En la Naturaleza hay muchos sistemas que exhiben estructuras, patrones y comportamientos dinámicos que no se esperan a priori dadas las leyes que gobiernan el comportamiento de los elementos que los componen. Se les llama sistemas complejos.

               En un Bosque Tropical, por muchas razones, también está presente la complejidad

Hay varios ingredientes comunes a casi todos ellos. Son en su mayoría sistemas que se mantienen fuera del equilibrio termodinámico por acción externa. En ellos, se establecen fuertes interacciones no-lineales entre un gran número de componentes o grados de libertad; existen umbrales locales para la excitación de inestabilidades; asimismo, hay abundantes fluctuaciones y ruidos de distinto tipo y naturaleza. Ejemplos de estos sistemas son los Forestales, las Placas Testónicas e incluso muchos sistemas sociales y económicos. Pero, en este caso, nos centraremos en un sistema complejo que está presente en el Universo y que, es en realidad el estado más común que adopta la materia conocida: ¡El plasma!

La dinámica del plasma es extremadamente compleja, y en la actualidad no se ha logrado comprenderla por completo. Científicos del Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), que han trabajado en el cálculo de plasmas para el Stellarator español TJ-II, y del Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI) de la Universidad de Zaragoza realizan simulaciones de plasmas que se obtendrán en el proyecto ITER.

Pero continuémos con el artículo…

Comportamientos de este tipo son también comunes en muchos Plasmas, un estado de la materia similar a un gas en el que las partículas están ionizadas y que son extremadamente comunes en nuestro Universo. Aunque las ecuaciones que las gobiernan son relativamente simples, su comportamiento es muy variado debido a la extrema sensibilidad que tienen a la presencia de campos magnéticos y eléctricos.

En nuestro Universo, el Plasma está presente en mucho lugares y, de hecho, es la forma más común de la materia conocida y que podemos observar, es decir, la Bariónica, la que emite radiación. Todas las estrellas del cielo están compuestas de materia en forma de plasma. También son filamentos de plasma los que podemos observar en los remanentes de supernovas.

                                                                      Condensación de Bose-Einstein

¿Cómo cuarto estado? ¿Es que no existen tres estados? Existe el gas, el líquido y el sólido…¿existen mas estados? Pues sí que existen y, además del Plasma, existe todavía un quinto estado de la materia: los condensados de Bose-Einstein, predichos por Bose y Einstein en 1924, realizados en el laboratorio durante el año 1995 por Eric Cornell, Wolfgan Ketterle y Carl Wieman. Ganadores éstos del Nobel en el 2001, pudieron enfriar átomos hasta casi dejarlos inmóviles. Éste nuevo estado poseen propiedades que otros estados no poseen como la superconductividad y la superfluidez. Sigamos.

Por ello, los Plasmas se encuentran a menudo en la frontera entre comportamiento ordenado y desordenado, siendo tan inadecuado describirlos usando funciones matemáticas sencillas y suaves como mediante formalismos puramente aleatorios. En este artículo, Raúl Sánchez, Boudewijn Ph, van Milligen y Juan M.R. Parrondo, repasan algunos de los comportamientos complejos observados en Plasmas diversos, desde los de interés para generar energía de fusión hasta Plasmas atmosféricos, solares y astrofísicos.

¿Qué son los Plasmas Astrofísicos?  Pues arriba, en la imagen de la Nebulosa de Orión está presente

Las características de los plasmas astrofísicos (su densidad, su temperatura y su campo magnético) cubren un amplio rango de valores en el Universo. La densidad puede ser de menos de una partícula por centímetro cúbico (como en el medio intergaláctico) hasta muchos millones de millones de partículas por centímetro cúbico como (en el interior de las estrellas). La temperatura va desde algunos miles o decenas de miles de grados en los espacios intergaláctico e interestelar hasta varios millones en el interior de las estrellas. Y los valores del campo magnético también cambian muy drásticamente, desde valores de millonésimas de Gauss en el plasma intergaláctico hasta cientos de miles de Gauss en algunas estrellas. En astrofísica, pues, es fundamental la investigación de los plasmas magnetizados.

En las últimas décadas ha adquirido gran popularidad la llamada comunmente teoría de la complejidad. El número de artículos, libros y trabajos que de una manera u otra se engloban dentro de lo que se llama complejidad es gigantesco. Sin embargo, no existe tal teoría de la complejidad, al menos en el sentido tradicional de una teoría cerrada al estilo de la relatividad o la mecánica cuántica.

    Si observamos con atención, podemos ver cómo en el Universo, muchas cosas se repiten y tienden a copiar patrones

Lo que se conoce como teoría de la complejidad es más bien un conjunto de ideas, modelos paradigmáticos, técnicas y herramientas que pueden ser útiles para caracterizar la dinámica de los llamados sistemas complejos. La definición de los mismos es también imprecisa, habiendo posiblemente tantas definiciones diferentes como investigadores trabajando en ese campo.

