Esta
realmente en el agua? Un examinación critica sobre metales
toxicos en acuarios de arrecife.
Orgulloso
patrocinador de esta columna
Durante mi reciente charla en la Conferencia Internacional de
Acuarios Marinos,
comente la evolucion del mantenimiento moderno de acuarios de
arrecife explicando que el hobby evoluciono a traves de una
serie de etapas para alcanzar su actual estado. Sugeri que el
metodo de prueba y error que ayudo al hobby a
alcanzar su actual nivel de comprension no nos llevaria mas
adelante. Para continuar evolucionando y crecer, el hobby debia
entrar en una nueva fase donde metodos cientificos reemplazaran
el "vuduismo" que caracterizo demasiado de lo que guio al hobby
hasta este momento.
Una
reciente serie de articulos sobre metales en agua marina
artificial y acuarios de arrecife parecerian ser un ejemplo de lo
que yo estaba recomendando.
(Shimek 2002a 200b) Pese a que eso es cierto hasta cierto
punto, la serie tambien ilustra trampas y peligros que nos
encontramos al entrar a esta nueva fase de mantenimiento de
acuarios de arrecife. La respuesta a los articulos tambien
demuestra que muchos hobbystas son ingenuos respecto a metodos
cientificos and estan mal preparados para interpretar la validez
y utilidad de una aparentemente significativa investigacion.
Si el hobby se quiere beneficiar de metodos cientificos, los
hobbystas necesitan desarrollar un mayor entendimiento de los
principios y metodos cientificos, como tambien la habilidad de
distinguir entre buena y mala ciencia. El objetivo de este y
otros articulos que lo seguiran, es examinar los articulos sobre
metales en acuarios de arrecife para ayudar a desarrollar un
entendimiento suficiente en el mantenimiento de los mismos, de tal forma que los hobbystas puedan juzgar
criticamente los articulos que aparezcan en la literatura del
hobby.
Que es ciencia?
Todas las fotografias fueron tomadas por el autor en
buceos recientes.
En su
forma mas basica, ciencia es simplemente el estudio sistematico
de un fenomeno. El Diccionario de Oxford define ciencia un poco
mas elaboradamente, como "un cuerpo conectado de demostraciones
verdaderas o con hechos observados sistematicamente clasificados
y mas o menos comprehendidos por leyes generales, y que
incluye metodos confiables para el descubrimiento de nuevas
verdades". Hay muchas partes moviles en la definicion, y cada
una importa para decidir si algo es ciencia. Tambien se dijo que
la historia de la ciencia consiste en una serie de conjeturas y
refutaciones. Esto es porque en ciencia, la mayoria de la
conjeturas son erroneas y algunas son correctas. En otras
palabras, los cientificos se equivocan mas veces de las que
estan en lo correcto. Por lo que uno podria describir a los
cientificos en foma mas acertada, como buscadores de falsedades. (Esta
es una diferencia clave entre la forma de pensar de un cientifico
y de un hobbysta de acuarios de arrecife. Los cientificos aceptan
el error como algo inevitable, y el descubrimiento de errores en
los demas es un elemento escencial del progreso cientifico.
Muchos acuaristas de arrecife parecen sentirse incomodos con
esta idea)
El
conocimiento cientifico crecio a lo largo de los siglos a medida
que los cientificos construyeron sobre los descubrimientos (y
errores) de trabajos anteriores. Observaciones llevaron a
hipotesis, que a su vez llevaron a pruebas y experimentos.
Algunos experimentos apoyaron hipotesis mientras otros las
desaprobaban, pero en cada paso del camino los cientificos
aprendian un poco mas sobre nuestro mundo. Los metodos
cientificos se refieren al uso de metodos probados y aceptados
para estudiar fenomenos. El uso de metodos cientificos
aceptados agrega credibilidad a lo que uno encuentra y ayuda a
otros cientificos a comprender los resultados. Tambien ayuda a
otros a repetir los estudios y confirmar lo que se encuentra en
ellos.
