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Moringa: la ciencia tras el árbol milagroso

Traducido por: alumnos Máster Traducción. Universidad de Zaragoza (2011-12)

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Una flor del árbol moringa
© WEDC, Loughborough University

Durante mucho tiempo, se ha conocido a las moringas como árboles milagrosos. Ahora los científicos investigan al detalle sus propiedades, tal y como nos cuentan Sue Nelson y Marlene Rau report.

En las estribaciones de la cordillera del Himalaya, crecen unos árboles de entre cinco y diez metros de alto, con agrupaciones de pequeñas hojas ovaladas y flores de color crema delicadamente perfumadas. Estos árboles son las Moringa oleifera, la especie más cultivada de las 14 que componen el género Moringa, conocidas como «los árboles milagrosos».

«Se le llama árbol milagroso porque todas sus partes dan beneficios», dice Balbir Mathur, presidente de Trees for Life Internationalw1, una organización estadounidense sin ánimo de lucro que proporciona ayuda para el desarrollo a través de la plantación de árboles frutales, entre ellos la moringa. «Las raíces, las hojas, la corteza, partes de los frutos y las semillas. Todo. La lista es interminable».

Puede que los reportajes de prensa sobre la naturaleza milagrosa de este árbol sean exagerados, pero sí que tiene algunas propiedades realmente impresionantes. Las moringas, naturales del norte de la India, aunque ahora ampliamente extendidas por Asia, África y Latinoamérica, se han usado en las aldeas en países en vías de desarrollo durante siglos. Sus usos van desde la medicina tradicional, como alimento y aceite de cocina, hasta su uso como pesticida natural, producto de limpieza doméstico y, la novedad más reciente, como biocombustible.

Las moringas son sumamente resistentes. En algunas partes de África se les conoce como «nebedies», que significa «los árboles que nunca mueren», porque crecen en suelos poco fértiles, rebrotan despues de talarlos y son uno de los pocos árboles que dan fruto durante una sequía.

Pero es otra utilidad de la Moringa oleifera la que interesa actualmente a los científicos: las semillas molidas de la moringa pueden ayudar a purificar el agua contaminada y así salvar vidas: la Organización Mundial de la Salud estima que el agua no apta para el consumo, la insalubridad y una higiene deficitaria causan alrededor de 1,6 millones de muertes al año en todo el mundo.

La depuración del agua es un proceso que consta de dos fases: en primer lugar, el agua se decanta, eliminando partículas como minerales, residuos vegetales y bacterias. No obstante, no todas las partículas se hunden facilmente por lo que se añaden agentes coagulantes para facilitar que las partículas se agrupen. Estos grumos se pueden eliminar mediante filtros o por sedimentación. El segundo paso es la desinfección; es decir, matar aquellos agentes patógenos que todavía permanecen, mediante compuestos de cloro, ozono, hidrógeno o luz ultravioleta.

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Las semillas de M. oleifera se muelen antes de usarlas
© WEDC, Loughborough University

La Moringa oleifera puede facilitar el primer paso de la purificación, no solo en los países en vías de desarrollo sino también en los países desarrollados. Los agentes coagulantes más usados en las depuradoras de agua industriales son las sales de aluminio. La mayoría de las partículas que se deben eliminar del agua tienen carga eléctrica, por lo que los agentes coagulantes son normalmente iones. Dado que la eficacia coagulante aumenta con el cuadrado de la carga iónica del agente coagulante, los iones polivalentes como el aluminio son muy eficaces. Sin embargo, existe cierta preocupación, todavía sujeta a controversia, por si una exposición prolongada al aluminio podría vincularse al desarrollo de enfermedades neurodegenerativas. Una alternativa serían las sales de hierro, pero son más difíciles de usar porque su solubilidad varía con el pH.

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Semillas de moringa: entera (izquierda) y sección (derecha)
© WEDC, Loughborough University

Otro tipo de agentes coagulantes son los polímeros sintéticos pero, como ocurre con los demás coagulantes, los lodos que se forman en el proceso de depuración deben ser retirados; de manera que aunque los polímeros sintéticos solucionan el problema del supuesto vínculo con las enfermedades neurodegenerativas, su carácter no biodegradable sigue representando un problema.

La M. oleifera rivaliza en eficacia con las sales de aluminio (ver Ghebremichael et al., 2005), y parece ser una alternativa viable ya que no es tóxica, es biodegradable y se ha documentado la reducción de turbidez, arcilla y contenido bacteriológico en el agua tras la aplicación de sus semillas.