Aquí, introduzco algunos comentarios míos que vienen a dejar en el aire preguntas que quisiéramos tener resueltas, como por ejemplo:

¿Por qué la ciencia se las arregla para un cohete a un planeta distante, haciéndonos saber qué día y a qué hora llegará, pero nos deja inciertos sobre el pronóstico meteorológico del fin de semana? ¿Existen sistemas que no se pueden predecir? ¿Por qué? ¿Cuáles son? Causas y azares cuenta la historia del caos y de los sistemas complejos, de cómo se descubrió que pequeñísimas variaciones en las condiciones iniciales de un sistema podrían dar lugar a resultados insospechados, es decir, cómo los sistemas son capaces de comportarse caóticamente.

En este artículo, los autores también expondrán sus definiciones, y, para ellos, un sistema complejo cuando está compuesto de un gran número de partes o grados de libertad que interaccionan no-linealmente entre sí y que, como resultado de esta interacción, exhiben comportamientos dinámicos no extendibles como la simple suma de los comportamientos individuales de sus componentes. Entre estos comportamientos se suelen mencionar fenómenos de auto-organización y emergencia, así como la exhibición de propiedades como auto-similaridad espacial y temporal, o la importancia de la memoria en la dinámica del sistema.

          Muchos son los sistemas que están auto-organizados y siguen una dinámica que les dicta la memoria.

Por auto-organización se entiende que el hecho de que el Sistema evoluciona expontáneamente, sin ser guiado desde fuera, hacia un punto fijo de la dinámica en el que, manteniendose fuera del equilibrio terrmodinámico, se exhiben el resto de propiedades. Entre las propiedades emergentes destacan la aparición de patrones espaciales o temporales y estructuras macroscópicas y coherentes. En muchos casos, estos estados atractores de la dinámica son invariantes bajo cambios de escala (es decir, auto similares) y su evolución temporal tiene una fuerte dependencia de la historia previa del sistema, lo que se conoce como memoria. Los Plasmas son un estado de la materia similar a un gas, pero en el que una fracción más o menos grande de los átomos que lo componen se encuentran ionizados.

Enorme cantidad de átomos ionizados están presentes en esa protuberancia del Sol que, al estar formados por partículas cargadas, son extremadamente sensibles a la presencia de campos eléctricos y magnéticos, los cuales pueden cambiar rápidamente debido al movimiento de las cargas, , que hacen que cualkquier perturbación de los mismos se atenúe o, por el contrario, crezca exponencialmente dando lugar a algunas de las múltiples inestabilidades posibles en estos sistemas..

La descripción más sencilla de estos Plasmas viene dada por el sistema acoplado formado por una ecuación cinética que describa la evolucíón de la función de distribuición de iones y electrones, más la ecuación de Maxwell incvluyendo en sus fuentes las densidades de cargas y corrientes debidas al movimiento de las cargas que forman el Plasma.

Fenómenos emergentes en Plasmas

Debido a este acoplamiento tan fuerte y no-lineal entre partículas cargadas y campos, existen en todo momento un gan número de grados de libertad en constante interacción en estos plasmas, lo que hace que sean medios extremadamente turbulentos. Por ello, los plasmas son un gran medio de cultivo en el que aparecen dinámicas complejas en el sentido anteriormente descrito.

Ejemplos de fenómenos emergentes pueden encontrarse en las dinamos solares y galácticas, procesos por el cual estrellas y galaxias son capaces de generar un campo magnético macroscópico no nulo o reforzar un campo preexistente a través de la interacción no linela entre grados de libertad cinéticos y magnéticos de los Plasmas que las componen.

Por ejemplo, la dinámo solar es el proceso por el cual se genera el campo magnético dipolar del Sol. El mecanismo detallado de su generación es aún desconocido, aunque parece claro que es generado por una corriente eléctrica que fluye en su interior, producida por la rotación diferencial de la gran bola de plasma que es el Sol.

En general, el tipo de dinamo producido depende de la estructura de este flujo diferencial. Por ejemplo, en presencia de un campo semilla externo, el movimiento diferencial del fluido lo retuerce y lo refuerza. En otros casos,  la dinamo es auto-generada, como es el caso del Sol. La dirección del campo magnético solar resultante se invierte aproximadamente cada 11 años, lo que causa los ciclos de manchas solares asociados a los tubos magnéticos que suben a la superficie del Sol desde el interior. La secuencia temporal de estas inversiones es sin embargo mucho más complicada que una simple variación periódica, y exhibe correlaciones temporales de largo alcance (es decir, memoria).

  Las grandes manchas solares que podemos observar cuando el Sol está en plena actividad. Nuestro Sol es una compleja bola de plasma, la Dinámica de las llamaradas solares, de las que más arriba y abajo podemos observar una muestra, son tan potentes que inciden en nuestro planeta situado a ciento cincuenta millones de kilómetros. De hecho, esa actividad solar, el comportamiento del plasma nos lleva hasta las transiciones de fase de la materia que en lugares como el corazón de las estrellas, se pueden transmutar de sencillos en complejos. La vida no sería posible sin las estrellas.

Las llamaradas solares son uno de los fenómenos solares más impresionantes y también de los más estudiados tanto teóricamente como experimentalmente. Existen abundantes series temporales obtenidas de la observación de las mismas, y la comprensión de su estadística es un campo de estudio tan intenso como el del estudio de los mecanismos físicos que gobiernan su aparición.

