La transferencia de genes entre especies creó el mundo moderno

Patrones de formaciones de cianobacterias y travertino, en una zona del Parque de Yellowstone, (EE UU). Peter Unger Getty Images / Lonely Planet Images

Así como los historiadores piensan que conocer los siglos pasados es esencial para entender el presente, asimismo creen los evolucionistas que conocer la historia de la Tierra es la clave para comprender los procesos que nos han creado. Los biólogos saben que todos venimos de microbios humildes como las bacterias y las arqueas; y que, hacia la mitad de la historia del planeta, bacterias y arqueas se asociaron para crear la célula de la que estamos hechos por entero, la célula eucariota, el origen de la modernidad biológica. Los geólogos, entretanto, están intentando averiguar por qué. La gran pregunta.

Para los geólogos, el acontecimiento más importante de la historia de la Tierra es la “revolución del oxígeno” (great oxidation event), que transformó el planeta hacia la mitad de su historia (hace unos 2.300 millones de años). Este incremento del oxígeno atmosférico alcanzó unas cifras muy modestas (solo una pequeña fracción de los niveles actuales, que son del 21% de la atmósfera), pero dejó una huella profunda en el planeta, cuyas evidencias geológicas son aplastantes en los estratos de todo el mundo. ¿De dónde salió ese oxígeno?

 

 

Hay un acuerdo general en que ese oxígeno es producto de las cianobacterias, o bacterias fotosintéticas. La fotosíntesis es la energía fotovoltaica de la biología, el proceso que genera energía útil para la célula a partir de la luz solar. La luz se utiliza para romper el agua (H₂O), y la célula utiliza el hidrógeno (H) para generar energía y libera el oxígeno (O) a la atmósfera. A las cianobacterias se las supone muy antiguas –tal vez entre las más antiguas de la Tierra— y algunos científicos piensan que su actividad lenta y tenaz acabó generando la revolución del oxígeno.

Un nuevo trabajo del geólogo Woodward Fisher y sus colegas del CalTech (Instituto Tecnológico de California en Pasadena) y la Universidad de Queensland, Australia, revela que no es así: las cianobacterias, o sus precursores, carecían por completo de la compleja habilidad de la fotosíntesis durante la primera mitad de la historia de la Tierra. Solo la adquirieron muy tarde, ya casi en tiempos de la revolución del oxígeno, y solo la adquirieron comprando los genes de otros microbios (técnicamente, transferencia genética horizontal, o HGT en sus siglas inglesas).

La constitución celular, tal como conocemos, no siempre se da en todas las masas vivientes, sino que a veces se encuentran organismos constituidos por una masa plasmática con varios núcleos sumergidos en ella, no apreciándose límites celulares: esto constituye un plasmodio. Una masa celular con varios núcleos.

Fisher y sus colegas, que presentan su investigación en Science, están asombrados por la cercanía de esas dos fechas: la del origen relativamente tardío y rápido de las cianobacterias fotosintéticas, y la del “gran evento de oxidación”, o revolución del oxígeno que cambió el mundo. Muestran que la explicación más parsimoniosa de esa coincidencia es que la revolución del oxígeno se deba a la evolución de las bacterias fotosintéticas. Una causa biológica para un fenómeno geológico. Más aún: para el ‘gran’ fenómeno geológico de la historia del planeta.

Desde Darwin, los biólogos se suelen sentir más cómodos con los fenómenos lentos y graduales que con las (relativas) brusquedades que revela a menudo el registro geológico. El evolucionismo clásico se basa en la pequeña acumulación de variaciones mínimas, cada una con una pequeña ventaja en el entorno del momento, hasta consolidar un sistema complejo prodigioso como el ojo del águila, el cerebro humano o la fotosíntesis. Pero también hay otros mecanismos evolutivos más rápidos, y la transferencia de genes entre unas especies de bacterias y otras es el mejor demostrado de ellos.

Sin embargo, que el origen de la revolución del oxígeno sea un suceso relativamente rápido de transferencia genética, o compra de genes por las cianobacterias, plantea una nueva cuestión clave: ¿quién se los vendió? ¿Qué otro microorganismo tuvo la gentileza de donar sus genes fotosintéticos al precursor de las cianobacterias y cambiar así el mundo?

“Esa es una gran pregunta”, responde en un correo electrónico el jefe de la investigación, Woodward Fisher, “pero no tiene respuesta por el momento; es bien notable que ahora podamos afirmar con certeza que aquel suceso de transferencia de genes fue importante [para la revolución del oxígeno], pero el taxón de bacterias que donó los genes fotosintéticos no está claro todavía”.

“Es tentador”, prosigue el científico del CalTech, “pensar que alguno de los otros filos [grandes grupos bacterianos] capaces de un tipo de fotosíntesis que no produce oxígeno [fotosíntesis anoxigénica], y hay seis para elegir, donaron los genes, y luego las cianobacterias receptoras embellecieron ese metabolismo al añadirle la habilidad de romper el agua y producir oxígeno; pero si miras en detalle las relaciones evolutivas entre esos grupos, no obtienes una historia clara de la evolución de la fotosíntesis”.

La investigación muestra más bien que la fotosíntesis es lo que los evolucionistas llaman un “carácter derivado”, una propiedad que no es ancestral en las cianobacterias, y que por tanto no parece que puedan haber ido perfeccionando gradualmente con el paso del tiempo, sino una que han adquirido tarde y de forma secundaria. Y eso en los seis grandes grupos bacterianos que muestran algún tipo de fotosíntesis, aunque no produzca oxígeno. Todos ellos parecen haber comprado sus genes fotovoltaicos. ¿Quién se los vendió?

