Es un potente hepatotóxico a altas dosis, un carcinógeno con un largo período de latencia en dosis más bajas, y aparentemente sin efecto a dosis muy bajas. Las drogas clínicas son ejemplos aún más conmovedores porque, aunque son terapéuticas y altamente beneficiosas en algunas dosis, no carecen de efectos secundarios perjudiciales y pueden ser letales a dosis más altas. La aspirina (ácido acetilsalicílico), por ejemplo, es un medicamento relativamente seguro en las dosis recomendadas y es tomado por millones de personas en todo el mundo. Al mismo tiempo, el uso crónico puede causar efectos nocivos sobre la mucosa gástrica y es mortal a una dosis de aproximadamente 0,2 a 0,5 g / kg. Aproximadamente el 15% de las muertes accidentales reportadas por envenenamiento en niños resultan de la ingestión de salicilatos, particularmente aspirina.

La importancia de la dosis está bien ilustrada por los metales que son esenciales en la dieta, pero son tóxicos en dosis más altas. Por lo tanto, el hierro, el cobre, el magnesio, el cobalto, el manganeso y el zinc pueden estar presentes en la dieta a un nivel (deficiencia) demasiado bajo, a un nivel apropiado (mantenimiento) o a un nivel demasiado alto (tóxico). La cuestión de las relaciones dosis-respuesta es fundamental para la toxicología (Lo platicaremos en la próxima entrada).

La definición de veneno o tóxico también implica un aspecto biológico cualitativo porque un compuesto, tóxico para una especie o cepa genética, puede ser relativamente inofensivo para otro. Por ejemplo, el tetracloruro de carbono, un potente hepatotóxico en muchas especies, es relativamente inofensivo para el pollo. Ciertas cepas de conejo pueden comer Belladonna con impunidad, mientras que otras no. Los compuestos pueden ser tóxicos en algunas circunstancias pero no en otras o, tal vez, tóxicos en combinación con otro compuesto pero no son tóxicos solos. Los sinergistas de insecticidas de metilendioxifenilo, tales como butóxido de piperonilo, son de baja toxicidad tanto para insectos como para mamíferos cuando se administran solos pero son, en virtud de su capacidad para inhibir enzimas metabolizadoras de xenobióticos, capaces de provocar aumentos dramáticos en la toxicidad de otros compuestos.

La medición de la toxicidad también es compleja. La toxicidad puede ser aguda o crónica, y puede variar de un órgano a otro, así como también con la edad, la genética, el sexo, la dieta, las condiciones fisiológicas o el estado de salud del organismo. A diferencia de los animales de experimentación, que son altamente endogámicos, la variación genética es un factor muy importante en la toxicidad humana ya que la población humana es altamente exogámica y muestra una amplia variación genética. Incluso la medida más simple de toxicidad, la LD50 (la dosis requerida para matar al 50% de una población en las condiciones establecidas) depende en gran medida del grado en que se controlan las variables anteriores. Los valores LD50, como resultado, varían notablemente de un laboratorio a otro.

La exposición de humanos y otros organismos a sustancias tóxicas puede ser resultado de muchas actividades: ingestión intencional, exposición ocupacional, exposición ambiental, así como intoxicación accidental e intencional (suicida u homicida).

La toxicidad de un compuesto en particular puede variar con el portal de entrada al cuerpo, ya sea a través del tubo digestivo, los pulmones o la piel. Los métodos experimentales de administración tales como la inyección también pueden dar resultados altamente variables; por lo tanto, la toxicidad de la inyección intravenosa (IV), intraperitoneal (IP), intramuscular (IM) o subcutánea (SC) de un compuesto dado puede ser bastante diferente. La toxicidad puede variar hasta diez veces con la vía de administración. Después de la exposición, existen múltiples rutas posibles de metabolismo, tanto de desintoxicación y activación, como múltiples puntos finales tóxicos.

Los intentos de definir el alcance de la toxicología, incluido el que sigue, deben tener en cuenta que las diversas subdisciplinas no son mutuamente excluyentes y con frecuencia son interdependientes. Debido a la superposición de los mecanismos, así como el uso y las clases químicas de sustancias tóxicas, no es posible la división clara en temas de igual extensión o importancia.

Se utilizan muchos términos especializados en las diversas subdisciplinas de toxicología, como se ilustra en el Dictionary of Toxicology, 2ª edición (Hodgson et al., 1998). Sin embargo, algunos términos son de particular importancia para la toxicología en general, más adelante compartiré un glosario al respecto.

A. Modos de acción tóxica. Esto incluye la consideración, en el nivel fundamental de órgano, célula y función molecular, de todos los eventos que conducen a la toxicidad en vivo: captación, distribución, metabolismo, modo de acción y excreción. El término mecanismo de acción tóxica ahora se usa más generalmente para describir un evento molecular importante en la cascada de eventos que conducen a la exposición a la toxicidad, como la inhibición de la acetilcolinesterasa en la toxicidad de los insecticidas organofosforados y carbamatos. Aspectos importantes incluyen los siguientes:

1. La toxicología bioquímica y molecular considera eventos a nivel bioquímico y molecular, incluyendo enzimas que metabolizan xenobióticos, generación de intermedios reactivos, interacción de xenobióticos o sus metabolitos con macromoléculas, expresión génica en el metabolismo y modos de acción y vías de señalización en acción tóxica.
2. La toxicología del comportamiento trata los efectos de los tóxicos en el comportamiento animal y humano, que es la expresión integrada final de la función nerviosa en el animal intacto. Esto involucra tanto al sistema nervioso periférico como central, así como a los efectos mediados por otros sistemas orgánicos, como las glándulas endocrinas.
3. La toxicología nutricional trata los efectos de la dieta sobre la expresión de la toxicidad y los mecanismos de estos efectos.
4. La carcinogénesis incluye los eventos químicos, bioquímicos y moleculares que conducen a la gran cantidad de efectos sobre el crecimiento celular conocidos colectivamente como cáncer.
5. La teratogénesis incluye los eventos químicos, bioquímicos y moleculares que conducen a efectos nocivos sobre el desarrollo.
6. La mutagénesis se relaciona con los efectos tóxicos sobre el material genético y la herencia de estos efectos.
7. La toxicidad de los órganos considera los efectos a nivel de la función del órgano (neurotoxicidad, hepatotoxicidad, nefrotoxicidad, etc.).

B. Medición de las sustancias tóxicas y su toxicidad. Estos aspectos importantes se refieren principalmente a la química analítica, el bioensayo y las matemáticas aplicadas; están diseñados para proporcionar la metodología para responder ciertas preguntas críticamente importantes. ¿Es probable que la sustancia sea tóxica? ¿Cuál es su identificación química? ¿Cuánto está presente? ¿Cómo podemos analizar su efecto tóxico y cuál es el nivel mínimo en el que se puede detectar este efecto tóxico? Se incluyen una serie de campos importantes:

1. La toxicología analítica es una rama de la química analítica relacionada con la identificación y el análisis de sustancias químicas tóxicas y sus metabolitos en materiales biológicos y ambientales.
2. Las pruebas de toxicidad implican el uso de sistemas vivos para estimar los efectos tóxicos. Abarca toda la gama, desde pruebas de genotoxicidad a corto plazo, como la prueba de Ames y las técnicas de cultivo celular, hasta el uso de animales intactos para una variedad de pruebas desde la toxicidad aguda hasta la toxicidad crónica de por vida. Aunque el término “bioensayo” se usa de manera adecuada solo para describir el uso de un organismo vivo para cuantificar la cantidad de un tóxico particular presente, se usa con frecuencia para describir cualquier prueba de toxicidad in vivo.
3. La patología toxicológica es la rama de la patología que se ocupa de los efectos de los agentes tóxicos que se manifiestan como cambios en la morfología subcelular, celular, tisular u orgánica.
4. Los estudios de estructura-actividad se refieren a la relación entre las propiedades químicas y físicas de un producto químico y la toxicidad y, particularmente, el uso de tales relaciones como predictores de toxicidad.
5. Las biomatemáticas y la estadística se relacionan con muchas áreas de la toxicología. Se ocupan del análisis de datos, la determinación de la importancia y la formulación de estimaciones de riesgo y modelos predictivos.
6. La epidemiología, tal como se aplica a la toxicología, es de gran importancia, ya que se ocupa de la relación entre la exposición química y la enfermedad humana en poblaciones reales en lugar de en entornos experimentales.

C. Toxicología Aplicada. Esto incluye los diversos aspectos de la toxicología tal como se aplican en el campo o el desarrollo de una nueva metodología o nuevos tóxicos selectivos para su aplicación temprana en el campo.

1. La toxicología clínica es el diagnóstico y el tratamiento del envenenamiento humano.
2. La toxicología veterinaria es el diagnóstico y tratamiento de intoxicaciones en animales que no sean humanos, en particular el ganado y los animales de compañía, pero que no excluyen las especies salvajes. Otras preocupaciones importantes de la toxicología veterinaria son la posible transmisión de toxinas a la población humana en la carne, el pescado, la leche y otros alimentos, así como el cuidado y el tratamiento ético de los animales de experimentación.
3. La toxicología forense se refiere a los aspectos médico-legales, incluida la detección de venenos en muestras clínicas y de otro tipo.
4. La toxicología ambiental se ocupa del movimiento de sustancias tóxicas y sus metabolitos y productos de degradación en el medio ambiente y en las cadenas alimentarias y con el efecto de dichos contaminantes en las personas y, especialmente, en las poblaciones. Debido a la gran cantidad de sustancias químicas industriales y las posibilidades de exposición, así como al mosaico de leyes superpuestas que rigen dicha exposición, esta área de toxicología aplicada está bien desarrollada.
5. La toxicología industrial es un área específica de toxicología ambiental que se ocupa del entorno de trabajo y constituye una parte importante de la higiene industrial.

