“Investigadores del departamento de Física de la UAB, de MATGAS y de la Autónoma de Madrid, han observado un comportamiento único del calor específico a bajas temperaturas en los vidrios ultraestables de indometacina. La investigación se publica esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences.

 

                     Todo es materia, es decir, está conformado por Quarks y Leptones

Los astrónomos han confirmado mediante observaciones espectroscópicas que los átomos son reralmente los mismos en cualquier lugar del Cosmos, Un átomo de Carbono en la galaxia Andrómeda es exactamente igual que un átomo de Carbono de la Galaxia Vía Láctea, son idénticos y también, idénticos, a los átomos de Carbono de la Tierra. Cinco elementos químicos desempeñan un papel estelar en la Biología terrestre:

Carbono

Oxígeno

Hidrógeno

Nitrógeno, y

Fósforo

Estos elementos están entre los más abundantes del Universo. Sin embargo, no siempre fue así. Hubo un tiempo, antes de que nacieran las primeras estrellas, que en el Universo todo era Hidrógeno y Helio, los materiales primordiales a partir de los cuales, pudieron surgir todos los demás en los hornos nucleares de las estrellas y en las explosiones supernovas.

                    Arriba tenemos el oxígeno, el agua y un átomo de carbono, y, sin ellos la vida tal como la conocemos no sería posible en nuestro Universo

Todas las leyes de la física nos muestran que la existencia y sostenimiento de la vida se asientan en equilibrios y medidas o cantidades específicas. La estructura general del universo, el lugar de la Tierra en el mismo, las características materiales de ésta –aire, luz, agua, etc.–, se basan en propiedades esenciales para nuestra supervivencia y, sobre todo eso… ¡El Carbono!

El Carbono es el elemento auténticamente vital. Merece un lugar de honor debido a una propiedad química única: los átomos de Carbono (como tantas veces expliqué aquí) pueden unirse para formar moléculas de cadena extendida, o polímeros, de variedad y complejidad ilimitadas. Las Proteínas y el ADN son dos ejemplos de dichas moléculas de cadena larga.

Si no fuera por el Carbono, la vida como la conocemos sería imposible. Probablemente sería imposible cualquier cualquier tipo de vida. Soy muy remiso (aunque no descarto nada), a que existan formas de vida que no estén basadas en el Carbono.

Cuando el Universo “empezó” con el “Big Bang”, el Carbono estaba completamente ausente. El intenso calor del nacimiento cósmico impedía cualquier núcleo atómico compuesto. En lugar de ello, el material cósmico consistía en una sopa de partículas elementales tales como protones y neutrones que pudieron conformar los núcleos de átomos de hidrógeno. Sin embargo, a medida que el universo se expandía y enfriaba durante los primeros mimutos, las reacciones nucleares transmutaron parte del hidrógeno en helio.

Muchos millones de años más tarde, en las estrellas, por algo que se llama “proceso triple Alfa”, surgió el Carbono en el Universo. No siendo el tema aquí el de explicar como se llega en las estrellas al Carbono a partir del helio, seguiremos habolando de la química cósmica.

La Química es algo más que unos tubos de ensayo, y, está presente de manera natural por todo el espacio interestelar. Allá por los 70 me llamó poderosamente la atención el descubrimiento de moléculas de amoníaco y de agua en el espacio exterior. ¿Cómo llegaron a llí? Bueno, todos conocemos esas inmensas nubes estelares que llamamos Nebulosas y, en ellas, se producen, a partir de materiales sencillos, esos cambios que tan poderosamente llaman nuestra atención.

El timo de átomo más común en el universo, después del hidrógeno y el helio, es el oxígeno. El oxígeno puede combinarse con hidrógeno para formar grupos grupos oxhidrilos (HO) y moléculas de agua (H₂O), que tiene una marcada tendencia a unirse a otros grupos y moléculas del mismo tipo que encuentren por el camino, de forma que poco a poco se van constituyendo pequenísimasm partículas compuestas por millones y millones de tales moléculas. Los grupos oxhidrilo y las moléculas de agua pueden llegar a constitur una parte importante del polvo cósmico. Allá por el año 1965 se detectó por primera vez grupos oxhidrilo en el espacio y se comenzó a estudiar su distribución. desde entonces, se han encontrado allí, moléculas más, complejas que contienen átomos de carbono, de hidrógeno y de oxígeno. También átomos de calcio, sodio, potasio y hierro han sido detectados al observar la luz que dichos átomos absorben.

                            En regiones como la que arriba podemos ver, están presentes elementos que no siempre sospechamos

Actualmente, la lista de las moléculas descubiertas en el espacio es larga y más de cien sustancias químicas la adornan, siendo muchas de esas moléculas interestelares orgánicas. La más abundante es el monóxido de carbono, pero también hay abundancia de acetileno, formaldehido y alcohol. También se han detectado moléculas orgánicas más complejas, tales como aminoácidos y HAP (hidrocarburos aromáticos policíclicos). Ahora está claro que no sólo abunda en todo el Universo elementos que favorecen la Vida, sino que también lo hacen muchas de las miléculas orgánicas realmente utilizadas por la vida. Con miles de millones de años disponibles para que la química cósmica pudiera generar dichas sustancias, ha habido tiempo más que suficiente para que estas se formen en las nubes moleculares gigantes de las que emergen las estrellas y los sistemas solares como el nuestro.

Nubes Moleculares Gigantes  en este caso (NGC 7822 en Cefeo). Colapsos gravitacionales, estrellas nuevas, vientos estelares, abundante radiación ultravioleta, todas esas fuentes de energías que dan lugar al nacimiento de estrellas nuevas, hacen también posible que, los materiales se mezclen y sufran mutaciones de simples a complejos y, a partir de ellos, nacen los nuevosm sistemas planetarios y…¡la Vida!

Que en un principio, sin temor a equivocarnos podemos decir que la génesis de la vida ha sido posible a partir de lo que en el espacio pasó, ¿qué duda nos puede caber? Incluso, no se descarta que los materiales que trajeron la vida al planeta Tierra, fuera deposita por cometas.

El cometa West, con sus colas de plasma y polvo

Los Cometas que a pesar de todo lo que sabemos de ellos, siguen siendo algo enigmáticos, incluso algunos que han sido minuciosamente observados durante siglos. Muchos son los que dicen que llevan la semilla de la Vida con ellos y, de vez en cuando, la siembran en algún planeta que, como la Tierra, recibe sus esporádicas visitas.

