ORIGEN DEL UNIVERSO A través de los años se ha establecido distintas teorías en función de el origen del universo las cuales durante varios siglos han sido analizadas a profundidad por la comunidad científica teniendo dentro de estas teorías las siguiente La teoría del Big Bang La teoría inflacionaria La teoría del estado estacionario La teoría del universo oscilante Teoría inflacionaria, formulada por el gran cosmólogo y físico teórico norteamericano Alan Guth, intenta explicar los primeros instantes del universo basándose en estudios sobre campos gravitatorios fortísimos, como los que hay cerca de un agujero negro. Esta teoría supone que una fuerza única se dividió en las cuatro que ahora conocemos (las cuatro fuerzas fundamentales del universo: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil), provocando el origen del universo. Teoría del estado estacionario se opone a la tesis de un universo evolucionario. Los seguidores de esta teoría consideran que el universo es una entidad que no tiene principio ni fin: no tiene principio porque no comenzó con una gran explosión ni se colapsará en un futuro lejano, para volver a nacer. El impulsor de esta idea fue el astrónomo inglés Edward Milne y según ella, los datos recabados por la observación de un objeto ubicado a millones de años luz, deben ser idénticos a los obtenidos en la observación de la Vía Láctea desde la misma distancia. Milne llamó a su tesis principio cosmológico. La teoría del universo oscilante sostiene que nuestro universo sería el último de muchos surgidos en el pasado, luego de sucesivas explosiones y contracciones. El momento en que el universo se desploma sobre sí mismo atraído por su propia gravedad es conocido como Big Crunch, marcaría el fin de nuestro universo y el nacimiento de otro nuevo, esta teoría fue planteada por el profesor Paul Steinhardt, profesor de física teórica en la Universidad de Princeton. La teoría del Bing bang Según este paradigma el universo comenzó hace unos 14.000 millones de años con una gran explosión. Inmediatamente después de que ocurriera este fenómeno se crearon el espacio, el tiempo, la energía y la materia. Todo lo que nos rodea, la ropa, el agua, los árboles, nuestros coches y casas, absolutamente todo esto está constituido por la materia formada por el Big Bang. El hidrógeno que tiene el agua, se formó inmediatamente después de ocurrir el Bing Bang. Ya en el año 340 a.C. el filósofo griego Aristóteles, en su libro De los Cielos, fue capaz de establecer dos buenos argumentos para creer que la Tierra era una esfera redonda en vez de una plataforma plana. En primer lugar, se dio cuenta de que los eclipses lunares eran debidos a que la Tierra se situaba entre el Sol y la Luna. La sombra de la Tierra sobre la Luna era siempre redonda. Si la Tierra hubiera sido un disco plano, su sombra habría sido alargada y elíptica a menos que el eclipse siempre ocurriera en el momento en que el Sol estuviera directamente debajo del centro del disco. En segundo lugar, los griegos sabían, debido a sus viajes, que la estrella Polar aparecía más baja en el cielo cuando se observaba desde el sur que cuando se hacía desde regiones más al norte. (Como la estrella Polar está sobre el polo norte, parecería estar justo encima de un observador situado en dicho polo, mientras que para alguien que mirara desde el ecuador parecería estar justo en el. Antes del siglo XX nadie había sugerido que el universo se estuviera expandiendo o contrayendo. Entonces se aceptaba que el universo, había sido creado más o menos como lo vemos hoy. La comunidad científica coincidía al pensar que el universo era algo estático y eterno. Los humanos nos sentimos a gusto creyendo verdades eternas. Nosotros envejecemos y morimos, pero el universo es eterno e inmóvil. Cuando las personas creían que el universo es algo estático, la pregunta teológica o metafísica era entonces si éste tenía o no un principio. Bajo esta teoría de un universo inmóvil, el origen del tiempo habría sido puesto por el creador, un ser externo al universo; pero realmente no existe la necesidad física de un principio del tiempo. Dios pudo crear el universo, en cualquier instante del tiempo. Pero si el universo se estuviera expandiendo, habría razones para pensar que hubo un principio. Pero de repente todo cambió. En 1929, Edwin Hubble desde el observatorio del monte Wilson, en Los Ángeles, hizo un descubrimiento crucial. Observó que las galaxias no eran estáticas, se movían y además se alejaban de la tierra a una velocidad increíble. Fue la primera prueba del Big Bang. Donde quieras que uno mire, las galaxias distantes se están alejando de nosotros; es decir, el universo se