D. Clases de uso de sustancias químicas. Esto incluye los aspectos toxicológicos del desarrollo de nuevos productos químicos para uso comercial. En algunas de estas clases de uso, la toxicidad, al menos para algunos organismos, es un rasgo deseable; en otros, es un efecto secundario indeseable. Las clases de uso no están compuestas enteramente de productos químicos sintéticos; muchos productos naturales se aíslan y se utilizan con fines comerciales y de otro tipo, y deben someterse a las mismas pruebas de toxicidad que las que se requieren para los productos químicos sintéticos. Los ejemplos de tales productos naturales incluyen el insecticida, la piretrina, las drogas clínicas, y las drogas de abuso, como la cocaína.

1. Los productos químicos agrícolas incluyen muchos compuestos, como insecticidas, herbicidas, fungicidas y rodenticidas, en los que la toxicidad para el organismo objetivo es una cualidad deseada, mientras que la toxicidad para las “especies no objetivo” debe evitarse. El desarrollo de tales sustancias químicas selectivamente tóxicas es uno de los papeles aplicados de la toxicología comparativa.
2. Las drogas clínicas son propiamente de la química farmacéutica y la farmacología. Sin embargo, los efectos secundarios tóxicos y las pruebas para ellos claramente caen dentro de la ciencia de la toxicología.
3. Las drogas de abuso son productos químicos que se toman con fines psicológicos u otros efectos, y pueden causar dependencia y toxicidad. Muchos de estos son ilegales, pero algunos son de importancia clínica cuando se usan correctamente.
4. Los aditivos alimentarios solo preocupan a los toxicólogos cuando son tóxicos o se someten a pruebas de posible toxicidad.
5. Los productos químicos industriales son tan numerosos que someterlos a pruebas de toxicidad o controlar la exposición a aquellos que se sabe que son tóxicos es una gran área de actividad toxicológica.
6. Las sustancias de origen natural incluyen muchas fitotoxinas, micotoxinas y minerales, todos ellos presentes en el medio ambiente. El uso recientemente ampliado y ahora extenso de remedios herbales y suplementos dietéticos se ha convertido en motivo de preocupación para toxicólogos y reguladores. No solo su eficacia es frecuentemente dudosa, sino que su toxicidad potencial es en gran medida desconocida.
7. Los productos de combustión no son una clase de uso adecuada, pero son una clase amplia e importante de sustancias tóxicas, generadas principalmente a partir de combustibles y otros productos químicos industriales.

E. Toxicidad Regulada. Estos aspectos, relacionados con la formulación de leyes y reglamentos autorizados por las leyes, tienen la intención de minimizar el efecto de los químicos tóxicos en la salud humana y el medio ambiente.

1. Los aspectos legales son la formulación de leyes y reglamentos y su aplicación. En los Estados Unidos de America, la aplicación cae bajo las agencias del gobierno como la Agencia de Protección Ambiental (EPA), la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) y la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA). Existen agencias gubernamentales similares en muchos otros países (En México tenemos a la Secretaría de Salud, COFEPRIS, SEMARNAT, SAGARPA, por citar algunas).
2. La evaluación de riesgos es la definición de riesgos, riesgos potenciales y las ecuaciones de riesgo-beneficio necesarias para la regulación de sustancias tóxicas. La evaluación del riesgo es seguida lógicamente por la comunicación de riesgos y la gestión del riesgo.

RELACIÓN DE LA TOXICOLOGÍA CON OTRAS CIENCIAS

La toxicología es una ciencia altamente ecléctica y la actividad humana se basa y contribuye a un amplio espectro de otras ciencias y actividades humanas. En un extremo del espectro están aquellas ciencias que aportan sus métodos y conceptos filosóficos para atender las necesidades de los toxicólogos, ya sea en la investigación o en la aplicación de toxicología a los asuntos humanos. En el otro extremo del espectro están aquellas ciencias a las que contribuye la toxicología.

En el primer grupo, la química, la bioquímica, la patología, la fisiología, la epidemiología, la inmunología, la ecología y la bio-matemática han sido importantes durante mucho tiempo, mientras que la biología molecular, en las últimas dos o tres décadas, ha contribuido a avances dramáticos en toxicología.

En el grupo de ciencias al que contribuye la toxicología de manera significativa se encuentran aspectos tales como la medicina forense, la toxicología clínica, la farmacia y la farmacología, la salud pública y la higiene industrial. La toxicología también contribuye de manera importante a la medicina veterinaria y a aspectos de la agricultura como el desarrollo y el uso seguro de productos químicos agrícolas. Las contribuciones de la toxicología a los estudios ambientales se han vuelto cada vez más importantes en los últimos años.

Claramente, la toxicología es, por excelencia, una ciencia aplicada, dedicada a mejorar la calidad de vida y la protección del medioambiente. También es mucho más.

Frecuentemente, la perturbación de los procesos de vida normales por químicos tóxicos nos permite aprender más sobre los procesos de la vida en sí mismos. El uso de dinitrofenol y otros agentes desacopladores para estudiar la fosforilación oxidativa y el uso de α-amanitina para estudiar ARN polimerasas son solo dos de muchos ejemplos. El campo de la toxicología se ha expandido enormemente en las últimas décadas, tanto en número de toxicólogos como en conocimiento acumulado. Esta expansión ha traído un cambio de una ciencia principalmente descriptiva a una que utiliza una amplia gama de metodología para estudiar los mecanismos implicados en los eventos tóxicos.

UNA BREVE HISTORIA DE LA TOXICOLOGÍA

Gran parte de la historia inicial de la toxicología se ha perdido y la parte que ha sobrevivido tiene una importancia casi incidental en los manuscritos que tratan principalmente con la medicina. Algunos, sin embargo, tratan más específicamente de acciones tóxicas o con el uso de venenos para la ejecución judicial, el suicidio o el asesinato político. Independientemente de la escasez del registro inicial, y dada la necesidad de que las personas eviten animales y plantas tóxicas, la toxicología debe clasificarse como una de las ciencias prácticas más antiguas.

El papiro egipcio, Ebers, que data de alrededor de 1500 antes de nuestra era, debe figurar como la farmacopea más antigua que sobrevivió, y las obras médicas supervivientes de Hipócrates, Aristóteles y Teofrasto, publicadas durante el período 400 a 250 antes de nuestra era, incluyen algunas referencias a venenos. El primer poeta griego Nicander trata la toxicología, en dos obras poéticas, toxinas animales (Theriaca) y antídotos contra toxinas de plantas y animales (Alexipharmaca). El primer intento sobreviviente de clasificar las plantas de acuerdo con sus efectos tóxicos y terapéuticos es el de Dioscórides, un griego empleado por el emperador romano Nerón alrededor del año 50 de nuestra era.

Parece que hubo pocos avances en medicina o toxicología entre Galeno (año 131-200) y Paracelsus (1493-1541). Fue este último quien, a pesar de la frecuente confusión entre los hechos y el misticismo, sentó las bases para el posterior desarrollo de la toxicología moderna al reconocer la importancia de la relación dosis-respuesta. Su famosa declaración: “Todas las sustancias son venenos; no hay ninguno que no sea veneno. La dosis correcta es la diferencia entre un veneno y un remedio”, resume sucintamente ese concepto. Su creencia en el valor de la experimentación también fue una ruptura con la tradición anterior.

Hubo algunos desarrollos importantes durante el siglo dieciocho. Probablemente la más conocida sea la publicación de las Enfermedades de los Trabajadores de Ramazini en 1700, que lo llevó a ser reconocido como el padre de la medicina del trabajo. La correlación entre la ocupación de barridos de chimenea y el cáncer de escroto por Percival Pott en 1775 es casi igual de conocida, aunque fue prefigurada por la correlación de Hill de cáncer nasal y el uso de tabaco en 1761.

Orfila, un español que trabajaba en la Universidad de París a principios del siglo XIX, generalmente es considerado el padre de la toxicología moderna. Identificó claramente la toxicología como una ciencia separada y, en 1815, publicó el primer libro dedicado exclusivamente a la toxicología. Una traducción al inglés en 1817, se tituló Un Sistema General de Toxicología o, Un Tratado sobre Venenos, Encontrado en los Reinos Mineral, Vegetal y Animal, Considerado en sus Relaciones con Fisiología, Patología y Jurisprudencia Médica. Los trabajadores de finales del siglo XIX que produjeron tratados sobre toxicología incluyen a Christian, Kobert y Lewin. El reconocimiento del sitio de acción del curare por Claude Bernard (1813-1878) comenzó el estudio moderno de los mecanismos de la acción tóxica.

Desde entonces, los avances han sido numerosos, demasiado numerosos para enumerar en detalle. Han aumentado nuestro conocimiento sobre la química de los venenos, el tratamiento de la intoxicación, el análisis de tóxicos y toxicidad, los modos de acción tóxica y los procesos de desintoxicación, así como los eventos moleculares específicos en el proceso de envenenamiento.

Con la publicación de su controvertido libro, The Silent Spring, en 1962, Rachel Carson se convirtió en una influencia importante para iniciar la era moderna de la toxicología ambiental. Su libro hizo hincapié en detener el uso generalizado e indiscriminado de plaguicidas y otros productos químicos y abogó por patrones de uso basados en la ecología sana.

Aunque a veces es impreciso y con argumentos a menudo basados en evidencia francamente anecdótica, a menudo se le atribuye a su libro el catalizador que llevó al establecimiento de la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. Y es considerada por muchos como la madre del movimiento ecologista.