Se trata de eventos catastróficos que tienen lugar en la corona solar, probablemente disparados por la inestabilidad asociada a la reconexión de líneas magnéticas, y que producen una emisión sobre practicamente todo el espectro electromagnético. La reconexión que tiene lugar en la corona es alimentada desde el interior del Sol por la combinación de complejos flujos turbulentos y la rotación diferencial del Sol. la acumulación de tubos magnéticos en la corona provenientes del interior del Sol continua hasta que supera un umbral crítico.

No podemos negar, en contra de nuestro deseo, que la estructura interior del Sol sigue siendo misteriosa, y, aún tenemos que llegar a comprender algunos mecanismos interiores que inciden en el devenir del astro, es causa de sus comportamientos y, sobre todo, cuando podamos conocerlos, nos permitirá, quizás, tener fuentes de energías de las que ahora carecemos.

Podríamos seguir con las tormentas magnéticas y el transporte radial inducido por turbulencia marginal en plasmas de fusión, o bien, centrarnos en Modelos efectivos de transporte para sistemas complejos. También se podría hablar aquí de que la materia, seguramente  adopta otros estados que aín no hemos llegado a conocer como esa hipotética “sopa de Quarks-Gluones” que, seguramente, está presente en el ámbito estelar.

Se cree que si elevamos las temperaturas más de cien mil veces la que hay en el interior del Sol, la materia adoptaría ese estado de plasma de quarks-gluones. He leido por ahí que:  “El plasma de quarks-gluones es un estado de la materia en el que los quarks, que normalmente aparecen en parejas o tríos, flotan libremente en una sopa caliente cósmica. Los teóricos creen que el universo estaba en este estado unos microsegundos tras el Big Bang, justo antes de enfriarse y pasar al estado normal de materia que vemos actualmente”.

Bueno, creo que el objetivo de lo que pretendía al comentar está cumplido.

emilio silvera

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Una característica sorprendente de nuestro retrato reconstruido del antepasado primitivo es su carácter moderno. Si este organismo lo encontráramos hoy, seguramente no delataría su inmensa antigüedad, excepto por sus secuencias de DNA. Tuvo que estar precedido, necesariamente, por formas más rudimentarias, estadios intermedios en la génesis de sistemas estructurales, metabólicos, energéticos y genéticos complejos que son compartidos por todos los seres vivos de hoy en día. Por desgracia, tales formas no han dejado descendientes igualmente primitivos que permitan su caracterización. Esta carencia complica mucho el problema del origen de la vida.

La Tierra nació hace unos 4.550 millones de años. Se condensó, junto con los otros planetas del sistema solar, en un disco de gas y polvo que giraba alrededor de una joven estrella que iba a convertirse en nuestro Sol. Fenómenos de violencia extrema,  incompatible con el mantenimiento de ningún tipo de vida, rodearon este nacimiento. Durante al menos quinientos millones de años, cometas y asteroides sacudieron la Tierra en formación, con lo que la hicieron capaz de albergar vida durante todo este tiempo. Algunos impactos pudieron haber sido incluso suficientemente violentos como para producir la pérdida de toda agua terrestre por vaporización, después de lo cual los océanos se habrían vuelto a llenar con agua aportada por cometas. Según esta versión de  los acontecimientos, los océanos actuales de remontarían a la última oleada de bombardeo cometario intenso, que los expertos creen que tuvo lugar hace unos cuatro mil millones de años. Existen señales de que había vida en la Tierra poco después de que dichos cataclismos llegaran a su fin.

Algunos investigadores creen que el tiempo que pasó entre el momento en el que la Tierra se hizo habitable y aquel en el que apareció la vida, fue demasiado corto para que surgiera algo tan complejo como una célula viva. De ahí la hipótesis de que la vida llegó desde otro lugar. ¿Qué debemos pensar de ello?

 ¿ Que la vida llegó al espacio exterior?

Sección cortada que muestra la apariencia del interior y la textura de la zona de fractura del meteorito.

La teoría de que la vida es de origen extraterrestre ha tenido ilustres defensores. Entre ellos, el químico sueco Svante Arrhenius, ganador del premio Nobel de química de 1903 y recordado hoy por su concepción profética del efecto invernadero, acuñó el término <<panspermia>> para su teoría de que hay gérmenes de vida que existen en todo el cosmos y caen continuamente sobre la Tierra. Más recientemente, un célebre astrónomo inglés, sir Fred Hoyle, quien murió  en 2001, afirmó, junto con un colega de Sri Lanka, Chandra Wickramasinghe, haber detectado pruebas espectroscópicas de la presencia de organismos vivos en cometas. Más adelante veremos cuáles son estas pruebas. Francis Crick, codescubridor con James Watson de la estructura en doble hélice del DNA, ha propuesto incluso, con otro científico de origen inglés, Leslie Orgel, que los primeros organismos vivos pudieron haber alcanzado la Tierra a bordo de una nave espacial enviada por alguna <<civilización distante>>. Ha dado el nombre de <<panspermia directa>> a esta hipótesis.