está expandiendo. Además, la velocidad a la que se alejan los planetas de la tierra es proporcional a la distancia del planeta a la tierra. Las galaxias que están al doble de distancia se mueven al doble de velocidad; las que están al triple, se mueven tres veces más rápido. Todo se está alejando de nosotros. Esta teoría se denomina Ley de Hubble Según esta apreciación, en tiempos pasados los planetas y galaxias debieron estar más cerca, más juntos unos de otros. El movimiento debió de partir de un punto central. Midendo la velocidad de expansión, los cosmólogos han estimado la fecha de nacimiento de nuestro universo. Parece ser, que hace unos 13.700.000.000 años todos los objetos del universo estaban en el mismo lugar exactamente; siendo entonces infinita la densidad del universo. En el principio de los tiempos el universo surgió de una explosión, pasando de la nada más absoluta al todo. Este "todo" es tan sólo un punto infinitamente pequeño, increíblemente caliente y de densidad inimaginable; un punto de energía pura. El Bing Bang fue inmenso, creó toda la masa de los 400.000 millones de galaxias que hoy conocemos a partir de la nada. Todo el universo ocupaba entonces la trillonésima parte de un centímetro. La primera fuerza en aparecer fue la gravedad. En este momento ya quedó definida la forma y contenido del universo. La gravedad define la viabilidad de nuestro universo. Si hubiera sido un poco más débil, la materia se disgregaría rápidamente y no se hubieran formado las galaxias. Con gravedad excesiva, no se hubiera formado el universo, los agujeros negros hubieran engullido toda la materia. Es un equilibrio delicado. ¡Afortunadamente tenemos la gravedad óptima! Por suerte el Big Bang aportó la cantidad adecuada de gravedad. Pasada una fracción de segundo después de que apareció la fuerza de la gravedad, se desprendió una onda inmensa de energía y comenzó la expansión del universo en todas las direcciones a una velocidad inimaginable. Todo esto a una velocidad superior a la de la luz, porque la nada puede ir más rápido que la luz, si la entendemos la nada como espacio vacío. Esto último supuso un problema para las mentes privilegiadas de los científicos más brillantes. Para describir estos fenómenos tan rápidos, hubo que definir una nueva unidad de tiempo, se llamó tiempo de Planck. Hay más unidades de tiempo de Planck en un segundo que todos los segundos transcurridos desde el Big Bang. Es decir, una unidad de tiempo de Plank es igual a 1/10 43 segundos. Es una escala temporal tan diminuta que escapa al sentido común. Unas cuantas unidades de tiempo de Planck, después del big bang, el universo era tan pequeño que cabía en la palma de la mano y en una fracción de segundo después se expandió hasta el tamaño de la Tierra y después a la velocidad de la luz, alcanzó el tamaño de nuestro sistema solar. Todavía era una tempestad de energía radiante. La temperatura era de billones de grados; el seno de una estrella como el Sol sería un plácido remanso de paz si lo comparamos con el universo una fracción de segundo después del big bang. Al expandirse el universo empieza a enfriarse y empieza una nueva fase en la evolución del universo. La energía pura de la explosión se transforma en materia y aparecen las primeras partículas subatómicas. Entonces aparece la primera materia del universo. La energía se transformó en materia; al revés de como ocurre en las reacciones nucleares. La transformación de energía en materia fue anticipada por Albert Einstein años antes del enunciado de la teoría del Big Bang. La ecuación E = mc 2 es la ecuación más popular y explica precisamente la equivalencia entre la energía y la materia. La energía puede transformarse en energía y la energía en materia. Esta ecuación explica la bomba atómica. En una explosión nuclear, una pequeña cantidad de materia se transforma en energía. Durante la formación del universo se dio el proceso inverso, la energía de transformó en partículas de materia. No se necesitaba materia para empezar con energía era suficiente. Al inicio había energía suficiente como para generar toda la materia del universo. El Final del Universo según la Teoría del Big Bang Hay dos posibilidades y los científicos no se ponen de acuerdo. Los científicos no tienen una respuesta a la pregunta de si el universo tendrá o no un final o si es o no infinito. Muerte Caliente. En la actualidad continua la expansión del universo, pero según la teoría del Big Bang, no lo hará eternamente. El universo tuvo un principio y también tendrá un final. En la actualidad el espacio tiene 150.000 millones de años luz de un extremo a otro del universo. Como consecuencia de la fuerza de la