Sin embargo, está claro que desde la década de 1960 la toxicología ha entrado en una fase de rápido desarrollo y ha pasado de ser una ciencia descriptiva a una en la que generalmente se reconoce la importancia de los mecanismos de acción tóxica. Desde la década de 1970, con un mayor énfasis en el uso de las técnicas de biología molecular, el ritmo del cambio ha aumentado aún más, y se han logrado avances significativos en muchas áreas, incluida la carcinogénesis química y el metabolismo de los xenobióticos, entre muchos otros.

Referencias

Ebers papyrus

Theriaca et Alexipharmaca

Diseases of Workers (Work By Ramazzini)

A General System of Toxicology or, A Treatise on Poisons, Found in the Mineral, Vegetable and Animal Kingdoms, Considered in Their Relations with Physiology, Pathology and Medical Jurisprudence.

MP Orfila.

The Silent Spring

Rachel Carson

A medida que obtienen sustancias químicas para usar en la producción de alimentos tales como grasas, limpiadores, plaguicidas, revestimientos de superficies, etc., ¿Alguna vez se preguntan?: ‘¿Esto es realmente apropiado para usar cerca de los alimentos?’ O ‘¿Existe riesgo asociado con el uso de este producto en los alimentos? ¡No se preocupen, hay ayuda para ustedes! En entrada buscaré ayudarles a comprender los elementos básicos de lo que debe buscar al obtener estos productos no alimentarios. La intención es tratar de explicar qué registro de productos es, las categorías destacadas y sus aplicaciones de uso final, cómo funciona el registro de productos y por qué es un componente importante de un programa de inocuidad alimentaria.

¿Quién?

Si usted es un procesador de alimentos, fabricante o empresa de servicio de alimentos, la manipulación, preparación, procesamiento y envasado de productos alimenticios de todo tipo implica inevitablemente el uso de equipos y maquinaria con partes móviles lubricadas que entran en contacto con productos alimenticios. El uso de otros productos químicos como productos antioxidantes y agentes de limpieza también es necesario para mantener el equipo correctamente. Solo piensen por un minuto sobre todos los productos químicos usados ​​antes del procesamiento, durante y después.

El potencial de los materiales no alimentarios para tener contacto incidental con un producto alimenticio es un riesgo de contaminación cruzada peligroso y debe controlarse como parte del enfoque general del Análisis de Peligros y Puntos de Control Crítico (HACCP) de cualquier instalación. Un enfoque previo a un plan de reducción de riesgos es el uso de compuestos no alimentarios registrados. ‘Compuesto no alimentario’ es un término de la industria utilizado para describir lubricantes, grasas y otros productos químicos utilizados en las áreas de procesamiento de alimentos y sus alrededores.

Además, las “sustancias patentadas” son compuestos de procesamiento previo que también se utilizan dentro de estas mismas instalaciones. Con el potencial de contaminación de los alimentos, es vital que estos compuestos y sustancias cumplan estrictos estándares de inocuidad y calidad.

¿Cuándo?

En los Estados Unidos, el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) anteriormente revisó y autorizó compuestos no alimentarios aceptables para su uso en instalaciones de procesamiento y manejo de alimentos. En 1999, NSF International, una organización de salud pública sin fines de lucro, asumió la responsabilidad de evaluar los lubricantes de grado alimenticio y otras sustancias procesadoras de alimentos.

Trabajando con el USDA, NSF capturó todos los requisitos de revisión anteriores y lanzó un programa de registro y listado de terceros para estos compuestos no alimentarios representados por códigos de categoría desarrollados en función del uso final previsto del producto.

¿Qué?

Los códigos de categorías de registro de productos se han desarrollado para garantizar que todos los productos destinados a aplicaciones específicas se revisen por igual con los criterios necesarios para la aplicación de uso final prevista de ese producto. Los criterios a menudo se basan en las reglamentaciones vigentes para un producto, ingrediente o tipo de material en particular y también toman en consideración aspectos clave del proceso utilizado para fabricar el producto.

Mientras se aplica en un proceso de producción, algo tan simple como una clasificación de letras puede no parecer extremadamente importante, pero el impacto del uso del producto incorrecto podría conducir a un potencial de riesgo significativo y posible contaminación de los alimentos.

Usemos lubricantes como ejemplo. En esta industria de lubricantes comercializados para su uso en maquinaria de alimentos o equipos de procesamiento, existen tres categorías principales de productos de uso final. Estas categorías designan las diferentes aplicaciones de uso final para un producto en particular. La más conocida es la categoría de lubricante H1. Un lubricante H1 está diseñado para usarse en aplicaciones donde solo existe el potencial de contacto incidental con alimentos, como en el caso de agentes antioxidantes o como agente de liberación en juntas o cierres de tanques. Aunque esta categoría implica la posibilidad de contacto accidental con alimentos, se recomienda el uso de la cantidad mínima de lubricante para que sea eficaz para su propósito. El uso excesivo puede hacer que la transferencia del material a los alimentos, o la acumulación de lubricante residual, sea un riesgo real.

La segunda categoría de lubricantes es un producto registrado H2. H2 comúnmente puede confundirse con un producto H1, aunque los dos son muy diferentes. De hecho, los lubricantes clasificados como H2 no están destinados a estar en contacto con alimentos en ningún momento, ni siquiera de manera incidental. Como tales, no son productos de grado alimenticio. Los lubricantes H2 están destinados a ser utilizados en equipos donde no existe la posibilidad de contacto con alimentos o contaminación cruzada residual y no deben aplicarse en un proceso de producción en cualquier punto donde haya un punto de control de contaminación cruzada reconocible o incidental.

Como puede ver en el ejemplo de H1 versus H2, estas dos categorías de productos están aprobadas para usos muy diferentes. Por lo tanto, comprender las categorías de productos es crítico en el abastecimiento y uso de estos productos en sus instalaciones de producción. Actualmente, se usan más de 90 categorías de productos para identificar un uso final en el que un producto en particular está registrado como seguro. La siguiente tabla presenta solo algunas de las categorías más destacadas, tenga en cuenta las diferencias en las aplicaciones de uso final.

¿Cómo?

Para registrar un producto, la formulación, incluidos los ingredientes y la composición porcentual, debe enviarse al organismo de registro. Esta formulación pasará luego por una revisión independiente en contra de los requisitos del 21 CFR y/u otros procesos de cumplimiento regulatorio aceptables.

Además de los requisitos del formulario, la etiqueta del producto terminado también debe enviarse para su revisión. El etiquetado debe ser preciso sin reclamos engañosos e incluir instrucciones de uso final adecuadas. Las etiquetas de los productos también deben ser rastreables para la empresa registrada y llevar la marca de registro, incluido el código de categoría y el número único de registro del producto. Para los productos registrados, esta revisión de etiqueta debe brindarle a usted, el usuario final, la inocuidad adicional de que las afirmaciones hechas en la etiqueta son precisas y las sugerencias para la aplicación de uso final son apropiadas.

¿Dónde?

Casi todas las áreas de una instalación de procesamiento de alimentos de alguna manera entran en contacto con algunos de estos productos químicos. Desde productos que no deberían tener contacto con alimentos, como limpiadores y desengrasantes, hasta agentes antiespumantes destinados al contacto directo con alimentos, estos químicos están presentes en casi todas las partes del proceso de producción.

En los últimos 5-10 años, los registros de productos para compuestos no alimentarios utilizados en instalaciones de procesamiento de alimentos han crecido de manera constante, ya que la inocuidad alimentaria y la mitigación de riesgos han adquirido una importancia cada vez mayor en la industria alimentaria. Entre 2008 y 2014, NSF ha visto un aumento de casi 3,000 productos H1 adicionales registrados, para un total de más de 8,700 productos H registrados. La UE es el mercado más grande fuera de los EE. UU. para compuestos no alimentarios registrados, generando más de 2,900 productos registrados entre el Reino Unido, Francia y Alemania solamente.

Además de la industria de lubricantes de calidad alimentaria, América Latina y México parecen ser un mercado emergente para la producción y el suministro de productos de categoría D (Agentes Antimicrobianos) y A (Productos de Limpieza) para su uso en entornos de procesamiento de alimentos. Estos productos se exportan a fabricantes de alimentos de todo el mundo para mitigar el riesgo de contaminación cruzada residual durante la producción.

China es un mercado en rápido crecimiento para la fabricación y compra de agentes de liberación registrados (3H). Estos productos se utilizan en superficies en contacto con alimentos, como parrillas y tablas de cortar, para evitar que los alimentos se adhieran durante el procesamiento. A menudo toman la forma de agentes antiespumantes. La demanda está siendo impulsada por la creciente conciencia sobre la inocuidad de los alimentos en la industria alimentaria china, así como por el creciente interés de los fabricantes chinos de lubricantes en los mercados de exportación y la evaluación comparativa de los principales fabricantes occidentales.

¿Por qué?

A medida que los fabricantes de alimentos de hoy en día se dan cuenta de la importancia de identificar los riesgos de contaminación, el uso de productos correctamente registrados para diferentes aplicaciones en las instalaciones proporciona un enfoque de requisitos previos confiable para complementar un plan HACCP. Si bien los planes HACCP tienden a centrarse en el manejo de los ingredientes y productos reales, ahora los fabricantes también deben considerar aspectos aparentemente periféricos, como el lubricante en una cadena. Lo que puede parecer un problema menor podría tener un impacto masivo en un producto, la reputación de una compañía y la salud pública.