Ayer mismo dejamos aquí éstas imágenes de abajo que los de la NASA publicaron dejando en el aire una respuesta categórica sobre lo que en el meteorito de Marte podría estar presente y, simplemente, dejaban la hipótesis de que podrían ser “microbios fosilizados”. La respuesta quredará pendiente para cuando podamos nosotros mismos pisar aquel planeta.

El meteorito destaca la presencia de lo que parecen ser microbios fosilizados.

                                   ¿ Microbios fosilizados?

Dejando a un lado la nave espacial, de la que hasta ahora no se ha encontrado señal alguna, un origen extraterrestre de la vida es perfectamente verosímil. La objeción que tantas veces se ha manifestado de que organismos vivos no podrían soportar las condiciones físicas que hay en el espacio, especialmente la intensa radiación ultravioleta, no se sostiene, porque rápidamente se advierte que cometas o meteoritos pueden ofrecer protección a los organismos. La destrucción por el calor durante su entrada en la atmósfera terrestre podría evitarse de forma similar. Además, la posibilidad de que la vida pueda ser un fenómeno extendido, que exista en muchos lugares del universo, es algo que tiene cada vez más adeptos. Así, la eventualidad de que organismos vivos viajen a través del espacio en varios <<objetos voladores>> está lejos de ser inverosímil. Pero, ¿qué hay de las pruebas? Más cerca de la credibilidad está el hecho mismo de que, en el espacio interestelar y en las nebulosas, se crean moléculas primordiales para la vida que, cuando se forman los mundos, les llega la oportunidad de florecer cuando el ambiente en ellos es propicio.

Bombardeo de cometas y asteroides en la Tierra primigenia

La argumentación de que no hubo tiempo suficiente para que la vida surgiera localmente en la Tierra se basa en una valoración puramente subjetiva y arbitraria, que no está corroborada por ningún elemento objetivo. No existe prueba alguna de que la aparición de la vida requiera cientos de millones de años, como se ha afirmado. Por el contrario, la visión esencialmente química y determinista que hay que tener de este fenómeno lleva a creer más bien, que la vida surgió de manera relativamente rápida, en un período de tiempo que con probabilidad hay que contar milenios y no en millones de años.  Según esta concepción, el margen de unos cien millones de años que permiten los datos actuales deja tiempo suficiente para que la vida naciera en la Tierra. Es incluso posible que la vida surgiera y desapareciera varias veces antes de establecerse de manera “definitiva”.

Buscar moléculas de azucar en el espacio exterior, sería una manera de acercarnos a posibles formas de vida en las que, estas moléculas están presentes.

Quedan todas esas observaciones, claramente innegables, que demuestran que los constituyentes elementales de la vida existen en cometas y otros objetos celestes. Pero, ¿estas sustancias son producto de la vida, como creen los defensores de la panspermia? ¿O bien son, por el contrario, el fruto de reacciones químicas espontáneas? la segunda explicación se considera la más probable de las dos.

Es probable que los procesos que tienen lugar en el espacio exterior hayan llevado a que las moléculas biológicas se encuentren exclusivamente en forma destrógira o levógira. Esta es la conclusión que arroja unos experimentos llevados a cabo en la instalación de sincrotrón SOLEIL cerca de París, en la cual se encontró que un número de moléculas simples en regiones de formación estelar expuestas a radiación polarizada creaban aminoácidos con un desequilibrio de moléculas dextrógiras y levógiras.

Las conocidas como m0léculas quirales pueden existir en dos formas, siendo una la imagen especular no superponible de una sobre la otra, incluso aunque ambas tienen la misma composición química. Si bien los experimentos de laboratorio tienden a producir cantidades iguales de las versiones dextrógiras y levógiras, muchas de las moléculas quirales encontradas en organismos vivos proceden de una de las variedades. Por ejemplo, los aminoácidos que forman las proteínas solo aparecen en la forma levógira, mientras que los azúcares del ADN sólo en la dextrógira.

Ahora se cree que es posible que moléculas como las encontradas en esta gigantesca nube, hayan sido de gran ayuda para crear la vida en la Tierra. Estamos en la inmensa Orión, ahí, el mayor Laboratorio químico que podamos imaginar harían las delicias de todos los químicoas de la Tierra y, no digamos de los astrónomos que darían parte de su vida por ver, in situ, como se forman las estrellas nuevas. Tambien ahí están presentes transformaciones maravillosas que van dejando a punto esos “ladrillos· constituyentes que darán lugar a que, en algín mundo cercano, pueda surgir la vida.

Tenemos un amplio campo  de complejas respuestas que tenemos que desvelar, descorriendo para ello el velo de ignorancia que cubre nuestras mentes. En este difícil tema de la Vida, aunque mucho es lo que hemos llegado a comprender, es mucho más lo que de ella ignoramos y, nadie, hasta el momento ha podido decir con palabras plenas qué es la Vida. Sin embargo, ahí está, en mil formas y estados que hacen despertar nuestra curiosidad y nos empuja a querer llegar a comprender, lo que la vida es.