Mucho se podría hablar aquí de cómo llegaron a formarse los cometas a partir de aquella Nebulosa planetaria pero, no siendo el tema de hoy, lo dejaremos en lo que ya hemos explicado y que, de manera muy simple y general, os dará una idea de lo que en el Universo puede pasar y de cómo, todo se confabula para que la vida, sea posible.

En la parte primera hemos hablado de los supermicrobios y de otras cuestiones que nos acercan al saber, al menos, de cómo hemos tratado de conocer el origen de la Vida en nuestro mundo, uan pregunta que más o menos ha quedado contestada pero, a medias, toda vez que, contestar a la pregunta primera de… ¿qué es la vida? no he podido, me faltan conocimientos para ello.

Para documentarme, he leído sobre el misterioso origen de la vida, he tratado de saber qué es la vida, he buceado en la historia de las moléculas antiguas, he dado un largo paseo por el Edén de los microbios y sus dominios, he tratado de estudiar lo que es el principio de generación biológica y química, a todo ello, he añadido meros conocimientos del hueco de entropía y la Gravedad como fuente de Orden, He querido saber sobre el árbol de la vida y me he querido enterar de qué hallaron los expertos en las rocas antiguas, qué fósiles había allí como huella de la vida del pasado, también procuré saber si era posible la generación expontánea y sobre “la sopa primordial”. Me interesé sobre el Azar en relación con el Origen de la Vida.

También sobre las células replicantes que nos trajeron la vida, el código genético de la reproducción, el ARN y el ADN. No me olvidé del Polvom de Estrellas y de la Química cósmica para hacer posible una génesis a partir del espacio esterior y, en fin, muchos espacios y muchas razones más que me han llevado a conocer, lo que creemos que la vida es. Sin embargo, a pesar de todo eso, con algunos conocimientos más de los que tenía hace veinte años sobre el tema pero, sigo sin saber contestar la pregunta:

¿Qué es la Vida?

emilio silvera

Esta es nuestra casa y, debemos procurar mantenerla limpia, no por si viene una visita sino que, es vital para nosotros y para vida en general. No siempre somos conscientes del daño que muchas de nuestras actividades pueden hacer al planeta que nos cobija. Pero veámos algunos detalles que definen a este planeta único en nuestro entorno espacial.

Las fuerzas que actúan sobre la Tierra, como planeta en el espacio, tiene profundas implicaciones energéticas. La gravitación ordena y orienta, y obstaculiza y facilita los flujos de energía cinética. La rotación genera la fuerza centrífuga y la de Coriolis: la primera achata el planeta por los polos ensanchándolo por el ecuador, y la segunda desvía los vientos y las corrientes de los océanos (a la derecha del hemisferio norte y a la izquierda en el hemisferio sur). La rotación es también la causa de los ritmos diarios de las plantas y animales, y de la desaceleración de la Tierra, que alarga el día un promedio de 1’5 ms cada siglo, lo que representa una pérdida de tres teravatios por fricción de mareas.

Pero ni la gravitación ni la rotación (fricción) hacen de la Tierra un planeta único entre los cuerpos celestes de nuestro entorno. Su exclusividad procede de sus propiedades térmicas internas, que causan los ciclos geotectónicos que modifican la superficie, y de su atmósfera, océanos y plantas que transforman la radiación solar que reciben. Los orígenes de estos procesos no están claros.

Podemos fijar la edad de la Tierra en algo más de los 4.000 millones de años por la desintegración de los isótopos radiactivos, pero poco podemos asegurar sobre la formación del planeta o sobre la energética de la Tierra primitiva. Sobre el tema circulan varias teorías, y es muy plausible que el origen del Sistema Solar planetario fuera una nube interestelar densa en la que el Sol se formó por una inestabilidad gravitatoria y que la posterior aglomeración del resto de esta materia dispersa, que giraba a distintas distancias, a su alrededor, diera lugar a los planetas. No está claro si al principio la Tierra estaba extremadamente caliente o relativamente fría. Me inclino por lo primero y estimo que el enfriamiento fue gradual con los cambios de atmósferas y la creación de los océanos.

                               Esta de arriba podría ser una imagen cotidiana en la Tierra primitiva

Las incertidumbres geológicas básicas se extienden hasta el presente. Diferentes respuestas a cuestiones como la cantidad de ⁴⁰K en el núcleo terrestre o sobre la convección del magma en el manto (hay una o dos celdas) dan lugar a diferentes explicaciones para el flujo de calor y la geotectónica de la Tierra. Lo que sí está claro es que el flujo interno de calor, menos de 100 mW/m², tiene un efecto pequeño comparado con la reflexión, absorción y emisión de la radiación solar.

El balance de la radiación terrestre (R_p) en la capa alta de la atmósfera es la suma de la radiancia extraterrestre (la constante sola Q₀) reducida por el albedo planetario y el flujo saliente de larga longitud de onda (Q_i): R_p = Q₀(1-a_p) + Q_i = 0. El flujo emitido es igual a la suma de la radiación atmosférica y la terrestre: Q_i = Q_ea + Q_es. Los balances de la radiación en la atmósfera (R_a) y en la superficie de la Tierra (R_s) son iguales, respectivamente, a la diferencia entre la correspondiente absorción y emisión: R_a = Q_aa + Q_ea y R_s = Q_as + Q_es, de manera que R_p = R_a + R_s = 0. Hay que continuar explicando la radiación saliente con los flujos irradiados y emitidos por la superficie terrestre, el flujo de radiación medio absorbida, etc., etc., etc., con una ingente reseña de símbolos y tedioso esquemas que, a mi parecer, no son legibles para el lector normal y no versado en estos conocimientos. Así que, aunque sea mutilar el trabajo, desisto de continuar por ese camino y prosigo por senderos más amenos y sugestivos para el lector.

El impacto de la radiación solar en la atmósfera terrestre, en una gran tormenta solar de 2003. (Crédito: NASA / Goddard

La fuente más importante del calentamiento atmosférico proviene de la radiación terrestre de longitud de onda larga, porque el flujo de calor latente es una contribución secundaria y el flujo de calor sensible sólo es importante en las regiones áridas donde no hay suficiente agua para la evaporación. Los océanos y los continentes también reciben indirectamente, irradiadas por la atmósfera, la mayor parte de su calor en forma de emisiones de longitudes de onda larga (4 – 50 μm). En este flujo de radiación reenviado hacia la superficie terrestre por los gases invernadero, domina a la radiación del vapor de agua, que con una concentración variable, emite entre 150 y 300 W/m², y al que también contribuye el CO² con unos 75 W/m².