Los planes HACCP administrados adecuadamente que incluyen el uso de compuestos no alimentarios registrados en el procesamiento de alimentos, proporcionan un camino hacia el cumplimiento de los estándares de la Iniciativa Global de Inocuidad Alimentaria (GFSI).

El uso de compuestos no alimentarios registrados con NSF como parte de un plan fuerte de HACCP que analiza tanto los riesgos químicos como físicos asociados con el procesamiento de alimentos es un paso importante y crítico para completar la certificación según los estándares de GFSI. Además, el uso de productos registrados es importante, no solo en el fabricante de los alimentos, sino incluso antes de eso, en los proveedores de ingredientes del fabricante. El uso de productos e ingredientes registrados es un eslabón crítico en la cadena de suministro y uno que puede influir en el éxito de lograr la certificación según un estándar de referencia GFSI.

El mercado de productos registrados está creciendo rápidamente, tanto por la proliferación de nuevos desarrollos de productos y, más importante aún, debido a rápido aumento en la demanda de productos registrados de terceros por los procesadores de alimentos de hoy. Comprender qué categorías de productos, y el valor de aprovisionarse y aplicar de forma apropiada los productos registrados es un elemento crítico del plan de calidad de cualquier instalación de producción y los responsables deberían considerarlo muy de cerca.

Recursos

White Book – Nonfood Compounds Listing Directory

White Book – Nonfood Compounds Listing Directory

La experiencia nos muestra que los elementos listados a continuación (No es una lista exhaustiva ni limitativa, es importante aclararlo) deben ser evaluados por los impresores y por los empacadores antes de las actividades de impresión y/o empacado. Sin embargo, la siguiente información es solo de orden informativo y no implica ningún tipo de garantía, solo es algo que espero les sea de utilidad.

1. Diseño del Material de Empaque.
   • Propiedades de barrera de las capas de materiales entre las impresas y el alimento.

Los migrantes de las tintas de impresión que se difunden más y más rápido en las que se podrían considerar los sustratos con las más pobres barreras son:

Propiedad de barrera pobre: Papel encerado, papel sin encerar, cartón encerado, cartón sin encerar, celulosa regenerada, polietileno, polipropileno, ionomero, capas de adhesivo, capas de barniz o laca.

Propiedad de barrera limitada: Poliamida, polietilentereftalato, cloruro de polivinilo, capas metalizadas.

Propiedad de mejor barrera: Capas adecuadas de SiO_x y AlO_x en polietilentereftalato, capas suficientes de polipropileno.

Reconocidos como barreras funcionales: Películas de aluminio, hojalata, vidrio, suficientes capas delgadas de polietilentereftalato o cloruro de polivinilo.

Es importante hacer notar que la difusión puede presentarse en ambas vías, tanto por el sustrato y/o la fase vapor adjunta, en el interior del empaque, entre el material y el alimento.

• Naturaleza de la superficie que estará en contacto con la tinta/barniz.

Después de la impresión, mientras está embobinado, la migración invisible set-off puede presentarse porque la superficie de contacto con el alimento está en contacto con la capa impresa y puede absorber los migrantes:

Muy alta probabilidad: Cobertura en papel, cartón, aluminio, polímeros plásticos, celulosa regenerada, capas delgadas extruidas de polietileno o polipropileno.

Alta probabilidad: Películas o vasos/tazas/tubos manufacturados de polietileno, polipropileno o poliestireno.

Mediana Probabilidad: Papel sin cobertura, cartón sin cobertura, poliamida, polietilentereftalato.

Es importante mencionar que esta transferencia puede reducirse si la superficie no es lisa.

• Diseño de la impresión.

Una alta cantidad de tinta y primer, o una sobreimpresión de barnices en la superficie (Varias capas sobrepuestas de tinta) pueden incrementar la cantidad de migrantes y así favorecer la migración. Los impresores son responsables de las complejas combinaciones de primers, tintas y barnices, los cuales son, con frecuencia, de diferentes proveedores. Esto puede resultar en una alta aplicación, por lo cual se requiere atención especial. El impresor tiene que verificar la aplicación cualquiera de estos componentes para cada trabajo individual.

• Superficie/Volumen del material de empaque.

Entre más grande sea la superficie de contacto y menor sea el volumen/peso del alimento empacado, más migrantes podrán estar presentes en el mismo.

• Tipo y naturaleza del alimento a empacar.

Los tipos de alimentos cuya naturaleza enaltece la difusión de migrantes a través del sustrato/material de empaque y/o la movilización de migrantes presentes, debido al set-off son:

Alta recepción de migrantes.

• Acuosos, ácidos, alcohólicos y/o líquidos con base aceitosa.
• Sólidos con base grasosa.
• Alimentos en polvo con base grasosa.
• Pasta con base grasosa.

Media recepción de migrantes.

• Pasta sin grasa o con un contenido mínimo.
• Alimentos pastosos acidificados sin grasa o con un contenido mínimo.
• Alimentos sólidos y con base grasosa cuya forma prevenga un contacto total con el material de empaque.

Baja recepción de migrantes.

• Alimentos sólidos y secos sin contenido graso.

• Larga vida de anaquel del alimento a empacar.

 Mientras que la reserva de migrantes disponibles en la capa impresa para la difusión a través del material de empaque o por absorción vía set-off puede, de hecho, migrar en minutos (Teóricamente), la migración normal es más lenta. Así que, mientras más tiempo pueda permanecer el alimento almacenado, más migrantes podrán terminar en el alimento empacado.

• Procesos a los cuales se verá expuesto el material de empaque impreso.

La migración se incrementa con el tiempo y la temperatura. Así, cualquier exposición térmica tal como las condiciones de retorta (Agua/vapor bajo presión) pueden aumentar la transferencia de sustancias:

• Calentamiento por hornos, esterilización en autoclave y pasteurización antes de despachar el producto.
• Calentamiento por microondas o en baño María, en el empaque primario, por parte del consumidor.

2. Impresión.

Generalmente, los siguientes procesos pueden incrementar la cantidad de migrantes en la capa de impresión y/o la difusión de migrantes:

• Procesos de secado.

 Secado por calor. Un secado insuficiente podría llevarnos a incrementar los solventes residuales que pueden migrar.

• Impresión de alta velocidad. Insuficiente energía de secado (Temperatura del horno, flujo de aire para secar).
• Alta cantidad de tinta/barniz en el sustrato. Insuficiente energía de secado (Temperatura del horno, flujo de aire para secar).
• Cantidades altas de retardante en la tinta. Insuficiente energía de secado (Temperatura del horno, flujo de aire para secar).

Curado UV. Un curado insuficiente puede llevarnos a monómeros sin reaccionar y a incrementar la cantidad de fotoiniciadores.

• Impresión de alta velocidad. Insuficiente energía de secado UV.
• Pérdida de energía de lámparas viejas. Decremento de la dosis de radiación UV en la superficie impresa.
• Alta cantidad de tinta/barniz en el sustrato. Insuficiente energía de secado (Dosis de radiación UV en la superficie impresa).
• Adición de fotoiniciadores y/o monómero acrilato. Insuficiente energía de secado (Dosis de radiación UV en la superficie impresa).

• Actividades de impresión.

Adición de aditivos de impresión para acelerar el proceso de impresión no recomendados por el proveedor ni validados para asegurar que cumplan con el propósito intencionado.

Agentes de limpieza inadecuados para las máquinas de impresión en contacto con tintas, así como con rodillos de impresión, annilox u otros en contacto directo con el producto. También se debe considerar si el impresor utiliza el mismo equipo para tintas cuyo uso intencionado no es aplicable a material de empaque para alimentos.

Utilizar la dosis errónea de sustancias químicas (Por ejemplo, fijadores) la cual, en consecuencia, está fuera del rango recomendado (Caso de sistemas de dos componentes mínimo).

• Embobinado – El Set-Off invisible es aumentado por:

 Superficie de impresión:

1. Largo periodo de tiempo embobinado.
2. Alta presión en el embobinado.

• Almacenamiento en condiciones de temperatura superiores a las recomendadas mientras está embobinado.

 Laminación posterior (No en línea), embobinado antes de laminar.

1. Largo periodo de tiempo embobinado.
2. Alta presión en el embobinado.

• Almacenamiento en condiciones de temperatura superiores a las recomendadas mientras está embobinado.

 La migración se incrementa a alta temperatura, por ejemplo, proceso de llenado en caliente por parte del empacador.

Importante aviso:

La información presentada en esta serie de publicaciones está basada en información teórica que (En mi particular punto de vista) está actualizada y es correcta al momento de ser redactada. Es proporcionada con el fin de que permita a los lectores cumplir con las regulaciones aplicables. De manera particular, todos los manufactureros deberían realizar su análisis de peligros considerando las implicaciones de migración en los alimentos y, en consecuencia, implantar las medidas de control adecuadas para proteger a los consumidores finales. Dado que las aplicaciones y condiciones de uso de esta información, está fuera de mi control, la información proporcionada no representa una garantía de ningún tipo.

Sustancias evaluadas.

 En las décadas pasadas, las regulaciones europeas de materiales en contacto directo con el producto, particularmente con los plásticos, requieren que la industria obtenga la aprobación de las sustancias que se utilizarán y por supuesto, aquellas que están presentes en el empaque. En cualquier momento se puede solicitar este proceso de aprobación, por ejemplo, cuando queremos utilizar una sustancia no registrada en nuestro listado de sustancias aprobadas. Para poderla aprobar, se debe compilar por completo la información toxicológica de cada sustancia.