Los
estudios sobre metales son utiles para ilustrar el uso y abuso
de metodos cientificos. En las secciones que siguen, examinare
cada etapa de los estudios y explicare que es correcto y que
incorrecto sobre los metodos del autor y sus conclusiones.
El
trabajo cientifico involucra una serie de pasos, y todos ellos
determinan la exactitud y utilidad del trabajo. Un error en
cualquier punto del proceso puede arruinarlo, por lo que cada
paso debe ser examinado de cerca. Los trabajos cientificos
generalmente comienzan con una seccion introductoria que explica
la pregunta central a ser estudiada. Esta seccion generalmente
enumera estudios previos y literatura relevante. Explicara por
que el estudio es importante, y determinara la hipotesis a ser
probada. En los articulos sobre metales el autor asegura que las
concentraciones de metales en los acuarios promedio son
significativamente mas altas que en los arrecifes naturales y
que estudios cientificos demostraron conclusivamente que los
niveles encontrados en acuarios de arrecife son toxicos para
organismos marinos. Propuso que la acumulacion de metales en
acuarios de arrecife pueden explicar por que algunos tanques se
deterioran con el paso del tiempo. (sindrome del tanque viejo).
Cuando uno examina estudios en forma critica, primero debe
cuestionar las premisas del autor. Los argumentos del autor son
logicos? Si lo son, la vision que el propone se enfocara en el
tema que analiza?
Metodos - y por que no se puede confiar
en el gobierno
Los
trabajos cientificos siempre tienen una seccion sobre metodos,
donde se enumeran los metodos utilizados en el estudio. Una
forma de juzgar un estudio es examinando los metodos usados y ver si son formas razonables de probar la hipotesis del autor.
Para probar que el acuario de arrecife promedio tiene altos
niveles de metales, se deben medir los niveles de metales en un
numero razonable de tanques que representen un espectro de
hobbystas. Idealmente, la muestra de participantes se tomaria de
tal forma que reflejen todas las posibles variables que podrian
afectar los niveles de metales. La edad de cada sistema, la
experiencia de cada acuarista, las diferentes fuentes de agua
que utilizan, etc, deberian ser considerados al momento de armar
la muestra. En el caso de este estudio, el autor solicito la
ayuda de hobbystas que tuvieran ganas de mandar muestras para
ser analizadas, y pagar por ese analisis. Al final, solo
23 hobbystas mandaron muestras. En terminos estadisticos, es una
muestra auto-seleccionada. En lugar de muestrear a lo largo de
una amplia seccion de tanques, el autor simplemente acepto a
cualquiera que tuviera el dinero y las ganas de participar. Como
regla, las muestras auto-seleccionadas no son representativas de
grandes poblaciones. Con solo 23 muestras auto-seleccionadas,
uno deberia ser bastante cauteloso al asumir que cualquier
analisis de estos tanques pudiera ser extrapolado a la totalidad
del hobby.
La
seccion de metodos deberia explicar como seran determinados los
niveles de metales. En los articulos sobre metales, el autor
muestra el metodo como "Espectrometria de Emision de Plasma
Inductivamente Acoplado, o escaneado ICP, metodo EPA 200.7" Un
nombre largo e impresionante que agrega un aire de autenticidad
al trabajo. La mayoria de los hobbystas probablemente nunca
escucharon de esta tecnica y no estan en posicion de juzgar si
el metodo es apropiado. En un trabajo cientifico, la seccion de
metodos frecuentemente presentara una explicacion de por que una
cierta tecnica fue escogida. Tambien explicara las limitacioens
del metodo. El autor de estas series desafortunadamente no toca
el tema de las limitaciones del metodo elegido. Una revision de
la literatura cientifica sobre el tema revela problemas
significativos al medir metales en agua marina usando el metodo
ICP
(Crompton 1989) El agua salada es una sopa compleja de quimicos
en amplias y variadas concentraciones. Por razones tecnicas
explicadas en un reciente articulo por Randy Holmes-Farley, un
escaneo ICP tiene grandes dificultades para diferenciar metales,
particularmente metales toxicos.