En algunas áreas rurales de Sudán, las mujeres ya usan la M. oleifera para purificar el agua. Cuando recogen agua del río Nilo, colocan semillas en polvo en una pequeña bolsa de tela atada a un hilo. Entonces hacen girar esta bolsa en el cubo de agua turbia hasta que las finas partículas y bacterias se agrupan con el polvo de M. oleifera depositándose en el fondo. Para poder beberse, el agua debe purificarse más, hirviéndola, filtrándola a través de arena o colocándola en una botella transparente para que le dé la luz solar durante un par de horas (solarización; Folkard et al., 1999). Tú mismo puedes probar esta técnica en clase (ver recuadro).

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La madre del Dr. Kwaambwa, investigador de la moringa, muestra cómo se usan las semillas para purificar el agua
Imágenes cortesía de Dr Majority Kwaambwa, University of Botswana

Pese a que entre 1989 y 1994 se llevó a cabo con éxito un estudio piloto en la depuradora de agua de Thyolo, Malawi, (ver Folkard & Sutherland, 2002),el desarrollo de los futuros métodos de tratamiento industrial con M. oleifera depende de la comprensión exacta de los procesos que tienen lugar durante la depuración. Los investigadores ya saben que el ingrediente activo de las semillas es una proteína que representa el 30-40% de su peso. Hay al menos dos proteínas que podrían estar relacionadas. Son solubles en agua y bastante pequeñas, alrededor de 6-16 kDa, por lo que pueden atravesar fácilmente la bolsa. En concentraciones más altas, se agregan aunque estén disueltas gracias a sus considerables regiones hidrófobas. La proteína se adsorbe sobre las partículas contaminantes, que entonces se agrupan y pueden ser así separadas y extraídas.

Pero ¿cómo funciona exactamente este agrupamiento? Científicos de la Universidad de Upsala, Suecia, y de la Universidad de Botsuana en Gaborone, Botsuana, se propusieron ampliar esta investigación (ver Kwaambwa et al., 2010). Obtuvieron de las semillas un extracto purificado de toda la proteína soluble en agua para estudiar cómo se adsorbe sobre una superficie de contacto entre agua y sílice (dióxido de silicio, SiO2) como modelo de interfaz entre agua y partículas minerales.

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Semillas secas de Moringa oleifera
Imagen cortesía de Dr Majority Kwaambwa

El equipo utilizó un haz de neutrones en el Instituto Laue Langevinw2 de Grenoble, Francia, para medir, mediante una técnica llamada reflectometría de neutrones, el grosor, la densidad y la rugosidad de la capa de proteína que se forma.

¿Cómo funciona esta técnica? Al observar una capa de gasolina en un charco puede apreciarse una variedad de colores iridiscentes. La luz rebota tanto desde la superficie como desde el fondo. Las ondas luminosas reflejadas están ligeramente desfasadas y, dependiendo del grosor de la capa de gasolina, se sumarán o anularán entre sí, dando como resultado distintos colores. Existen muchos más materiales transparentes a los neutrones que a la luz y las longitudes de onda de los neutrones son también casi mil veces más cortas (0,2-2 nm) que las de la luz (unos 0,5 µm), por lo que se puede usar un haz de neutrones para medir capas de proteína de una sola molécula de grosor.

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La proteína de la M. oleifera se agrupa muy densamente cuando está cerca de la superficie de la sílice, en una capa de alrededor de dos moléculas de grosor (50 Å). Conforme crece la distancia a la superficie de la sílice, la concentración de proteína adsorbida decrece rápidamente. Haga clic sobre la imagen para ampliarla
Imagen cortesía de Maja Hellsing

La muestra se expone al haz blanco de neutrones y se mide la reflectividad en función del color del neutrón (es decir, la longitud de onda) lo que indica a los científicos cuántas moléculas de grosor tiene la capa, lo agrupadas que están y la rugosidad de la superficie de la capa.

En el experimento de la M. oleifera, los científicos descubrieron que la proteína de la semilla forma capas densas de más de una molécula de grosor a concentraciones tan bajas como 0,025 por ciento en peso, por lo que la fijación es bastante eficaz. La superficie de las capas es extraordinariamente lisa, pero la proteína de la M. oleifera no es uniforme en su conjunto. Al alejarnos de la superficie de la sílice, crece el número de moléculas de agua entre la proteína, lo que puede entenderse como un cambio de densidad, tal y como indica la reflexión de neutrones (ver diagrama de la izquierda).