La evaluación toxicológica es realizada por los toxicólogos de las autoridades correspondientes. Por ejemplo, en el caso de la legislación de la Unión Europea (UE), es realizada por expertos de la EFSA (European Food Safety Authority), en concordancia con el muy solicitado y extenso set de información en toxicidad que se enfoca en los efectos crónicos de la exposición en un intervalo prolongado de tiempo a las sustancias en cuestión. Dependiendo de la calidad de los datos toxicológicos determinan los niveles aceptables a los cuales el consumidor pueda estar expuesto, utilizando altos márgenes de seguridad y así decidir las concentraciones tolerables de estas sustancias en los alimentos. Los legisladores compilan estas evaluaciones toxicológicas finales en los listados que forman parte de las regulaciones de materiales de empaque. Así, estas listas proporcionan la información para la transferencia aceptable a los alimentos de cada sustancia individual (Se denominan SML – Specific Migration Limit, Límite específico de migración). Mientras que muchas sustancias están restringidas con un SML, debe entenderse que, para aquellas sustancias no enlistadas, y por lo tanto, sin un SML, las regulaciones de materiales de empaque, especifican un límite superior para la transferencia de sustancias, el cual es definido como la suma de los límites de todas las sustancias que migrarán al alimento (Se denomina OML – Overall Migration Limit, Límite de Migración Máximo)

En la UE, las tintas utilizadas en los procesos de impresión actualmente no se encuentran reguladas, esto es, no están presente en un listado como tal, sin embargo, es una coincidencia que muchas de las sustancias evaluadas estén presentes en las tintas utilizadas actualmente).

En sustancias con SMLs contenidas en una tinta de impresión, el material de empaque entero, incluyendo la capa impresa, debe cumplir con estos límites. Además, el OML (En promedio es 60mg/kg = 60 ppm) debe también aplicarse al material de empaque por completo, incluyendo las capas impresas. Ambas provisiones deben ser tomadas en cuenta tanto por el manufacturero de tintas como del convertidor (Impresor).

Sustancias no evaluadas

Todas las sustancias utilizadas en las formulaciones de las tintas de impresión que no están oficialmente aprobadas por alguna autoridad y por lo tanto, no están incluidas en ningún lineamiento o regulación, son conocidas como “No Evaluadas”.

Es de sentido común entre los legisladores que las sustancias sin o con muy poca información toxicológica disponible para la industria, son consideradas como “No seguras”, por ‘default’. Consecuentemente, para dichas sustancias no está disponible una aprobación formal por parte de los toxicólogos autorizados. Las regulaciones relevantes determinan que las sustancias no evaluadas no deben ser detectables en los alimentos.

Es de entendimiento general que el término “Detectable” significa por default, que el límite superior es 10µg/Kg = 10 ppb para todas las sustancias aplicables.

Como se menciona líneas arriba, este límite solo puede ser ignorado si se cuenta con la información toxicológica favorable que soporte un margen más alto de seguridad. El nuevo límite resultante debe ser determinado por toxicólogos reconocidos y de en concordancia con el criterio establecido por la EFSA.

La migración aceptable es muy baja

El impresor debe estar consciente de que una cantidad presente de una sustancia, por pequeña que sea, en el caso de migración, puede llevarnos a un no cumplimiento. La siguiente imagen puede ayudarnos a entender los valores mencionados previamente.

Evaluación de la migración por medio del cálculo del peor escenario

La siguiente tabla nos da una idea acerca de las cantidades máximas que pueden migrar TEÓRICAMENTE hacia los alimentos desde capas impresas vía la difusión a través de otras capas del material de empaque y/o posible transferencia vía fase-gas así como por vía set-off. Estos cálculos están basados en una “Migración 100%”, también conocida como la migración del “Peor Escenario”.

Desde luego, es importante establecer que la migración en unidades de alimentos empacados de manera convencional, no es probable que se presente a este nivel, puesto que la mayoría de los casos de migración observados, ni siquiera se acercan a ninguno de los peores escenarios planteados. Esta información está basada en estudios públicos y en observaciones realizadas en la industria, los cuales indican que, bajo condiciones normales solo una pequeña o minúscula parte de hecho, es la que migra hacia los alimentos. Sin embargo, las regulaciones indican que esta información debe ser verificada y validada en el empaque, en su estado final.

Si la cantidad de todos los migrantes potenciales en todos los componentes de un cierto material de empaque para alimentos es conocida, el cálculo del “Peor escenario” es un método aceptable para verificar la máxima migración posible. Las regulaciones permiten la verificación del cumplimiento por este método. Si los resultados del cálculo del peor escenario para la actual unidad de alimento empacado, es menor que el límite aplicable, entonces no es necesario aplicar ninguna medida posterior, tal como un análisis de migración. Sin embargo, debemos tomar en cuenta el hecho de que la migración permisible no está estipulada por el alimento empacado promedio en el material de empaque promedio, por ello, es que se puede requerir la realización del análisis de migración, para tener la certeza de que no se está presentando. Por consiguiente, debemos considerar cuidadosamente todos los factores potenciales de influencia, tales como la superficie o volumen del alimento y otros parámetros que proporcionarán en la siguiente entrada. En caso de cualquier duda, la migración real debe ser evaluada por el impresor y el empacador del alimento utilizando métodos analíticos avalados por una autoridad competente (Esto es, utilizar solo métodos validados).

Debemos tener atención particular con la verificación del cumplimiento de aquellas sustancias no evaluadas, como lo vemos en la siguiente tabla:

Considerar las cantidades minúsculas que pueden llevarnos a un no cumplimiento, se indica la examinación de las combinaciones individuales de materiales y su riesgo de migración.

Concluye en Procesos y Parámetros que promueven potencialmente el no cumplimiento (Migración, Efectos organolépticos).

Los primeros hallazgos de Isopropiltioxantona (ITX) en fórmula láctea para bebés y otros alimentos líquidos (El lamentablemente famoso “Caso ITX) se experimentaron en el año 2005. Esto alertó a la cadena de suministro de materiales de empaque sobre la potencial migración de sustancias procedentes de las tintas de impresión. Las partes interesadas dentro de la cadena de suministro se dieron cuenta de que la transferencia desde las capas impresas y/o barnizadas, aún no estaban en contacto directo con los alimentos, podría presentarse. El fenómeno de transferencia de ITX (Un fotoiniciador de bajo peso molecular utilizado en las tintas UV), no se limita a las tintas de curado UV, pues potencialmente puede ocurrir con todos los tipos de tintas que presenten sustancias de bajo peso molecular.

Como consecuencia de este evento, la Comisión Europea emitió el Reglamento (CE) 2023/2006 sobre “Buenas Prácticas de Manufactura”, que reglamenta los procesos involucrados en la aplicación de tintas de impresión. Fue la primera vez que las tintas de impresión son reguladas de manera explícita por la European Food Packaging Legislation.

A principios de 2009, nuevos hallazgos de fotoiniciadores de curado de tintas UV “4-Metilbenzofenona (4-MBP)” y “Benzofenona” por encima de los umbrales aceptables en cereales para el desayuno, empacados en bolsas de polietileno incluidos en cajas de cartón, alertó otra vez, sobre el hecho de que la evaluación de los peligros en el diseño de materiales de empaque, es vital. Este caso permitió aclarar que la bolsa interna de polietileno no es una barrera eficaz, que impida la transferencia de componentes de impresión en la caja de cartón exterior. Así, solo el uso de barnices y tintas formuladas específicamente como de “Baja Migración” garantizará un protocolo de empaque adecuado.

Mecanismos de Migración

Las migrantes son sustancias disponibles para migración (Lo cual significa que puede transferirse a través de una capa de material) debido a sus características químicas y tamaño molecular, el cual de hecho migrará si el “Camino” para la migración está abierto para permitir el movimiento de su localidad original (Por ejemplo, de la capa impresa) hacia el alimento empacado a través del sustrato.

Los materiales poliméricos (Aglutinantes poliméricos de tintas, Aditivos poliméricos para las tintas) generalmente son moléculas grandes sin un potencial de migración, en consecuencia, no son usualmente reconocidos como migrantes. Además, si llegan a ingerirse, las sustancias poliméricas con un peso molecular superior a los 1000 Daltion no son absorbidas por el tracto gastrointestinal y por lo tanto no son considerados por la EFSA (European Food Safety Authority) como potenciales de presentar un riesgo toxicológico. Los materiales inorgánicos (Como el pigmento blanco dióxido de titanio, carbonato de calcio, Agentes mate de sílice) son partículas cristalinas y por consiguiente, no migrantes. Los pigmentos orgánicos comúnmente utilizados como colorantes en tintas son generalmente no identificados como migrantes tampoco.

Sin embargo, los migrantes son sustancias consistentes de moléculas pequeñas y móviles las cuales pueden penetrar y difundirse fácilmente a través de las capas de los materiales de empaque (Migración de difusión). Este fenómeno puede presentarse tanto si el material impreso aún no se utiliza como si ya es parte del producto terminado, e incluso, posteriormente, cuando el alimento comienza a “Extraer” los migrantes del material de empaque.

Los migrantes pueden “Brincar” de una capa a otra, esto es, de una capa impresa a una superficie no impresa, misma que posteriormente puede estar en contacto con el alimento. Si está en contacto directo, como en una bobina (O carrete, según lo conozcan) entarimado, después de la impresión, esta migración (Migración de Compensación) puede ocurrir debido a la presión existente en la bobina.

También pueden “Volar” de una capa a otra. Por ejemplo, pueden transferirse de una capa de cartón en la cual los migrantes han penetrado desde la capa impresa (El “Depósito liberador”), vía la fase gaseosa dentro del empaque, para terminar en el alimento el cual actúa como el “Depósito receptor” (Migración de fase gaseosa). Esto pasa también con migrantes tales como los aceites minerales o algunos fotoiniciadores UV que pueden no ser conocidos como volátiles tal como los solventes orgánicos.