El intercambio de radiación de longitud de onda larga entre la superficie y la atmósfera sólo retrasa temporalmente las emisiones de calor terrestre, pero controla la temperatura de la biosfera. Su máximo es casi 400 W/m² en los trópicos nubosos, pero es importante en todas las estaciones y presenta significativas variaciones diarias. El simple paso de una nube puede aumentar el flujo en 25 W/m². Las mayores emisiones antropogénicas de gases invernadero han aumentado este flujo en cerca de un 2’5 W/m² desde finales del siglo XIX.

Como era de esperar, las observaciones de los satélites confirman que el balance de energía de la Tierra está en fase con la radiación solar incidente (Q₀), pero la radiación media saliente (Q_i) está desfasada con la irradiancia, alcanzando el máximo durante el verano en el hemisferio norte. La distribución asimétrica de los continentes y el mar explica este fenómeno. En el hemisferio norte, debido a la mayor proporción de masa terrestre, se experimentan mayores cambios estacionales que dominan el flujo global de la radiación saliente.

Quizás el resultado más sorprendente que se deriva de las observaciones por satélite sea que, estacionalmente, se observan cierto déficit y superávit de radiación y el balance de la radiación en el planeta no es igual a cero, pero sin embargo, en cada hemisferio la radiación anual está en equilibrio con el espacio exterior. Además, la contribución atmosférica por transporte de energía hacia los polos es asimétrica respecto al ecuador con valores extremos de unos 3 PW cerca de los 45º N, y -3 PW cerca de 40º S.

Podría continuar hablando sobre los vientos, los terremotos, las lluvias y otros fenómenos atmosféricos, sin embargo, no creo que, por ser estos fenómenos naturales muy conocidos de todos, pudieran tener gran interés. Pasemos pues a comentar sobre los océanos.

                                           El agua de la vida

Agua, mejor que Tierra, habría sido el nombre adecuado para el tercer planeta, puesto que los océanos cubren más del 70 por ciento de la superficie terrestre, con una profundidad media de 3’8 Km. Debido a las especiales propiedades térmicas del agua, éstas constituyen un extraordinario regulador del balance energético del planeta.

Este líquido tiene cinco ventajas termodinámicas importantes: un punto de ebullición inusualmente alto, debido a su capacidad para formar enlaces de hidrógeno intermoleculares; un calor específico de 2’5 a 3’3 veces más elevado que el del suelo; una capacidad calorífica (calor específico por unidad de volumen) aproximadamente seis veces mayor que la tierra seca; un altísimo calor de vaporización que le permite transportar una gran cantidad de calor latente; y su relativamente baja viscosidad, que le convierte en un eficiente transportador de calor en los océanos mediante miríadas de remolinos y caudalosas corrientes.

       Los océanos de la Tierra vistos desde el espacio

No es sorprendente, pues, que los océanos, que tienen cerca del 94 por ciento de toda el agua, sean determinantes en el balance energético del planeta. Cuatro quintas partes de la radiación solar que llega a la Tierra entra en la atmósfera que cubre los océanos, los cuales con un albedo superior al 6% absorben la energía con una tasa cercana a 65 PW, casi el doble de la absorción atmosférica total y cuatro veces mayor que la continental. Inevitablemente, los océanos también absorben la mayor parte, casi dos tercios, del calor rerradioirradiado hacia abajo por la atmósfera elevando su ritmo de calentamiento a los 175 PW.

Salvo en los océanos menos profundos, la interacción aire-mar no afecta directamente a las aguas profundas. Las oscuras y frías aguas de las profundidades marinas están aisladas de la atmósfera por la capa mixta, una capa de poca profundidad que va de pocos metros a pocos cientos de metros y que está afectada por los vientos y el oleaje.

A pesar de que el alto calor específico del agua limita el rango de variación, las temperaturas de esta capa sufren importantes fluctuaciones diarias y estacionales. Sin embargo, variaciones relativamente pequeñas de la temperatura de la superficie de los océanos tienen importantes consecuencias climáticas: quizás el mejor ejemplo de esta teleconexión climática sea el fenómeno del Niño, que consiste en una extensión en forma de lengua de las aguas superficiales calientes hacia el este, cuyos efectos se extienden desde Canadá hasta África del sur.

En esta “coreografía” acuática, también tiene un papel significativo el Estrecho de Dinamarca, que se alimentan de las aguas más profundas de la AMOC y las devuelve al sur a través de brechas en la cordillera de Groenlandia y Escocia. En este sentido, los científicos explican que, durante años, se ha pensado que el estrecho danés, que ha aumentado considerablemente su capacidad como consecuencia del deshielo, se abastecía de una corriente adyacente a Groenlandia.

Debido a que la conductividad térmica del agua es muy baja, la transferencia de energía de la capa mixta hacia las profundidades se realiza fundamentalmente mediante corrientes convectivas. Estas corrientes compensan la extremadamente baja fuerza ascensional de las aguas profundas, más calientes, que son desplazadas por el movimiento hacia el ecuador de las corrientes frías provenientes de los polos. En contraste con el gradual ascenso general de las aguas oceánicas, la convección hacia abajo se produce en corrientes bien delimitadas que forman gigantescas cataratas oceánicas. Seguramente la mayor es la que fluye hacia el sur bajo el estrecho de Dinamarca, entre Islandia y Groenlandia, y se sumerge unos 3’5 Km transportando 5 millones de m³/s, un caudal veinte veces mayor que el del Amazonas.

Miríadas de corrientes oceánicas, que a menudo viajan cientos de kilómetros a diferentes profundidades, transportan considerables cantidades de energía y sal. Quizás el ejemplo más importante de estas combinaciones de transportes sea la corriente de agua caliente y salada que sale del Mediterráneo a través del estrecho de Gibraltar. Este flujo caliente pero denso desciende sobre la pendiente de la plataforma continental hasta alcanzar el equilibrio entre el peso y el empuje ascensional a unos mil metros de profundidad. Aquí se separa en dos celdas lenticulares que se mueven durante siete años hacia el este y hacia el sur, respectivamente, hasta que decaen o chocan contra alguna elevación marina.