Este hecho sugiere la razón de que el agrupamiento sea tan eficaz: la proteína de la M. oleifera posee una fuerte tendencia a unirse tanto a superficies minerales como a otras moléculas de proteína de M. oleifera, incluso a concentraciones muy bajas de proteína, gracias a las regiones hidrófobas y al hecho de que, aun siendo la proteína en su conjunto electricamente neutra, los diferentes subgrupos de cargas opuestas se ionizan.

Se sigue trabajando con proteínas de M. oleifera para desarrollar un tratamiento de depuración del agua que no resulte tóxico, que sea biodegradable y para el que existan materiales disponibles a nivel local y a un coste mucho menor que el de las sales de aluminio. Entre las cuestiones que se han tratado se encuentran la cantidad de proteína de semilla necesaria, si otras proteínas o biopolímeros son apropiados y si otras impurezas del agua, como los detergentes naturales, infuyen en el desarrollo del proceso.

Mathur agradece este interés científico. «Creemos que la moringa es muy importante y es necesario captar la atención de los científicos que son los que pueden llevar a cabo una investigación más profunda», señala. «Todavía no es muy conocida en el mundo occidental porque no se da allí». En el futuro, el árbol milagroso podría hacer honor a su nombre. «La moringa podría salvar millones de vidas en todo el mundo en los años venideros», expone Mathur. «No puedo dejar de insistir en lo importante que es».

Purificar agua con semillas de moringa

Las semillas de Moringa oleifera se pueden obtener a un precio asequible en la Red, ya que el árbol se cultiva con fines decorativos.

La cantidad de M. oleifera requerida para purificar el agua dependerá de las impurezas que contenga. Alrededor de 50-150 mg de semillas molidas bastan para tratar un litro de agua: como regla general, el polvo de una semilla sería suficiente para un litro de agua muy turbia o dos litros de agua poco turbia. Experimentar con pequeñas cantidades de agua en un tarro te ayudará a calcular la cantidad correcta de polvo y los tiempos óptimos de mezcla.

Quizá te interese comparar la calidad del agua conseguida con las semillas de M. oleifera y la conseguida mediante otros métodos (ver en Mitchell et al., 2008, un ejemplo de otro método de purificación) y organizar un concurso para ver cuál es el método más eficaz.

  1. Extrae las semillas de las vainas secas, si todavía quedan restos, y pélalas hasta que quede el grano blanquecino. Desecha cualquier grano con manchas oscuras o señales de deterioro.

  2. Tritura los granos de las semillas hasta obtener un polvo fino y tamízalo (en una malla de 0.8 mm o algo parecido).

  3. Pon el polvo (aproximadamente 2 g) en una taza de agua limpia, viértelo en una botella y agítala durante 5 minutos.

  4. Filtra la mezcla echándola a través de un paño limpio al cubo de agua sucia que se va a tratar.

  5. Remueve el agua rápìdamente durante 2 minutos y más despacio durante 10-15 minutos (no uses instrumentos de metal ya que podrías reintroducir los iones metálicos eliminados por la M. oleifera). Cuando estés removiendo despacio, las partículas finas y las bacterias empezarán a agruparse y hundirse, depositándose en el fondo del cubo.

  6. Tapa el cubo y déjalo reposar hasta que el agua se aclare y las impurezas se depositen en el fondo. Este proceso puede tardar hasta una hora.

  7. Se puede trasvasar o verter el agua limpia de la parte superior del cubo o filtrarla a través de un paño limpio. Este proceso elimina al menos el 90% de las bacterias y otras impurezas que causan la turbidez.

Notas:

Se puede almacenar tanto las semillas como el polvo de semillas, pero la pasta (hecha en el paso 4) debe estar recién hecha cada vez que se vaya a purificar agua.

Por razones de seguridad, el agua purificada en clase no debe beberse.

Referencias

Folkard G, Sutherland J (2002) Development of a naturally derived coagulant for water and wastewater treatment. Water Science and Technology: Water Supply 2(5-6): 89-94

Folkard G, Sutherland J, Shaw R (1999) Water clarification using Moringa oleifera seed coagulant. In Shaw, RJ (ed) Running Water: More Technical Briefs on Health, Water and Sanitation pp 109-112. Rugby, UK: IT Publications. ISBN: 9781853394508

Ghebremichael KA et al. (2005) A simple purification and activity assay of the coagulant protein from Moringa oleifera seed. Water Research 39: 2338-2344. doi: 10.1016/j.watres.2005.04.012

Kwaambwa HM, Hellsing M, Rennie AR (2010) Adsorption of a water treatment protein from Moringa oleifera seeds to a silicon oxide surface studied by neutron reflection. Langmuir 26(6): 3902-3910. doi: 10.1021/la9031046