Desde una charca fangoza y caliente, hasta la copia de los árboles pera, seguir hasta los pensamientos y, ahora, tratar de llegar a las estrellas. No, no ha sido fácil ni corto el camino que hemos tenido que realizar y, aunque sólo sea una fracción del tiempo del Universo, para nosotros, nuestra especie humana, es muchísimo tiempo en el que, hemos podido, al menos, llegar a comprender que aún nos queda mucho por hacer.

La química de la vida es la química del carbono -hasta donde podemos saber-, actuando el agua como disolvente capaz de transportar moléculas de un lugar a otro. Los elementos químicos más utilizados por los organismos biológicos son Carbono, Oxígeno, Nitrógeno e Hidrógeno que se combinan entre sí junto con algunos pocos elementos más para formar moléculas orgánicas básicas (como aminoácidos y azúcares que pueden encontrarse en algunos cometas y nebulosas donde pueden formarse libremente en el frío espacio) y luego estructuras mucho más complejas como proteínas y enzimas capaces de desarrollar una química compleja capaz incluso de permitir que algunas moléculas se repliquen. Aunque la ciencia ficción ha tratado otras posibles formas de vida basadas en elementos químicos distintos, los biólogos y los químicos no parecen estar de acuerdo argumentando a favor de las propiedades únicas de los átomos de carbono y las moléculas de agua.

El Universo es muy, muy grande y en toda su vasta extensión existen múltiples formas de objetos en los que se podrían dar las precisas condiciones para que la vida, pudiera surgir. Aquí mismo, en nuestro Sistema solar existen “pequeños mundos” en los que nos podríamos encontrar con sorpresas que, no por intuidas dejarán de asombrarnos.

Los científicos están casi seguros de que Europa tiene un océano bajo su superficie helada. Esta recreación artística ilustra una posible vista seccional a través de la corteza de hielo de Europa. El calor asciende desde el manto rocoso de Europa, posiblemente por medio de una sustancial actividad volcánica, y de ese modo mantiene el océano lo bastante caliente como para que conserve su estado líquido, hasta que muy arriba prevalecen el frío y el hielo. (Imagen: NASA JPL)

“Una investigación revela que el peróxido de hidrógeno abunda por gran parte de la superficie de Europa, satélite de Júpiter. Los autores del estudio argumentan que si ese peróxido de la superficie se mezcla del modo adecuado en el océano del subsuelo, podría ser una importante fuente de energía para formas simples de vida, si es que hay vida en dicho océano subterráneo”.

La nucleosíntesis estelar está cerca de contestar nuestras preguntas sobre la vida. Es cierto, como decía aquel hombre sabio que: “La incompensión del Universo radica en que nosotros, formamos parte, del misterio que tratamos de desvelar”.

El estudio de la vida en el Universo se ha extendido en las últimas décadas en un campo científico interdisciplinar entre la astrofísica y la biología que ha acuñado el término de astrobiologíay se ocupa de cuestiones muy diversas que van desde la definición de qué es la vida a el origen de la vida en la Tierra o las posibilidades de su desarrollo en otros mundos.

emilio silvera

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UN POCO DE HISTORIA

El contacto de Grecia con las civilizaciones vecinas de Egipto y Mesopotamia, resultó determinante para la evolución de la ciencia en campos como, las Matemáticas y la Astronomía, también la medicina y otros. Sería tedioso enumerar todos los hallazgos científicos logrados por los griegos, incluidos los de esplendoroso periodo helenístico de Alejandría. Si las manifestaciones artísticas revelan no sólo un gusto exquisito, una atención especial es requerida por el apartado de las ciencias y la filosofía. Centrémonos en la Astronomía.

Los pueblos antiguos registraran muy bien los movimientos de objetos celestes como Júpiter o la Luna, pero que no desarrollaran la idea de que existían planetas rotando alrededor del Sol. Sólo observaban y usaban su sentido común, el cual les hablaba de una Tierra quieta, por cuyo cielo desfilaban estrellas de origen desconocido.

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                                                                    La Mars Express visita Marte y de eso hace ya 10 años

“El 3 de Junio de 2003 Europa daba finalmente el salto hacia otro mundo, y su primera sonda interplanetaria desde los tiempos de la Giotto, que visitó el corazón del cometa Halley en 1986, iniciaba a bordo de un cohete ruso Soyuz-FG/Fregat su viaje hacia Marte. Algo más de 6 meses después entraba con éxito en órbita marciana…”

Ahora la NASA no estaba sola en su exploración del planeta hermano y también Europa se hizo con su parcela en esa investigación. De hecho pudo contribuir a conocer mejor el planeta rojo gracias a la Mars Express se pudo acercar a la Ciencia americana del espacio en un nivel de  “igualdad”.

Tambien la sonda espacial Opotunity ha cumplido los 10 años en la superficie de aquel planeta y sigue dándo buenas noticias aunque, esté ya, algo renqueante. Todos están sorprendidos del comportamiento de éste ingenio humano que partío de la Tierra en el año 2003, viajando hacia Marte en el que estaría 9o días pero, ¡lleva ya en él 3.200 durante los que ha podido recorrer más de 35 kilómetros.

