Edwin Powell Hubble«Equipado con sus cinco sentidos, el hombre explora el universo que lo rodea y a sus aventuras las llama ciencia».
Unidad 1 EL ORIGEN DEL UNIVERSO Y DE LA VIDA
Temas de la unidad
- El origen del universo
- El origen de la vida.
Logros
· Comprende y explica distintas teorías sobre el origen del universo y del sistema solar.
·
Reconoce
los acontecimientos que dieron origen a las primeras formas de vida y la manera
que éstas evolucionaron para el surgimiento de las células.
Para pensar...
La capacidad de los seres humanos de explorar, observar y estudiar, tanto lo inmenso como lo diminuto, ha aumentado increíblemente desde la segunda mitad del siglo XX.
Usando potentes telescopios hemos logrado "observar" el proceso de formación de algunas de las más gigante galaxias. Igualmente usando microscopio electrónico hemos encontrado los antiguos restos de lo que parece ser el primer ser viviente. Así, hemos conseguido información sobre el origen del universo y de la vida. Sin embargo, aún no contamos con los medios para captar e4sos primeros momentos en que "todo surgió de la nada"
Para responder...
- ¿Qué adelantos tecnológicos han sido esenciales para avanzar en el conocimiento de los orígenes del universo y de la vida?
- ¿Crees que el ser humano podrá desarrollar un proceso, instrumento o mecanismo que le permita saber con exactitud como se originó el universo? Explica tu respuesta.
- Las últimas imágenes provenientes de uno de los satélites del misterio planeta Saturno ponen al descubierto columnas de agua, vapor, gas metano y el resto de ingredientes que fueron fundamentales para que se desarrollara la vida en nuestro planeta. ¿Qué condiciones crees que son necesarias para que en Saturno también se desarrolle vida?
1. ORIGEN DEL UNIVERSO
El universo se define como todo aquello que existe en el espacio y en el tiempo. Los seres humanos dedicados a su estudio siempre se han preguntado acerca de su origen y al tratar de responder esta pregunta, han formado diversas explicaciones. Gracias al desarrollo de los telescopios espaciales y a los avances en el campo de las matemáticas y de la informática y de la informática, hasta el momento se cree q2ue la teoría más acertada sobre el origen del universo es la teoría del Big Bang.
1.1 La teoría del Big Bang o Gran Explosión
La teoría del Big Bang o gran Explosión formulada por el físico George Gamow afirma que el universo se formó aproximadamente 14.000 millones de años atrás.
Su origen y evolución se puede condensar en 6 momentos:
a· Etapa de inflación: todo el universo estaba concentrado en un área extraordinariamente pequeña como la del punto que observas al final de esta frase. El punto contenía tanta materia y energía que explotó, lanzando su contenido en todas las direcciones y a gran velocidad.
b· La formación de la materia: después de la explosión, la temperatura y la energía en el universo eran muy elevadas. A medida que el universo se expandía, también se enfriaba y su energía se iba estabilizando hasta permitir la formación de diminutas partículas atómicas llamadas protones, neutrones y electrones, originando así la materia.
c· Los primeros átomos: Los protones, neutrones y electrones reaccionaron y formaron los átomos de los primeros elementos, como el hidrogeno y el Helio.
d. El encendido del universo: al formar los átomos, la luz pudo viajar libremente por el espacio. El universo se hizo transparente y surgió la radiación cósmica de fondo, que es la energía que aún hoy se conserva, luego ocurrió el Big Bang.
e· La formación de galaxias y estrellas: algunas zonas del espacio ligeramente más densas se convirtieron en centros de atracción de poderosas fuerzas, denominadas gravitacionales. En torno a esta fuerza se formaron las nebulosas, los planetas y las estrellas. Poco después, se formaron las primeras acumulaciones de estrellas, llamadas galaxias.
f· La energía oscura: hace 9.000 millones de años las galaxias empezaron a viajar a velocidades cada vez mayores. ¿Qué fuerza las estaba acelerando? Se cree que la causa es su energía oscura de naturaleza desconocida, que aún es el mayor misterio del universo.
1.2· Otras teorías sobre el origen del universo
Aunque la teoría del Big Bang ha sido la más aceptada en el mundo científico para explicar el origen del universo, en el siglo pasado se postularon otras teorías que también han recibido el apoyo de algunos sectores de la ciencia. Entre ellas figuran la del universo pulsante y la del universo estacionario.
