Los campos electromagnéticos se dan de forma natural en nuestro entorno, por ejemplo: el campo eléctrico y magnético estático natural de la Tierra, los rayos X y gamma provenientes del espacio y los rayos infrarrojos y ultravioletas que emite el Sol; incluso la luz visible es una radiación electromagnética. También existen los campos electromagnéticos artificiales, energía eléctrica, telefonía móvil, ondas de radio y televisión, sistemas antirrobo, detectores de metales, radares, mandos a distancia, comunicación inalámbrica entre otros. Las características físicas de cada una dependen de su frecuencia de oscilación.
La primera teoría del campo magnético de la tierra fue expuesta por Edmond Halley, propuso que la Tierra contenía un cierto número de capas esféricas, una dentro de otra, cada una imantada de forma diferente y que giraban lentamente entre sí. Las investigaciones hechas a partir de los trabajos del científico Ampere, Maxwell entre otros, determinaron que la Tierra es un gran núcleo magnético en movimiento dentro de un sistema más amplio, el universo.
A partir de los episodios históricos de investigación sobre magnetismo y la aplicación en la Tierra permiten nombrar dos teorías: El efecto dínamo se basa en el fluído conductor, es decir, el magma puede generar y mantener el campo magnético de la Tierra, ya que por ser de clase variable el campo magnético tiende a ser de género adyacente y por consiguiente la variación del campo no está perfectamente determinada por un patrón común. La otra teoría es la gran cantidad de depósitos de mineral de hierro, los cuales en tiempos remotos se magnetizaron en forma gradual y prácticamente con la misma orientación, por ello actúan como un enorme imán.
El campo magnético terrestre se extiende desde el núcleo hasta atenuarse progresivamente en el espacio exterior, la magnetósfera. Además los campos electromagnéticos naturales al interior de la Tierra pueden ser modificados o neutralizados mediante otros campos artificiales, cualquier máquina eléctrica genera radiaciones que influyen en ellos. Ejemplo, los edificios construídos con hormigón genera el fenómeno conocido como jaula de Faraday, estas estructuras aíslan los campos eléctricos naturales.
Todos los elementos del sistema, ya se trate de seres vivos o no, mantienen una relación entre sí y dan origen a fenómenos eléctricos y magnéticos que conforman el campo electromagnético en el que todos y cada uno de los cuerpos vibran y emiten energía. Por lo tanto, la interacción de los campos magnéticos con los seres vivos es la magneto-orientación. Esto consiste en que las moléculas y átomos tanto de materiales diamagnéticos como paramagnéticos en presencia de un campo magnético experimentan una fuerza que tiende a orientarlos en una configuración que minimiza la energía libre.
Orientación magnética y su influencia en las Eras
Geológicas
El campo magnético de la Tierra varía en el curso de las eras geológicas, es lo que se denomina «variación secular». Según se ha comprobado por análisis de los estratos al considerar que los átomos de hierro contenidos tienden a alinearse con el campo magnético terrestre. La dirección del campo magnético queda registrada en la orientación de los dominios magnéticos de las rocas y el ligero magnetismo resultante se puede medir, principio de los metales ferromagnéticos. La gráfica 1, muestra los procesos de magnetización que sufren las rocas.
Gráfica 1. La interacción de los procesos de magnetización en rocas
Bajo el principio de los metales ferromagnéticos y sus respectivas mediciones se ha podido identificar el movimiento de las placas tectónicas de la Tierra. En algunos lugares existen estructuras geológicas donde la imantación registrada está orientada hacia el polo sur geográfico, este clase de registro es un indicativo que el campo magnético de la Tierra sufre periódicas inversiones.
Este proceso de inversión pudo ser un factor externo limitante y adaptativo donde los organismos se desarrollaron y evolucionaron en presencia de un nuevo campo magnético terrestre produciendo quizás una ventaja evolutiva en algunas especies donde trasmitieron la característica de detectar el campo magnético y el uso en la orientación. Además cabe decir que durante los periodos de inversiones magnéticas han ocurrido extinciones en masa o especializaciones en animales. Las razones pueden ser múltiples, pero una de ellas puede ser la pérdida de referencias en animales que son capaces de detectar el campo magnético terrestre.
Antes de que apareciera el campo magnético de la Tierra, la superficie de la misma estaba prácticamente esterilizada por la radiación cósmica de partículas de alta energía procedentes del espacio que alcanzaban la superficie de la Tierra. Después de la formación del campo magnético terrestre y de la aparición de la vida sobre la Tierra, una inversión magnética puede tener consecuencias desastrosas.