“Puede que descubramos más grupos de microbios fotosintéticos”, responde Fisher, “y los enfoques metagenómicos [como sacar un cubo de agua del mar y secuenciar el ADN de todo lo que haya allí] dejan claro que solo hemos empezado a arañar la superficie de la diversidad microbiana; pero igual de posible es que el grupo de microbios que donó los genes fotosintéticos se extinguiera hace mucho”. Un triste final para el hacedor de nuestro mundo, ¿no es cierto?

Pese a lo fragoroso de su nombre, la gran revolución del oxígeno no alcanzó unos valores ni parecidos a los actuales (21% de la atmósfera). Eso solo ocurrió hace unos 600 millones de años, en los prolegómenos de la explosión cámbrica, el corto periodo de innovación evolutiva que nos vio nacer a todos los animales.

A pesar del mito persistente, el oxígeno no es una precondición de la vida. La vida prosperó durante la primera mitad de su historia en la completa ausencia de ese gas. Los culpables de que haya oxígeno en nuestro planeta son seres vivos. Y tal vez estén ya extintos.

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Llegará un día en el que, podremos entrar en un inmenso espacio, una enorme habitación, en la que, previa elección de la  programación adecuada, todo se transformará en un “mundo ficticio”, un holograma que, lo mismo podrá ser una playa luminosa con arena dorada por el Sol que, una Selva tropical o un desierto, dependiendo de los gustos del usuario.

Si repasamos la historia de la ciencia, seguramente encontraremos muchos motivos para el optimismo. Witten (el Físico de la Teoría M),  está convencido de que la ciencia será algún día capaz de sondear hasta las energías de Planck. Como ya he referido en otras ocasiones, él dijo:

“No siempre es tan fácil decir cuáles son las preguntas fáciles y cuáles las difíciles. En el siglo XIX, la pregunta de por qué el agua hierve a 100 grados era desesperadamente inaccesible. Si usted hubiera dicho a un físico del siglo XIX que hacia el siglo XX sería capaz de calcularlo, le habría parecido un cuento de hadas… La teoría cuántica de campos es tan difícil que nadie la creyó completamente durante 25 años.”

 

 

 

 

En su opinión, las buenas ideas siempre se verifican. Los ejemplos son innumerables: la gravedad de Newton, el campo eléctrico de Faraday y el electromagnetismo de Maxwell, la teoría de la relatividad de Einstein en sus dos versiones y su demostración del efecto fotoeléctrico, la teoría del electrón de Paul Dirac, el principio de incertidumbre de Heisenberg, la función de ondas de Schrödinger, y tantos otros. Algunos de los físicos teóricos más famosos, sin embargo, protestaban de tanto empeño en la experimentación. El astrónomo arthur Eddington se cuestionaba incluso si los científicos no estaban forzando las cosas cuando insistían en que todo debería ser verificado. ¡Cómo cambia todo con el Tiempo! Hasta la manera de pensar.

Sin embargo, muchos son los ejemplos de un ingenio superior que nos llevaron a desvelar secretos de la Naturaleza que estaban profundamente escondidos, y, el trabajo de Dirac en relación al electrón, es una buena muestra de ese ingenio humano que, de vez en cuando vemos florecer.

Ya que la ecuación de Dirac fue originalmente formulada para describir el electrón, las referencias se harán respecto a “electrones”, aunque actualmente la ecuación se aplica a otros tipos de partículas elementales de espín ½, como los quarks. Una ecuación modificada de Dirac puede emplearse para describir de forma aproximada los protones y los neutrones, formados ambos por partículas más pequeñas llamadas quarks (por este hecho, a protones y neutrones no se les da la consideración de partículas elementales).

La ecuación de Dirac presenta la siguiente forma:

Ésa es la ecuación de Dirac. Gracias a esto, se describe el fenómeno de entrelazamiento cuántico, que en la práctica dice que: ‘Si dos sistemas interactúan uno con el otro durante un cierto período de tiempo y luego se separan, lo podemos describir como dos sistemas separados, pero de alguna manera sutil están convertidos en un solo sistema. Uno de ellos sigue influyendo en el otro, a pesar de kilómetros de distancia o años luz’. Esto es el entrelazamiento cuántico o conexión cuántica. Dos partículas que, en algún momento estuvieron unidas, siguen estando de algún modo relacionadas. No importa la distancia entre ambas, aunque se hallen en extremos opuestos del universo. La conexión entre ellas es instantánea.

La llamada ecuación de Dirac es la versión relativista de la ecuación de ondas de la mecánica cuántica y fue formulada por Paul Dirac en 1928. Da una descripción de las partículas elementales de espín ½, como el electrón, y es completamente consistente con los principios de la mecánica cuántica y de la teoría de la relatividad especial. Además de dar cuenta del espín, la ecuación predice la existencia de antimateria.

El premio Nobel Paul dirac incluso llegó a decir de forma más categórica: “Es más importante tener belleza en las ecuaciones que tener experimentos que se ajusten a ellas“, o en palabras del físico John Ellis del CERN, “Como decía en una envoltura de caramelos que abrí hace algunos años, «Es sólo el optimista el que consigue algo en este mundo».“

Yo, como todos ustedes, un hombre normal y corriente de la calle, escucho a unos y a otros, después pienso en lo que dicen y en los argumentos y motivaciones que les han llevado a sus respectivos convencimientos, y finalmente, también decido según mis propios criterios mi opinión, que no obligatoriamente coincidirá con alguna de esas opiniones, y que en algún caso, hasta me permito emitirla.