Mitchell WA et al. (2008) Science for the Next Generation: activities for primary school. Science in School 10: 64-69. www.scienceinschool.org/2008/issue10/nextgeneration

Recursos en la red

w1 – Trees for Life International coordina un foro internacional sobre árboles y plantas beneficiosas y lleva muchos años dando a conocer la moringa mediante el envío de publicaciones e información a universidades, embajadas, y jefaturas de estado así como mediante la creación de material educativo para las escuelas. Ver: www.treesforlife.org

w2 – Para saber más sobre el Instituto Laue-Langevin, ver: www.ill.eu

Recursos

Si has disfrutado con la lectura de este artículo, echa un vistazo a otros artículos de Science in School sobre la investigación realizada en el ILL. Ver: www.scienceinschool.org/ill


Opinión

Se trata de un artículo intelectualmente estimulante que usa la teoría científica (capacidad de enlace de los iones, técnicas de reflexión de neutrones) para explicar una aplicación cotidiana (uso de semillas para purificar el agua).

Tras la pertinente evaluación de riesgos, se podrían tomar ideas de este artículo para hacer practicas innovadoras con estudiantes de distintos cursos. Las semillas de M. oleifera se pueden comprar en Internet si no tienes la suerte de que crezcan en tu zona y sus efectos sobre la purificación del agua pueden compararse con los de otras semillas. ¿Son las semillas de M. oleifera mucho más efectivas? Los estudiantes más jóvenes disfrutarán moliendo distintas semillas y proponiendo diversas maneras de medir lo clara que se vuelve el agua turbia.

Los estudiantes mayores pueden dar un paso más y realizar investigaciones sobre el uso de las diferentes partes de las semillas, relacionarlas con la bioquímica de semillas, o comparar semillas sometidas a distintos tratamientos, (p. ej. las secas frente a las frescas). Investigar la base científica del proceso de depuración mediante semillas puede constituir un reto para los alumnos más aventajados.

El artículo encaja bien con varios temas del programa docente: biología de las semillas / bioquímica de extractos; química de la purificación del agua / comportamiento físico de las sales; física (quizá la relacionada con la investigación de la densidad de capas) y la búsqueda de métodos alternativos. La idea podría formar la base de un proyecto interdisciplinar con ciencias sociales gracias a sus vínculos con la sostenibilidad y las energias renovables.

El artículo resulta idóneo como ejercicio de comprensión para estudiantes de 16 años en adelante. He aquí algunas cuestiones que pueden plantearse en una clase de biología:

  • La Moringa oleifera es una de las 14 especies del «árbol milagroso». ¿Qué parte del nombre científico identifica el género y qué parte la especie?

    (Respuesta: género: Moringa; especie: Moringa oleifera)

  • En este artículo, se presentan diversas aplicaciones de la moringa, como la medicina, la alimentación y el aceite de cocina. Indica qué partes del árbol podrían usarse para cada una de las aplicaciones mencionadas en el artículo.

    (Las respuestas no tienen por qué ser correctas, ya que no se espera que los estudiantes las sepan, pero deberían sugerir ideas razonables, por ej. el aceite se obtiene de las semillas, las medicinas, de cualquiera de sus partes; la comida, del fruto; el pesticida, de las hojas; los productos de limpieza, de las raíces.)

  • Las moringas «rebrotan después de talarlas» y se conocen como «uno de los pocos árboles que da fruto durante una sequía». Indica qué adaptaciones poseen estos árboles para poder hacerlo.

    (Respuesta: tampoco ahora se espera que los estudiantes conozcan la respuesta, pero podrían sugerir ideas como que los nuevos árboles nacen de semillas que se cayeron del árbol antes de talarlo, o que la poda actúe como estímulo haciendo que broten más ramas. La capacidad de dar fruto durante una sequía podría deberse a una vasta raigambre (profunda o ancha, como la de los cactus), hojas que reducen la tasa de transpiración o a mecanismos para absorber el rocío, como por ejemplo raíces superficiales.

El artículo también puede usarse para generar un debate. Posibles temas serían:

  • Indicios a favor o en contra de que el aluminio esté vinculado al desarrollo de enfermedades neurodegenerativas.

  • Los usos menos conocidos de las plantas.

  • El papel de los medios de comunicación al crear alarma social con escasa base científica (como la caída en la venta de cazuelas de aluminio tras sugerirse que podrían ser dañinas).

  • Temas de ciudadanía o jornadas temáticas en torno a la disponibilidad de agua en el mundo.

Sue Howarth, Reino Unido


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Recomendaciones del revisor: Biología, Química, Bioquímica, Física, Educación personal, social y sanitaria
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