           Si el Estrecho de Gibraltar pudiera contar su historia…

Un mapa global de los flujos de calor desde la superficie oceánica hasta las capas profundas muestra claramente máximos longitudinales a lo largo del ecuador y a lo largo de aproximadamente 45º S en los océanos Atlántico e Índico. Esta transferencia es también importante en algunas áreas costeras donde se producen intensos flujos convectivos ascendentes que intercambian calor entre las aguas superficiales y las profundas, como ocurre en la costa de California y al oeste de África. Un flujo en dirección contraria, que calienta la atmósfera, se produce en las dos mayores corrientes oceánicas calientes, la corriente del Golfo en el Atlántico y la de Kuroshio en el Pacífico oriental.

Todas la regiones donde se produce este ascenso de aguas calientes (a lo largo de las costas del continente americano, África, India y la zona ecuatorial del Pacífico occidental) se distinguen fácilmente por los elevados niveles de producción de fitoplancton, causados por un importante enriquecimiento de nutrientes, comparados con los que, de otra manera, corresponderían normalmente a las aguas superficiales oligotrópicas.

La radiación transporta la mayor parte (casi 4/5) de la energía que fluye desde la capa mixta hasta la atmósfera, y el resto del flujo calorífico se produce por calor latente en forma de vapor de agua y lluvias.

                                                              Océano Atrlántico

Aún no se ha realizado una valoración cuantitativa del transporte total para cada latitud, pero en el océano Atlántico hay transferencia de calor hacia el norte a lo largo de toda su extensión, alcanzando en el trópico un valor aproximado de 1 PW, flujo equivalente al que se produce en el Pacífico norte. En el Pacífico sur, el flujo de calor hacia el polo a través del trópico es de 0’2 PW. La parte occidental del Pacífico sur puede constituir la mayor reserva de calor del Atlántico sur, de igual modo que es probable que el océano Índico sur constituya una reserva del Pacífico.

Ahora tocaría comentar algo sobre los ríos del planeta, sin embargo, lo obvio y me dirijo directamente a comentar sobre el calor de la Tierra.

Aunque la Tierra se formara inicialmente a partir de materia fría (material cósmico) que se contrajo por acción de la gravedad, durante la formación posterior del núcleo líquido y en los periodos de intensa actividad volcánica se ha liberado una enorme cantidad de calor. Los frecuentes impactos de objetos pesados también han contribuido al calentamiento de la superficie. Hay mucha incertidumbre sobre la historia térmica de la Tierra de los últimos 3.000 millones de años, durante los cuales el planeta se ha ido enfriando y una gran parte de este flujo de calor ha alimentado los movimientos geotectónicos globales, creando nueva corteza en las dorsales oceánicas; un proceso que ha ido acompañado de terremotos recurrentes y erupciones volcánicas de lava, cenizas y agua caliente.

Solamente hay dos posibles fuentes de calor terrestre, pero la importancia relativa de las respectivas contribuciones no está aún muy clara. El calor basal, liberado por un lento enfriamiento del núcleo terrestre debe representar una gran parte del flujo total, si bien cálculos basados en la desintegración radiactiva del U²³⁵, U²³⁸, Th²³² y K⁴⁰ sugieren que éste representa al menos la mitad y quizás hasta nueve décimos del flujo total de calor del planeta. Esta disparidad obedece a la incertidumbre en la concentración de K⁴⁰ en la corteza terrestre. Pero sea cual sea la proporción, el flujo total, basado en miles de medidas realizadas desde los años cincuenta, está próximo a los 40 TW.

Aunque inicialmente se pensó que los flujos continentales y oceánicos eran aproximadamente iguales, en realidad difieren de forma sustancial. Las regiones del fondo oceánico más recientes contribuyen con más de 250 mW/m², cantidad que supera hasta tres veces las zonas continentales más recientes. El flujo medio para todo el fondo marino es aproximadamente igual a 95 mW/m², lo que representa un 70% más que el correspondiente a la corteza continental. El flujo  medio global es de 80 mW/m², unos tres órdenes de magnitud inferior al valor medio del flujo de calor de la radiación solar global.

Publica: emilio silvera

La fuente del presente trabajo, aunque variada en texto e imágenes, en su mayor parte está en una guía ilustrada de la biosfera y la civilización de Vaclav Smil.

“Un equipo de astrónomos ha identificado en la constelación de Acurio, a 900 años luz de nuestro planeta, la que posiblemente es la estrella enana blanca más fría y débil jamás detectada. Este antiguo remanente estelar, el estado final de un astro como nuestro Sol, es tan frío que su carbono se ha cristalizado, formando en el espacio un diamante del tamaño de la Tierra y con una masa similar a la de nuestro Sol.

Esta gigantesca joya cósmica «es un objeto muy notable», afirma David Kaplan, profesor de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee. «Estas cosas deben estar por ahí, pero son tan débiles que son muy difíciles de encontrar».

Nunca nadie ha sabido explicar lo que es la Vida a pesar de que tambien siempre nos lo hemos preguntado. Cuál es su origen y cómo surgieron los seres vivos que conocemos y que tenemos a nuestro alrededor, así como aquellos que con el paso de tiempo no supieron adaptarse y se extinguieron. La especie humana, la única que en nuestro planeta alcanzó la plenitud de conciencia, siempre ha tratado de responder a esa pregunta: ¿Qué es la Vida? Pero siempre también, resultó un gran problema el poder responderla y las Ciencias Naturales nunca pudo confeccionar una respuesta plausible. Hemos podido llegar a saber que sin los materiales fabricados en las estrellas, la vida no sería posible en nuestro Universo. Así muchos, dicen que somos… ¡Polvo de estrellas!

 

 

 

 

La célula viva es un sistema dinámico, en cambio constante en el cual las sustancias químicas se tornan ordenados por un tiempo en estructuras microscópicas, tan solo para disolverse nuevamente cuando otras moléculas se juntan para formar los mismos tipos de estructuras nuevamente, o para sustituirlas nuevamente en la misma estructura. Las organelas de las cuales las células están hechas no son más estáticas que la llama de una vela. En cualquier instante, la vela exhibe un patrón dinámico de casamientos y divorcios químicos, de procesos que producen energía y procesos que la consumen, de estructuras formándose y estructuras desapareciendo. La vida es proceso no una cosa.