¿No es curioso que, cuando se formula la moderna Teoría M, surjan, como por encanto, las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General? Nadie las llama y, sin embargo, allí aparecen para decirnos que, la Teoría de cuerdas es un buen camino a seguir, ya que, si en ella subyacen las ecuaciones de Einstein de la relatividad General… ¡No debe ser por casualidad!

Suponiendo que algún físico brillante nos resuelva la teoría de campos de cuerdas y derive las propiedades conocidas de nuestro universo, con un poco de suerte, podría ocurrir en este mismo siglo, lo que no estaría nada mal considerando las dificultades de la empresa. El problema fundamental es que estamos obligando a la teoría de supercuerdas a responder preguntas sobre energías cotidianas, cuando “ámbito natural” está en la energía de Planck. Esta fabulosa energía fue liberada sólo en el propio instante de la creación, lo que quiere decir que la teoría de supercuerdas es naturalmente una teoría de la creación.

    Las primeras observaciones realizadas por Planck | ESA y Axel Mellinger.

Fuimos capaces de predecir que el Big Bang produjo un “eco” cósmico reverberando en el universo y que podría ser mesurable por los instrumentos adecuados. De hecho, Arno Penzias y Robert Wilson de los Bell Telephone Laboratories ganaron el premio Nobel en 1.978 por detectar este eco del Big Bang, una radiación de microondas que impregna el universo conocido. El que el eco del Big Bang debería estar circulando por el universo miles de millones de años después del suceso fue predicho por primera vez por George Gamow y sus discípulos Ralpher y Robert Herman, pero nadie les tomó en serio. La propia idea de medir el eco de la creación parecía extravagante cuando la propusieron por primera vez poco después de la segunda guerra mundial. Su lógica, sin embargo, era aplastante.

La estufa básica es la resistencia por hilo enrollado Nicrom. Ésta se llega a poner al rojo vivo, por lo que emite también algo de calor por radiación.

Cualquier objeto, cuando se calienta, emite radiación de forma gradual. Ésta es la razón de que el hierro se ponga al rojo vivo cuando se calienta en un horno, y cuanto más se calienta, mayor es la frecuencia de radiación que emite. Una fórmula matemática exacta, la ley de Stefan-Boltzmann, relaciona la frecuencia de la luz (o el color en este caso) con la temperatura. De hecho, así es como los científicos determinan la temperatura de la superficie de una estrella lejana; examinando su color. Esta radiación se denomina radiación de cuerpo negro.

Esta radiación, cómo no, ha sido aprovechada por los ejércitos, que mediante visores nocturnos pueden operar en la oscuridad. De noche, los objetos relativamente calientes, tales como soldados enemigos o los carros de combate, pueden estar ocultos en la oscuridad, pero continúan emitiendo radiación de cuerpo negro invisible en forma de radiación infrarroja, que puede ser captada por gafas especiales de infrarrojo. Ésta es también la razón de que nuestros automóviles cerrados se calientes en verano, ya que la luz del Sol atraviesa los cristales del coche y calienta el interior. A medida que se calienta, empieza a emitir radiación de cuerpo negro en forma de radiación infrarroja. Sin embargo, esta clase de radiación no atraviesa muy bien el vidrio, y por lo tanto queda atrapada en el interior del automóvil, incrementando espectacularmente la temperatura.

Análogamente, la radiación de cuerpo negro produce el efecto invernadero. Al igual que el vidrio, los altos niveles de dióxido de carbono en la atmósfera, causados por la combustión sin control de combustibles fósiles, pueden atrapar la radiación de cuerpo negro infrarroja en la Tierra, y de este modo calentar gradualmente el planeta.

Gamow razonó que el Big Bang era inicialmente muy caliente, y que por lo tanto sería un cuerpo negro ideal emisor de radiación. Aunque la tecnología de los años cuarenta era demasiado primitiva para captar esta débil señal de la creación, Gamow pudo calcular la temperatura de dicha radiación y predecir con fiabilidad que un día nuestros instrumentos serían lo suficientemente sensibles como para detectar esta radiación “fósil”.

Ya la lista de ingenios es larga. Todos quieren medir la radiación del fondo de microondas generadas por el Big Bang. Incluso hemos preparado telescopios especiales para que nos puedan captar las ondas gravitatorias surgidas en aquellos primeros momento de la inflación.

La lógica que había detrás de su razonamiento era la siguiente: alrededor de 300.000 años después del Big Bang, el universo se enfrió hasta el punto en el que los átomos pudieron empezar a componerse; los electrones pudieron empezar a rodear a los protones y neutrones formando átomos estables, que ya no serían destruidos por la intensa radiación que estaba impregnando todo el universo. Antes de este momento, el universo estaba tan caliente que los átomos eran inmediatamente descompuestos por esa radiación tan potente en el mismo acto de su formación. Esto significa que el universo era opaco, como una niebla espesa absorbente e impenetrable.

Pasados 300.000 años, la radiación no era tan potente; se había enfriado y por lo tanto la luz podía atravesar grades distancias sin ser dispersada. En otras palabras, el universo se hizo repentinamente negro y transparente.

Terminaré esta parte comentando que un auténtico cuerpo negro es un concepto imaginario; un pequeño agujero en la pared de un recinto a temperatura uniforme es la mejor aproximación que se puede tener de él en la práctica.

La radiación de cuerpo negro es la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro. Se extiende sobre todo el rango de longitudes de onda y la disminución de energías sobre este rango tiene una forma característica con un máximo en una cierta longitud de onda, desplazándose a longitudes de onda más cortas al aumentar las temperaturas*.

Hablar, sin más especificaciones, de radiación, es estar refiriéndonos a una energía que viaja en forma de ondas electromagnéticas o fotones por el universo. También nos podríamos estar refiriendo a un chorro de partículas, especialmente partículas alfa o beta de una fuente radiactiva o neutrones de un reactor nuclear.