gravedad o gravitatoria que atrae a los planetas entre sí, el movimiento expansivo se desacelerará hasta anularse. A partir de este momento se producirá una contracción del Universo hasta su colapso gravitatorio; Big Crunch (Gran Implosión), desapareciendo entonces en la nada. Si el universo se colapsa podría generarse otro Big Bang. Tal vez ya haya ocurrido antes y seamos una generación más de un largo linaje de universos Muerte Fría. Pero hay otras teorías que establecen que el universo podría ser infinito y puede expandirse hasta la eternidad. No sabemos si el Big Bang generó un universo eterno, pero lo que si es cierto que la energía liberada mantiene en la actualidad el universo en un proceso de expansión. El Big Bang todavía sigue. Resultados de últimas investigaciones indican que el universo no está reduciendo su velocidad, como creíamos, sino que continúa acelerando su velocidad de expansión. Lo explican argumentando que la energía oscura está repeliendo las galaxias y acabando con el universo. Esta fuerza destructiva es en la actualidad imposible de detectar y no sabemos por qué existe y cuál es su origen. Si la energía negra continúa separando el universo, en 100.000 millones de años la Vía Láctea sería una galaxia solitaria. El universo comenzó en un instante, pero tendría un largo y difícil final frío ORIGEN DE LA VIDA Las preguntas "quiénes somos" y "de dónde venimos" acompañan a nuestra especie desde que apareció como tal. Al margen de explicaciones míticas, la Biología ha resuelto en parte esas cuestiones gracias a las teorías de la evolución. La evolución explica cómo han aparecido todas las especies actuales, por cambios graduales a partir de un antecesor común, pero no explica cómo apareció ese antepasado común. El origen de la vida es pues, uno de los principales interrogantes de la ciencia actual. Desde la antigüedad, tanto en Europa como en Asia, se había creído que los organismos simples se generaban espontáneamente, sin necesidad de descender de otros seres vivos. Así, en China se pensaba que los pulgones se creaban a partir del bambú joven, en la India se pensaba que moscas, escarabajos y otros insectos se generaban a partir del sudor y la basura, en Egipto se pensaba que el limo del Nilo producía sapos, ranas, ratas y serpientes. En la Europa del siglo XVII, se podían encontrar recetas de cómo "crear" insectos, protozoos e incluso ratones a partir de licores, extractos de animales, granos de trigo, e incluso de ropa sucia. (A pesar de conocer la existencia de microbios en muchas personas enfermas, en ningún momento se pensaba que los microbios transmitían la enfermedad, sino que la enfermedad creaba ésos microbios). ¿QUÉ ES LA VIDA? La característica más importante que posee nuestro planeta es sin duda, la existencia de vida. Por supuesto que existen otras características que hacen diferente a la Tierra de sus vecinos (Venus, Marte) como la existencia de agua líquida, o la presencia de oxígeno libre en la atmósfera. Pero estas peculiaridades son insignificantes comparadas con la existencia de una Biosfera. Es más, algunas de ellas son consecuencias de la existencia de vida. Hoy sabemos que los actuales seres vivos son el producto de una larga evolución basada en las mutaciones y la selección natural, que ha durado miles de millones de años. Sabemos que todo ser vivo desciende de otro ser vivo, que distintas especies tienen antepasados comunes, y que en definitiva todos los seres vivos tienen un origen común. Este hecho se manifiesta en tres propiedades comunes a toda la materia viva, pese a su inmensa diversidad: 1-La universalidad de la composición química. Todos los seres vivos están formados por moléculas basadas en la química del carbono. El carbono, gracias a sus propiedades, es fuente de una inmensa variedad de compuestos, con una estabilidad compatible con las condiciones de la vida. 2-La universalidad del código genético. Todos los seres vivos almacenan su información hereditaria en el ADN. La capacidad de almacenar información reside en un alfabeto de 4 letras. Todos los seres vivos traducen el lenguaje del ADN al del ARN, y el de éste al lenguaje de las proteínas, formadas por los mismos 20 tipos de aminoácidos, y construidas por los ribosomas, básicamente iguales en todo ser vivo. Todo ser vivo, además, duplica constantemente sus instrucciones hereditarias. 