¿Cómo ese proceso ordenado llegó a existir? Una vez que la célula es una entidad altamente ordenada y no aleatoria (evitando, la torpe regularidad de un cristal), se puede pensar en ella como un sistema que contiene información. La información es un ingrediente que adicionado, trae a la vida lo que serían átomos no vivos. ¿Cómo –nos preguntamos- la información puede ser introducida sin una inteligencia creativa sobrenatural? Este es el problema que la Ciencia aún tiene que responderse, lo que colocaría a Dios en la categoría de completamente desempleado.

 

 

 

 

 

 

La vida, seguramente, fue el resultado de los mismos procesos químicos y físicos que formaron los océanos y la corteza continental de nuestro planeta. Sin embargo, la vida es distinta porque puede experimentar evolución darwiniana. La selección natural ha desempeñado un pepel fundamental en la evolución de plantas y animales durante los primeros tiempos de la historia de nuestro planeta, pero también dirigió la evolución química que hizo posible la propia vida. A grandes rasgos entendemos cómo pueden haber evolucionado las moléculas a partir de precursores simples presentes en la Tierra joven. Sin embargo, sigue siendo un misterio cómo las proteínas, los ácidos nucleicos y las membranas llegaron a interaccionar de forma tan compleja.

Según todos los indicios, en los primeros años del planeta, los continentes que hoy conocemos estaban todos unidos formando la denominada Pangea. El movimiento de las placas tectónicas terrestres logró que estos se separaran y, con el transcurso de millones de años, llegaron a adquirir la moderna forma que hoy conocemos. En todo ese transcurrir y, mientras tanto, una serie de condiciones nuevas aparecieron para hacer posible el surgir de la vida.

 

 

 

 

Distribución de los continentes hace 260 millones durante el Pérmico. El supercontinente con forma de “C” es Pangea; dentro de la C se localizan los océanos Paleo-Tetis al norte y Tetis al sur; separando ambos océanos se sitúa el continente Cimmeria; cerrando la “C” al noreste se sitúan los microcontinentes de China del Norte y China del Sur; mientras que el resto del globo está ocupado por el océano Panthalassa.

 

 

 

Microfósiles de sedimentos marinos. “Microfósil” es un término descriptivo que se aplica al hablar de plantas o animales fosilizados cuyo tamaño es menor de aquel que puede llegar a ser analizado por el ojo humano. Normalmente se utilizan dos rasgos diagnósticos para diferenciar microfósiles de eucariotas y procariotas.

A partir de todos los fragmentos que la ciencia ha podido ir acumulando, ¿qué tipo de planeta podemos recomponer y qué porcesos tuvieron que darse para que, la vida, tal como la conocemos pudiera surgir? Sin temor a equivocarnos podemos afirmar que, cuando se formó el mar de Warrawoona la Tierra ya era un planeta biológico. Además, las mediciones de isótopos de carbono indican que ya podía haber comenzado la gran liberación ecológica de la fotosíntesis. No podemos tener la certeza si entre los microorganismos de aquel entonces había cianobacterias reproductoras de oxígeno, pero la presencia de cualquier tipo de organismo fotosintético en el océano de Warrawoona es de por sí muy informativa, pues nos permite colocar un punto de calibración en el árbol de la vida.

 

 

 

 

Los estromatolitos forman parte del registro fósil y son los responsables del oxígeno de la Tierra

 

Son la evidencia de vida más antigua que se conoce en la Tierra. Las rocas ígneas más antiguas de la Tierra están en Groenlandia y tienen 3800 millones de años. Los estromatolitos más antiguos son de Warrawoona, Australia y tienen unos 3500 millones de años (Precámbricos – Arqueanos). La edad de la Tierra como planeta acrecionado se calcula en 4500 millones de años. La teoría dice que, dadas las condiciones en esa época, los primeros habitantes de la Tierra debieron ser organismos unicelulares, procariontes, y anaerobios. Por tanto, los estromatolitos forman parte del registro fósil más importante de la vida microbiológica temprana. Pero además, vida microscópica fototrófica.

En la nueva concepción de la evolución microbiana que simboliza el árbol, los organismos fotosintéticos aparecen relativamente tarde y se diversifican mucho después del origen de la vida y de la divergencia de los principales dominios de la biología. Si la materia orgánica de Warrawoona es producto de la fotosíntesis, hay que concluir que para entonces la evolución de la vida ya debía llevar en marcha un buen tiempo.

 

 

 

 

Las observaciones geológicas indican que hace tres mil quinientos millones de años la atmósfera de la Tierra contenía nitrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua, pero muy poco oxígeno libre. La mayoría de las inferencias acerca de ambientes antiguos se realizan a partir de pistas sutiles que nos proporcionan la geoquímica; la signatura sedimentaria del oxígeno, sin embargo, es muy llamativa: bandas de color rojo vivo en rocas con silex ricos en hermatita (Fe₂ O₃), un mineral de óxido de hierro.

En la actualidad, nuestros conocimientos de la vida y ambientes arcaicos son a un tiempo frustrantes y emocionantes: frustrantes por las pocas certezas que tenemos y, sólo muchas hipótesis a partir de los datos dispersos que se van obteniendo, emocionante porque sabemos algo, por poco que esto pueda ser, es estimulante contar con un punto de partida que nos permita continuar en el estudio y la observación, seguir experimentando para que, algún día, sepamos a ciencia cierta, de donde pudo venir la vida.

Es verdad que las rocas más antiguas que podemos identificar nos indican la presencia de organismos complejos ¿qué clase de células vivían en aquellos tiempos aún más lejanos? En última instancia, ¡cuál será el verdadero origen de la vida?

 

 

 

 

Ademas de las cianobacterias, la microflora puede incluir algas (verdes y diatomeas), hongos, crustaceos, insectos, esporas, polen, rodofitas, fragmentos y sedimentos de todo tipo. La variedad biologica de cada comunidad estromatolitica dependerá de condiciones ambientales e hidrológicas: hipersalino, dulceacuicola, intermareales, submareales, fuertes corrientes, moderadas nulas, calidos, templado, altitud (afecta a la exposicion de la luz uv). En la superficie, es rugosa, porosa y cubierta por mucilago, filamentos, etc. Las particulas de carbonato van quedadonde atrapadas, hasta que la cementacion por crecimiento de cristales, forma una capa mas, de esta forma la estructura aumenta de tamaño.