La radiación actínida es la electromagnética que es capaz de iniciar una reacción química. El término es usado especialmente para la radiación ultravioleta y también para denotar radiación que podría afectar a las emulsiones fotográficas.

La radiación gamma es un tipo de radiación electromagnética producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación de tal magnitud también es producida en fenómenos astrofísicos de gran violencia.

Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.

La Radiación expone un amplio abanico dependiendo de la fuente:  blanda, radiación cósmica, radiación de calor, radiación de fondo, de fondo de microondas, radiación dura, electromagnética, radiación gamma, infrarroja, ionizante, monocromática, policromática, de sincrotrón, ultravioleta, de la teoría cuántica, de radiactividad… y, como se puede ver, la radiación en sus diversas formas es un universo en sí misma.

Siempre me llamó la atención y se ganó mi admiración el físico alemán Max Planck (1.858 – 1.947), responsable entre otros muchos logros de la ley de radiación de Planck, que da la distribución de energía radiada por un cuerpo negro. Introdujo en física el concepto novedoso de que la energía es una cantidad que es radiada por un cuerpo en pequeños paquetes discretos, en vez de una emisión continua. Estos pequeños paquetes se conocieron como cuantos y la ley formulada es la base de la teoría cuántica.

Einstein se inspiró en este trabajo para a su vez presentar el suyo propio sobre el efecto fotoeléctrico, donde la energía máxima cinética del fotoelectrón, E_m, está dada por la ecuación que lleva su nombre: E_m = hf – Φ.

Cada metal requiere, para que se produzca la extracción, una radiación con una frecuencia mínima (n_o). Cualquier otra radiación de menor frecuencia, no será capaz de arrancar electrones. Por debajo de la frecuencia mínima la intensidad de corriente -”i” (amperios)- será cero. No hay efecto fotoeléctrico.

Planck publicó en 1.900 un artículo sobre la radiación de cuerpo negro que sentó las bases para la teoría de la mecánica cuántica que más tarde desarrollaron otros, como el mismo Einstein, Heisenberg, Schrödinger, Dirac, Feymann, etc. Todos los físicos son conocedores de la enorme contribución que Max Planck hizo en física: la constante de Planck, radiación de Planck, longitud de Planck, unidades de Planck, etc. Es posible que sea el físico de la historia que más veces ha dado su nombre a conceptos de física. Pongamos un par te ejemplos de su ingenio:

1.      vale 10^-35 metros. Esta escala de longitud (veinte órdenes de magnitud menor que el tamaño del protón, de 10^-15 m) es a la que la descripción clásica de gravedad cesa de ser válida y debe ser tenida en cuenta la mecánica cuántica. En la fórmula que la describe, G es la constante gravitacional, ħ es la constante de Planck racionalizada y c en la velocidad de la luz.

2.      . Es la masa de una partícula cuya longitud de onda Compton es igual a la longitud de Planck. En la ecuación, ħ es la constante de Planck racionalizada, c es la velocidad de la luz y G es la constante gravitacional. Así, Se denomina masa de Planck a la cantidad de masa (21,7644 microgramos) que, incluida en una esfera cuyo radio fuera igual a la longitud de Planck,  generaría una densidad del orden de 10⁹³ g/cm³. Según la física actual, esta habría sido la densidad del Universo cuando tenía unos  segundos, el llamado Tiempo de Planck. Su ecuación, es decir la masa de Planc se denota:

El valor de la masa de Planck  se expresa por una fórmula que combina tres constantes fundamentales, la constante de Planck,  (h), la velocidad de la luz (c),  y la constante de gravitación universal (G). La masa de Planck es una estimación de la masa del agujero negro primordial menos masivo, y resulta de calcular el límite donde entran en conflicto la descripción clásica y la descripción cuántica de la gravedad.

“Aunque todas estas descripciones reflejan más una abundante imaginación que un hecho existencial apoyado teóricamente con alguna hipótesis que pueda ser comprobada en el laboratorio sobre hechos que están más allá de poder ser medidos jamás en algún laboratorio construído por humanos. La única forma de confrontar la factibilidad o la posibilidad del modelo de la espuma cuántica nos lleva necesariamente a confrontar la carencia de un modelo que logre unificar exitosamente al macrocosmos con el microcosmos, a la Relatividad General con la Mecánica Cuántica, la Gravedad Cuántica. Si la energía y la materia (o mejor dicho la masa-energía) están discretizadas, se supone que también deben de estarlo el espacio y el tiempo (o mejor dicho, el espacio-tiempo), y la “partícula fundamental” del espacio-tiempo debe de serlo el gravitón, aunque de momento todo esto son especulaciones que seguirán siéndolo mientras no tengamos a la mano algo que pueda confirmar la existencia de tan exótica partícula, quizá la más exótica de cuantas hayan sido concebidas por la imaginación del hombre.”

 

 

La descripción de una partícula elemental de esta masa, o partículas que interaccionan con energías por partículas equivalentes a ellas (a través de E = mc²), requiere de una teoría cuántica de la gravedad. Como la masa de Planck es del orden de 10^-8 Kg (equivalente a una energía de 10¹⁹ GeV) y, por ejemplo, la masa del protón es del orden de 10^-27 Kg y las mayores energías alcanzables en los aceleradores de partículas actuales son del orden de 10³ GeV, los efectos de gravitación cuántica no aparecen en los laboratorios de física de partículas. Únicamente en un laboratorio aparecieron partículas que tenían energías del orden de la masa de Planck: en el universo primitivo, de acuerdo con la teoría del Big Bang, motivo éste por el que es necesaria una teoría cuántica de la gravedad para estudiar aquellas condiciones. Esta energía de la que estamos hablando, del orden de 10¹⁹ GeV (inalcanzable para nosotros), es la que necesitamos para verificar la teoría de supercuerdas.