Rebotó 26 veces contra el terreno rocoso antes de descender completamente. Casi lo dan por perdido, pero sobrevivió. No cayó donde se esperaba, sino en un cráter de 22 metros de diámetro y aunque sus circuitos se activaron exitosamente, al segundo día tenía problemas mecánicos en sus brazos y articulaciones. Hoy, se moviliza hacia atrás, porque tiene una rueda atorada y dos de sus instrumentos no funcionan. Pese a lo anterior, el Opportunity se ha convertido en un ícono tecnológico para la Nasa.

No sólo porque fue (junto al Spirit) la primera nave que recorrió Marte y que comprobó que en ese planeta alguna vez el agua fluyó por su superficie. Sino también, porque es el vehículo más longevo de la exploración espacial: acaba de cumplir nueve años en suelo marciano, pese a que la misión inicial  sólo le daba 90 días de vida útil. Y ha recorrido más de 35 km del planeta: 50 veces más de lo planeado. “Nadie hubiese imaginado que este vehículo iba a realizar una exploración tan exhaustiva y menos tener tantos descubrimientos científicos”, dice a La Tercera  John Callas, jefe del programa de exploradores en Marte de la Nasa. Por eso, lejos de su jubilación, la agencia espacial prepara una nueva misión para el rover. Ahora, en busca de posibles rastros de vida microbiana.

El gran aporte de Opportunity ha sido entregar evidencia in situ de que Marte tuvo un pasado acuoso, es decir, que hace miles de millones de años fue un lugar cálido y húmedo por cuya superficie fluyó agua. Estos hallazgos los ha hecho siguiendo y examinando los minerales y arcillas de los rastros dejados en el suelo por lo que se creen fueron antiguos ríos o cursos de agua. Una labor que ha sido posible  gracias a su inesperada longevidad.

Uno de los técnicos de la NASA comentó:

“Los datos que encontramos a través del Opportunity confirman que antiguamente en Marte existió un ambiente con agua, lo que significa que el planeta tuvo un entorno favorable para la vida.”

Los análisis del rover también han mostrado que el planeta rojo pasó por al menos tres etapas geológicas: la primera hace 4.000 años, que fue relativamente húmeda; otra hace 3.500 años, que se caracterizó por su actividad volcánica, y la actual, que no presenta señal de vida. Y al igual que en la Tierra, en Marte también se forman  nubes de cristales de hielo.

Su último descubrimiento fue en agosto pasado, cuando en pleno viaje hacia el sur del cráter Endeavour, halló un campo lleno de esferas, blandas en su interior y ricas en hierro, que llamó la atención de los científicos y que nunca antes se habían visto en ese planeta.

Callas, uno de los científicos seguidores de la misión, nos dice:

“El Opportunity ha sido una excelente experiencia para la Nasa. Ayudó a confirmar el valor de los exploradores básicos y marcó una línea para las futuras versiones, como el Curiosity”. No es lo único, dice. Este rover ya  marcó a toda una generación. “Inspiró a jóvenes a involucrarse en carreras de tecnología y ciencia, algo que tendrá beneficios incontables en las próximas décadas”.

Basado en aquellos dos legendarios Rovers, Oportunity y Spirit, se envió uno más moderno y sofisticado al planeta, Curiosity que, se ha quedado con la atención del público y está realizando nuevos descubrimientos que vendrán a enriqurecer lo que ya sabemos de aquel planeta, entre otras muchas cuestiones y datos enviados, aparece una gran clolección de imágenes que hay que examinar con atención para poder obtener de ellas, los mensajes que nos envían desde millones de años de distancia en el pasado.

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 En alguna ocasión hemos comentando aquí sobre el origen de la vida en nuestro planeta, la evolución, nuestros orígenes y algunos dones que nos adornan como el del habla y, sin olvidar el crecimiento de nuestro cerebro que ha posibilitado que “naciera” ¡la mente! Sin embargo, no nos hemos parado a pensar en algunos aspectos de la historia que nos llevarían a comprender cabalmente y que esa “historia de la vida” adquiera algún sentido, que la podamos comprender en todo su esplendor. Uno de esos aspectos, quizás el principal, sea la diversidad metabólica de los microorganismos procariotas, un aspecto clave para explorar la historia de “la vida primigenia”.

                                           Típica célula procariota

En la actualidad se acepta que los procariotas fueron los precursores de los organismos eucariotas. Sin embargo hay grandes diferencias entre esos dos grupos celulares. Una de esas diferencias reside en la organización génica y en los mecanismos de sintetizar el ARN mensajero. Un trabajo publicado esta semana en PLoS Biology afirma que los eucariotas podrían proceder de cianobacterias termófilas ya que su organización génica recuerda rudimentariamente a la de los eucariotas.

Los organismos procariotas (bacterias y arqueas) y eucariotas (protistas, hongos, animales y plantas) comparten una bioquímica común, sin embargo difieren en un elevados número de procesos y de estructuras. A pesar de eso se considera a los procariotas como los precursores de la célula eucariota. A lo largo de los años se han ido recogiendo datos experimentales que avalan esta teoría y en este artículo se mostrarán los resultados presentados en una publicación que va en esa vía.