Durante el proceso de inversión, el campo terrestre disminuirá y, por tanto, aumentará la radiación cósmica. La consecuencia es la exposición de los organismos vivos ya formados a fuertes radiaciones ionizantes las cuales serían la causa de un gran número de mutaciones. Como consecuencia, se daría origen a la formación de nuevas especies y la desaparición de otras. En resumen, la gráfica 2, relaciona las inversiones del campo magnético y las extinciones masivas de especies durante las eras geológicas.
Midiendo el magnetismo de rocas situadas en estratos formados en períodos geológicos distintos se elaboraron mapas del campo magnético terrestre en diversas Eras. Estos mapas muestran que ha habido épocas en que el campo magnético terrestre se ha reducido a cero para luego invertirse. Durante los últimos cinco millones de años se han efectuado más de veinte inversiones, la más reciente hace 700.000 años. Otras inversiones ocurrieron hace 870.000 y 950.000 años. El estudio de los sedimentos del fondo del océano indica que el campo estuvo prácticamente inactivo durante 10 o 20 mil años, hace poco más de un millón de años. Esta es la época en la que surgieron los seres humanos.
El campo magnético y la orientación magnética en seres vivos
Orientación magnética en bacterias. En 1975, Richard Blakemore, establece el magnetotactismo en bacterias. Demostró que las bacterias nadaban siempre a lo largo de las líneas del campo magnético. Luego los análisis de microscopía electrónica y otras técnicas demostraron que en el interior de las bacterias había cristales de magnetita.
El conocer la inclinación del campo magnético terrestre con respecto a la superficie les sirve a las bacterias para determinar la dirección de mayor profundidad del agua o del fango, medio en el cual viven. El detectar la componente vertical del campo magnético terrestre es para las bacterias la mejor forma de encontrar el fondo.
Esta magnetita se encuentra en el citoplasma envuelto por una membrana biológica, lo que prueba que forma parte de un orgánulo especializado. Por esta razón, se las denominó magnetosomas. Estos magnetosomas aparecen alineados formando una cadena paralela al eje de movilidad de la bacteria. Las interacciones magnéticas entre partículas de la cadena tienden a orientar sus momentos dipolares magnéticos en paralelo a lo largo del eje de la cadena. Así, la orientación de la bacteria en el agua esta determinada por el equilibrio entre la fuerza magnética y las fuerzas aleatorias que tienen su origen en el movimiento térmico de las moléculas del agua.
Orientación magnética en insectos
El caso de las abejas melíferas (Apis mellifera), se ha comprobado que están claramente influenciadas por los campos magnéticos ambientales, y en particular, poseen orientación magnética. Estas abejas comunican la posición de una fuente de comida a otros miembros de la colonia por medio de una danza aérea. El ángulo entre la dirección de la danza y la vertical indica el ángulo entre la fuente de comida y el Sol. Cuando el campo magnético se cancela por medio de bobinas se producen errores en el ángulo de danza y campos magnéticos débiles que afectan la dirección de la danza. También se ha comprobado que la construcción del panal tiene una orientación magnética.
La magnetita se encuentra en el abdomen no solo de las abejas sino en otros insectos (inclusive en otros artrópodos). En estos segmentos abdominales hay numerosos gránulos ricos en óxido de hierro hidratado, posible precursor del Fe3O4, magnetita.
Orientación magnética en peces
Según Brown, los condrictios son capaces de utilizar el campo magnético para orientarse, son sensibles a las líneas de campo magnético de una manera indirecta, a través de la detección, por medio de electrorreceptores. En el agua de mar hay disueltos iones por lo que las corrientes oceánicas implican corrientes eléctricas. Por tanto, tenemos una corriente eléctrica en presencia de un campo magnético (el terrestre). La fuerza de Lorentz sobre ellas produce una separación de las cargas (efecto Hall) lo cual forma unos campos geoeléctricos, esto genera minúsculos campos eléctricos que son detectados por estos animales a través de las ampollas de Lorenzinni. Pero en otros peces es deforma directa pues se ha establecido la presencia de magnetita en su cuerpo.
Orientación magnética en anfibios
Se ha comprobado en los tritones adoptan un rumbo medio en dirección a las charca de origen, dado a la sensibilidad que tienen a la acción del campo magnético de la Tierra, además pueden orientarse con respecto a él.
Los tritones efectúan desplazamientos o migraciones, inferiores a 5 km en los que mantienen un rumbo constante hacia un lugar de destino. Tal orientación puede conseguirse con un sentido direccional (“sentido de brújula simple”). Además requieren de un sentido direccional o un sentido de posición geográfica (“sentido de mapa”) elaborado a partir de la información espacial disponible en el lugar en que se encuentra el individuo.