 

 

 

 

La Tierra es el tercer planeta del Sistema Solar. Esta situación orbital y sus características de masa la convierten en un planeta privilegiado, con una temperatura media de unos 15º C, agua en forma líquida y una atmósfera densa que pudo evolucionar, con oxígeno y otros ingredientes, condiciones imprescindibles para el desarrollo de la vida.

La creencia general es que hace unos 4.600 millones de años la corteza de la Tierra comenzó a consolidarse y las erupciones de los volcanes empezaron a formar la atmósfera, el vapor de agua y los océanos. El progresivo enfriamiento del agua y de la atmósfera permitió el nacimiento de la vida, iniciada en el mar en forma de bacterias y algas, de las que derivamos todos los seres vivos que habitamos hoy nuestro planeta tras un largo proceso de evolución biólogica.

 

 

 

 

Aun los organismos más simples son máquinas moleculares extraordinariamente sofisticadas. Las primeras formas de vida tenían que ser muchísimo más sencillas. Necesitamos encontrar una familia de moléculas lo bastante simples como para formarse por procesos químicos y lo bastante complejas como para servir de cimiento a la evolución de las células vivas. Una molécula capaz de contener información y estructura suficientes como para replicarse a sí mismas y, al cabo, para dirigir la síntesis de otros componentes que puedan canalizar la replicación con una eficiencia cada vez mayor.

 

ESTRUCTURA DE LA CELULA BACTERIANA

 

Unas moléculas, en fin, que pudieran iniciar una trayectoria evolutiva que permitiera a la vida emanciparse de los procesos físicos que le dieron nacimiento, sintetizando las moléculas necesarias para el crecimiento en lugar de incorporarlas de su entorno y captando energía química o solar para alimentar el funcionamiento de la célula.

El descubrimiento de las enzimas de ARN, o ribosomas, realizado de forma independiente y aproximadamente al mismo tiempo por el bioquímico de Yale Sidney Altman, tuvo un efecto catalítico sobre el pensamiento acerca del origen de la vida.

 

 

 

 

Los enzimas de ARN (llamadas “ribozimas” o “aptazimas”) son moléculas de ARN capaces de autorreplicarse a temperatura constante en ausencia de proteínas. Utilizan la llamada replicación cruzada, en la que dos enzimas se catalizan el uno al otro de forma mutua. Este proceso permite entender cómo surgió la vida, pero los biotecnólogos las usan para algo mucho más prosaico. Estos enzimas de ARN pueden ser utilizados para detectar una gran variedad de compuestos, incluyendo muchos relevantes en diagnóstico médico. El compuesto orgánico se liga al aptazima, que se replica exponencialmente, amplificando exponencialmente la concentración del compuesto hasta permitir que sea fácilmente detectado.

En palabras del filósofo de la biología Iris Fry, esta extraordinaria molécula se alzó como “el huevo y la gallina al mismo tiempo” en el rompecabezas del orgien de la vida. La vida, esa misteriosa complejidad que surgió a partir de la “materia inerte” que, bajo ciertas y complejas condiciones, dio lugar a que lo sencillo se conviertiera en complejo, a que lo inerte pudiera despertar hasta los pensamientos.

 

 

 

 

Sabemos que, en ciertas condiciones prebióticas, los aminoácidos se forman fácilmente, así quedó demostrado por Stanley Miller en su gamoso experimento. Como los ácidos nucléicos, pueden unirse para formar péptidos, las cadenas de aminoácidos que se pliegan para formar proteínas funcionales.

Hay teorías para todos los gustos, y, el afamado Freeman Dyson, un renombrado físico que ha pensado profundamente sobre el origen de la vida, sugiere que en realidad la vida comenzó en dos ocasiones, una por la vía del ARN y otra vez por vía de las proteínas. Las células con proteínas y ácidos nucleicos interactivos habrían surgido más tarde en función protobiológica.  Y, está claro que, la innovación por alianzas es uno de los principales temas de la evolución.

 

En el árbol de la vida, nosotros (“tan importantes”), sólo somos una pequeña ramita.

 

Hay muchos procesos que son de una importancia extrema en la vida de nuestro planeta y, dado que los organismos fotosintéticos (o quimiosinteéticos) no pueden fraccionar isótopos de carbono en más de unas treinta parte por 1.000, necesitamos invocar la participación de otros metabolismos para poder explicar los resultados de las mediciones que se han realizado. Los candidatos más probables son bacterias que se alimentan de metano en los sedimentos. Estas bacterias obtienen tanto el carbono como la energía del gas natural (CH₄) y, al igual que los organismos fotosintéticos, son selectivos con los isótopos. A causa de su preferencia química por el ¹²CH₄ frente al ¹³CH₄, los microbios que se alimentan de metano fraccionan los isótopos de carbono en unas veinte o vejnticinco partes por 1.000 en los ambientes donde el metano es abundante. ¿Habeis pensado en la posibilidad de que esos organismos fotosintéticos estén presentes en Titán? ¡El fetín está servido!

 

 

Los océanos de metano de titán podrían ser una buena fuente de vida

 

La fotosíntesis anoxigénica se da en los organismos que utiliza la energía de la luz del sol, dióxido de carbono (sustrato a reducir) y sulfuro de hidrógeno (en lugar del agua) como dador de electrones que se oxida, se fabrican glúcidos y se libera azufre a el medio acuoso donde habitan o se aloja en el interior de la bacteria.

 

 

 

 

 

 

Otra característica es que los organismos fotosinteticos anoxigénicos contienen bacterioclorofila, un tipo de clorofila exclusiva de los foto-organotrofos, usan longitudes de onda de luz que no son absorbidas por las plantas. Estas bacterias contienen también carotenoides, pigmentos encargados de la absorción de la energía de la luz y posterior transmisión a la bacterioclorofila. El color de estos pigmentos dan el nombre a estas bacterias: bacterias púrpuras del azufre y bacterias verdes del azufre. En las cianobacterias los pigmentos captadores de luz son las ficobilinas, por lo tanto se les nombra, bacterias azules.