- Teoría del universo pulsante
Esta teoría al igual que la del Big Bang, plantea que el universo se encuentra en constante movimiento y cambio. Sin embargo, mientras que la del Big Bang afirma que el universo pulsante plantea que este se expande y se contrae en ciclos de miles de millones de años. Así nuestro universo sería el último de muchos surgidos en el pasado, luego de sucesivas explosiones y contracciones. El final del nuestro universo estaría determinado por la potente fuerza de atracción que llevará a que el universo se destruya. Este fenómeno, que se conoce en el mundo científico como "Big crunch", marcaría el fin de nuestro universo y el nacimiento de otro nuevo. La teoría plantea que esto ocurriría dentro de 15º mil millones de años.
- Teoría del universo estacionario
Esta teoría, planteada por el científico Fred Hoyle a mediados del siglo XX, sostiene que el universo no tiene principio ni fin y que el no comenzó con una gran explosión, ni se contraerá hasta colapsar para volver a nacer con otra gran explosión. Adicionalmente, sostiene que el aspecto del universo ha sido siempre el mismo y no ha cambiado a lo largo del tiempo. Para explicar este hecho de que el universo se está expandiendo, los científicos que apoyan esta teoría sostienen que el aspecto del cosmos no variará, porque el espacio dejado por las galaxias que se alejan es ocupado por nuestros conglomerados que van surgiendo por las condensaciones de la materia, creada continuamente a partir de la nada.
Actividad
1.3 Origen del sistema solar
Dos hipótesis se han formulado acerca del origen del sistema solar.
- La primera conocida como hipótesis de las mareas, plantea que una estrella intrusa pasó cerca del sol y su atracción gravitacional le arranco fragmentos que dieron origen a los planetas. Muchos científicos dudan de esta hipótesis porque, según ellos es poco probable que alguna estrella se acerque al sol, y si se acercara, no lograría que la materia arrancada quedara en órbita, sino que retornaría al sol.
- La segunda, conocida como hipótesis nebular, sostiene que hace aproximadamente 4.700 millones de años, el sistema solar se formó a partir de una nube giratoria de gas y de polvo interestelar conocida como nebulosa. Los procesos de contracción ocurridos gracias a la fuerza de atracción gravitatoria y otros procesos originaron el sol. Se formaron varios remolinos que, al girar, atraían las partículas cercanas. Cada vez se unieron más partículas, hasta que se formaron los planetas. Finalmente, los vientos espaciales barrieron los restos de la nebulosa, dando origen así al sistema solar.
La teoría nebular acerca del origen del sistema solar se puede sintetizar en cinco momentos:
a. Una enorme nube de gas y polvo cósmico comienza a contraerse por graveda
b. A medida que la nube se contrae, aumenta su velocidad de rotación y la nube se hace plana.
c. La masa acumulada en el centro es tal que comienza a generar fusión de hidrogeno y forma un proto-sol. La nube se fragmenta en remolinos que forman centros de gravedad diferenciados. Así nacen los proto-planetas.
d. Los proto-planetas crecen al agregar más materia hasta que los vientos solares dispersan la nube.
e. Se consolidan los planetas y satélites.
- Organización del sistema solar
Actualmente, el sistema solar está formado por el sol, ocho planetas, diversos satélites, miles de asteroides, innumerable4s cometas y meteoritos, gas y polvo interplanetario.
Los planetas son cuerpos celestes que giran alrededor de una estrella, que en el caso del sistema solar es el sol. Pueden estar rodeados por una capa de gases que se denomina atmósfera. Nuestro sistema solar está compuesto por ocho planetas: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.
Mercurio es el planeta más cercano al sol. No posee satélites, es decir, cuerpos celestes que giren a su alrededor, tampoco posee atmósfera compuesta por dióxido de carbono.
Curiosamente gira en sentido contrario a como lo hacen los demás. La tierra posee un satélite que es la Luna y su atmósfera está compuesta por nitrógeno y oxígeno. Hasta el momento el único planeta donde se encuentran seres vivos. Marte tiene dos satélites llamados Deimo y Fobos y su atmosfera está compuesta por dióxido de carbono. Júpiter es el planeta más grande del sistema solar y posee más de 60 satélites. Saturno es el segundo más grande del sistema solar y posee más de 30 satélites y un sistema de anillos formado por polvo y fragmentos de roca. Urano posee más de 27 satélites y un sistema de anillos. Neptuno tiene más de 10 pequeños satélites y es el planeta más alejado del sol.