Como regla general podría decirse que los migrantes potenciales de las Tintas/Capas impresas pertenecen más bien a la categoría de aditivos de tintas.

La cantidad y masa del alimento contenido en el empaque es usualmente mucho mayor que la cantidad y masa del material de empaque involucrado, sobra mencionar que los gramos de tinta son incluso mucho menores.

Los migrantes basados en reglas fisicoquímicas usualmente se dispersan de manera proporcional a las cantidades presentes en el medio adyacente (capa con tintas, sustrato del material de empaque, Productos alimenticios). Esto significa que, si los materiales de contacto permiten la transferencia entre sustancias y si el tiempo de contacto es lo suficientemente largo, los migrantes de las delgadas capas de tinta podrán dispersarse completamente y formarán parte del producto alimenticio.

En la siguiente figura, en la imagen de la izquierda se ilustra la migración de compensación en una bobina, demostrando que la migración puede presentarse aún si es una película de aluminio (Indicada como “Barrera”), previene la migración de difusión a través de las capas de material de empaque. Esto también muestra que la migración de compensación puede tomar lugar aún si las tintas no están en contacto directo con la capa interna de polietileno (Contacto con el alimento). La imagen del lado derecho, ilustra una situación donde ambas penetraciones (Compensación y Difusión) tienen lugar. Ambas situaciones son escenarios para alimentos líquidos contenidos en envases de cartón y muestran la causa y efecto del “Caso ITX”.

Las migraciones vía difusión y vía gaseosa (Aire) se muestran en las siguientes imágenes. La tinta es impresa en un empaque exterior el cual representa una caja de cartón. Del lado izquierdo se muestra que a pesar de que hay una capa interna que separa a la caja de cartón del alimento, esta bolsa de polietileno no es una barrera funcional contra la migración. Este es el escenario de la migración de “4-MBP” de 2009. En el lado derecho, la bolsa interna es de aluminio, el cual tienen el espesor suficiente para servir como una barrera absoluta para prevenir la migración, y representa un escenario ideal.

Sigue: Umbrales de migración

 Referencias

Isopropyl thioxanthone (ITX) and food packaging inks

European Printing Ink Association

2-Isopropyl thioxanthone (ITX) and 2-ethylhexyl-4-dimethylaminobenzoate (EHDAB) in food contact materials

The EFSA Journal (2005) 293, 1-15

EFSA provides advice on the safety of ITX: ITX considered of low health concern

EFSA Website

New approach to evaluate indirect transfer processes of printing ink compounds from UV printed packaging into food

Müller & Rüter

Migration and invisible Set-Off

Huber Group. Technical information

Plasticizer Migration

Chemical Fabrics & Film Association, Inc.

EuPIA Guideline on Printing Inks

European Printing Ink Association

Migration of Chemical Compounds from Packaging Polymers during Microwave, Conventional Heat Treatment and Storage.

Kanishka Bhunia, Shyam S. Sablani, Juming Tang, and Barbara Rasco

International regulations for food contact materials (Chemical Migration from Packaging into Food)

Food Standards (Australia & New Zealand)

Endocrine disrupting chemicals and other substances of concern in food contact materials: An updated review of exposure, effect and risk assessment

Jane Muncke

Migration of chemicals from printing inks into packaged food

Helling et al

Migration of photoinitiators from UV-curing inks on cardboards and labels through the food packaging

Richter et al

Esta entrada participa en la edición XXVIII del Carnaval de Química cuyo blog anfitrión es Flagellum. Impulsando la comprensión de la ciencia. En esta ocasión, la temática es “Arte, Ciencia, la belleza de la Química”, así que el tema de mi post será “Química en las Películas”, espero sea de su agrado.

Empecemos con una pregunta ¿Qué calificaría como presencia de la química en una película? Sin exigir demasiado, se puede considerar la presencia de un personaje identificado como un químico o un Ingeniero Químico. También podría considerarse que un personaje hable de un elemento, un isótopo, un compuesto o un realmente, solo tener la apariencia, pero, también se necesita pensar en aplicar algunas excepciones, dado que en la gran mayoría de películas se presentan sustancias omnipresentes, tales como el oro, los diamantes o el agua, aunque bueno, el oro puede ser interesante, dependiendo del enfoque, tomemos por ejemplo a Iron Man, cuya armadura es una aleación de oro y titanio.

Cuando los químicos aparecen en las películas, tienden a utilizar una bata blanca de laboratorio, trabajan de manera obsesiva, y, por alguna extraña razón, casi siempre tienen sustancias coloreadas burbujeando alrededor de ellos. Además, cuando trabajan “Con los buenos”, tienden a ser profesores, investigadores, criminólogos o investigadores. Los profesores tienen la tendencia a estar involucrados en explosiones como resultado de la síntesis de un producto que resolverá un problema personal, los inventores quieren crear un producto comercialmente viable, los criminólogos utilizan la química para eliminar posibilidades (Aunque no resuelven el problema, dado que por lo común, se decantan por las capacidades de intuición de los agentes, algo que realmente no tienen nada que ver con la química), y queda, la versión glorificada definitiva de la química en las películas, en la que el investigador está trabajando en algo bueno para resolver los problemas de la sociedad.

Podemos encontrar una gran cantidad de referencias a la química en las películas, por ejemplo, en la película Medicine Man de 1992, un botánico viaja a América del Sur a trabajar durante un par de años para una compañía farmacéutica, buscando anticancerígenos, y en colaboración con una bioquímica, quien dicho sea de paso, trabaja con un cromatógrafo de gases y un espectrómetro de masas, para analizar las muestras en la mitad de la selva amazónica. De alguna manera, son capaces de determinar que uno de los compuestos (El Peak 37) en una mezcla tiene actividad contra el cáncer. En la película se observa la estructura química del compuesto (Ver imagen a continuación), la cual por cierto, es químicamente correcta, esto es, no se observan reglas de química violada, como por ejemplo, no se ve un carbón con cinco enlaces.

Ahora bien, la mayor parte de los compuestos químicos descritos en las películas, tiene una base real, por ejemplo, en la versión original donde se presenta a “Flubber” (1961), el creador de esta sustancia observa la ecuación “H = E – PV “en su pizarrón, pero el profesor ajusta su máquina y en lugar de sustraer, adiciona, por lo que explota y entonces crea ese ‘hule’ volador. Si tienen la oportunidad de ver esta película The Absent-Minded Professor observarán que en su libreta, el profesor escribió la estructura del butadieno (hule), por lo que se obtiene por conclusión que ‘Flubber’ es un hule volador.

Dadas las tendencias actuales, es probable que sigamos viendo referencias a la química en futuras películas, además, la National Academy of Sciences tiene ahora a la Science and Entertainment Exchange, que trata de reunir a científicos para que colaboren con los cineastas y así mejorar el contenido que se presenta en las películas.

Referencias:

ReAction! Chemistry in the Movies
Mark Griep y Marjorie Mikasen
http://www.oup.com/us/companion.websites/9780195326925/pdfs/Chem_Movies_Short_Summaries.pdf

The Absent-Minded Proffessor

Medicine Man

Esta entrada participa en la edición XLV del Carnaval de la Física cuyo blog anfitrión es Cuantos y Cuerdas

En esta ocasión, el tema de esta edición es “¿Qué descubrimiento a lo largo de la historia de la Física te parece más interesante o simplemente llama tu atención?”, yo elegí como tema los Materiales Cristalinos, espero sea de su agrado. La mejora en los materiales ha sido un signo de calidad del avance de la civilización. Los periodos prehistóricos e históricos, tales como las eras del bronce y cobre, de hecho, han sido identificados con el desarrollo de la tecnología de sus materiales como su principal característica. Esto también se cumple en las clasificaciones arqueológicas. Esto no nos dice que los avances en la tecnología de los materiales sean determinantes, sino que más bien proporcionan un ambiente en el cual ocurrieron los eventos.

Los avances científicos del siglo 20 redefinieron por completo la interacción entre la teoría y la experimentación en el entendimiento de los materiales, proporcionando las bases modernas para la formulación y la simulación de los problemas científicos y tecnológicos. El advenimiento de los estudios de difracción de los rayos-X de la arquitectura atómica de los materiales fue un punto central de esos avances. En muchos de los casos de gran importancia, la disponibilidad de especímenes cristalinos, ya sean naturales o sintéticas, fue el factor crucial para hacer posibles esos estudios.

El mundo está ahora entrando a una nueva era en la cual la capacidad de la experimentación moderna permite la manipulación al nivel de un átomo y/o molécula, así como el control de las propiedades de los sólidos en estas escalas. El tomar completa ventaja de tales capacidades para ajustar las propiedades de los nuevos materiales funcionales requiere el control sofisticado sobre los protocolos para la preparación de los materiales que yacen en el primer plano del desarrollo de la tecnología del crecimiento del monocristal. El avance en esta área es fundamental para fortalecer las industrias cuya tecnología está basada en ella, y para las empresas científicas en las cuales se soporta esta tecnología. El equipo sensible ahora esencial en los dispositivos médicos depende de la alta calidad de los detectores de monocristal. La búsqueda por mejorar aún más los materiales detectores de radiación es una parte importante del trabajo de nuevos materiales que vaya mano a mano con la del desarrollo del monocristal. Esto es solo una parte de la extensa búsqueda de nuevos materiales funcionales y la investigación y desarrollo subsecuente, el cual es vital para la salud competitiva de las industrias de alta tecnología.