(Holmes-Farley 2003) Los cientificos usan escaneos ICP para
estudiar agua de mar, pero los metales primero son concentrados
usando resinas u otros metodos.
Entonces por que la EPA aprobo el uso de escaneos ICP? Porque
son rapidos y economicos. El interes del gobierno federal es
encontrar un metodo que puede proveer datos en forma economica
para monitorear espacios y hacer efectivas las leyes del medio
ambiente. Otros metodos son mas sensibles, pero consumen mas
tiempo y son mas costosos. Consecuentemente, una aprobacion de la
EPA de cualquier metodologia no es evidencia que sea ni el mas
exacto ni el mas util de los metodos para estudios cientificos.
Cada
experimento y estudio tiene multiples errores potenciales, y es
importante considerar como el autor maneja el error potencial.
Las muestras fueron extraidas por hobbystas individuales que
luego las mandaron al autor, y este a su vez las envio al
laboratorio. Esto significa que 23 personas diferentes tomaron
23 muestras. No hubo intentos de filtrar particulas del agua a
ser analizada, y no esta claro que tan cuidadosos fueron los hobbystas al tomar sus muestras. Bajo estas circunstancias, el
riesgo de contaminacion es enorme. Los metales de interes se
encuentran en concentraciones extremadamente pequenas, y seria
facil para un hobbysta de inadvertidamente introducir sustancias
ajenas a esta muestra. Por ejemplo, aunque se enjuague
repetidamente, usar el mismo recipiente que uno usa para agregar
suplementos o para alimentar a la pecera inevitablemente
contaminarian la muestra de agua. En un estudio de cientificos
marinos profesionales, se encontro que hasta los profesionales
producian resultados enormemente variados cuando analizaban
metales en el agua, probablemente por causa de contaminacion.
Dado que la contaminacion se dan tan facil cuando se analiza
buscando metales, procedimientos muy elaborados fueron
desarrollados para asegurarse que la contaminacion se minimiza
en cada etapa del analisis. El autor no hace ninguna mencion
de tecnicas de manipuleo, por lo que es poco problable que los
hobbystas involucrados hayan usado procedimientos aceptados para
manipular el agua.
El
hobby tiende a confundir exactitud y precision. Una medida puede
ser tomada hasta con tres posiciones decimales y aun asi no ser
precisa, mientras que una medida tomada con una sola posicion
decimal puede ser mucho mas exacta. Escaneos ICP
miden niveles de metales hasta con dos posiciones decimales, pero
significa esto que estas mediciones son mas exactas a este nivel?
No necesariamente. Programas de computadora analizan los
resultados del escaneo ICP, y hacen su mejor estimacion de los
niveles detectados. El nivel de deteccion indicado es el nivel al
cual se puede detectar un elemento individual. Pero esto no nos
dice que tan bien puede detectar un escaneo ICP a varios metales
simultaneamente, y esto es lo que un escaneo hace.
Consecuentemente, los limites practicos de deteccion son mucho
menos precisos que los limites teoricos de la tecnologia. Dado
que el agua de mar contiene altos niveles de algunos metales como
sodio y magnesio, los operadores de ICP hacen diluciones
secuenciales de las muestras para determinar las concentraciones
de algunos metales. Cada dilucion introduce otra posibilidad de
contaminacion y error. Mientras que los laboratorios
profesionales hacen lo mejor que pueden para evitar estos
problemas, detectar metales en agua marina pone a prueba hasta
al mas consciensudo del los tecnicos de laboratorio.