Para realizar una verdadera navegación, utilizando un mapa, los tritones deben conocer la alineación de los gradientes magnéticos alrededor de sus charcas de cría, de forma que, cuando son desplazados a lugares desconocidos para ellos, puedan comparar los valores del campo geomagnético local con los de su charca, determinando así su posición geográfica en relación con su hogar. Por el momento es incierto encontrar magnetita en su cuerpo.
Orientación magnética en reptiles
Los parámetros geomagnéticos varían de manera uniforme y predecible según la latitud: así, la inclinación de las líneas de campo magnético (ángulo con el que las líneas del campo magnético terrestre interceptan la superficie de la Tierra) y la intensidad del campo magnético en las direcciones horizontal y vertical. Cualquiera de estas magnitudes podría servir de componente en un mapa para determinar la posición con respecto a un objetivo. Se ha demostrado que las tortugas pueden detectar tanto la intensidad como la orientación del campo magnético terrestre con lo cual pueden usar un “mapa” magnético de dos coordenadas.
Orientación magnética en aves
Para la comprobar la acción del campo magnético, colocaron pequeñas barras imantadas en la parte trasera de la cabeza de un grupo de palomas y se comparó su habilidad de volver a las jaulas del palomar con las de un grupo de control que sólo llevaba barras de cobre. Cuando el cielo estaba cubierto, la orientación de las palomas que llevaban imanes quedaba imposibilitada mientras que la del grupo de control se mantenía y era capaz de volver al palomar. Luego se sustituyeron los imanes por bobinas de Helmhotz sujetas a las cabezas de las palomas cuando el cielo estaba cubierto. Comprobaron que la dirección del vuelo dependía de la orientación del campo magnético generado con las bobinas. También se comprobó que las anomalías magnéticas y las tormentas magnéticas afectaban la orientación. Trabajos posteriores mostraron que, además de tener una sensibilidad magnética las palomas podrían tener un “mapa” magnético. Quedó así claramente establecido que existe una orientación de las palomas a través del campo geomagnético.
Estudios morfológicos comprobaron en las palomas la presencia de material magnético en la cabeza y el cuello. La mayoría del material magnético se encontraba localizado entre el encéfalo y el cráneo, Fe3O4, es decir, magnetita.
Orientación magnética en mamíferos
En el fondo del océano se forman unas bandas magnéticas debido a las fisuras entre placas. La señal magnética de cada banda puede sumarse al campo geomagnético local, aumentando ligeramente el campo total (máximo magnético), o bien se opone al campo actual de la tierra, reduciéndolo (mínimo magnético). Estas bandas son verdaderas “autopistas” magnéticas. Se pueden detectar tales bandas de intensidad magnética máxima y mínima en regiones muy extensas del océano abierto. Estas bandas afectan a las ballenas y delfines, han demostrado que las ballenas y los delfines quedan con frecuencia varados en playas donde los mínimos magnéticos interceptan la tierra, lo que da pie a suponer que los cetáceos siguen esas rutas de migración.
Estos animales también tienen magnetita en el cráneo y hay una evidencia de que nadan siguiendo las líneas del campo magnético terrestre. En el caso de las ballenas, cuando hay perturbaciones geomagnéticas, hay abarrancamientos en las costas debido a que pierden su orientación.
En roedores hay la orientación magnética, la magnetita se encuentra en la cavidad etmoidal y en los huesos nasales.
También se ha visto que en las proximidades de la magnetita hay terminaciones nerviosas por lo que se podría hablar de una función sensorial para detectar campos magnéticos.
Monos y el ser humano
En los monos y en el ser humano se ha encontrado magnetita tanto en la cavidad etmoídea como en otras partes. En el humano, los tejidos blandos del cerebro contienen el equivalente de varios millones de magnetosomas por gramo. Esto implica que menos del 0.1 % de las células del cerebro humano contienen magnetita. Se ha observado que los seres humanos que trabajan en las proximidades de imanes artificiales muy potentes experimentan pérdidas de memoria y que la exposición del cerebro humano a campos magnéticos poco intensos durante unos minutos al día aumenta sensiblemente la actividad cerebral.
De forma indirecta, las bacterias del intestino humano se multiplican rápidamente. Hay gérmenes que desarrollan una enorme resistencia a los antibióticos mientras que otros se hacen mil veces más vulnerables cuando se altera el campo magnético. Las investigaciones en el humano actual no emiten evidencia de la existencia de campos magnéticos de orientación ni mapas de orientación naturales.
RESUMEN
El campo magnético debe ser entendido como una fuerza fundamental de la naturaleza donde hay una estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. Este campo determina la orientación de los animales y bacterias de forma directa o indirecta. Por lo tanto el siguiente escrito pretende resaltar la importancia del campo magnético terrestre y la influencia que ha tenido durante las eras geológicas. Además de describir la orientación magnética de las bacterias, insectos y vertebrados.
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Lic. Alexander Afanador C.
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