 

 

 

 

 

Cualquiera de estas imágenes de arriba nos cuenta una larga y compleja historia de cómo se pudieron formar cada uno de los ahí representados, y, en cualquiera de sus fases, formas y colores, es toda una gran obra de la Ingenieria de la Naturaleza que, al fin y al cabo, es la única fuente de la que debemos beber para saciar nuestra sed de sabiduría y alejar la ignorancia que nos abruma.

No pocas veces he dejado aquí constancia de que, el Universo, en todas sus regiones, por muy alejadas que estén, se rige por unas leyes que están presentes en todas parte por igual, y, así lo confirman mil observaciones y mil proyectos que a tal efecto se han llevado a buen término. Por ejemplo, mediaciones precisas de isótopos de azufre en muestras de Marte traídas a la Tierra por meteoritos demuestran que muy pronto en la historia del planeta vecino el ciclo del azufre estaba dominado por procesos atmosféricos que producían un fraccionamiento independiente de la masa.

 

 

 

 

 

Valles en Marte. (ESA) La región de Valles Marineris, que tiene una longitud de 4.000 kilómetros y una anchura de 600 kilómetros, es el sistema de cañones más grande conocido en el sistema solar, con profundidades que llegan a los diez kilómetros.

 

Basándose en este descubrimiento del fraccionamiento independiente de la masa, se dirigió la atención sobre las rocas terrestres más antiguas. Para sorpresas de muchos geoquímicos, lo que se hayó fue que el yeso y la pirita de las sucesiones sedimentarias más antiguas de la Tierra  también como en Marte, han dejado constancias del fraccionamiento independiente de la masa de los isótopos de azufre. Al igual que en Marte, en la Tierra primitiva la química del azufre se encontraba al parecer influenciada por procesos fotoquímicos que sólo pueden producirse en una atmósfera pobre en oxígeno. La etapa del oxígeno comenzó en nuestra atmósfera a comienzos del eón Ptoterozoico. En suma, todos los caminos de la biogeoquímica llevan al mismo sitio, es decir, lo que pasa aquí pudo pasar allí y, al decir allí, quiero decir en cualquier planeta de cualquier galaxia. Las leyes fundamentales de la Naturaleza son, las mismas en todas partes. No existen sitios privilegiados.

 

 

 

Es difícil imaginarse hoy una Tierra sin oxígeno

 

Dos equipos independientes de investigadores descubrieron que el oxígeno gaseoso apareció en la atmósfera terrestre unos 100 millones de años antes del evento de la gran oxidación de hace 2400 millones de años. Es decir, cuando cambió la antigua atmósfera y el planeta se equipo con la que hoy conocemos.

 

 

 

 

El oxígeno es un gas muy reactivo, no existe de manera libre durante un largo período de tiempo, pues forma óxidos o reacciona con otras sustancias de manera rápida. Si está presente en la atmósfera es porque las plantas lo reponen continuamente. Antes de la invención de la fotosíntesis y durante muchos cientos de millones de años no había oxígeno libre en la Tierra.

En los estratos geológicos se pueden encontrar pruebas de la existencia de un momento en el que se produjo una gran oxidación mineral, prueba de que el oxígeno se encontraba ya libre en la atmósfera terrestre por primera vez y en gran cantidad. A este hecho se le ha denominado evento de gran oxidación, o GOE en sus siglas en inglés, y fue un hecho dramático en la historia de la Tierra. Este oxígeno permitió más tarde la aparición de vida animal compleja. Los geólogos creían que durante el GOE los niveles de oxígeno subieron rápidamente desde niveles prácticamente despreciables.

 

 

 

El mundo bacteriano es fascinante

 

Con estas bacterias es posible obtener dos tipos de celdas microbianas o baterías. Unas llamadas celdas de sedimento emplean el lodo donde habitan estos microorganismos; ahí, se produce energía simplemente conectando un electrodo en la parte donde, a cierta profundidad, no hay oxígeno, con otro electrodo que se encuentre en presencia de oxígeno.

¿Cómo respondió la vida a la revolución del oxígeno? Podemos imaginar, un “holocausto de oxígeno” que habría llevado a la muerte y la extinción a innumerables linajes de microorganismos anaeróbicos. Pero hace dos mil doscientos millones de años los ambientes anóxicos no desaparecieron; simplemente, quedaron relegados bajo una capa oxigenada de agua y sedimentos superficiales.

Aquello permitió a la Tierra dar cobijo a una diversidad biológica sin precedentes. Los microorganismos anaeróbicos mantuvieron un papel esencial en el funcionamiento de los ecosistemas, igual que en la actualidad.

 

 

 

 

En la primera fase de cualquier ejercicio aeróbico, el oxígeno se combina con la glucosa procedente del glucógeno. Al cabo de unos minutos, cuando el cuerpo nota que escasea el azúcar, empieza a descomponer las grasas. Entonces disminuye un poco el rendimiento, mientras el cuerpo se adapta al cambio de origen de su energía. Superado este punto, se vuelve a los niveles y sensaciones normales, pero se queman grasas en lugar de glucosa.

De otro lado, los organismos que utilizan, o al menos toleran el oxígeno se expandieron enormemente. La respiración aeróbica se convirtió en una de las formas principales de metabolismo en las bacterias, y las bacteria quimiosintéticas que obtienen energía de la reacción entre oxígeno e hidrógeno o iones metálicos se diversificaron a lo largo de la frontera entre ambientes ricos en oxígeno y ambientes pobres en oxígeno. Desde ese momento, la Tierra comenzó a convertirse en nuestro mundo.

 

 

 

Nuestro mundo, rico en agua líquida que cubre el 71% de la superficie del planeta, y, su atmósfera con un 78% (en volumen) de Nitrógeno, un 21 de Oxígeno y un 0,9 de Argón, además de dióxido de carbono, hidrógeno y otros gases en cantidades mucho menores que, permiten que nuestros organismos encuentren el medio indóneo para poder vivir. Otros muchos factores presentes en la Tierra contribuyen a que nuestra presencia aquí sea posible.

 

 

 

 

Las algas verdeazuladas también son llamadas bacterias verdeazuladas porque carecen de membrana nuclear como las bacterias. Sólo existe un equivalente del núcleo, el centroplasma, que está rodeado sin límite preciso por el cromatoplasma periférico coloreado. El hecho de que éstas se clasifiquen como algas en vez de bacterias es porque liberan oxígeno realizando una fotosíntesis similar a la de las plantas superiores. Ciertas formas tienen vida independiente, pero la mayoría se agrega en colonias o forma filamentos. Su color varía desde verdeazulado hasta rojo o púrpura dependiendo de la proporción de dos pigmentos fotosintéticos especiales: la ficocianina (azul) y la ficoeritrina (rojo), que ocultan el color verde de la clorofila.