Uno de los mayores misterios que hemos podido comprender es la complejidad que está presente en el núcleo de los átomos, las cosas que allí pasan y los objetos que actúan dentro del núcleo… Son asombrosos!

Siempre, desde que puedo recordar, me llamó la atención los misterios y secretos encerrados en la naturaleza, y la innegable batalla mantenida a lo largo de la historia por los científicos para descubrirlos. Muchos han sido los velos que hemos podido descorrer para que, la luz cegadora del saber pudiera entrar en nuestras mentes para hacerlas comprender cómo actuaba la Naturaleza en ciertas ocasiones y el por qué de tales comportamientos, y, sin embargo, a pesar del largo camino recorrido, es mucho más el que nos queda por andar.

emilio silvera

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· Neil Harbisson (Londres, 1984) es la primera persona en el mundo reconocida como cíborg por un gobierno y la primera persona con una antena implantada en la cabeza que le permite escuchar los colores y percibir infrarrojos, ultravioletas, recibir imágenes, vídeos, música o llamadas telefónicas directamente a su cabeza desde aparatos externos como móviles o satélites.

4. Corazón · La primera implantación clínica de un marcapasos interno en un humano fue hecha por el cirujano Åke Senning en 1958 en el Instituto Karolinska en Solna, Suecia, usando un marcapasos diseñado por Rune Elmqvist. El dispositivo falló tres horas después. Un segundo dispositivo fue implantado y duró dos días. El primer paciente en el mundo con marcapasos interno, Arne Larsson, recibió 26 marcapasos diferentes a lo largo de su vida. Murió en 2001 a la edad de 86 años.

5. Brazos y manos · En el año 1510-1590 el cirujano francés Ambroise Paré desarrolló el primer brazo artificial móvil llamado Le Petit Lorraine. Los dedos podían abrirse o cerrarse.

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TABLA DE ALGUNAS DISCIPLINAS CIENTÍFICAS

ASTRONOMÍA

Astrofísica

ASTROBIOLOGÍA

Cosmología

BIOLOGÍA

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Biofísica

Electromagnetismo

Física Atómica y Molecular

Física de los Fluidos

Física del Espacio

Física del Estado Sólido

Física Médica

Física Nuclear

Física Teórica

Física Térmica o Termofísica

Mecánica Clásica

Mecánica Cuántica

Mecánica Estadística

Química y otras muchas disciplinas se podrían relacionar aquí y nos dejaría sin sitio para describirlas. Sin embargo, no veo la de las matemáticas ni la metafísica.

“Siempre le digo a mis alumnos que si esta fórmula no les quita el aliento es que no tienen alma”, dice Chris Budd, profesor de la Universidad de Bath, en Reino Unido. Es una ecuación que todos aprendimos en el instituto: describe cómo la circunferencia de un círculo varía según su diámetro, con una relación igual a un número denominado Pi que equivale aproximadamente a 3,14. Con eso se describe la geometría del mundo y se hacen funcionar los GPS.

¡Las matemáticas, la metafísica?

Esas son las raíces del árbol, sin ellas las demás disciplinas no podrían crecer.

¿En qué estado de conocimiento estamos, en relación al Universo, la Naturaleza que lo conforma y las disciplinas científicas que los desarrollan?

La realidad está situada en un punto que podríamos calificar de aceptable, si tenemos en cuenta el recorrido que la Humanidad ha tenido que realizar para alcanzar los logros actuales que, no siendo suficientes, sí que son herramientas bastante válidas como para afirmar que no estamos inmersos en la ignorancia.

Anduvimos extraviados en el Modelo correcto del Sistema Solar, creíamos que las estrellas siempre serían inalcanzables y que nunca podríamos saber de que qué estaban hechas, desconocíamos los caminos que recorría la Naturaleza para formar la materia, no sabíamos que existían objetos como las galaxias y otros extraños y exóticos como los agujeros negros y las estrellas de neutrones, tampoco podíamos conocer (por falta de conocimiento) las transiciones de fase que se producían en muchos de los mecanismos que estaban presentes en el universo dinámico del que formamos parte.

¿Está hecha la luz de ondas o de partículas? Una pregunta fundamental que ha inquietado a científicos durante décadas, pues parece ser ambas a la vez, pero… ¿Qué secretos nos quedan por desvelar en relación a la luz?

Éste es el detector “más aislado de todo” para detectar la “materia oscura”.

Dicen:

“De toda la materia del universo visible, solo un 4% es materia normal, como la materia de la que están formadas todas las cosas que conocemos. Un 23% está hecho de materia oscura (invisible), que los físicos intuyen que existe pero no saben lo que es. El 73% restante, es decir, casi toda la materia del universo, es energía oscura, que también es invisible.”

“El premio Nobel de Física de 2015 ha sido concedido a Takaaki Kajita y Arthur McDonald “por el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos, que demuestran que los neutrinos tienen masa”. Los neutrinos son partículas elementales del Modelo Estándar, la exitosa teoría que describe los componentes más fundamentales de la materia.”

“Cuenta la mitología nórdica que Ymir era un gran gigante. Ymir vivía acompañado de una vaca llamada Auðumbla. Un día la vaca estaba lamiendo el suelo cuando, de repente, surgió el cuerpo de un hombre llamado Buri. Buri engendró más adelante a Bor, y este a su vez tuvo tres hijos; Odín, Vili y Ve. Los tres hermanos decidieron matar al gran Ymir, no había espacio suficiente para todos. Odín y sus hermanos usaron el cuerpo de Ymir para crear el mundo de los humanos.”