Los satélites son cuerpos celestes que orbitan alrededor de los planetas. Algunos planetas no poseen satélites, mientras que otros tienen varios. Los asteroides son cuerpos celestes más pequeños que los planetas y giran alrededor del sol. Los cometas son cuerpos celestes sólidos que describen órbitas elípticas alrededor del Sol. Los meteoritos son cuerpos relativamente pequeños que orbitan alrededor del Sol y llegan a la superficie de la Tierra, debido a que no alcanzan a desintegrarse por completo en la atmósfera.
1.4 El origen de la tierra
La tierra, al igual que los demás planetas del sistema solar, se formó hace 4.600 millones de años aproximadamente. Sin embargo, es el único planeta conocido en el que ocurrieron procesos que, con el paso del tiempo, dieron origen a la aparición de la vida. Por lo tanto, lo que diferencia a la Tierra de los demás planetas no es su origen sino su evolución.
VIAJE INTERPLANETARIO POR EL SITEMA SOLAR
Mercurio
El planeta que abraza al sol porque es el más cercano y el más pequeño. No tiene satélite y da un giro completo sobre su eje en cada 59 días terrestres. Para completar una vuelta al sol tarda casi 88 días.
Tierra
Un planeta especial. Hasta ahora es el único planeta donde se ha encontrado vida, agua líquida y una atmósfera con oxígeno. Posee un satélite, que es la luna, y realiza una vuelta completa alrededor de su eje en 24 horas. Su viaje alrededor del sol dura 365 días y seis horas.
Marte
El planeta rojo. Es el vecino directo de la tierra. Su atmósfera de dióxido de carbono es tan delgada que el planeta es seco, frio y con casquetes polares de dióxido de carbono sólido. Tiene dos pequeños satélites que lo acompañan en cada vuelta sobre su eje, en poco más de un día terrestre. Su traslación alrededor del sol dura casi dos años.
Saturno
Es el señor de los anillos, es otro de los planetas grandes y gaseosos. Cuenta, por lo menos con 33 lunas y su principal rasgo distintos son sus anillos, los únicos visible desde la tierra.
Da una vuelta completa sobre su eje en un poco más de diez horas terrestres y su recorrido alrededor del sol dura apropiadamente 29 años.
Urano
El cansado. El séptimo planeta desde el Sol y el tercero más grande del sistema solar. Tiene su eje tan inclinado sobre su órbita, que rota prácticamente acostado sobre ella. Al igual que Venus, rota prácticamente acostado sobre ello. Al igual que Venus, rota al revés de los demás planetas y tarda aproximadamente 18 horas terrestres en dar un giro completo. Para dar una vuelta completa alrededor del sol demora 84 años.
Neptuno
El mellizo de Urano. Es el cuarto gigante gaseoso. Tanto Neptuno como Urano tienen una composición similar y se ven azules debido a las características de su atmósfera. También tiene anillos y unos 13 satélites. El día en Neptuno dura cerca de 19 horas terrestres, mientras que realiza una vuelta completa alrededor del sol en casi 165 años.
Eris y Plutón los pequeños del sistema solar
Eris y Plutón son catalogados actualmente como planetoides o planetas enanos. Plutón es casi cinco veces más pequeños que la Tierra y su órbita es tan excéntrica que en ocasiones se encuentra más cerca al sol que su vecino. Dura 6 días terrestres rotando sobre su eje y tarda 248 años en dar una vuelta alrededor del sol. Eris es un poco más grande que Plutón y es uno de los cuerpos que más refleja radiación en todo el sistema solar, lo que podría explicarse por el metano helado que cubre su superficie.
Júpiter
El apurado. Es el más grande de todos los planetas de nuestro sistema solar y el que gira más rápido. Está formado casi en su totalidad por gases. Tiene aproximadamente 63 satélites y varios anillos, aunque más débiles que los der Saturno. El día en júpiter dura aproximadamente 10 horas terrestres y el año casi 12 años terrestres
Venus
El caluroso porque tiene en su superficie la temperatura más alta de todos los planetas: 477 grados centígrados. No posee satélites y completa una vuelta sobre su eje en 243 días, pero gira en sentido horario, mientras se traslada alrededor del sol en poco más de 225 días.
El Sol
Es la estrella del sistema solar. En su interior se producen reacciones químicas que liberan grandes cantidades de energía. Sin el sol no sería posible la vida en el planeta.