 

 

 

 

Mientras que las plantas superiores presentan dos clases de clorofila llamadas A y B, las algas verdeazuladas contienen sólo la de tipo A, pero ésta no se encuentra en los cloroplastos, sino que se distribuye por toda la célula. Se reproducen por esporas o por fragmentación de los filamentos pluricelulares. Las algas verdeazuladas se encuentran en hábitats diversos de todo el mundo. Abundan en la corteza de los árboles, rocas y suelos húmedos donde realizan la fijación de nitrógeno. Algunas coexisten en simbiosis con hongos para formar líquenes. Cuando hace calor, algunas especies forman extensas y, a veces, tóxicas floraciones en la superficie de charcas y en las costas. En aguas tropicales poco profundas, las matas de algas llegan a constituir unas formaciones curvadas llamadas estromatolitos, cuyos fósiles se han encontrado en rocas formadas durante el precámbrico, hace más de 3.000 millones de años. Esto sugiere el papel tan importante que desempeñaron estos organismos cambiando la atmósfera primitiva, rica en dióxido de carbono, por la mezcla oxigenada que existe actualmente. Ciertas especies viven en la superficie de los estanques formando las “flores de agua”.

Sin descanso se habla de quer nosotros, con nuestro comportamiento estamos cambiando la atmósfera de la Tierra, que contaminamos y que, de seguir así, podemos acabar con la vida placentera en el planeta. Tal exageración queda anulada por la realidad de los hechos.

 

 

 

Gigantescas ciudades son una buena muestra de nuestra presencia aquí, y, ¿qué duda nos puede caber? Nuestro morfología nos ha convertido en el ser vivo dominante en el planeta. Sin embargo, no somos los que más hemos incidido en sus condiciones. Si se estudia la larga historia de la vida en la Tierra, podremos ver que una inmensa cantidad de especies han interactuado con la biosfera para modificar, en mayor o menor medida los ecosistemas del mundo. En realidad, la especie que cambió el planeta de manera radical, la que en verdad modificó la Tierra hasta traerla a lo que hoy es, creando una biosfera nueva a la que todas las especies se tuvieron que adaptar (también nosotros), esa especie que, aunque diminuta en su individualidad forma un gigantesco grupo, no son otras que las cianobacterias.

 

 

De esa manera, si el oxígeno trajo consigo un cambio revolucionario, las heroínas de la revolución fueron las cianobacterias. Fósiles extraordinarimente bien conservados en síles de Siberia de mil quinientos millones de años de edad demuestran que las bacterias verdeazuladas se diversificaron tempranamente y se han mantenido hasta la actualidad sin alterar de manera sustancial su forma. La capacidad de cambiar con rapidez, pero persistir indefinidamente, compendia la evolución bacteriana.

Las cianobacterias comparten con algunas otras bacterias la habilidad de tomar el N2 del aire, donde es el gas más abundante, y reducirlo a amonio (NH4), una forma que todas las células pueden aprovechar. Los autótrofos que no pueden fijar el N2, tienen que tomar nitrato (NO3-), que es una sustancia escasa. Esto les ocurre por ejemplo a las plantas. Algunas cianobacteria son simbiontes de plantas acuáticas, como los helechos del género Azolla, a las que suministran nitrógeno. Dada su abundancia en distintos ambientes las cianobacterias son importantes para la circulación de nutrientes, incorporando nitrógeno a la cadena alimentaria, en la que participan como productores primarios o como descomponedores.

 

 

 

La resistencia general de las bacterias a la extinción es bien conocida. Las bacterias poseen tamaños poblacionales inmensos y pueden reproducirse rápidamente: no importa que por la mañana nos lavemos los dientes meticulosamente; a media tarde, las bacterias que hayan sobrevivido al cepillo se habrán multiplicado hasta el extremo de recubrir nuevamente el interior de la boca. Además, las bacterias saben habérselas muy bien con medios cambiantes. El aire, por ejemplo, está lleno de bacterias; un plato de leche colocado en el alfeizar de la ventana no tarda en fermentar. Lo que es más, las bacterias son muy buenas a la hora de resistir perturbaciojnes ambientales. Aunque la mayoría crece especialmente bien dentro de unos márgenes ambientales estrechos, son capaces de tolerar condiciones extremas, al menos durante un tiempo.

Si miramos el tiempo que llevan aquí, como se pueden adaptar a condiciones que, ni en sueños podríamos hacerlo nosotros, y, sobre todo, si pensamos en la diversidad y en la inmensa cantidad y en que están ocupando (prácticamente) todas las reguiones del planeta, tendremos que convenir que, es necesario saber cuanto más mejor de ellas y, es necesario que nos sumerjamos en los reinos de las pequeñas criaturas que, de una u otra forma, serán nuestra salvación o, podrían provocar nuestra extinción.

 

 

 

 

Algunos creen que,  también, en lugares como este, pueden estar presentes esos pequeños seres. En lugares donde abundan los mundos… ¿Qué seres habrá? Ahí, en la imagen de arriba,  están presentes todos y cada uno de los elementos necesarios para la vida, y, simplemente con que uno sólo de entre una infinidad de planetas que ahí se formarán se encuentre dentro de la zona habitable de su estrella, podría contener un sin fin de formas de vida que, como aquí en la Tierra, hayan evolucionado y, ¿quién sabe? hasta es posible que esa clase de vida, pueda haber logrado alcanzar los pensamientos, la imaginación, la facultad de ser conscientes.

De todas las maneras…, seguimos sin saber, a ciencia cierta, como pudo surgir las vida. Sólo tenemos vestigios que nos acercan a esa posible fuente, y, son muchas, las zonas oscuras que no dejan ver lo que allí ocurrió, lo que hizo la evolución o dejó de hacer y, las condiciones primigenias que posibilitaron que en este pequeño planeta rocoso, emergieran formas de vida que evolucionadas han podido salir al exterior para ver lo que hay fuera.

 

 

                                                                     Esporas del espacio que pueden llevar la vida a diversos mundos