Aunque nuestra especie siempre ha gozado de una gran imaginación, como lo demuestra la mitología de los distintos pueblos, llegado el momento, hemos sabido dejar de lado la fantasía para aplicar la lógica y buscar esa verdad que incansables perseguimos.

El Sincrotrón ALBA es una infraestructura científica de tercera generación situada en Cerdanyola del Vallès (Barcelona) y es la más importante de la zona del Mediterráneo.

Se trata de un complejo de aceleradores de electrones para producir luz de sincrotrón, que permite visualizar la estructura atómica y molecular de los materiales y estudiar sus propiedades.

La energía del haz de electrones que se genera en el ALBA es de 3 GeV y se consigue mediante la combinación de un acelerador lineal (LINAC) y un propulsor de baja emitancia y máxima potencia colocado en el mismo túnel que el anillo de almacenamiento. El Sincrotrón ALBA tiene un perímetro de 270 metros y 17 tramos rectos disponibles para la instalación de dispositivos de inserción.

El telescopio espacial Hubble de la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio de EE.UU. (NASA, por sus siglas en inglés) logró captar una impresionante imagen en la que se ve una “burbuja” de color azul.

La “burbuja” en realidad es una nube interestelar formada por polvo, hidrógeno, helio y otros gases, según informó el sitio web del Hubble.

La nube interestelar rodea la estrella de Wolf-Rayet o WR 31a que se encuentra en la constelación Carina, a 30 mil años luz de la Tierra.

os científicos estiman que la “burbuja” se formó hace 20 mil años y que se expande a una velocidad de 220 mil kilómetros por hora.

“Por desgracia, el ciclo de vida de una estrella Wolf-Rayet es de apenas algunos miles de años: un abrir y cerrar de ojos en términos cósmicos”,

El recorrido sería interminable si nos sumergimos en todas y cada una de las disciplinas científicas que el Ser Humano estudia para profundizar más y más en los secretos de la Naturaleza, del Universo, de la propia Vida. Tanto en el ámbito de lo muy pequeño como en el de lo muy grande, los pasos dados nos llevaron lejos pero… ¡No podemos alcanzar el horizonte del saber!

emilio silvera

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Constituido por innumerables galaxias de estrellas que se erigen en el centro de sistemas planetarios, multitud de Nebulosas de las que “nacen” nuevas y brillantes estrellas y mundos, multitud de objetos exóticos  la variedad que encierran las estrellas de neutrones  púlsares y magnétares, o, los agujeros negros misteriosos y, todo ello, en un espacio de una magnitud inimaginable  nuestras mentes que, rodeados de los objetos y las cosas cotidianas, no se paran a pensar en esas inmensas verdades que están ahí, en la lejanía del espacio-tiempo inconmensurable. La presencia de materia hace que la fuerza de gravedad realice un trabajo impagable al mantener juntos esos conjuntos formados por sistemas de estrellas o planetas o galaxias que tanto nos asombran.

La Humanidad, nuestra especie, siempre miró hacia los confines del cielo estrellado y se hacía preguntas que no podía contestar. En muchos de los trabajos que aquí se han expuesto quedaron reflejadas aquellas Civilizaciones antiguas que nos hablaban, con sus gravaciones en la piedra de  los lejanos confines del cosmos que ellos imaginaban. Hemos podido llegar un nivel de tecnología que nos permite otear horizontes muy lejanos y captar, con nuestros ingenios, galaxias que se podría decir, sin temor a equivocarnos, que están situados en los confines del Universo.

                       Este conjunto de galaxias está situado a 12.600 años luz de la Tierra

Podemos examinar la radiación que emiten las estrellas jóvenes, estudiar nebulosas lejanas y captar los extraños átomos y moléculas que las conforman y, al mismo tiempo, observar como se van creando las condiciones precisas de gravitación, vientos estelares y otros fenómenos cósmicos  que, los nuevos mundos y las nuevas estrellas surjan a la vida. Somos testigos de un carrusel cosmológico que gira y gira “eternamente” envuelto en ciclos de destrucción y creación que se suceden en presencia de energías inimaginables, para que todo siga igual al mismo tiempo que todo cambia.

             Lo cierto es que hemos encontrado mundos muy parecidos a la Tierra

Nuestro Universo ofrece las mejores condiciones  que la Vida, hiciera acto presencia en él. Sin embargo, siempre habrá dos bandos que discrepan en ese sentido: Por un lado están aquellos que creen en la presencia de la vida en múltiples mundos en las galaxias que pueblan el espacio del universo inmenso, y, por la otra parte, están aquellos que niegan tal posibilidad y se aferran a que, para que surgiera la vida en la Tierra, se tuvieron que dar tal cúmulos de condiciones que es imposible que se vuelvan a repetir en ningún otro lugar.

Claro que, éstos últimos no caen en la cuenta de que, en todo el Universo, por muy lejos que algunas regiones puedan estar situadas, rigen las mismas leyes y están presentes las mismas constantes, y, siendo así (que lo es), lo que ha pasado “aquí”, también pasará o habrá pasado “allí”. No podemos creer que el planeta Tierra sea un privilegiado, en el Universo no existen privilegios y pasa sólo, lo que tiene que pasar y, la vida, amigos míos… ¡Es imparable!

También es cierto que otros muchos mundos no podrían albergar la vida ni en el extremo de las posibilidades conocidas por nosotros y que denominamos extremófilas por estar presente en  que nunca, antes de ser descubiertas, pudimos imaginar que pudiera existir. Existen regiones del Universo que son extremadamente peligrosas donde la radiación y las energías extremas están presentes y, ningún mundo que pudiera existir por sus alrededores tendría la posibilidad de albergar ninguna clase de vida.