Asi
que sin ir mucho mas lejos que la parte de metodos del estudio,
uno puede encontrar fallas serias de metodologia que ponen
en duda la validez de los datos del estudio. La pequena muestra
de tanques puede no ser representativa de la mayoria de los
acuarios de arrecife. El metodo utilizado para determinar la
concentracion de metales, el escaneo ICP, tiene serios puntos
debiles al ser usados aqui, y el manipuleo de muestras puede
haber inducido contaminaciones.
Orgullosos
Patrocinador de esta columna
Mentiras,
malditas mentiras, y estaditicas
Mark
Twain una vez escribio diciendo que hay tres tipos de mentiras:
mentiras, mentiras y estadisticas. Esto nos trae a la parte del
analisis de los articulos. Una vez que se han recolectado los
datos, el proximo paso es juntarlos en algun tipo de resumen de
utilidad. Como el objetivo del estudio era determinar
concentraciones de metales en acuarios de arrecife, el primer
paso logico era promediar los resultados de los 23 tanques, para
determinar como se ve un acuario "promedio". A primera vista,
esto parece simple y obvio, pero ocurre que es uno de los
errores metodologicos mas serios en esta serie de articulos.
Un
promedio o media se calcula sumando todos los valores y
dividiendo el resultado por la cantidad de valores sumados.
Consideremos cinco tanques donde se mide lo siguiente:
0.02
0.01
0.02
0.03
0.02
La
media de los cinco tanques es 0.02, lo que parece ser un valor
promedio razonable. Tambien podemos calcular algo llamado
desviacion estandar, que nos dice cuanto varian los valores
respecto a la media. En este caso, la desviacion estandar es 0.01
lo que significa que dos tercios de todos los valores estan a 0.01
de la media y que 95% de todos los valores estan dentro de los 0.02,
o dos desviaciones estandar de la media. Que pasa si un tanque
es muy diferente a los demas? Digamos que cinco tanques tienen:
0.02
0.01
0.02
1.00
0.02
En
este caso, la media es 0.21, diez veces la media de la primer
muestra. Mientras que es matematicamente correcto, el hobbysta
deberia evitar asumir que en esta muestra de tanques, la media
es sinonimo de promedio. Cuatro de los tanques estaban dentro de
los .01, asi que parece que el tanque "promedio" deberia estar
mas cerca de .02 pero el valor alto distorciona los resultados.
Esto pone en evidencia el problema mas serio de usar una media
para caracterizar datos. Las medias son sensibles a valores
extremos. En terminos estadisticos, el valor 1.0 se llama valor
fuera de rango. Es un valor tan desviado del resto de los datos
que es razonable sospechar que es un error o aberracion.
Un
estadistico mirara primero los datos y determinara si los
valores son razonables. Si existen valores fuera de rango, los
puede excluir, sugerir que la prueba se repita, o calificar los
resultados haciendo nota de estos valores fuera de rango. Otra
opcion es la de usar la mediana en lugar de la media. Esto es
particularmente util si uno tiene una serie de datos limitada y
no se quiere excluir ninguno de los datos. La mediana es el
punto medio en una distribucion. Esta a mitad de camino del
punto mas alto y el mas bajo. La mediana en ambos ejemplos es
.02, que es probablemente mas cercano al tanque promedio que el
valor de la media.
Uno
solo puede calcular la mediana si se tiene acceso a los datos
origiales, y el autor se nego a publicar datos de los tanques
individuales. Consecuentemente, no tenemos forma de calcular la
mediana de los niveles de metales. Sin embargo el autor dio los
datos de las desviaciones estandar de cada uno de los metales
examinados, por lo que podemos hacer algunas ingerencias sobre
los rangos de los valores. Desviaciones estandar altas indican
valores con grandes variaciones. Por ejemplo, en el estudio el
cobalto tenia un valor promedio de .037 mg/l con una desviacion
estandar de .031.