Conviene que nos familiaricemos ( y, asombremos) con las numerosas formas de metabolismos que utilizan los procariotas para vivir y que averigüemos donde encajan estos minúsculos organismos del árbol de la via antes de que podamos seguir escuchando las historias que paleontólogos nos puedan contar de sus andanzas a la búsqueda de fósiles que nos hablen de aquella vida en el pasado.

Al igual que los eucariotas, muchas bacterias respiran oxígeno. Pero otras bacterias utilizan para la respiración nitrato disuelto (NO₃^–) en lugar de Oxígeno, y aún otras usan iones sulfato (SO₄^2-) u óxidos metálicos de hierro o maganeso. Unos pocos procariotas pueden incluso utilizar CO₂, que hacen reaccionar con ácido acético en un proceso que genera gas natural, que el el metano (CH₄) -del que no hace mucho, la NASA a detectado un gran foco en Marte-. Los organismos procariotas han desarrollado además toda suerte de reacciones de fermentación.

Las bacterias también exhiben variaciones sobre el tema de la fotosíntesis. Las cianobacterias, un grupo debacterias fotosintéticas teñidas de color verde-azulado por la clorofila y otros pigmentos, captan la luz del Sol y fijan CO₂ de forma muy parecida a como lo hacen las algas y plantas terrestres eucariotas. Sin embargo, cuando en el medio hay sulfuro de hidrógeno (H₂S, bien conocido por su característico olor a “huevos podridos”), muchas cianobacterias utilizan este gas en lugar del agua para obtener los electrones que requiere la fotosíntesis. Como productos secundarios se forman entonces azufre y sulfato, no oxígeno.

                                                             Cianobacterias

Las cianobacterias representan el grupo de células más primitivo. Son organismos extremadamente simples que pueden vivir como sencillas células, como finos filamentos, al igual que los que se muestran aquí, o como colonias simples. Las cianobacterias son capaces de resistir una amplia variedad de condiciones ambientales, desde hábitats de agua dulce o marina, hasta terrenos nevados y glaciares. Asimismo pueden sobrevivir y prosperar con temperaturas muy altas.

Las cianobacterias actualmente están clasificadas dentro del reino Monera, no se consideran algas porque estructuralmente se parecen mas a las bacterias, pero es necesario colocarlas aquí ya que vendrían a ser el primer eslabón evolutivo en el reino vegetal. Las Cianobacterias constituyen sólo uno de los cinco grupos distintos de bacterias fotosintéticas. En los otros grupos, el aporte de electrones por H₂S, gas hidrógeno (H₂) o moléculas orgánicas es obligado,  y nunca se produce oxígeno. Estas bacterias fotosintéticas captan la luz con bacterioclorofila en lusgar de la clrofila, más familiar,. Algunas utilizan los misdmos procesos bioquímicos que las cianobacterias y las plantas verdes para fijae dióxido de carbono, pero otras usan vías metabólocas muy distintas, y un tercer grupo se sirve de una fuente de carbono orgánico en lugar de CO₂.

Esta variedad de cianobacterias son componentes del plancton que realizan la fotosíntesis. Organismos unicelulares procariotas componentes del plancton de los ecosistemas acuáticos.

Las variaciones bacterianas sobre temas metabólicos de la respiración, la fermentación, la fotosíntesis son, pues, impresionantes, pero los organismos procarioticos han desarrollado todavía otro modo de crecer que es completamente desconocido en los eucariotas: la quimiosíntesis. Como los aorganismos fotosintéticos, los microbios quimiosintéticos toman el carbono del CO₂, pero obtienen la energía de reacciones químicas y no de la radiación solar, lo que consiguen combinando oxígeno o nitrato (o, de forma menos frecuente, el sulfato, el hierro oxidizado o el maganeso) se combina con gas hidrógeno, metano o formas reducidas de hierro, sulfuro o nitrógeno de tal modo que la célula capta la energía desprendida por la reacción. Los procariotas metanogénicos resultan de particular interés para la ecología y la evolución; estas distintas células extraen energía de una reacción entre hidrógeno y dióxido de carbono en la que libera metano (estará ahí la procedencia del foco detectado en Marte).

Bueno, no estaría nada mal que, la fuente de Metano detectada en el Planeta Marte se debiera a la presencia allí de importantes colonias de cianobacterias que extraen energía de una reacción entre hidrógeno y dióxido de carbono en la que libera metano que pudiera ser el foco allí detectado.

No somos conscientes de que:

“Las vías metabólicas de los Procariotas son las que sustentan los ciclos bioquímicos que hacen posible el mantener la Tierra en su condición de planeta habitable. Fijémonos, por ejemplo en el dióxido de carbono”.

Los Volcanes aportan CO₂ a los océanos y a la atmósfera, pero la fotosíntesis lo sustrae a un ritmo aún más rápido. Tan rápido, de hecho,  que los organismos fotosintéticos podrían desproveer de CO₂ a la atmósfera actual en poco menos de una década. Naturalmente no ocurre así, y ello se debe sobre todo a que esencialmente la respiración realiza la reacción fotosintética en sentido inverso. Mientras que los organismos fotosintéticos hacen reaccionar CO₂ con agua para producir azícares y oxígeno, los seres vivos que respiran (entre los que nos incluímos todos nosotros) hacen reaccionar azúcar con oxígeno y en el proceso liberamos agua y dióxido de carbono. Conjuntamente, la fotosíntesis y la respiración reciclan el carbono en la biosfera y sostiene así la vida y su ambiente a lo largo del tiempo.