  Mundos calcinados por su cercanía a la estrella a la que están unidos por la Gravedad

Somos conscientes de que no podemos vivir aislados y desde siempre hemos tratado de saber qué ocurría más allá, en la lejanía de las estrellas donde algunos imaginativos pensaban que otras criaturas habitaban un sin fín de mundos que,  la Tierra, tendrían las condiciones necesarias. Para ellos, el Universo ofrecía todas las posibilidades a favor y en contra, su diversidad era tanta que mundos llenos de vida pululaban alrededor de estrellas situadas a decenas, cientos, miles o millones de años-luz de nosotros y, también, había mundos imposibles donde nada podía surgir a la vida.

Ni afirmar ni negar podemos. En lo referente a la vida en otros mundos, todo podría ser posible y la vida tanto inteligente  vegetativa en múltiples formas y con distintos metabolismos, como ocurre aquí en nuestro planeta, es posible que esté presente en aquellos mundos que como el nuestro tengan aquellos requisitos necesarios para su sustento. Atmósferas calentadas por una estrella benigna que le de luz y calor al planeta y a sus océanos y bosques, y, en fin, todos aquellos que son necesarios para mantener latente formas de vida que como la nuestra, parecidas o totalmente diferentes, se desarrollen en un ambiente adecuado a las condiciones que cada especie pudiera requerir.

Io, luna de Júpiter y Charles Darwin. “Creo que hasta en los lugares más inhóspitos, la vida podría estar presente”, nos decía y, desde luego, tal dicho ha sido más que comprobado aquí mismo en la Tierra.

La vida más resistente que se conoce es la vida invisible: los microoganismos y las bacterias. Los seres vivos capaces de sobrevivir en condiciones extremas se llaman extremófilos. Sobreviven en condiciones que serían letales para cualquier otra forma de vida. Resisten temperaturas extremas, por encima del grado de ebullición del agua y por debajo del de congelación, condiciones de acidez, de falta de luz solar y de oxígeno, de presión, de salinidad… Pueden permanecer en estado de letargo durante miles de años y volver a reanimarse al  con el agua.

¿Quién podría negar que algunos de estos “seres” habiten en las lunas Titan, Europa o en el mismo Marte?

Lo único que necesitan los extremófilos es: materia orgánica, agua y una fuente de energía. La materia orgánica abunda por todo el Cosmos. Pueden emplear una fuente de energía distinta a la luz solar. De hecho, a comienzos de los 90, se descubrió una bacteria que vivía en el subsuelo, a 7 kms de profundidad, y se alimentaba a base de petróleo. Lo que sí necesita la vida extremófila es agua en estado líquido. O, al menos, así lo creemos. Hasta hoy, no hay pruebas de que ninguna forma de vida pueda sobrevivir sin agua líquida.  podemos estar equivocados.

Hasta ahora, la Tierra es el único lugar del universo donde está confirmada la existencia de agua en estado líquido.  en el propio Sistema Solar hay planetas y satélites con agua helada. Si se demostrara que los extremófilos pueden sobrevivir con agua helada, se abrirían nuevas posibilidades en la búsqueda de vida extraterrestre.

Arquea productora de metano. Se han encontrado microorganismos productores de metano en dos ambientes extremos en la Tierra: enterrados bajo kilómetros de hielo en Groenlandia y en los suelos cálidos del desierto. Estos descubrimientos hacen más plausible la esperanza que tenemos sobre la existencia de vida en Marte. Donde por cierto se ha descubierto un foco de metano que… ¿por qué no? podría estar producido por colonias de bacterias metanogenas.

Han pasado más de 150  desde que Darwin publicara su famosa obra El origen de las especies. Sus ideas han prevalecido en el transcurrir del tiempo y ni los nuevos descubrimientos ni los muchos avances logrados han podido dejar de lado la idea de la evolución. Más de doscientos años después de su nacimiento, sus ideas siguen en el candelero de la Biología y nos habla de que, la vida,  el decía, puede surgir en cualquier charca embarrada y caliente.  Sus ideas han sido profundamente analizadas por los mejores especialistas en biología que han tenido que reconocer su influencia en el mundo científico de los distintos campos de la biología, en general, y de la biología evolutiva, en particular.

 es interesante ejemplarizar su capacidad sintetizadora y premonitoria en el por aquel entonces, campo novedoso de la biología, la extremofilia, a partir de la exploración de los lagos salobres del río negro en Argentina. A finales de 1831, Darwin se embarcó en el Beagle (ya contamos aquí aquella historia), tardaron meses en atravesar el Atlántico. Desembarcaron el Maldonado y recorrieron las costas de Uruguay y Argentina realizando numerosas observaciones geológicas, botánicas, zoológicas y antropológicas. Ciertamente, aquella “excursión” investigadora por méritos propios pasó a los anales de la Historia.

                                     La imagen está referida a la Misión Planck de la ESA

En cada tiempo hemos hecho las cosas como hemos posido, siempre en busca del saber y queriendo descubrir los secretos que la Naturaleza esconde. Darwin partió en el Beagle  lo desconocido en un viaje peligroso y aventurero en busca de lo misterioso. Ahora, nosotros mucho más adelantados, buscamos lo mismo: Saber. Sin embargo, utilizamos otros medios distintos del Beagle que, como la Misión Planck,  de la Esa, por ejemplo, vamos a la búsqueda del origen del Universo.