Esto numeros sugieren que dos tercios de todos los tanques
tienen niveles de cobalto de entre .006 y .068, una diferencia
de diez veces. Es mas, nos dice que 95% de los acuarios de
arrecife tienen niveles de cobalto de entre
-.025 (llamemoslo cero) y casi 0.1 mg/l. Un rango tan grande
de posibilidades pone en duda que se puedan sacar conclusiones
sobre el nivel de cobalto en un acuario de arrecife promedio,
basandonos en estos datos.
Desviaciones estandar grandes deberian ser como una bandera roja
para cualquiera que revise los resultados de un estudio. En este
caso significa que para algunos metales, los niveles de
concentracion variaron ampliamente entre los 23 tanques. Tambien
significa que deberiamos ser muy cautelosos sobre asumir que la
media de los valores en los articulos realmente representen el
acuario de arrecife promedio. Esto por si mismo es un problema
para el estudio, pero un error estadistico aun mas grave se
cometio al analizar los resultados. Algunos de los tanques
tenian valores por debajo de los limites de deteccion del
escaneo ICP. Por ejemplo, si el nivel de antimonio detectado era
menor a .01 mg/l, la lectura da
<.01. En otras palabras, la maquina estaba diciendo que
sabemos que el nivel no es mayor a .0099 mg/l, pero no hay
forma de saber cuanto mas bajo podria serlo.
El
autor eligio ignorar todos los valores a niveles no detectables
cuando calculo la media de los valores. Por ejemplo, el limite
detectable para arsenico es
.01 mg/l. Un tanque tenia un nivel de .02 mg/l y ninguno tuvo
niveles detectables. Entonces el autor dijo que la media para
arsenico era de .02 mg/l. Es esto razonable? Excluir 22 de 23
tanques porque el escaneo ICP no detecto arsenico,
potencialmente crea la falsa impresion que niveles altos estan
presentes en el acuario de arrecife promedio. Un metodo mas
razonable de tratar niveles no detectables es usar el nivel de
deteccion para calcular la media. Usando el nivel de detecion de
los otros 22 tanques, la media de arsenico pasa a ser
.01, la mitad de lo que dice el autor. Y en .01 mg/l, la media
probablemente sobreestima el nivel de arsenico en el acuario de
arrecife promedio.
Orgulloso
patrocinador de
esta columna
Una
vez que el autor calculo la media para todos los metales,
procedio a mostrar metales elevados al comparar los resultados
de los analisis de los acuarios con niveles publicados de
metales en agua marina natural. Las concentraciones de los
tanques eran mucho mas altas que los valores publicados para
agua marina natural. Es esto prueba concluyente? no
necesariamente. Las concentraciones publicadas de metales en
agua marina natural sin el resultado de elaborados estudios
usando equipos y procedimeitnso sofisticados. Ninguno de los
estudios publicados usan escaneo de ICP para determinar niveles
de metales.
Uno
podria tomar la posicion que si los niveles encontrados en los
acuarios de arrecife exceden los limites de deteccion de ICP, el
metodo de testeo es irrelevante; los niveles todavia exceden los
del agua marina natural. La realidad es un poco mas compleja.
Como expuse antes, los niveles practicos de deteccion de ICP
cuando se analiza agua marina son considerablemente mas altos
que los limites teoricos. Por esto, el agua natural de mar
pristina puede dar resultados mas altos en metales usando ICP en
lugar de metodos de estudios publicados. Dada esta posibilidad,
el autor deberia haber analizado agua marina natural junto con
el agua de los acuarios de arrecife para ver si las altas
concentraciones de metales en los acuarios de arrecife eran
consecuencia de la metodologia elegida.
En la
segunda parte, veremos los metales en agua marina natural usando
escaneo ICP. Tambien veremos concentraciones de metales en
varios acuarios de arrecife no incluidos en el estudio original,
para ver si los acuarios de arrecife son realmente los depositos
de desechos toxicos que el autor cree que son.
Referencias
Crompton,
T.R. 1989. Analysis of Seawater. Butterworths &
Company, London