                                   Ciclo del Carbón

El carbón es un elemento. Forma parte de los oceanos, aire, rocas, suelos y seres vivos. El carbón no permanece en un mismo lugar, ¡siempre está en movimiento!.

• El carbón va de la atmósfera a las plantas.
  En la atmósfera, el carbón se combina con el oxígeno en un gas llamado bióxido de carbono (CO₂). Con ayuda del Sol, mediante el proceso conocido como fotosíntesis, el bióxido de carbono es extraído del aire y se convierte en alimento.
• El carbón va de las plantas a los animales.
  Mediante las cadenas alimenticias, el carbón de las plantas va hacia los animales que se alimentan de ellas. Los animales que se alimentan de otros animales también obtienen el carbón a través de sus alimentos.
• El carbón va de plantas y animales al suelo. .
  Cuando plantas y animales mueren, sus cuerpos, madera y hojas se descomponen en el suelo. Parte de la materia descompuesta queda enterrada y tras millones y millones de años, se convierte en combustible fósil.
• El carbón va de seres vivos a la atmósfera.
  Cada vez que exhalas, estás liberando bióxido de carbono (CO₂) hacia la atmósfera. Los animales y las plantas se deshacen del gas bióxido de carbono mediante el proceso conocido como respiración.
• El carbón de los combustibles fósiles va a la atmósfera cuando el combustible es quemado.
  Cuando los seres humanos queman combustibles fósiles para dar energía a sus fábricas, plantas eléctricas, automóviles y camiones, la mayoría del carbón penetra la atmósfera rapidamente en forma gas bióxido de carbono. Cada año, cinco mil quinientos millones de toneladas de carbón son liberadas en forma de combustibles fósiles quemados. ¡Esto equivale al peso de100 millones de elefantes africanos!. De la gran cantidad de carbón que liberan los combustibles, 3.3 mil millones de toneladas penetran la atmósfera, y la mayoría del resto queda disuelta en el agua de mar.
• El carbón se mueve de la atmósfera a los océanos.
  Los océanos y otros cuerpos de agua absorben algo del carbón de la atmósfera. El carbón se disuelve en el agua. Los animales marinos usan al carbón para crear el material de sus esqueletos y caparazones.

ANALISIS COMPARATIVO Y EVOLUTIVO DE LA RESPIRACIÓN Y FOTOSISTESIS

Creación de oxígeno. Las cianobacterias son las antecesoras de los cloroplastos celulares de los vegetales. En la fotosíntesis, gracias a la energía aportada por la luz solar, se unen el dióxido de carbono y el agua para formar azúcares.  Como producto de desecho, se arroja oxígeno a la atmósfera.  En la respiración, por el contrario, se queman azúcares en las mitocondrias celulares, aportando la energía necesaria para las funciones vitales.  En esa combustión se consume oxígeno atmosférico y se arrojan, como productos de desecho, dióxido de carbono y agua.

No es difícil imaginar un ciclo del Carbono simple en el cual las cianobacterias fijen CO₂ en forma de materia orgánica y suministren oxígeno al medio mientras que las bacterias no fotosintéticas hacen lo contrario, al respirar oxígeno y generar el CO₂. Las plantas y las algas pueden realizar la misma función que las cianobacterias, y los protozoos, los hongos y los animales pueden sustituir a las bacterias respiradoras (en ese sentido los procariotas y los eucariotas son funcionalmente equivalentes). Pero dejemos que algunas células caigan hasta el fondo del océano y queden enterradas en sedimentos desprovistos de oxígeno. Aquí las limitaciones del metabolismo eucariota resultan evidentes, pues se necesitan reacciones que no consuman oxígeno (reacciones anaeróbicas) para poder completar el ciclo del carbono.

                                       Célula Eucariota

                                                           Arriba sus características más generales.

Son células más modernas, procedentes de procesos de simbiosis entre procariotas, con núcleo separado.Son más grandes, de entre 20 y 40 micras de media. Presentan, en su citoplasma, gran cantidad y variedad de orgánulos. Al agruparse forman tejidos. La célula eucariota presenta tres partes bien diferenciadas: Una Membrana celular que separa el medio externo del medio interno. Un Núcleo diferenciado separado por una doble membrana del Citoplasma, donde se encuentran los orgánulos celulares.

Está claro que hablar de todo esto, nos exige mucho más tiempo y espacio, toda vez que, el “universo” de las cianobacterias y demás congéneres que, con nosotros ocupan el planeta Tierra, tiene tanta importancia en el devenir de la vida que, un pequeño resumen de algunas de sus características simplemente nos aclaran algún que otro extremo aislado pero que al menos, trata de que seámos conscientes de que sin ellas, nosotros difícilmente podríamos estar aquí, ya que, entre cosas cosas, son las responsables directas de que el planeta tenga el sistema ecológico necesario para sustentar la vida.

emilio silvera

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