– El telescopio espacial Planck descubre un nuevo supercúmulo de galaxias
– Planck da a conocer el Universo
– Planck nos acerca al conocimiento de la formación estelar
– Planck detecta gigantes filamentos de polvo en nuestra galaxia

La misión que data de 2.009, no es algo improvisado que se hizo a la ligera, estuvo planificándose y preparándose durante dos décadas de manera muy cuidadosa y con exquisito esmero  cuidar hasta el último detalle dentro de las más avanzadas técnicas que la ciencia actual podía permitirse. El telescopio espacial Planck nos ha ayudado a comprender mejor la historia del Universo, desde una fracción de segundo después del Big Bang a la evolución de las estrellas y de las galaxias a lo largo de estos 13.700 millones de años. Aunque la fase de observaciones científicas ya haya terminado, el legado de esta misión sigue vivo. Planck se lanzó en el año 2009 y pasó 4.5 años observando el firmamento para estudiar cómo evolucionó la materia cósmica con el paso del tiempo.

Los científicos que trabajan con los datos de Planck presentaron la imagen más precisa de la radiación cósmica de microondas (CMB, por sus siglas en inglés), los restos de la radiación del Big Bang que quedaron grabados en el firmamento  el Universo tenía apenas 380.000 años.

             Mapas de frecuencia a cielo completo de Planck

La señal CMB es la imagen más precisa de la distribución de masa en el Universo primitivo. En ella se pueden detectar minúsculas fluctuaciones de temperatura que se corresponden con regiones que, en un principio, presentaban densidades ligeramente diferentes, y que constituyen las semillas de todas las estructuras, estrellas y galaxias que podemos ver hoy en día. Jan Tauber, científico del proyecto Planck para la ESA, declaraba:

“Planck nos ha proporcionado la imagen a cielo completo de la señal CMB más precisa de la historia, con la que podremos poner a prueba una gran variedad de modelos sobre el origen y la evolución del cosmos”

 

 

El objetivo principal de Gaia es crear un mapa en 3D de alta precisión de nuestra galaxia, la Vía Láctea, observando repetidamente mil millones de estrellas  determinar su posición precisa en el espacio y sus movimientos a través de él. La sonda espacial Gaia es otro de los muchos proyectos que tratan de investigar dónmde estamos situados en el contexto de nuestra Galaxia, la Vía Láctea.

La Agencia Espacial Europea (ESA)  ha dado luz verde a la misión Euclides, que se lanzará en 2020 con el objetivo de estudiar la misteriosa energía oscura que compone el 73% del Universo. La misión Euclides contará con un telescopio de 1,2 metros de diámetro que nutrirá una cámara de 576 millones de píxeles con imágenes en muy alta resolución de 2.000 millones de galaxias, equivalente a las del Telescopio Espacial Hubble. Con esos , y mediante tecnología de infrarrojos, los científicos desarrollarán una cartografía de las grandes estructuras del Universo y medirán la distancia  las galaxias captadas por la cámara.

El telescopio WISE ha llegó al final de su fase de mapear en infrarrojo, pero continuó con la misión de realizar el siguimiento de los más cercanos cometas y asteroides, además de enanas marrones. Se ideó un telescopio infrarrojo que orbitara la Tierra y que ha sido empleado  mapear objetos fríos, polvorientos o lejanos que los telescopios de luz visible no pueden observar. Durante 2010 ha tomó más de 1,8 millones de fotografías utilizando su telescopio de 16 pulgadas y cuatro detectores de longitudes de onda infrarrojas, observando el cielo una vez y media, descubriendo estrellas, cometas y más de 33.500 asteroides en el proceso.

“Un sistema de cinco planetas, de los cuales dos tienen un radio 1,41 y 1,61 veces superior al de la Tierra y están en la zona habitable”. Este es el título de un estudio que investigadores internacionales publican esta semana en Science. El hallazgo ha sido posible gracias a las observaciones del telescopio espacial Kepler de la NASA. La estrella anfitriona es Kepler-62 y los dos planetas protagonistas se han bautizado como Kepler-62 e y f, orbitando más lejos que sus compañeros b, c y d. A Kepler-62 e y f llega un flujo solar desde su estrella parecido al que reciben Venus y Marte por  de nuestro Sol. Respectivamente, los dos exoplanetas reciben alrededor de 1,2 y 0,41 veces la radiación solar que alcanza la Tierra. Basándose en modelos y simulaciones computacionales, los científicos consideran que el tamaño de estos dos nuevos planetas sugiere que podrían ser rocosos, como la Tierra, o estar compuestos de agua sólida.

Si miramos al cielo en una noche oscura y estamos en el lugar adecuado, podremos contemplar, la inmensidad en la que estamos inmersos y situados en un pequeño planeta apto para albergar la vida, podemos admirar parte de nuestra Galaxia, la Vía Láctea que nunca hemos podido contemplar en su totalidad al estar confinados en el planeta y no tener los medios para salir fuera y poder tomar una imagen completa del lugar en el que vivimos. Podemos hacerlo con otras galaxias lejanas y, de la nuestra, sólo la conocemos por datos parciales que podemos ir juntando en los diversos estudios que para ello hemos llevado a cabo y seguimos llevando con misiones que,  las que más arriba se reseñan, nos facilitan datos precisos para que podamos saber, de nuestro lugar en el Universo desde esta Galaxía que es sólo una de entre cien mil millones.

 un lugar minúsculo, un pequeño terrón de roca y agua que orbita una estrella mediana que le suministra la luz y el calor necesario para que podamos estar aquí, sin pararnos a pensar en nuestra ínfima medida en el contexto del Universo, y, sin embargo,  ¡lo cierto es que lo queremos conquistar!

¡Ilusos!

emilio silvera

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