3-La universalidad de la organización celular. Todo ser vivo está constituido por una o más células, que limitan con el exterior o través de membranas de lípidos y proteínas, y que realizan por sí mismas todas las funciones básicas de la vida. ¿CUÁNDO APARECIÓ LA VIDA? (Primeras etapas de la evolución de los seres vivos). Vamos a realizar una cronología de la aparición de las primeras formas de vida, independientemente de cómo surgió la primera. Debemos tener en cuenta que las primeras oleadas de vida, supusieron un fuerte impacto para el medio, de manera que no sólo evolucionaron los seres vivos, sino también la atmósfera, la hidrosfera e incluso la litosfera. Los seres vivos y el medio se influyeron mutuamente. En la atmósfera ni disuelto en las aguas, es decir, partimos de condiciones reductoras. En una atmósfera sin oxígeno (O2), tampoco hay ozono (O3), por lo que penetran hasta la superficie de la Tierra todas las radiaciones solares. Las descargas ultravioletas inciden sobre los gases atmosféricos (que también están disueltos en los océanos), y los combinan formando sustancias orgánicas, que, al no haber oxígeno libre, nada las destruye y pueden acumularse en los mares. Hace 3800 millones de años aparecen en los océanos las primeras formas de vida. Se trata de seres unicelulares, procariontes (de organización celular sencilla), anaerobios (no toleran el O2), y heterótrofos (no son capaces de fabricarse su propia materia orgánica). Sobreviven fermentando sustancias orgánicas formadas por las descargas ultravioletas (similares a las actuales arqueobacterias) Hace 3600 millones de años aparecen los primeros organismos autótrofos. Son similares en todo a los anteriores, pero añaden la capacidad de formarse su propia materia orgánica, aprovechando la energía que se libera en reacciones exotérmicas que suceden en el medio (similares a las actuales bacterias quimio sintéticas) Continúan siendo procariontes y anaerobios, pero constituyen los primeros productores. La vida se independiza y se expande rápidamente por los océanos. Hace 3400 millones de años aparecen los primeros organismos fotosintéticos. No sólo pueden fabricarse su propio alimento, sino que su fuente de energía es la abundante e inagotable luz solar. Al principio se trata de una fotosíntesis en la que no se libera O2 sino S, ya que la fuente de H+ y de e- no es el H2O, sino el H2S (como sucede con las actuales sulfobacterias púrpuras). El ambiente general sigue siendo reductor, y ningún ser vivo necesita el oxígeno. Poco después, aparece una nueva forma de fotosíntesis. Es en todo igual a la anterior, excepto en la fuente de H+ y Comienza a utilizarse la abundantísima H2O, con lo que se inicia una masiva liberación de O2 en las capas superficiales de los océanos. Sin embargo, durante al menos 100 millones de años no se acumula oxígeno libre en la atmósfera, ya que el que se va produciendo es empleado en oxidar las rocas de la superficie, los abundantes gases reductores (metano, amoniaco, etc.) y, sobre todo, los cationes metálicos en disolución TEORIAS SOBRE ORIGEN DE LA VIDA. La teoría de la generación espontánea (también conocida como arquebiosis o abiogénesis) Es una antigua teoría biológica que sostenía que ciertas formas de vida (animal y vegetal) surgen de manera espontánea a partir ya sea de materia orgánica, inorgánica o de una combinación de las mismas. Creencia profundamente arraigada desde la antigüedad ya que fue descrita por Aristóteles, luego sustentada y admitida por pensadores como Descartes, Bacon o Newton, comenzó a ser objetada en el siglo XVII. Hoy en día la comunidad científica considera que esta teoría está plenamente refutada. Diversos experimentos se realizaron desde el año 1668 en virtud de encontrar respuestas hasta que Louis Pasteur demostró definitivamente a mediados del Siglo XIX que la teoría de la generación espontánea es una falacia, postulando la ley de la biogénesis, que establece que todo ser vivo proviene de otro ser vivo ya existente. El experimento de Pasteur En la segunda mitad del siglo XIX, Louis Pasteur realizó una serie de experimentos que probaron definitivamente que los microbios se originaban a partir de otros microorganismos. Demostró que todo proceso de fermentación y descomposición orgánica se debe a la acción de organismos vivos y que el crecimiento de los microorganismos en caldos nutritivos no era debido a la generación espontánea. Para demostrarlo, expuso caldos hervidos en matraces provistos de un filtro que evitaba el paso de partículas de polvo hasta el caldo de cultivo, simultáneamente expuso otros matraces que carecían de ese filtro, pero que poseían un cuello muy alargado y curvado que dificultaba el paso del aire, y por ello de las partículas de polvo, hasta el caldo de cultivo. Utilizó dos frascos de cuello de cisne (similares a un Balón de destilación con boca larga y encorvada). Estos matraces tienen los cuellos muy alargados que se van haciendo cada vez más finos, terminando en