El descubrimiento y desarrollo de los materiales cristalinos abarca un amplio rango de actividades que involucran tanto teoría como experimentación. Una actividad sustancial es el desarrollo de grandes boules (lingotes monocristalinos de desarrollo sintético), sobre todo el silicio libre de defectos para la industria de los semiconductores. La tecnología de silicio diseñada para las delgadas pantallas planas está siendo adaptada para producir paneles solares multicristalino para áreas extensas. Otra actividad significativa es el desarrollo de los materiales láser, utilizando tanto conocidos como nuevos materiales para las aplicaciones de comunicación más recientes. Varios arreglos para la detección de rayos gamma en experimentos físicos de alta energía dependen del descubrimiento de nuevos, o empleando conocidos, materiales monocristalinos. El uso de monocristales se ha incrementado en configuraciones metalúrgicas, por ejemplo, en las aspas de las turbinas en jets. En la industria de los semiconductores, se ha incrementado el uso de películas bidimensionales de monocristales, y la proyección a largo plazo es que se usará aún más el material ya mencionado. Las películas de diamantes son un ejemplo de tecnología emergente con muchas aplicaciones, incluyendo coberturas resistentes al deterioro en herramientas de corte así como en transistores de alto poder. Los materiales cristalinos también prometen jugar un papel integral en las necesidades de seguridad, con los semiconductores ofreciendo ventajas significativas en los esfuerzos para desarrollar detectores de radiación más sensibles. Finalmente, la cristalización de los materiales orgánicos, de alta importancia en las ciencias biológicas y bioquímicas, está recibiendo mucha atención por su potencial uso en aplicaciones electrónicas y fotovoltaicas. El crecimiento del uso de cristales es un campo diverso. Los cristales pueden desarrollarse utilizando una notable variedad de técnicas. Muchos están familiarizados con el desarrollo de cristales de azúcar en el caramelo macizo, obtenidos a partir de una solución acuosa. Este método es el prototipo para el desarrollo de compuestos intermetálicos de solventes de metal fundido, desarrollo hidrotérmico de cristales de cuarzo, y el desarrollo del flujo de óxidos, por ejemplo.

La investigación básica en química de estado sólido y la física de materia condensada utiliza el desarrollo de cristales como una técnica para la búsqueda de nuevos materiales. Después de crear un nuevo material, a menudo se requiere mucho esfuerzo para producir la cantidad de cristales necesarios para la medición de las propiedades físicas. Muchos materiales son significativamente anisotrópicos y en muchos casos exhiben propiedades mecánicas o eléctricas bidimensionales e incluso, monodimensionales. Una razón de peso para la producción de monocristales de esos materiales se extiende a la aplicación. La capacidad para desarrollar cristales de un material conocido generalmente no es tan sencilla como se lee, pero se están teniendo avances continuos en las técnicas en conjunto con la percepción teórica. Para las aplicaciones, el objetivo a menudo son cristales con baja densidad de defectos o libres de defectos; alcanzar tal nivel de perfección requiere un entendimiento detallado del sistema sujeto a investigación, en conjunto con un profundo conocimiento de las técnicas de desarrollo de cristales.

El desarrollo de cristales incluye una variedad de actividades que han sido profundamente importantes, tanto desde el punto de vista de la ciencia básica y el punto de vista tecnológico. Estas actividades son a menudo impulsadas por investigadores individuales en una estrecha alianza simbiótica con colegas teóricos y experimentales. Muchas preguntas surgen naturalmente en el contexto de búsqueda para fortalecer el apoyo para el desarrollo de cristales: ¿Qué tipo o tipos de instalaciones proporcionan el mejor enfoque para esta ciencia? ¿Cómo sincronizar la búsqueda de nuevos materiales con las actividades de desarrollo de cristales? ¿Cómo se puede asegurar que habrá una fuerza laboral adecuada con el alto nivel de competencia en la ciencia y tecnología de desarrollo de cristales y los nuevos paradigmas necesarios para la realización de la investigación en esta nueva era de control de materiales? Está claro que la perfección cristalina es una ruta a nuevas posibilidades funcionales de los materiales. Las investigaciones teóricas y experimentales en los materiales nuevos y conocidos aportarán también ganancias importantes tanto para la ciencia como para la tecnología.

Identificación del peligro

¿Qué son las aflatoxinas?

Las aflatoxinas son un grupo de metabolitos tóxicos similares químicamente (Micotoxinas) producidas por ciertos hongos del género Aspergillus que crecen en un cierto número de productos alimenticios. Son compuestos altamente tóxicos y pueden causar toxicidad tanto aguda como crónica en los humanos y muchos otros animales. Su importancia fue establecida por vez primera en 1960 cuando 100000 pavos y otras aves en el Reino Unido murieron en un solo evento. La causa de ello fue rastreada eventualmente hasta un contaminante tóxico en el harina de cacahuate utilizada en el alimento de las aves. Posteriormente, a este contaminante se le nombró como aflatoxina.

Las aflatoxinas consisten de 20 compuestos similares pertenecientes a un grupo llamado difuranocoumrins, pero solo cuatro son encontrados de forma natural en los alimentos. Estos son las aflatoxinas B1, B2, G1 y G2. La aflatoxina B1 es la más común en los alimentos, y es también la más tóxica. Cuando el ganado lactante y otros animales la ingieren en alimentos contaminados, pueden formarse metabolitos tóxicos y se pueden presentar en la leche. Estos metabolitos hidroxilados son las aflatoxinas M1 y M2, los cuales son importantes contaminantes potenciales en productos lácteos.

Ocurrencia en alimentos

Las aflatoxinas pueden estar presentes en un amplio rango de productos alimenticios, particularmente cereales, aceites vegetales, especias y nueces de árbol. El maíz, cacahuates(Como los cacahuates), pistaches, , chiles, pimienta negra, fruta seca e higos, son conocidos como alimentos con un potencial alto de peligro de estar contaminados con aflatoxinas, pero la toxina también ha sido detectada en muchos otros productos. La leche, queso y otros productos lácteos son también conocidos por tener un peligro de contaminación por aflatoxina M. Los niveles más altos son usualmente encontrados en productos de regiones cálidas donde se tiene una variación climática alta.

Es importante mencionar que, aunque es en alimentos primarios (Esto es, sin haber sido procesados) los que usualmente son contaminados con aflatoxinas por el crecimiento del hongo, estas toxinas son muy estables y pueden pasar a través de varios procesos. Por esta razón, son un problema en alimentos procesados, por ejemplo, en la mantequilla de cacahuate (También conocida como mantequilla de maní).

Caracterización del peligro

Efectos en la salud

A niveles altos de exposición, las aflatoxinas pueden causar una toxicidad aguda, y potencialmente la muerte, en los mamíferos, aves y peces, así como en los humanos. El hígado es el principal órgano afectado, pero se han encontrado también altos niveles de aflatoxinas en los pulmones, riñones, cerebros y corazones de los individuos que perecieron por una aflatoxicosis aguda. La necrosis y cirrosis agudas del hígado son típicas, junto con hemorragia y edema. Los valores LD50 (Dosis Letal) para animales varían entre 0.5 – 10 mg/Kg de masa corporal.

La toxicidad crónica es probablemente más importante desde el punto de vista de la inocuidad alimentaria. La aflatoxina B1 es un carcinógeno y mutágeno muy potente en muchos animales, y por lo tanto potencialmente en humanos, y el hígado es, de nueva cuenta, el principal órgano afectado. La ingestión de niveles bajos en un periodo largo, ha sido implicado en el cáncer primario de hígado, hepatitis crónica, ictericia, cirrosis y conversión o alteración de nutrientes. Las aflatoxinas juegan también un papel en otras condiciones, como el síndrome de Reye y Kwashiorkor (Condiciones de la infancia ligadas a la desnutrición). Es menos conocida la toxicidad crónica de las aflatoxinas G1 y M1, pero se cree que son carcinógenas, probablemente menos potentes que B1.

Es también poco conocido el nivel de exposición necesario de aflatoxinas para afectar la salud, especialmente en humanos, y la diagnosis de una toxicidad crónica es muy difícil. Existe un consenso generalmente aceptado de que el mejor enfoque es minimizar los niveles en todos los alimentos tanto como sea técnicamente posible y asumir que cualquier exposición es indeseable.

Incidencia y brotes

La incidencia de aflatoxicosis crónica en humanos es desconocida y casi imposible de estimar, puesto que los síntomas son difíciles de reconocer. Sin embargo el cáncer de hígado humano es muy común en las regiones del mundo donde la contaminación con aflatoxinas en los alimentos y puede existir una vinculación, aunque esto permanece sin ser comprobado.

La aflatoxicosis aguda humana es rara, especialmente en países desarrollados, donde los niveles de contaminación en los alimentos son controlados y monitoreados. Sin embargo, si se han documentado brotes en algunos países (De los conocidos como tercermundistas), donde el maíz y los cacahuates pueden ser parte importante de la dieta y donde el clima es el adecuado para un crecimiento rápido en las cosechas y en los almacenes.

Un brote notable ocurrió en la India en 1974 cuando casi 400 personas se enfermaron con fiebre e ictericia después de ingerir maíz contaminado con 0.25 – 15 mg/Kg de aflatoxina y más de 100 fallecieron. Al menos otras dos brotes han ocurrido en Kenia, la más reciente en 2004, cuando 317 personas fueron afectadas y 125 murieron.

Origen

Las aflatoxinas son producidas por al menos tres especies Aspergillus, las cuales son A. flavus, A. parasiticus, y la más rara A. nonius. Estos hongos son capaces de colonizar un amplio rango de campos de cultivo y en el almacenaje como patógeno no destructivo, y pueden crecer y producir aflatoxinas a bajos niveles de humedad (con una actividad de agua aproximada mínima de 0.82) y en un amplio rango de temperatura (13 – 37 °C).