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2. EL ORIGEN DE LA VIDA
La tierra es un planeta único en el sistema solar: las 3 cuartas partes de su superficie están cubiertas por agua, que circula en un ciclo permanente en estado sólido, líquido y gaseoso; posee un campo magnético que protege el planeta de las radiaciones; una atmosfera rica en oxígeno y una temperatura media de 15 grados centígrados. Estas condiciones hicieron posible la vida, aunque a un es un misterio su origen.
Diversas teorías han tratado de explicar ese origen. Algunas de las más conocidas son:
2.1 La hipótesis de la panspermia.
Esta hipótesis plantea que la vida tiene origen extraterrestre y que su semilla se encuentra diseminada por todo en universo. Sin embargo, la hipótesis no explica como lograron sobrevivir los seres vivos primigenios a las altísimas temperaturas y al choque, en el caso que hubiera llegado con un meteorito, que hubiese impactado la tierra. Cabe anotar, no obstante que, en un meteorito, al parecer proveniente de marte se encontraron sustancias precursoras de ácido nucleicos.
2.2 Teoría de la generación espontánea.
Fue planteada por primera vez por el filósofo Aristóteles en el año 300 a.C. Según este pensador muchos seres vivos pequeños, tales como gusanos, insectos e incluso ratones, se formaban espontáneamente de la materia inerte en descomposición. Esta concepción permaneció por mucho tiempo, hasta que los contundentes argumentos del químico francés Louis Pasteur (1822-1895) la debilitaro
Louis Pasteur refutó los planteamientos de la generación espontánea mediante la realización de experimentos que demostraban que los seres vivos siempre provienen de otro ser vivo.
Pasteur comprobó que los procesos de fermentación y descomposición que experimentan los alimentos obedecen a la actividad de microorganismos que llegan hasta estas sustancias y las transforman. De igual forma, demostró que los alimentos que son esterilizados no se contaminan con microorganismos y, por lo tanto, no se descomponen.
2.3 El origen de la vida y la sopa primitiva.
En 1920, el científico ruso Alexander Oparin propuso la teoría de la síntesis abiótica. Según esta teoría, en el ambiente primitivo de los mares, rico en descargas eléctricas y erupciones volcánicas, sustancias como el oxígeno, el gas metano y el hidrógeno, se unieron para formar compuestos orgánicos. Estas sustancias se reorganizaron y originaron los primeros organismos que abundaron en las aguas, conformando la denominada sopa primiti
2.3.1 Stanley Miller fabrica la sopa primitiva.
A mediados del siglo XX, el biólogo Stanley Miller fabricó una sopa primitiva en la que simuló las condiciones propuestas por Oparin, la cual sometió a descargas eléctricas como las que podrían haber producido las tormentas eléctricas en el momento en que se originó la vida. Al cabo de un tiempo, Miller encontró que, a partir de los elementos de la sopa, se habían formado aminoácidos. Los aminoácidos son los precursores de las proteínas que, a su vez, son los "bloques" con los que se construye el cuerpo de los organismo
2.3.2 Teoría de la selección natural.
Esta teoría es postulada por el naturalista Charles Darwin (1809-1882), quien con sus planteamientos demostró que solo los organismos mejor adaptados al ambiente logran reproducirse y tener hijos que heredan sus características. Con esta teoría, explicó como los organismos complejos habrían podido evolucionar a partir de otros más sencillos. De hecho, suponía que todas las formas de vida habrían podido evolucionar de un ancestro común, apoyando así los planteamientos de Oparin
2.3.3 Teoría de la evolución.
Hoy es aceptado, en la mayoría del mundo científico, que todos los organismos que existen provienen de esa primera célula que se formó hace 3.500 millones de años. Con el paso de millones de años, esta fue dividiéndose, cambiando y adaptándose a los cambios que ocurrían en la Tierra. Este proceso, conocido como evolución, primero dio lugar a organismos diminutos y microscópicos muy parecidos a la célula primigenia, luego, a seres complejos como los animales o las planta
Un poderoso argumento de que los seres vivos evolucionan son los fósiles, restos de organismos que han sufrido una serie de transformaciones químicas y han quedado conservados en las rocas. Estudiando los fósiles, algunos científicos, conocidos como paleontólogos, intentan entendercómo han cambiado los seres vivos a lo largo de la historia de la vida sobre la Tierra. Para saber la edad de los fósiles, los paleontólogos comparan, por ejemplo, el orden en que aparecen en las capas de la corteza terrestre. Hasta ahora, el fósil más antiguo que han encontrado es el deuna bacteria que tiene 3.500 millones de años.