una apertura pequeña, y tienen forma de "S". En cada uno de ellos metió cantidades iguales de caldo de carne (o caldo nutritivo) y los hizo hervir para poder eliminar los posibles microorganismos presentes en el caldo. La forma de "S" era para que el aire pudiera entrar y que los microorganismos se quedasen en la parte más baja del tubo. Al cabo de un tiempo observó que nada crecía en los caldos demostrando así que los organismos vivos que aparecían en los matraces sin filtro o sin cuellos largos provenían del exterior, probablemente del polvo o en forma de esporas. Finalmente cortó el tubo en forma de “S” de uno de los matraces. El matraz abierto tardó poco en descomponerse, mientras que el cerrado permaneció en su estado inicial. De esta manera Louis Pasteur mostró que los microorganismos no se formaban espontáneamente en el interior del caldo, refutando así la teoría de la generación espontánea y demostrando que todo ser vivo procede de otro ser vivo anterior (Omne vivum ex vivo). Este principio científico que fue la base de la teoría germinal de las enfermedades y la teoría celular] y significó un cambio conceptual sobre los seres vivos y el inicio de la microbiología moderna Se conoce como Teoría de Oparin a la explicación propuesta por el bioquímico soviético Aleksandr Ivánovich Oparin (1894-1980) para responder a la interrogante sobre el origen de la vida, una vez rechazada del todo la teoría de la generación espontánea. Oparin propuso que la vida habría aparecido gradualmente a partir del surgimiento de sustancias complejas en la Tierra primitiva, a partir de la materia inanimada (abiogénesis). Esta teoría fue presentada en 1922 a la sociedad botánica de Moscú, y aunque inicialmente recibieron fuertes críticas y descrédito, fueron posteriormente corroboradas experimentalmente. Gracias a ello en 1970 se eligió a Oparin como presidente de la Sociedad Internacional para el Estudio de los Orígenes de la Vida. La Teoría de Oparin aprovechó los conocimientos del científico en astronomía, a partir de los cuales sabía que las atmósferas de otros planetas y astros existen sustancias como amoníaco, metano e hidrógeno, que sirven de sustrato para obtener nitrógeno, carbono e hidrógeno respectivamente: materiales que junto al oxígeno del agua y de la atmósfera habrían servido de materia prima para la vida. Esto, según Oparin, habría ocurrido gracias al calor de la Tierra primitiva y a la radiación ultravioleta o las descargas eléctricas de la atmósfera, que brindaron la energía necesaria para poner en marcha las reacciones moleculares que conducirían a los aminoácidos, los enlaces peptídicos y eventualmente a las proteínas, suspendidas en coloides en la superficie del planeta. Allí habrían surgido los coacervados, llamados luego probiontes. Del coacervado a la célula Continuando con la Teoría de Oparin, los coacervados habrían sido glóbulos estables de proteínas mantenidas juntas por fuerzas electrostáticas, que tendían a auto sintetizarse en un medio rico en proteínas, azúcares y ácidos nucleicos. Algunas de dichas proteínas habrían actuado como enzimas, catalizando (acelerando o propiciando) la síntesis de nuevas macromoléculas de nucleoproteínas, precursoras del material genético que hoy en día conocemos. Los coacervados, entonces, habrían envuelto dichas nucleoproteínas y habrían formado estructuras a su alrededor, hasta que eventualmente ciertos lípidos formaron pequeñas membranas lipoproteínas. Así habría nacido la primera protocélula, las primeras y más rudimentarias formas de vida en el planeta. Entre estas células primitivas habría empezado a operar la competencia y la selección natural, empujándolas hacia una carrera evolutiva que engendraría todas las formas de vida conocidas hasta la fecha, en un proceso largo y complejo de cambio y adaptación a las condiciones ambientales. La Teoría de Oparin puede resumirse en el siguiente esquema: Síntesis abiogénica. Formación de los primeros compuestos orgánicos a partir de la materia inorgánica. Polimerización. Formación de largas cadenas de macromoléculas complejas bajo la acción de diversas fuentes de energía, logrando así compuestos complejos e indispensables para la vida: proteínas, polisacáridos y ácidos nucleicos. Coacervación. Formación de coacervados, es decir, de agregados microscópicos de proteínas y polímeros separados del medio ambiente por una protomembrana. No son seres vivos, pero son el paso inmediatamente anterior. Origen de la célula primitiva. La incorporación a los coacervados de ácidos nucleicos permitió la herencia y por ende la selección natural, dando origen propiamente a la vida en la forma de las primeras células autótrofas.