Su crecimiento es fuertemente influenciado por el clima y, se encuentran en todo el mundo, son más comunes en las regiones tropicales con variaciones extremas de temperatura, lluvia y humedad. La invasión de A. flavus de campos de cultivo de cacahuates es conocida por ser favorecida por la sequía y los cultivos de maíz son vulnerables sin son dañados por plagas de insectos.

El crecimiento de los hongos y la producción de aflatoxinas durante el almacenaje de cosechas, es también importante, especialmente si el secado es inadecuado, o las condiciones de almacenaje permiten el acceso de insectos o plagas animales.

Estabilidad en alimentos

Las aflatoxinas son compuestos estables y sobreviven con pequeña degradación a relativamente altas temperaturas. Su estabilidad térmica es influenciada por otros factores, tales como el nivel de humedad y el pH, pero los procesos térmicos (Calentamiento o cocción) no pueden ser utilizados para destruir aflatoxinas. Por ejemplo, el tostado de café verde, a 180 °C por diez minutos, da una reducción de solo el 50% en el nivel de aflatoxina B1.

La estabilidad de aflatoxina M1 en los procesos de fermentación de leche ha sido estudiado y aunque ocurren pérdidas apreciables, se encuentran cantidades significativas de la toxina, tanto en queso como en yogurt.

Las aflatoxinas pueden ser destruidas por hidrólisis alcalina y ácida, y por la acción de agentes oxidantes. Sin embargo, en muchos casos, los subproductos resultantes también tienen un riesgo de toxicidad o no han sido identificados.

Opciones de control

La capacidad de los hongos productores de aflatoxinas para crecer en un amplio rango de productos alimenticios y la estabilidad de las aflatoxinas en los alimentos significa que el mejor control alcanzado es diseñar medidas para prevenir la contaminación de campos de cultivo y durante el almacenamiento, o la detección y remoción de material contaminado en la cadena de suministro de la cadena alimenticia.

Antes de la cosecha

El mejor control de aflatoxinas antes de la cosecha es alcanzado a través de las Buenas Prácticas de Agricultura (BPA, o GAP, por sus siglas en inglés), que incluyen medidas tales como:

• Preparación de la tierra, remoción del desperdicio de los cultivos, aplicación de fertilizantes y la rotación de cultivos.

• Uso de variedades de cultivos resistentes a hongos y a plagas.

• Control de plagas.

• Control de infección de hongos.

• Prevención de sequías.

• Cosechar cuando se tenga un nivel adecuado de humedad y de maduración.

Manejo y almacenamiento posterior a la cosecha

La medida de control más importante y efectivo, posterior a la cosecha es el control de humedad y por lo tanto, la actividad de agua del cultivo. Asegurando que los cultivos susceptibles sean cosechados a un nivel seguro de humedad, o secarlos a un nivel adecuado de manera inmediata después de la cosecha, es vital para prevenir el crecimiento de los hongos y la producción de aflatoxinas durante el almacenaje. Los niveles adecuados de humedad varían entre cultivos (Para el maíz es aproximadamente 14% a 20 °C, pero para los cacahuates es mucho menor, cerca del 7%). Estos niveles de humedad deben mantenerse durante el almacenaje y el transporte.

Es importante también asegurar que el contenido de humedad no varía mucho en un cultivo almacenado a granel. Pequeñas ‘manchas húmedas’ pueden desarrollar crecimiento microbiano y esos pueden extenderse a áreas vecinas. Insectos y plagas animales pueden también actuar como puntos focales para el crecimiento microbiano.

Descontaminación

La separación física de material contaminado puede ser una medida efectiva de reducción de niveles de aflatoxina en productos contaminados. Por ejemplo, la clasificación de color es frecuentemente utilizada para la remoción de cacahuates ‘hongueados’ de cargamentos a granel. La segregación por densidad, separación mecánica y la remoción de ‘finos’ y tamizado de embarques de nueces y granos, pueden ser medidas efectivas también.

Los métodos de descontaminación química han sido investigados, especialmente para material utilizado como forraje (Alimento animal), pero la mayoría de estos métodos son imprácticos, o producen subproductos tóxicos. Actualmente, un proceso de amoniación se ha mostrado como el más prometedor y ha sido utilizado de forma exitosa para la remoción de aflatoxinas de forraje en EEUU.

Se ha considerado también la descontaminación biológica, y una sola especie bacterial, Flavobacterium aurantiacum, ha demostrado que remueve la aflatoxina B1 de los cacahuates y el maíz.

Aunque se han investigado métodos de descontaminación para la aflatoxina M1 en leche y en productos lácteos, la mayoría no son prácticos para la industria láctea. El único control realmente efectivo es minimizar la contaminación de los materiales utilizados en el forraje utilizado para el ganado lechero.

Análisis

Muchos países monitorean los productos importados que son susceptibles a estar contaminados con aflatoxinas, como los pistaches, por muestreo y análisis. Se ha desarrollado un gran número de métodos analíticos basados en el TLC (Thin Layer Chromatography, Cromatografía en Capa Fina), HPLC (High Performance Liquid Chromatography, Cromatografía Líquida de Alto Desempeño), y ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, Ensayo por Inmunoabsorción Ligado a Enzimas) y también hay kits de resultados rápidos. Sin embargo, los hongos y las aflatoxinas en embarques de alimentos a granel tienden a ser altamente heterogéneos en su distribución y es esencial asegurar que el plan de muestreo sea adecuado para el monitoreo de los materiales importados.

En algunos productos, tal como los higos, las aflatoxinas fluorescen bajo la luz UV y este puede ser un método rápido de inspección.

Legislación

Cerca de 100 países tienen regulaciones relacionadas con las aflatoxinas en los alimentos, y la mayoría incluye límites máximos permitidos o recomendados para productos específicos.

Unión Europea

Establece límites para la aflatoxina B1 y para aflatoxinas totales (B1, B2, G1 y G2) en nueces, frutas secas, cereales y especias. Los límites varían de acuerdo al producto pero el rango va desde 2-8 µg/Kg para B1 y de 4-5 µg/Kg para aflatoxinas totales. Hay también un límite de 0.050 µg/Kg para aflatoxina M1 en leche y productos lácteos. También especifican los métodos de muestreo y análisis. Se han establecido límites recientes para los alimentos infantiles, 0.10 µg/Kg para B1 y 0.025 µg/Kg para M1.

Estados Unidos de América

Las regulaciones estadounidenses incluyen un límite de 20 µg/Kg para aflatoxinas totales (B1, B2, G1 y G2) en todos los alimentos, excepto leche, a la cual se le ha establecido un límite de 0.5 µg/Kg para M1. Aplican límites más altos en forraje.

México

Se tienen NOMs (Normas Oficiales Mexicanas) para diversos productos, en los cuales se establecen los métodos de muestreo y análisis, así como los límites, de 20 µg/Kg para aflatoxinas totales (B1, B2, G1 y G2),

Otros

Australia y Canadá han establecido límites de 15 µg/Kg para aflatoxinas totales (B1, B2, G1 y G2) para nueces. Es el mismo límite internacional recomendado para cacahuates crudos por el Codex Alimentarius Commission. Se puede encontrar más información en link de la FAO en la sección de referencias.

Referencias

The mycotoxin factbook: Food & feed topics.
Barug, D. et al.

Mycotoxins (Clinical Microbiology Reviews)
Bennetm J. W. & Klich, M.

Overview of foodborne toxins – mycotoxins (aflatoxins)
Food-Info.net

European Mycotoxin Awareness Network (EMAN).

JECFA monograph on aflatoxins.
WHO Food Additives Series 40

Worldwide regulations for mycotoxins in food and feed 2003.
FAO Food and Nutrition Paper 81

Aflatoxin.info

En años recientes, el problema de las alergias alimentarias han crecido en importancia para la industria alimentaria, así como el número de personas, particularmente niños, afectados por síntomas alérgicos, también se han incrementado. Los procesadores de alimentos han sido ‘comisionados’ para responder a este desarrollo, particularmente en términos de etiquetado de los alimentos de forma clara. Junto con esta práctica, viene una responsabilidad de asegurarse de que esas etiquetas, sean precisas. Cuando los alimentos tienen etiquetas que indican que no contienen alérgenos específicos, es extremadamente importante que no se contaminen con esas sustancias durante la producción. Esto es vital para alérgenos tales como los cacahuates, los cuales pueden causar una reacción anafiláctica en individuos sensitivos tan agresiva, que puede llevarlos a la muerte. La presencia de alérgenos no declarados en los alimentos es una causa creciente de retiros de producto en los mercados europeo, estadounidense y otros alrededor del mundo.

El control de los alérgenos en los alimentos es un tópico de rápido desarrollo en la inocuidad alimentaria. En la legislación europea, se contemplan doce alérgenos como los principales causantes del 90% de las alergias (En EEUU se contemplan ocho, los cuales se incluyen en esa lista), pero es importante recordar que hay más alimentos que puedan ser causante de reacciones alérgicas en individuos sensibles. Los alérgenos son:

• Cereales que contengan gluten.
• Crustáceos
• Pescados
• Huevos.
• Cacahuates.
• Soya.
• Leche.
• Nueces de árbol.
• Apio
• Mostaza.
• Ajonjolí.
• Dióxido de azufre y sulfitos.

Es muy probable que las alergias alimentarias continúen creciendo en importancia en los años venideros, y que más alérgenos se incorporen a las legislaciones actuales.